Prozesssteuerung

Prozesssteuerung bezeichnet die Überwachung, Beeinflussung und Regelung technischer Prozesse in industriellen Anlagen, um vorgegebene Ziele hinsichtlich Größe wie Temperatur, Druck, Durchfluss oder Konzentration zu erreichen. Sie umfasst die Messung von Prozessgrößen, die Berechnung von Stellgrößen und das Ansteuern von Stellgliedern. Ziel ist es, Stabilität, Qualität, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit des Prozesses zu gewährleisten.

Kernbestandteile sind Sensoren, Regler, Stellglieder, die Prozessstrecke sowie die Leitebene (z. B. SPS/PLC, DCS). Messsignale liefern Istwerte, der Regler vergleicht diese Werte mit den Sollwerten und erzeugt Abweichungsgrößen, die über das Stellglied in den Prozess eingehen. Die Dynamik des Systems wird durch ein Modell der Regelstrecke beschrieben, oft in Form von Differentialgleichungen, Transferfunktionen oder Zustandsdarstellung.

Offene Steuerung (Open Loop) arbeitet ohne Rückführung, während geschlossene Regelung (Regelung) Feedback verwendet, um Abweichungen zu korrigieren. In der Praxis dominieren PID-Regler (Proportional-Integral-Derivat) als leicht implementierbare Lösung; bei komplexeren oder zeitverzögerten Prozessen kommen Model Predictive Control (MPC), adaptive oder robuste Regelungsverfahren zum Einsatz.

Die Umsetzung erfolgt meist digital über speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS/PLC) oder verteilte Leitsysteme (DCS), oft vernetzt und mit SCADA- oder MES-Systemen. Moderne Ansätze nutzen Modellierung, Simulation und digitale Zwillinge, um Regelstrategien zu testen und zu optimieren.

Anwendungsgebiete reichen von der chemischen und petrochemischen Industrie über Energie- und Wasserwirtschaft bis hin zu Lebensmitteln und Fertigung. Typische Herausforderungen sind Nichtlinearität, Verzögerungen, Mehrgrößenregelung, Messrauschen, Sensor- und Stellgliedausfälle sowie Sicherheitsanforderungen.