Funktionsliste: Der Stellantrieb am Heizkreis

In dieser Serie nehmen wir uns je Teil ein Aggregat vor, vom Betriebsmittel bis zur fertigen Zeile in der Funktionsliste. In diesem Teil: die Ansteuerung des Stellantriebs.

Im Alltag sagen wir oft „Ventil“. Gemeint ist meist das Paket aus Antrieb, Glied und Regelung.

Aus Sicht der Gebäudeautomation steuern wir einen Stellantrieb an. Der Stellantrieb bewegt mechanisch ein Stellglied, und dieses Stellglied ist das Ventil, hydraulisch gesehen: Es gibt mehr oder weniger Durchfluss frei. Beides zusammen, Antrieb und Glied, heißt Stellgerät.

In der Praxis wird das selten so sauber auseinandergehalten, deshalb lohnt der kurze Blick darauf. Denn was wir in der Funktionsliste beschreiben, ist immer dasselbe: die Ansteuerung und, sofern vorhanden, die Rückmeldung der Stellung. Streng genommen ist das die Stellung des Antriebs, gemeint ist die des Ventils. Darüber müssen wir uns hier nicht streiten.

Deshalb geht es in diesem Teil um die Frage: Wie bilde ich die Ansteuerung eines Stellantriebs in einer Funktionsliste ab?

Wir nehmen dafür den Heizkreis, an dem die Serie durchgespielt wird. Du findest ihn in der GA-Coach® App unter den Arbeitsmitteln, als fertiges Beispiel zum Nachschauen.

Was du in diesem Artikel lernst

Warum die Ansteuerung so oft unvollständig in der Liste landet
Stellglied, Stellantrieb, Stellgerät und die Ausgabefunktion nach VDI 3814 Blatt 3.1
Der Weg vom Sollwert zur Bewegung im Heizkreis
Drei Fragen aus der Praxis: analoger Ausgang, Stellausgabe, Motorsteuerung
Fazit mit Kurz-Check für deine Stellantriebs-Zeile

Warum die Ansteuerung so oft unvollständig in der Liste landet

Das sind die häufigsten Gründe:

Die Begriffe verschwimmen. Ventil, Stellantrieb und Stellglied werden synonym benutzt, und dann ist unklar, was eigentlich beauftragt ist. Das reicht bis in die Ausschreibung: Das Stellglied steht dann beim Heizungsgewerk und zusätzlich in der Kostengruppe 480. Üblicherweise liefert die Heizung das Stellglied und die Gebäudeautomation den Stellantrieb.
Der Regler steht allein da. Es wird nicht beschrieben, was die Regelgröße ist und woher der Sollwert kommt. Die Reglerfunktionen selbst werden oft weder geplant noch ausgeschrieben, und das macht die Ausführung unnötig schwer.
Die Antriebsart bleibt offen. 0 bis 10 Volt, 2-Punkt, 3-Punkt, variable Impulslänge: Steht die Anforderung nicht in der Liste, entscheidet sie sich auf der Baustelle. Und wer dann etwas anderes ausführt als angenommen, hat gute Gründe, die Position nachzuziehen.
Nur die Ausgänge werden eingetragen. Ob es überhaupt eine Rückmeldung gibt, steht nirgends. Und ein Ausgang allein beschreibt noch keine Funktion und damit auch keine Leistung.
Datenpunkte werden gezählt, Funktionen nicht. Virtuelle Werte wie Sollwerte fehlen ebenso oft wie der Regler selbst. Am Ende führt jeder etwas anderes aus.

Begriffe: Stellglied, Stellantrieb, Stellgerät und Ausgabefunktion

Drei Dinge, die vor der ersten Zeile geklärt sein müssen.

Stellglied, Stellantrieb, Stellgerät: wer macht was

Das Stellglied ist der hydraulische Teil. Es verändert den Querschnitt und damit den Durchfluss des Mediums. Das ist das, was in der Heizungsplanung ausgelegt wird.

Der Stellantrieb ist der motorische Teil. Er bekommt ein Signal und macht daraus Bewegung, also einen Hub. Antrieb und Glied zusammen ergeben das Stellgerät.

Die Ansteuerung ist unser Teil. Sie kommt aus der Automationseinrichtung, kurz AE, und sie ist eine Ausgabefunktion. Meistens wollen wir zusätzlich wissen, wo der Antrieb gerade steht, also eine Rückmeldung. Beides beschreibst du in der Funktionsliste als einzelne Datenpunkte.

Und nicht zu vergessen: Dazwischen sitzt in aller Regel ein Regler, mit einem Istwert als Regelgröße und einem Sollwert als Führungsgröße. Auch der gehört in die Liste. Wenn wir „Ventil“ in eine Zeile schreiben, meinen wir immer dieses Paket aus Ansteuerung, Rückmeldung und Regelung.

Regelgröße, Führungsgröße, Stellgröße

Diese drei Begriffe tauchen in jeder Regelung auf, und wer sie sauber trennt, versteht den Rest von allein.

Die Regelgröße ist der Istwert, also das, was du misst. Im Raum ist das die gemessene Temperatur, sagen wir 19,7 °C.

Die Führungsgröße ist der Sollwert, also das, was du erreichen willst. In der Regel kommt sie aus einem Raumbediengerät oder aus einer zentralen Vorgabe, sagen wir 22 °C.

Die Stellgröße ist das Ergebnis des Reglers, häufig als Y bezeichnet. Sie ist zunächst nichts weiter als ein berechneter Wert von 0 bis 100 Prozent. Es ist nur ein Rechenwert. Am Ausgang liegt noch keine Spannung.

Ausgabefunktion: was die Automationseinrichtung nach außen tut

Nach VDI 3814 Blatt 3.1 nimmt die Automationseinrichtung Eingabefunktionen auf, verarbeitet sie, führt ein Programm aus, steuert und regelt. Die Ausgabefunktion ist der Moment, in dem das Ergebnis die Automationseinrichtung verlässt und in der physikalischen Welt etwas bewirkt: Es wird geschaltet, gestellt oder gefahren.

Für unseren Stellantrieb heißt das: Am Ende steht eine analoge Ausgabe (1.1.3 AO) oder, je nach Antrieb, eine bis zwei binäre Ausgaben (1.1.4 BO). Das ist das Signal, das die Anlage erreicht. Was zwischen dem Regler und diesem Signal passiert, ist der eigentliche Punkt dieses Artikels.

Dort sitzen die Anwendungsfunktionen, also die Spalte 2 der Funktionsliste. Dazu gehört auch die Regelung und damit die Stellausgabe. Es ist die Gruppe, die am häufigsten leer bleibt, obwohl sie beschreibt, was die Anlage können soll.

Der Weg vom Sollwert zur Bewegung

Im besten Fall kommt noch der Rückführwert dazu, also die zurückgemeldete Stellung. Damit kannst du die Position auf der Bedienebene anzeigen und erkennst Abweichungen und Handeingriffe am Stellantrieb.

Der Regler rechnet in Prozent. Die Stellausgabe macht daraus ein Signal für den Antrieb.

Drei Fragen aus der Praxis zum Stellantrieb

Drei Fragen, die beim Stellantrieb immer wieder kommen.

„Wir haben doch den analogen Ausgang, reicht das nicht?“

Nein, und der Unterschied ist mehr als eine Formalie.

Lösung: Die analoge Ausgabe (1.1.3) ist das Ausgangssignal selbst. Die Stellausgabe (2.3.3 bis 2.3.7) ist die Funktion, die dieses Signal aus der berechneten Stellgröße überhaupt erst erzeugt. Beides gehört in die Zeile. Trägst du nur den Ausgang ein, steht in deiner Liste ein Signal. Die Funktion dahinter fehlt, und mit ihr der Aufwand für die Umwandlung in der Kalkulation.

„Woher weiß ich, welche Stellausgabe ich brauche?“

Aus der Antriebsart. Die legst du in der Planung fest.

Lösung: Steht ein stetiger Antrieb mit 0 bis 10 Volt fest, ist es die Stellausgabe stetig (2.3.3). Ist es ein 3-Punkt-Antrieb, wird daraus die Stellausgabe 3-Punkt (2.3.5), und dann muss auch die Laufzeit des Antriebs zu den Parametern der Funktion passen. Bei thermischen Antrieben landest du bei der Pulsweitenmodulation (2.3.7). Wer das offenlässt, verschiebt die Entscheidung in die Inbetriebnahme, und dort kostet sie Zeit.

„Kommt beim Stellantrieb die Motorsteuerung rein?“

Nein, so wie bei der Klappe in Teil 2 der Serie.

Lösung: Die Motorsteuerung (2.2.6) ist in der VDI 3814 für Antriebe wie Pumpen und Ventilatoren vorgesehen. Für einen Stellantrieb nimmst du die Stellausgabe aus der Gruppe Regelung. Und wenn dein Antrieb eine Rückmeldung liefert, kommt die Überwachung dazu: Beim stetigen Antrieb vergleichst du das Stellsignal mit dem Rückführwert, beim schaltenden prüft die Befehlsausführüberwachung (2.2.4), ob der Befehl auch ausgeführt wurde.

GA-Coach Tipp

Kurz-Check für deine Stellantriebs-Zeile, sechs Punkte:

Ist klar getrennt, was Stellglied, was Stellantrieb und was Ansteuerung ist?
Sind Regelgröße, Führungsgröße und Stellgröße im Projekt benannt und in der Funktionsliste dargestellt?
Steht der Regler (2.3.1) mit einer zugeordneten Stellausgabe in der Liste, im besten Fall in der Zeile der Regelgröße?
Passt die Stellausgabe (2.3.3 bis 2.3.7) zur tatsächlichen Antriebsart?
Ist die Ausgabefunktion eingetragen, analog oder binär, je nach Antrieb?
Ist geklärt, ob der Antrieb eine Rückmeldung liefert und wie sie überwacht wird?

Wenn du am Anfang stehst und dir unsicher bist, welche Funktionen bei so einer Ansteuerung überhaupt zwingend dazugehören: In der GA-Coach App gibt es dafür den Datenpunkt-Assistenten. Er führt dich Schritt für Schritt durch die Pflichtüberlegungen. Den Heizkreis als fertiges Beispiel findest du dort ebenfalls, unter den Arbeitsmitteln.

Und wenn du Blatt 3.1 und Blatt 4.3 einmal systematisch durcharbeiten willst: Zu beiden gibt es in der App eigene Lernmodule, mit denen du die GA-Funktionen und die Funktionsliste Schritt für Schritt aufbaust.

Fazit

Bei einem Ventil lohnt es sich, den Gesamtablauf einmal komplett durchzuspielen. Dann erkennst du sofort, warum die Stellausgabe nötig wird: Sie beschreibt, wie das Ausgangssignal überhaupt erzeugt wird. Wer nur den Ausgang einträgt, lässt diese Information weg.

Der Weg ist immer derselbe: vom gemessenen Istwert über den Sollwert zum Regler, von der Stellgröße zur passenden Stellausgabe und von dort zur Ausgabefunktion mit dem zugehörigen Ausgang. Bildest du diesen Weg vollständig in der Funktionsliste ab, hast du eine Funktion beschrieben. Dann kann jemand anderes sie lesen, verstehen und umsetzen. Dafür ist die Liste da: Sie bildet die Aufwände ab und sagt, was gemacht werden soll.

Prüf deshalb bei deinen Ventilen: Ist die Stellausgabe mit aufgeführt, und sind Regelgröße und Führungsgröße beschrieben?

Die Vorlage zur Funktionsliste findest du kostenlos im Download-Bereich, den Heizkreis als fertiges Beispiel in der GA-Coach App.

Dennis, dein GA-Coach

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Funktionsliste Schritt für Schritt, Teil 3: Das Ventil mit Stellantrieb