Telekolleg - Informatik


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Technologie - 7. Regelungstechnik 2. Steuerungsarten

Als einführendes Beispiel zum Begriff Steuern wird die Geschwindigkeitssteuerung einer Modelleisenbahn gezeigt.

Stand: 13.04.2017

Übersicht zu einer Programmsteuerung | Bild: BR

Die Geschwindigkeit der Modelleisenbahn wird "gesteuert".

Es ist ein Steuerungsprozess, weil keine Rückkopplung von der Lok zum Netzgerät stattfindet. Je nach Beladung des Zugs ergeben sich bei gleicher Einstellung unterschiedliche Geschwindigkeiten.

Nach der deutschen Industrienorm DIN ist definiert: "Das Steuern ist der Vorgang in einem System, bei dem eine oder mehrere Größen als Eingangsgrößen andere Größen als Ausgangsgrößen aufgrund der dem System eigentümlichen Gesetzmäßigkeiten beeinflussen."

Beim Beispiel der Geschwindigkeitssteuerung einer Modelleisenbahn ist die Potentiometerstellung die Eingangsgröße, das Potentiometer selbst ist das Steuergerät, ein Transistor das Stellglied, beide zusammen sind die Steuereinrichtung. Die Stellgröße ist der elektrische Strom durch den Motor, die Steuerstrecke der Elektromotor selbst. Die Drehzahl des Motors bzw. die Geschwindigkeit der Lok ist die Ausgangsgröße. Es ist praktisch, zusätzlich noch eine Störgröße einzuführen. Das ist hier die unterschiedliche Belastung des Motors aufgrund der verschieden langen Züge.

Mit dem Drehknopf oder einem Elektromotor wird das Waschprogramm Schritt für Schritt durch eine Schaltwalze (links) gesteuert.

Steuerungen kommen in technischen Anwendungen sehr häufig vor, z.B. in einer Waschmaschine: Hier können verschiedene Waschprogramme eingestellt werden, die dann von einem Programm-Automaten gesteuert werden. Man spricht hier von einer speicherprogrammierten Steuerung, kurz SPS-Steuerung. Eine Steuerung ohne Programm wie bei der Eisenbahn heißt dagegen Führungssteuerung.

Eine Kleinbild-Kamera mit automatischer Belichtungsregelung

Dazu noch ein zweites Beispiel: Bei einer Kamera gibt es eine Belichtungsautomatik, die eine Irisblende steuert. Je nach Größe der Öffnung fällt mehr oder weniger Licht auf die Bildebene. Für eine Blendenautomatik ist vor allem ein Fotowiderstand erforderlich, der in einen Stromkreis mit einer Batterie, einer Drehspule und einem einstellbaren Vorwiderstand eingefügt ist.

Die Irisblende steuert die Lichtmenge, die den Film bzw. Sensor belichtet.

Der veränderliche Vorwiderstand steht für die gewählte Belichtungszeit. Der Fotowiderstand leitet den Strom umso besser, je stärker er bestrahlt wird.

Dadurch verstärkt sich die magnetische Wirkung der Drehspule; der Blendenflügel verkleinert die Blendenöffnung der Kamera.

Modellversuch zu einer Blendensteuerung: Fällt mehr Licht auf den Fotowiderstand, dann schließen sich die Blendenflügel.

Von einer Blendensteuerung zu einer Belichtungsregelung fehlt noch eine Rückkopplung beim Auftreten einer Störgröße. Wenn vor die Kameralinse ein Filter gehalten wird, z.B. ein Blaufilter, dann muss automatisch die Bildhelligkeit nachgeregelt werden. Dazu wird der Fotowiderstand nicht außen, sondern direkt auf der Bildebene angebracht.


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