Messtechnik, Steuerungstechnik und Regelungstechnik spielen im Bereich der Automation eine große Rolle. Ihre Aufgaben bestehen in der Messung physikalischer Größen sowie gezielten Steuerung und Regelung von Prozessen. Worin sich die drei Teilbereiche voneinander unterscheiden und welche Geräte in der Mess- und Regelungstechnik typischerweise zum Einsatz kommen, erfahren Sie in unserem Ratgeber.

Wissenswertes zu Mess-Regelungstechnik

Messtechnik, Steuerungstechnik und Regelungstechnik als Teil der Automatisierungstechnik

Messtechnik, Steuerungstechnik und Regelungstechnik sind wesentliche Grundpfeiler für die Automatisierung von Geräten, Maschinen oder Anlagen. Zusammen bilden sie ein Teilgebiet der Automatisierungstechnik und somit der Elektrotechnik. Automatisierte Objekte verrichten ihre Arbeit eigenständig, also ohne Einwirkung des Menschen. Das spart nicht nur Ressourcen, sondern kann auch zu einer Verbesserung der Produktqualität führen, da Maschinen im Gegensatz zum Menschen eine dauerhaft hohe Leistung erbringen können.

Doch worin bestehen die Unterschiede zwischen Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik? In der Messtechnik werden mithilfe von Geräten und Methoden physikalische Größen bestimmt. Dazu zählen elektrische Größen wie Stromstärke und Spannung, aber auch nicht-elektrische Größen wie Masse, Länge, Kraft, Temperatur, Druck oder Zeit. Die Steuerungstechnik fußt auf der Messtechnik und hat das Steuern beziehungsweise gerichtete Beeinflussen technischer Systeme zum Inhalt. Sie verarbeitet gemessene Werte weiter und steuert sogenannte Aktuatoren an. Als Aktuatoren beziehungsweise Aktoren bezeichnet man Bauelemente, die eine Aktion im Steuerungsprozess auslösen, indem sie elektrische Signale in mechanische Bewegungen umwandeln oder eine Veränderung physikalischer Größen bewirken. Die Regelungstechnik befasst sich mit technischen Regelungsprozessen und ist von der Steuerungstechnik zu unterscheiden. Obwohl die beiden Begriffe Steuern und Regeln in der Alltagssprache oft synonym verwendet werden, bezeichnen sie nicht dasselbe. Beim Steuern handelt es sich um einen vorwärts gerichteten Prozess mit einem offenen Wirkungsablauf. Hier ist nur der Ist-Wert entscheidend. Bei der Regelung hingegen wird der Ist-Wert mit einem Soll-Wert verglichen, es tritt also das Element der Rückkopplung hinzu. Charakteristisch für das Regeln ist dementsprechend ein geschlossener, kreisförmiger Wirkungsablauf.

Messtechnik, Steuerungstechnik und Regelungstechnik sind eng miteinander verbunden, weshalb sie in der MSR-Technik (MSR = Messen/Steuern/Regeln) und EMSR-Technik (elektrisches Messen/Steuern/Regeln) ganzheitlich betrachtet werden.

Typische Geräte der Messtechnik und Regelungstechnik

In der Messtechnik und Regeltechnik kommen verschiedene Geräte zum Einsatz. Thermoelemente beispielsweise sind Sensoren, die zur Messung der Temperatur verwendet werden. Sie bestehen aus zwei Leitern aus unterschiedlichen Metallen, die an einem Ende miteinander verbunden und am anderen Ende an ein Messgerät angeschlossen sind. Die Funktionsweise von Thermoelementen basiert auf dem thermoelektrischen Effekt, der nach seinem Entdecker Thomas Johann Seebeck auch Seebeck-Effekt genannt wird. Der deutsche Physiker fand heraus, dass in einem Stromkreis aus zwei unterschiedlichen metallischen Leitern eine elektrische Spannung entsteht, wenn zwischen den Kontaktstellen eine Temperaturdifferenz herrscht. Thermoelemente messen demzufolge die Differenz zwischen der Temperatur an der Verbindungsstelle des Leiterpaars und der Temperatur an der Anschlussstelle zum Messgerät.

Temperaturregler dienen sowohl der Temperaturmessung als auch -regelung. Sie erfassen den Ist-Wert der Temperatur und vergleichen ihn mit einem vorher definierten Soll-Wert. Stimmen die beiden Werte nicht überein, wird ein Stellglied aktiviert, das den vorgegebenen Soll-Wert herbeiführt. Ein bekanntes Beispiel für einen Temperaturregler ist übrigens das Thermostat. Mithilfe von Temperatursensoren, Programmierkits und anderem Zubehör für Temperaturregler ist es möglich, komplexe Mess- und Regelungseinheiten aufzubauen. Oft sind Temperaturregler bereits mit Sensoren zur Temperaturerfassung und den entsprechenden Steuereinheiten in einem Gerät oder Gehäuse verbaut.

In der Mess- und Regelungstechnik finden auch sogenannte Messumformer Verwendung. Sie haben die Aufgabe, eine Eingangsgröße in eine bestimmte Ausgangsgröße umzuformen. Abhängig von der Eingangsgröße unterscheidet man verschiedene Arten von Umformern: Druckmessumformer werden zur Messung des Relativ-, Absolut- oder Differenzdrucks eingesetzt. Sie erfassen den zu messenden Druck über die mechanische Veränderung einer Membran und übersetzen sie in ein elektrisches Signal. Temperaturmessumformer wandeln Spannungsänderungen oder Widerstandsänderungen, die sich in Abhängigkeit von der Temperatur ergeben, in ein standardisiertes Signal um. Strom- und Spannungsumformer dienen dazu, Ströme und Spannungen für die Steuerungs- und Regeltechnik nutzbar zu machen. Manche Ausführungen erfassen sowohl Wechsel- und Gleichströme in einem bestimmten Ampere-Bereich als auch sinusförmige und nicht-sinusförmige Signale und wandeln diese schließlich in ein analoges Normsignal um. Messumformer zur Umwandlung von Druck, Temperatur, Spannung und Strom finden Sie in vielen Ausführungen in unserem Onlineshop. Sonstige Messumformer wie Trennwandler oder Normsignalwandler haben wir ebenfalls im Sortiment.

Um mehrere Maschinen oder Steuerungen miteinander zu vernetzen, sind viele Kabel und Leitungen erforderlich. Dadurch steigt der Material-, Kosten- und Arbeitsaufwand.  I/O-Module (I/O = Input/Output) stellen in solchen Fällen eine praktikable Lösung dar. Mit ihrer Hilfe können Eingangssignale Bus-fähig gemacht werden. Als Bus (Binary Unit System) bezeichnet man ein System, das es ermöglicht, Daten innerhalb eines Netzwerks zwischen einzelnen „Teilnehmern“ (Sensoren, Aktoren usw.) zu übertragen. Die Teilnehmer werden an eine Bus-Leitung angeschlossen und hierüber geschaltet und geregelt. Die Verknüpfung der Ein- und Ausgabegeräte erfolgt mittels Programmierung, eine Verdrahtung ist also nicht erforderlich. In der Messtechnik und Regeltechnik nutzt man I/O-Module häufig als Schnittstelle zwischen Sensoren und Leistungsreglern oder Ventilsteuerungen.

Unser Praxistipp: Neukalibrierung bei Änderung der Prozessbedingungen

Wenn Sie Ihr Messgerät oder Ihren Regler in einem anderen Medium oder unter veränderten Prozessbedingungen nutzen möchten, empfiehlt sich eine Neukalibrierung. Grund hierfür ist, dass es für jedes Medium unterschiedliche physikalische Eigenschaften gibt, die es zu berücksichtigen gilt. Anderenfalls können Messfehler die Folge sein. Darüber hinaus ist sicherzustellen, dass die im Gerät verbauten Ventile und das Dichtungsmaterial für den Einsatz unter den neuen Bedingungen geeignet sind.

    

Kaufkriterien für Regler, Umformer und Co. – worauf kommt es an?

Um automatisierte Prozesse kontrollieren und einen einwandfreien Ablauf gewährleisten zu können, müssen präzise erfasste, reelle Messdaten vorliegen. Aus diesem Grund spielt die Messgenauigkeit bei Messgeräten, Messumformern und Reglern eine bedeutende Rolle. Zudem bestimmt der Einsatzzweck maßgeblich die Wahl des geeigneten Geräts. So richtet sich beispielsweise der Kauf eines Druckmessumformers danach, welche Art von Druck überhaupt gemessen werden soll. Der jeweilige Messbereich muss auf den Einsatzzweck abgestimmt sein. Es gibt Messumformer, die eine flexible Skalierung unterstützen. Das bedeutet, der Messbereich kann vom Nutzer je nach Verwendungszweck individuell eingestellt werden.

Manche Messumformer sind mit einem zusätzlichen Alarmmanagement ausgestattet und bieten die Möglichkeit, die erfassten Daten abgleichen und analysieren zu können. Das kann sich vor allem bei der konstanten Überwachung von Prozessen und für dauerhafte Qualitätsprüfungen als sinnvoll erweisen.

Beim Kauf von I/O-Modulen gilt es die jeweiligen Systemvoraussetzungen zu beachten. In vielen Fällen sind eine CD-ROM mit Konfigurationsprogramm, fertige Test-Programme und Programmierbeispiele im Lieferumfang enthalten, die bei der Einrichtung und Handhabung helfen.

FAQ – häufig gestellte Fragen zur Messtechnik und Regelungstechnik

Was ist der Unterschied zwischen wahrem und richtigem Wert?

In der Messtechnik ist der wahre Wert der Wert, den man unter perfekten Bedingungen und bei einer vollkommen fehlerfreien Messung erhalten würde. Es handelt sich um einen ideellen Wert, der nur annähernd bestimmt werden kann. Der richtige Wert ist hingegen ein Schätzwert, der dem wahren Wert mit hoher Wahrscheinlichkeit am nächsten kommt.

Was bezeichnen die Begriffe Regelgröße und Störgröße?

Die Regelgröße ist die Größe, die auf einem bestimmten Wert gehalten werden soll. Dieser Wert kann fix, aber auch veränderlich sein. Als Störgröße bezeichnet man eine Größe, die auf die Regelung einwirkt und sie behindert. So können beispielsweise äußere Einflüsse, aber auch Messfehler Störgrößen sein.

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