Während der Integralbegriff einen gewissen Grad an Komplexität mit sich bringt, ist die PI-Form des Reglers in der Industrie am weitesten verbreitet

Im Bereich der Prozessregelung ist es völlig logisch, dass das primäre Ziel – Sie ahnen es – die Regelung des Prozesses ist. Seit Jahrzehnten hat sich der PID-Regler als zuverlässiges Instrument zur Erreichung dieses Ziels erwiesen. Dennoch gibt es verschiedene Formen des Reglers, die verwendet werden können, und jeder hat seine eigenen Leistungsmerkmale. Trotz der zusätzlichen Komplexität, die mit dem Integral-Term verbunden ist, ist der PI-Regler die in der Industrie am häufigsten verwendete Form. Er bietet eine bessere Sollwertnachführung als der Proportionalregler und eignet sich gut für die Störungen, mit denen viele industrielle Prozesssteuerungsanwendungen zu kämpfen haben.

Der Proportionalregler – oder P-Regler – wurde in einem früheren Beitrag behandelt. P-Only Control ist zwar einfach zu implementieren und bietet bei bestimmten Anwendungen Vorteile, hat aber auch klare Grenzen. Zu diesen Einschränkungen gehört vor allem die Neigung zum Offset – die Differenz zwischen dem Sollwert eines Regelkreises und seinem Eingang (d. h. Fehler), die oft durch eine anhaltende Störung entsteht. Da viele industrielle Anwendungen sowohl für häufige Störungen anfällig sind als auch eine engere Sollwertverfolgung erfordern, ist die reine P-Regelung oft unzureichend.Die PI-Form des Reglers bietet eine wertvolle Korrektur des Offsets. Anstatt auf den Wert der Regelabweichung zu einem bestimmten Zeitpunkt zu reagieren, summiert der Integral-Term kontinuierlich die Regelabweichung und addiert sie entweder zum Reglerausgang (CO), wenn der Sollwert unterschritten wird, oder subtrahiert sie, wenn der CO über dem Sollwert liegt. Der Integralanteil bleibt nur dann konstant, wenn die Prozessvariable (PV) gleich dem Sollwert ist. Der Integralanteil eines Reglers kann als ein über die Zeit akkumulierter Einfluss betrachtet werden, der davon abhängt, wie lange und wie weit die gemessene PV vom Sollwert entfernt ist, und er dient dazu, die PV wieder in Übereinstimmung mit dem Sollwert zu bringen oder zu ziehen.

In der gesamten Prozessindustrie ist die PI-Regelung heute die vorherrschende Form des PID-Reglers. So effektiv PI auch sein mag, um dem Offset entgegenzuwirken, so stellen PI und die Verwendung von Integral doch einige Herausforderungen dar:

Zusätzliche Komplexität

Es gibt keinen Zweifel – die Einführung des Integralbegriffs erhöht die Komplexität der Regelkreisabstimmung. Die beiden Begriffe – Verstärkung und Integral – stehen in Wechselwirkung zueinander, so dass es eine Herausforderung ist, die “besten” Werte für die Erreichung des einzigartigen Regelungsziels des Regelkreises zu finden. Selbst erfahrene Praktiker können dazu verleitet werden, den falschen Begriff einzustellen, wenn ihre Analyse auf der visuellen Inspektion von Trenddaten beruht.

Reset Windup

Es ist möglich, dass der Integralfehler zu groß und unsinnig wird. Betrachten wir einen Integralfehlerwert, der es erforderlich macht, dass das Stellglied eines bestimmten Regelkreises – ein Ventil an sich – zu 120 % geöffnet wird. Ein solcher Zustand wird als “Windup” bezeichnet. In einer solchen Situation kann der Regler den Prozess nicht regeln, bis der Fehler das Vorzeichen wechselt und sich ausreichend verkleinert. Trotz der zusätzlichen Komplexität ist die PI-Regelung bei weitem die vorherrschende Form der PID-Regelung, die in der Industrie verwendet wird. Sie ist sehr effektiv bei der Korrektur von Fehlern, die mit dem Offset verbunden sind, und bietet eine überragende Leistung im Hinblick auf die Sollwertverfolgung.