Lernfeld 14 · Prüfung Teil 2

Mess-, Steuer- und Regelungstechnik

Mess-, Steuer- und Regelungstechnik für SHK: Regelkreis, Zweipunkt-, P- und PI-Regler, Hysterese, Fühler und Pumpenregelung erklärt.

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Darum geht es

Beim Steuern wirkt ein Signal in einer offenen Kette, das Ergebnis wird nicht zurückgemeldet. Beim Regeln wird die Regelgröße ständig gemessen, mit dem Sollwert (Führungsgröße) verglichen, und der Regler verändert die Stellgröße, bis die Regelabweichung klein ist. Störgrößen wie Sonne oder offene Fenster gleicht der Regelkreis so selbstständig aus. Beim Thermostatventil ist die Raumtemperatur die Regelgröße, der Fühlerkopf der Regler und der Ventilhub die Stellgröße.

Ein Zweipunktregler kennt nur Ein und Aus. Die Schaltdifferenz (Hysterese) legt fest, wie weit der Istwert um den Sollwert pendelt, bevor wieder geschaltet wird. Ein P-Regler verstellt proportional zur Abweichung; er arbeitet schnell, hinterlässt aber eine bleibende Regelabweichung. Ein PI-Regler hat zusätzlich einen Integralanteil und beseitigt diese Abweichung. Das Thermostatventil ist ein P-Regler; sein P-Bereich von 2 K heißt, bei 2 K unter dem Schließpunkt erreicht das Ventil seinen Auslegungshub.

Fühler müssen richtig sitzen, sonst regelt die beste Regelung falsch. Der Außenfühler gehört an die Nord- oder Nordwestseite ohne Sonne und ohne Wärmequellen in der Nähe, der Vorlauffühler wärmeleitend auf das Rohr. Für Zweirohrheizungen mit Thermostatventilen ist eine Pumpe mit variablem Differenzdruck meist die günstigste Wahl. Zeitprogramme legen fest, wann geheizt, abgesenkt oder Warmwasser bereitet wird.

Das solltest du dir merken

Steuern ohne Rückmeldung, Regeln mit Rückmeldung im geschlossenen Kreis.
P-Regler lassen eine bleibende Regelabweichung, PI-Regler nicht.
Große Hysterese bedeutet seltener schalten, aber stärkeres Pendeln.
Außenfühler an der Nordseite, geschützt vor Sonne und Wärmequellen.

Formeln

Regelabweichung: $e = w - x$; $e$ Regelabweichung, $w$ Führungsgröße (Sollwert), $x$ Regelgröße (Istwert)
Schaltpunkte Zweipunktregler (symmetrische Hysterese): $ϑ_{ein} = ϑ_{soll} - \frac{x _{d}}{2}, ϑ_{aus} = ϑ_{soll} + \frac{x _{d}}{2}$; $x_{d}$ Schaltdifferenz in K, $ϑ_{soll}$ Sollwert in °C; je nach Gerät liegt die Hysterese auch ganz unter oder über dem Sollwert

Typische Fehler in der Prüfung

Steuern und Regeln verwechselt, etwa die witterungsgeführte Vorlaufregelung für eine reine Steuerung gehalten.
Regelgröße und Stellgröße vertauscht.
Bleibende Regelabweichung beim P-Regler für einen Defekt gehalten.
Außenfühler an der Südseite oder über einem Fenster montiert.

Tipps aus der Werkstatt

Regelkreis am Thermostatventil: Sollwert = Kopfstellung, Istwert = Raumtemperatur, Messglied = Dehnstoff-Fühler, Stellglied = Ventil, Störgröße = Sonne oder Fenster. Witterungsführung ohne Raumfühler ist eine Steuerung; erst der Raumfühler macht daraus eine Regelung.
Zweipunktregler: Hysterese ist der Abstand zwischen Aus- und Einschaltpunkt; symmetrisch um 60 °C mit 8 K heißt aus bei 64 °C, ein bei 56 °C. Zu klein = Takten, zu groß = Schwankungen. P-Regler: 2 K P-Bereich, Ventil bei 1 K Abweichung halb offen, bleibende Abweichung ist normal.
Ein Regler ist nur so gut wie sein Messwert: Außenfühler an die Nord- oder Nordwestwand ohne Sonne und Abwärme, Anlegefühler mit Wärmeleitpaste, fest und gedämmt. Zu niedrig messender Fühler → Regler heizt zu hoch. Zweirohrheizung mit Thermostatventilen: Pumpe auf Δp-variabel.

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18 Aufgaben zu „Mess-, Steuer- und Regelungstechnik“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Anlagenmechaniker/-in SHK (2016), Lernfeld 14; DIN IEC 60050-351 Begriffe der Regelungstechnik. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.