Prozessregelung

Prozessregelung ist ein Fachgebiet der Automatisierungstechnik, das darauf abzielt, industrielle Prozesse durch regelungstechnische Systeme so zu beeinflussen, dass Output-Variablen wie Temperatur, Druck, Konzentration oder Durchfluss innerhalb vorgegebener Grenzen bleiben und Qualitäts- bzw. Sicherheitsziele erreicht werden. Typische Zielgrößen sind Produktqualität, Energieeffizienz, Prozessstabilität und Betriebssicherheit.

Zentrale Idee ist der geschlossene Regelkreis: Sensor misst den Istwert, Regler berechnet daraus einen Stellwert, der vom Stellglied umgesetzt wird, und der Prozess reagiert darauf. Durch diesen Regelkreis können Störungen aus dem Umfeld, Verzögerungen und Nichtlinearitäten kompensiert werden, um das gewünschte Sollverhalten zu erreichen.

Hauptregelstrategien umfassen den Standard-PID-Regler (Proportional-Integral-Derivativen-Regler), der in vielen Anwendungen die Basis bildet. Ergänzend kommen Vorsteuerung (Feedforward), Mehrgrößenregelung (MIMO), Kaskadenregelung sowie fortschrittliche Ansätze wie modellprädiktive Regelung (MPC) oder adaptive und robuste Regelungsverfahren zum Einsatz. Die Wahl der Strategie hängt von Prozesscharakteristika, Verzögerungen und der erforderlichen Robustheit ab.

Design und Umsetzung umfassen Prozessmodellierung und Identifikation, Regelungs- oder Reglerauslegung sowie Parametertuning (z. B. Ziegler-Nichols, Cohen-Coon). Die Implementierung erfolgt typischerweise über speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS/PLC) oder verteilte Leitsysteme (DCS) mit Anbindung an SCADA-Systeme. Validierung, Inbetriebnahme und laufendes Monitoring sichern Leistung und Anpassungsfähigkeit der Regelung.

Anwendungsbereiche finden sich in der chemischen und Petrochemie, Lebensmittel- und Getränkeindustrie, Energieerzeugung, Wasseraufbereitung sowie der Pharmaindustrie. Vorteile sind verbesserte Produktqualität, geringerer Ausschuss, reduzierter Energieverbrauch und erhöhte Betriebssicherheit. Herausforderungen ergeben sich aus Nichtlinearitäten, Mehrgrößenprozessen, Totzeiten, Sensorrauschen und Modellunsicherheit.