Mikrocontroller, Steuerung und Sicherheit

Eine Steuerung wirkt ohne Rückmeldung auf den Prozess (offener Wirkungsablauf). Eine Regelung misst die Regelgröße $x$, vergleicht sie mit dem Sollwert $w$ und verändert die Stellgröße $y$, bis die Regelabweichung klein ist (geschlossener Kreis). Störgrößen $z$ wie Sonneneinstrahlung wirken von außen auf die Regelstrecke. Ein Zweipunktregler kennt nur Ein und Aus, darum schwankt die Regelgröße um den Sollwert. Ein P-Regler stellt proportional zur Abweichung, lässt aber eine bleibende Regelabweichung; ein I-Anteil beseitigt sie.

Eine SPS arbeitet zyklisch: Eingänge lesen, Programm bearbeiten, Ausgänge schreiben. Die Reaktionszeit hängt von der Zykluszeit und den Verzögerungen der Ein- und Ausgänge ab und kann im ungünstigen Fall bis zu zwei Zyklen betragen. Programmiert wird nach IEC 61131-3 zum Beispiel in Kontaktplan, Funktionsbausteinsprache, Strukturiertem Text oder Ablaufsprache. Grundverknüpfungen sind UND, ODER und NICHT.

Ein Mikrocontroller wie der ESP32 führt ein Programm direkt ohne Betriebssystem aus, ein Einplatinencomputer wie der Raspberry Pi hat ein volles Betriebssystem. GPIO-Pins liefern nur wenige Milliampere; ein Relais schaltest du über einen Transistor mit Freilaufdiode. Vor eine LED gehört ein Vorwiderstand. Mit PWM steuerst du Helligkeit oder Drehzahl, der Mittelwert der Spannung folgt dem Tastgrad. Not-Halt-Taster sind rot auf gelbem Grund, rasten ein und wirken über zwangsöffnende Kontakte oder eine Sicherheitssteuerung, nie nur über normale Software. Vernetzte Geräte schützt du mit eigenen Passwörtern statt Standardzugängen, Updates, verschlüsselter Kommunikation und einem eigenen Netzsegment, wie es IEC 62443 mit Zonen und Conduits beschreibt.