Eine Reise in die Welt der Kybernetik Teil 1 von 3 von Peter Kainhofer

liebe freunde durch meine erfahrung auf dem gebiet der automatisierung und im speziellen der regelung von komplexen technologischen prozesse habe ich mir unbewusst fähigkeiten angeeignet die es mir ermöglicht haben komplexe zusammenhänge zu analysieren und daraus neue konzepte zur optimierung dieser prozesse zu entwickeln durch die studien von fachliteratur aus dem bereich der kybernetik sowie durch ein sehr interessantes gespräch mit der kybernetik in maria bogner bin ich auf den literatur des bio kybernetik us frederic vester gestoßen seither ist es mein wunsch die realität auf unserer erde kennen zu lernen wie funktioniert eigentlich unsere natur und wie funktioniert der mensch warum sind die menschen bestrebt ihren eigenen lebensraum zu zerstören diese und weitere fragen beschäftigen mich noch heute also habe ich begonnen bausteine zusammen zuerst habe ich die trendanalysen verschiedene bereiche erfasst und miteinander verglichen dann habe ich im internet und in der fachliteratur nach berichten gesucht die mit diesen trend analysen übereinstimmen und so hat sich nach über zwei jahren langsam aus vielen einzelbildern ein wenig und scharfes gesamtbild ergeben ich möchte diese erkenntnisse an euch weitergeben ihr werdet in diesem workshop nicht wie in der schule auswendig lernen ihr werdet aber lernen ihre natürlichen fähigkeiten die in eurem unterbewusstsein liegen zu nutzen ihr werdet damit unsere wunderbare welt und damit war auch euch selbst aus einer ganz anderen sicht sehen als sie das in der schule gelernt habt und ihr seid in der lage die fehler zu entdecken die wir im umgang mit komplexen systemen machen ich freue mich darauf mit euch arbeiten zu dürfen herzlichst peter kein hofer im ersten teil der studie faszination regelung regelung in natur und technik begeben wir uns auf eine reise in die welt der kybernetik diese präsentation soll die teilnehmer mit den komplexen zusammenhängen in unserer natur vertraut machen auch wird ein regelungssystem vorgestellt womit auch komplexe technische regelungs aufgaben durch einen systemischen aufbau relativ einfach zu lösen sind im zweiten teil der studie befassen wir uns mit der anwendung der kybernetik in dieser präsentation geht es um zwei themen um die regelung in unserer gesellschaft und um die regelung in der energietechnik hier beschäftigen wir uns mit der bildung der soll zustände sowie der exakten analyse der ist zustände unter störgrößen zur bildung der soll zustände wurde die bedürfnispyramide nach ihrem heslov herangezogen für die analyse der ist werte werden trennt diagramme der letzten jahrzehnte herangezogen durch deren vergleich eindeutige aussagen gemacht werden können rät diagramme zeigen zum unterschied von punktuellen messungen den dynamischen verlauf von systemen an durch die überlagerung dieser diagramme lernen die teilnehmer zusammenhänge und zeitliche veränderungen erkennen beim thema regelung in der energietechnik lernen die teilnehmer neue wege kennen um die energieversorgung der zukunft an die natur anzupassen die ergebnisse der analysen sollen die teilnehmer anregen neue wege für die

gestaltung unserer zukunft zu biden der österreichische physiker philosoph und über nötige heinz von foerster erzählt in seinem buch der anfang von himmel und erde hat keinen namen eine geschichte aus seiner kindheit die sein weiteres wirken entscheidend beeinflusst hat als ich ein kleiner bub war hielten wir uns im sommer auf dem salzkammergut auf eines nachmittags kündigte sich ein gewitter an die schwalben flogen ganz niedrig und meine eltern riefen mir zu es kommt schlechtes wetter die schwalben fliegen so niedrig ich fragte zurück ja warum fliegen die schwalben zu niedrig wenn schlechtes wetter kommt und darauf meine eltern wegen der mythen der fliegen der insekten unterdessen die alle so niedrig fliegen wenn schlechtes wetter kommt da fragte ich für witzig weiter aber warum fliegen die mücken und die insekten so niedrig wenn schlechtes wetter kommt und ich erhielt eine ohrfeige na da wusste ich das scheint eine sehr fundamentale frage zu sein und so zog ich damals damals daraus die konsequenz wenn du für fundamentale fragen beantwortet haben willst musst du dich selbst darum kümmern

die regelung ist ein vorgang in systemen in denen wechselwirkung stattfindet in der natur in der regelungstechnik und in der gesellschaft bei dem eine prinzipiell veränderlich oder dynamische größe in der regel automatisch konstant oder annähernd konstant gehalten wird der in der wissenschaft für diesen vorgang verwendete begriff ist kybernetik über nötig als fachübergreifende wissenschaft etablierte sich in den 40er jahren des zwanzigsten jahrhunderts ihre begründer waren eine gruppe von wissenschaftlern um den amerikanischen mathematiker norbert wiener und den österreichischen biophysiker heinz von foerster die wesentliche eigenschaft dass verbreitet anzutreffenden vorgangs regelung ist dass der wert der zu erhaltenden größe festgestellt wird durch messung und bei abweichung von seinem gewollten wert dem sollwert durch entsprechende wechselwirkung wieder hergestellt wird dem abdriften von sollwert wird gegengesteuert die rückkopplung ist eine gegen kopplung das regeln die regelung ist ein vorgang bei dem fortlaufend eine größe die regelgröße oder die zu regelnde größe erfasst mit einer anderen größe der führungs größe verglichen und im sinne einer angleichung an die führungs größe beeinflusst wird regelung wird häufig mit steuerung verwechselt beziehungsweise als identisch betrachtet bei der steuerung ist keine rückkopplung vorhanden beispiel

unser dilemma in mit der komplexität unserer welt lässt sich darauf zurückführen dass wir wohl dahin ausgebildet wurden einfache logische schlüsse zu ziehen und nahe liegende ursache wirkungs beziehungen zu definieren von verletzten zusammenhänge offener systeme hingegen mit ihrem oft kausalen verhalten haben wir in der schule meistens auch in der späteren ausbildung wenig gehört deshalb schrecken wir davor zurück und konzentrieren uns lieber auf detailfragen diese einengung im denken führt zu den typischen fehlern im umgang mit komplexen systemen simple ursache wirkungsbeziehungen gibt es nur in der theorie nicht in der wirklichkeit dort regieren indirekte wirkungen beziehungsnetze und zeitverzögerungen die oft eine zuordnung der ursachen verhindern was dann da man dieses system zusammenhänge nicht erfasst die folgenabschätzung von eingriffen zusätzlich erschwert die flucht in die moderne informationstechnologie in der hoffnung durch zugang zum meer und genauer wenn daten komplexität besser durchschauen zu können beschert uns eher einen info overkill als eine reale analyse eine so erstellte zwar exakte aber unverletzte planung missachtet regelkreise und erlaubt auch keine störungen da sie keine puffer vorsieht sie ist nicht fehler freundlich unsere kardinalfehler im umgang mit komplexen systemen eines der interessantesten experimente bezüglich unserer unfähigkeit probleme in komplexen systemen zu lösen wurde 1975 von dem system psychologen dietrich dörner durchgeführt und in seinem buch problemlösungen als informationsverarbeitung erstmals beschrieben

er erfand eine fiktive afrikanische regierung das saarland deren wichtigste daten und einflussgrößen den tatsächlichen bedingungen afrikanische regionen entnommen in einem computer gespeichert wurden dazu wurde ein dialog programm entwickelt und zwölf personen unterschiedlicher fachrichtungen bekamen die aufgabe ganz allgemein dafür zu sorgen dass es den menschen von taner land besser ginge wozu ihnen von der weltbank entsprechende kredite zur verfügung gestellt wurden das ergebnis war mehr als niederschmetternd statt dass das leben der menschen sich der zielsetzung entsprechend nachhaltig besser gestaltete traten nach vorübergehenden besserungen katastrophen und hungersnöte auf die vier herden waren auf einen bruchteil zusammengeschmolzen die nahrungsquellen verzichten ebenso wie die finanzen eine rückzahlung der kredite war nicht mehr möglich auffallend war dass die am versuch beteiligten experten genauso wie die übrigen versuchspersonen ein chaos schufen und das land in ein desaster führten obwohl alle das gute wollen sechs fehler im umgang mit komplexen systemen die erde mit ihrer atmosphäre und ihren mehreren ihre komplexen biosphäre ihre kruste von entsprechend oxidiertem quartz reichen zementieren der options- und mit dem mord von gestein die über eine magnesium silikat mantel und einem kern aus metallischem eisen liegt mit ihren eisbedeckten gipfel ihren wüsten wäldern anderen schunkeln weide ländern und sehen wie deren kohle und ablagerungen ihren vulkanen und fuhren mit ihren pflanzen und tieren ihre magnetfeld ihrer jonas fähre mit ihren verformungen des bodens und ihrem sich bewegenden magna ist ein system von erstaunlicher komplexität temperatur und atmosphäre sind die vorrangigsten grundlegenden faktoren für das leben auf der erde der blaue planet hat sowohl erträgliche temperaturen wie auch eine atmosphäre die zur atmung für land und luft bewohnen die lebewesen geeignet ist besonders für solch komplexe lebensformen wie den menschen diese beiden äußerst unterschiedliche faktoren jedoch entstanden als ergebnis von bedingungen die wie sich zeigt in vielen fällen ideal sind eine davon ist die entfernung zwischen der erde und der sonne die erde hätte nicht zur heimstätte für das leben werden können wenn sie der sonne so nahe gewesen wäre wie venus oder so weit von ihr entfernt wie jupiter auf kohlenstoff basierenden moleküle können nur zwischen den temperatur grenzwerten von minus 20 bis plus 120 grad celsius bestehen und die erde ist der einzige planet dessen durchschnittstemperaturen innerhalb dieser grenzwerte liegen wenn man den großen gesamt betrachtet ist es gar nicht so einfach auf eine temperaturspanne zu treffen die so begrenzt wie diese ist denn die temperaturen im universum schwanken zwischen der millionen von geraden im innern der heißen sterne und dem absoluten gefrierpunkt von minus 273 grad celsius in solch einem ausgedehnten temperaturspektrum ist die temperaturspanne in der das leben möglich ist in der tat sehr schmal doch der planet erde hat sie es muss jedoch nicht nur die durchschnittstemperatur ideal seien die vorhandene wärme muss auch weitgehend gleichmäßig über den ganzen planeten verteilt seien einige spezielle

vorkehrungen wurden getroffen um zu gewährleisten dass das auch tatsächlich geschieht die erdachse ist 23 grad 27 minuten gegen die ebene der ekliptik geneigt diese neigung verhindert eine überhitzung der atmosphäre in den regionen zwischen den polen und dem äquator und verursacht relativ gemäßigte temperaturen in ihnen wenn diese neigung nicht vorhanden wäre wäre das temperaturgefälle zwischen den polen und dem äquator viel steiler als es ist und die gemäßigten zonen wäre nicht so gemäßigt oder bewohnbar die umdrehungsgeschwindigkeit der erde um ihre achse trägt ebenfalls zu einer ausgeglichenen wärmeverteilung bei die erde macht alle 24 stunden eine vollständige umdrehung was zur folge hat dass die abwechselnden perioden von tageslicht und dunkelheit ziemlich kurz sind und weil sie kurz sind ist der wärme unterschied zwischen der beleuchteten und der dunklen seite des planeten ziemlich gering die bedeutung dessen wird an dem extremen beispiel von merkur erkenntlich wo ein tag länger dauert als ein jahr und der unterschied zwischen tag und nacht temperatur fast 1000 grad celsius ist es sind vor allem die meeresströmungen die bei der temperaturverteilung zwischen den kalten und warmen regionen auf unserer erde eine wichtige rolle spielen dabei wirkt das absinken von kaltem und sehr salzhaltigen wasser im nordatlantik als der motor der ozeanzirkulation die thermo aline zirkulation hat einen erheblichen einfluss auf das weltklima eine störung dieses motors durch das abschmelzen des polareises kann für das weltklima dramatische folgen haben auch die geografische beschaffenheit steuer zur gleichmäßigen verteilung der wärme auf der erde bei es besteht ein unterschied von fast 100 grad celsius zwischen den polar und äquatorial regionen der erde wenn solch ein wärmegefühl über einen vollständig ebenen gebiet vorhanden wäre würden die spinde erzeugen die geschwindigkeiten von bis zu 1000 stundenkilometer erreichen und alles was sich auf ihrer bahn befinde mit sich hinweg reißen würden dagegen ist die erde voll von geografischen wind hängen die die gewaltigen luftbewegungen die solch ein wärme gefälle andernfalls verursachen würde blockieren diese barrieren sind gebirgsketten wie jene die sich vom pazifik im osten bis zum atlantik im westen erstrecken mit ihrem anfang im himalaya in china fortgesetzt im taurusgebirge in der naturnahen und weiter in den europäischen alpen die überschüssige hitze in den äquatorialen regionen wird auf dem meer nach norden und süden übertragen dank der ausgezeichneten fähigkeit des wassers wärme zu leiten und zu zerstreuen gleichzeitig gibt es einige automatische kontrollsysteme welche helfen die atmosphärische temperatur im gleichgewicht zu erhalten wenn sich zum beispiel eine gegend aufwärmt erhöht sich die verdunstung des wassers wodurch wolkenbildung verursacht wird diese wolken reflektieren mehr licht in den weltraum zurück und verhindern so eine weitere erwärmung der luft sowie der darunter liegen erdoberfläche die bisher erwähnten dinge sind nur einige wenige der fein abgestimmten gleichgewichts zustände die ausschlaggebend für das leben auf der erde sind wenn wir die erde untersuchen können wir die liste der für das leben notwendigen faktoren beliebig lang fortsetzen der amerikanische astronom newroz hat solch eine liste zusammengestellt durch eine stärkere oberflächen schwerkraft würde die atmosphäre zu viel ammoniak und methan festhalten bei geringerer oberflächen schwerkraft würde die atmosphäre des planeten zu viel wasser verlieren wäre die entfernung vom mutter stern weiter wäre der planet zu kühl für einen stabilen wert wasserkreislauf wäre sie geringer wäre der planet zu warm für einen

stabilen wasserkreislauf wäre die erdkruste dicker würde zu viel sauerstoff von der atmosphäre in die kruste übertragen werden wäre sie dünner wären vulkanische und tektonische aktivitäten zu intensiv wäre die umdrehungszahl der erde länger während die temperaturunterschiede von tag und nacht zu groß wäre sie kürzer während die atmosphärischen windgeschwindigkeiten zu hoch wäre die gegenseitige anziehung mit dem mond größer so wäre die auswirkung auf die gezeiten auf die atmosphäre und auf die umdrehungszahl heftig wäre sie geringer würden eintretende veränderungen in der schräglage der umlaufbahn klimatische unbeständigkeit verursachen wäre das mit magnetfeldstärke während die elektro magnetische ströme zu heftig wäre es schwächer so bestünde ein ungenügendes schutz vor ungünstigen stellaren strahlungen wäre das rückstrahlung vermögen größer würde sich eine rasende eiszeit entwickeln wäre es geringer würde sich ein rasen der treibhauseffekt entwickeln während das verhältnis von sauerstoff von stickstoff in der atmosphäre größer würden fortgeschrittene lebensvorgänge zu schnell vor sich gehen wäre es geringer würden fortgeschrittene lebensvorgänge zu langsam vor sich gehen während kohlendioxid wir kommen nun zu einem neuen sehr sehr wichtigen gebiet der kybernetik nämlich der biologische kybernetik in diesem abschnitt möchte ich ihnen einige faszinierende beispiele von regelungen in der biologie zeigen und wie sich die verschiedenen organismen ständig an die umwelt anpassen zuerst zeige ich ihnen ein beispiel über das intelligente verhalten von schleimpilz japanische forscher führten unter der leitung von durch yuki nagasato ein experiment mit steinpilzen durch dessen ergebnis selbst die fachleute überraschte die wissenschaftler ließen ein plasmodium derart für sarah polizei zahlung sämtliche gänge eines etwa 25 x 35 cm großen labyrinths bewachsen dass sie vorher mit nährlösung präpariert hatten nachdem alle gänge vom schleimpilz besiedelt waren platzierten sie an zwei von vier ausgängen kleine häufchen mit haferflocken sofort begann der schleimpilz seine gestalt zu ändern dem schleimpilz zog sich vollständig aus den meisten gängen des labyrinths zurück er verließ alle sackgassen und umwege und beschränkte sich auf die kürzeste wegstrecke zwischen den beiden futterquellen damit war bewiesen dass sich der schleimpilz in seiner bewegung am nahrungs vorkommen orientiert nach meinung der forscher aber auch noch mehr es scheint so nah karaki das zelluläre materie primitive intelligenz aufweist um sich in ihrer umgebung zurechtzufinden tragen die schleimigen plasmodien übrigens photorezeptoren für ultraviolettes und im geringen maße auch für rotlicht diese helfen ihnen eine besonders hellen oder dunklen platz in ihrer umgebung zu finden außerdem verfügen schleimpilze über verschiedene käme rezeptoren mit denen sie zum beispiel nahrung oder feuchtigkeit registrieren können

die welt im finger über verschachtelte systeme natürliche systeme existieren nie für sich allein sondern sind sie durchdringen sich gegenseitig an einer bilderreihe mit immer stärker vergrößerten ausschnitten aus einem menschlichen finger erfährt man wie quer durch alle größen dimensionen hindurch eine fülle eng miteinander verschachtelter systeme wirksam ist obwohl im detail ein kompliziertes super system ist der vier als ganzes doch wieder einfach zu begreifen auch ohne die gesamte biochemie seiner zellen und die wieder darin befindlichen einzelsysteme zu kennen doch aufgrund dieser ineinander verflochtenen einzelsysteme können wir unseren finger befehlen zu winken auf etwas zu zeigen oder auf einer gitarre ein wertloses stück zu spielen was ist ein 4 nun halt ein bisschen haut muskeln und knochen ein teil der hand und gleichzeitig ein gigantisches super system ineinander verschachtelter welten er ist ein hochkomplexes system ein instrument der sinne und der bewegung mit millionen von einzelelementen mit einem rasanten materie energie und informations verkehr bei dem jeder sekunde auch in ruhestellung 500 einzelne bewegungs korrekturen über 1000 sinneswahrnehmungen und zehntausende von chemischen reaktionen durchgeführt werden nur der winzigste teil seiner tätigkeit ist uns bewusst 15 millionen der eng aneinander liegenden zellen bilden die haut des fingers über zehn brücken stehen sie untereinander in engem stoff und informationsaustausch außerdem sind sie in der lage kleine defekte und wohnten zu erkennen und selbständig zu reparieren die zelle ist das ausgeklügelte aller unter systeme des fingers insgesamt gibt es in einem finger 15 milliarden zellen in über 100 verschiedenen typen der chromosomensatz enthält das komplette genetische programm eines menschen und jedes einzelne chromosom ist wieder eine winzige bibliothek mit tausenden von informations schnüren im inneren eines chromosoms mich steht jeder strang aus 16 um einander verbinden um den eiweiß verpackten nukleinsäure fäden der berühmten dna das schwingungs bild eines der 850 atome wie sie der gen abschnitt enthält ist wieder ein komplexes system eine welt aus schwingungen energie mustern und rhythmen zusammengehalten durch eine unzahl von von beziehungen in einem noch weitgehend rätselhaft kräftespiel schon ein simpler finger ist also bereits ein hochkomplexes system und beim einstieg in sein mikro dimension eröffnet sich eine neue welt nach der anderen sie alle sind unter systeme sowie auch der finger ein unter system der hand diese des menschen und dieser wieder ein unter system der biosphäre ist obwohl durch und durch kompliziert ist der finger als ganzes wieder einfach zu verstehen wenn er winkt wenn er schreibt oder malt oder wenn er gitarre spielt thermo regulation des menschen der begriff wärmeregulation umfasst alle mechanismen des menschlichen körpers zur aufrechterhaltung einer konstanten körperkerntemperatur von etwa 37 grad celsius der menschliche körper befindet sich in einem ständigen wärmeaustausch mit seiner umgebung dieser beruht auf

folgenden mechanismen der produktion das ist die wärmeübertragung durch den direkten kontakt der konvektion das ist der wärmeaustausch über ein medium zum beispiel luft oder wasser der radiation das ist die wärmestrahlung durch elektromagnetische wellen und der operation das ist der wärmeverlust durch die verdunstung die austausch mechanismen verursachen wärmeverluste als auch passive erwärmung des körpers für die konstant halten und der körpertemperatur ergeben sich daraus folgende erfordernisse erstens die ständige wärmeproduktion des organismus oder auch thermo genese genannt zweitens die isolation gegenüber der umwelt und drittens die fähigkeit zur senkung der körpertemperatur beschäftigen wir uns jetzt einmal mit der thermo genese und den wärmetransport die körperwärme entsteht durch energiewandlung zweier systeme der muskulatur und des stoffwechsels die muskulatur wandelt chemische energie in kinetische energie und wärme um muskelkontraktionen können willkürlich oder unwillkürlich erfolgen der wärmetransport erfolgt mittels erzwungener konvektion über ein flüssiges medium das blut dann die isolation eine natürliche isolations barriere zur verminderung der wärmeverluste über die haut stellt das unterhautfettgewebe da dann die körper kern und die körper schalen temperatur auf grund unterschiedlicher stoffwechselaktivität verschiedene körperregionen ergibt sich eine regional divergierende wärmeverteilung bauchraum und schädel bilden den stoffwechsel aktiven eingeweihten mit den stoffwechsel aktiven eingeweihten den körper kern dessen temperatur zentral überwacht und konstant auf ca 37 grad celsius gehalten wird das nennt man die körperkerntemperatur extremitäten und äußere körperteile bilden die körper schale ihre temperatur liegt abhängig von der umgebungstemperatur meist unterhalb der körperkerntemperatur die konstant halten und der körperkerntemperatur erfordert eine ständige temperaturkontrolle äußerer und innerer thermo rezeptoren thermo rezeptoren sind freie nervenendigungen sensibler neurone ihre signale werden zentral über neuronale korn konvergenzen des ersten euro summiert und an den thalamus übermittelt hier erfolgt die umschaltung auf das zweite neuron dessen projektions fasern im hypothalamus terminieren der hypothalamus stellt das regel zentrum der körpertemperatur da sinkt die körpertemperatur durch hohen wärmeverlust zu welche durch niedrige außentemperatur ab reagiert der hypothalamus durch eine steigerung des sympathikus das ist der erregungszustand des sympathischen nervensystems dies bewirkt eine steigerung des blutdruckes und der herzfrequenz die hypo thermische erhöhung des sympathikus wirkt auf verschiedene effekt organe unter anderem wird die durchblutung der extremitäten und der damit verbundene wärmeverlust über die körperoberfläche gedrosselt das ausrichten der haare führt zu einem verschluss der hautporen und verhindert einen sieg rhetorisch bedingten wärmeverluste erhöhte muskelaktivität führt im sinne der energiewandlung zu einer erhöhten wärme freisetzung bei überwärmung des körpers infolge hoher umgebungstemperatur reagiert der hypothalamus durch eine senkung des sympathikus im folgenden kommt es zu einer peripheren erweiterung der blutgefäße und einer gesteigerten

schweiß sekretion durch innere und äußere störgrößen wie zb arbeit kälte oder hitze wird die körpertemperatur des menschlichen organismus beeinflusst da die temperatur im körper konstant gehalten werden muss wird sie zur regelgröße um eine effektive regulation garantieren zu können mit temperatursensoren oder temperatur rezeptoren notwendig die eine temperatur empfindung also warm oder kalt möglich machen diese temperatursensoren sind in der lage einen regler mit hilfe von messfühler signalen informationen über eine temperaturabweichung des körpers zu liefern der regler vergleicht diese messfühler signale mit dem sollwert der körpertemperatur und übersetzt sie in steuersignale für die steuer stellt lieder die entweder durch wärmeabgabe oder wärme bildungsprozesse die temperatur konstant halten können hier sehen sie ein regel schema der temperaturregulation die temperatursensoren registrieren eine temperaturabweichung und senden messfühler signale an den reglern wo sie in steuersignale für die still glieder trans doziert werden also transportieren heißt umwandeln chemische reize in elektrische signale hypothalamus als regler der hypo die regelungstechnik ist ein teilgebiet der naturwissenschaft sie wurde aus historischen gründen in das fachgebiet der elektrotechnik eingegliedert die anwendungs schwerpunkte sind die verfahrensregelungen regelung von temperatur durchfluss druck niveau und so weiter in fabriken kraftwerken und gebäuden die antriebs regelung die regelung der drehzahl und drehmoment es von elektrischen antriebs maschinen die regelung elektrischer größen wie spannung stromleistung und frequenz die lageregelung regelung von der räumlichen lage von werkzeugen werkstücken antennen sowie in der militärischen technik und die kurs regelung die regelung des kurses von schiffen und flugzeugen und raum körpern die grundgesetze der regelungstechnik gelten in gleicher weise für alle regelkreise ganz gleich wie verschieden sie auch operativ aufgebaut sein mögen da mein spezialgebiet die verfahrens regelung ist möchte ich ihnen einige grundlagen und in weiterer folge eine erfindung zur optimalen regelung von energie kreisen erklären die aufgabe der regelung ist es bestimmte größen wie zum beispiel temperatur drehzahl druck und so weiter auf vorgeschriebene werte zu bringen und entgegen allen stöhr einwirkungen zu halten diese so einfach aussehende aufgabe beinhaltet aber in sich eine erstaunliche fülle von problemen wie man sie auf den ersten blick gar nicht vermuten würde eine regelung ist immer dann erforderlich wenn störgrößen änderungen auftreten bei jeder regel aufgabe müssen uns wir uns mit dem dreigestirn regelgröße stellgröße störgrößen auseinandersetzen ganz gleich welche regel aufgabe zu lösen ist immer müssen wir uns zuerst fragen was soll geregelt werden was ist die regelgröße wie kann die regelgröße beeinflusst werden was ist die geeignetste stellgröße welche störgrößen sind vorhanden und wie wirken sie sich aus

der teil der geregelten anlage in dem die regelgröße konstant zu halten ist und an dem die stellgröße und die störgrößen angreifen wird als regel strecke bezeichnet die regel strecke ist sozusagen der patient der durch einen regler oder eine kombination von mehreren regeln kuriert werden soll um das gut zu können müssen wir ebenso wie der arzt genau über unseren patienten bescheid wissen für das verhalten der regel strecke im regelkreis ist vor allem dass zeit verhalten der regel strecke maßgebend darunter versteht man den zeitlichen verlauf der regelgröße bei änderung der stil grösse unter störgrößen um das zeitverhalten 1 regel strecke besser verstehen zu können ist die kenntnis des technologischen betriebs geschehens im inneren der regel strecke unbedingt notwendig zur aufnahme und darstellung des zeit verhaltens gibt es viele methoden die mit abstand anschaulichsten methode ist das arbeiten mit sprung antworten dazu untersucht man den ablauf der regelgröße bei einer sprunghaften veränderung der stellgröße bzw einer stöhr größe im bild ist dargestellt wie sich eine änderung der steht größe zb eine für verstellung des regelventile oder eine einer störgrößen zum beispiel eine änderung der außentemperatur am ende der regel strecke auswirkt die sprung antwort einer regel strecke mit vielen verzögerungen mit kriechen dem verlauf hat meist den im bild gezeigten grundsätzliche verlauf im nullpunkt beginnt sie mit einer waagrechten tangente über einen wendepunkt strebt sie dem durch den übertragungs bei wert ks der regel strecke gegebenen endwert delta iks ist gleich k s x y 0 zu legen wir durch den wendepunkt der kurve die tangente so schneidet sie auf der zeitachse eine zeit ab die ähnlich wie die im vorigen abschnitt behandelte tod zeit wirkt sie wird mit verzugszeit tu bezeichnet die tangente schneidet außerdem auf der parallelen zur zeitachse durch den endwert der regelgröße die ausgleichs zeit tg ab zur ungefähren abschätzung der schwierigkeit einer regelung ist das verhältnis tu für durch tg gut brauchbar 1 regel strecke mit vielen verzögerungen ist umso schwieriger zu regeln je größer sie verzugszeit im verhältnis zur ausgleichs zeit wird der regler ist der teil des regelkreises der den vergleich zwischen regelgröße und führungskrise durchführt das amplituden und zeitverhalten bildet und die stellgröße beeinflusst die regel strecke hatten wir als patient bezeichnet der durch den regler kuriert werden soll um aber die regel strecke erfolgreich kurieren zu können müssen wir vorher alle uns zur verfügung stehen arzneien das heißt regler und deren eigenschaften genau kennenlernen messen vergleichen verstärken erzeugendes zeit des zeit

verhaltens und stellen sind die größen dienten regler auszeichnen im bild ist ein einfacher ein komponenten regler dargestellt der durchfluss in der leitung soll auf einen einstellbaren sollwert geregelt werden zuerst wird die regel differenz aus sollwert – ist wert gebildet dann wird durch verstärkung mittels des parameters kaffee und dem zeitverhalten mittels der parameter kpt nvv und tv die stellgröße y gebildet die regelgröße ist der durchfluss in der leitung die führungs größe ist ein einstellbarer sollwert die stellgröße ist ein ausgangssignal von 4 bis 20 milliarden auf einen strom druck signal am forma der die stellung des regel ventils entsprechend mit dem aus frank signal verändert schließen wird einen ring regelung von komplexen systemen wir haben die regelung von einfachen regelkreisen kenne gewährt jetzt widmen wir uns der regelung von komplexen systemen komplexe systeme in der verfahrenstechnik sind jene mit regel strecken höhere ordnung mit verschiedenen störeinflüssen anhand des beispiels der regelung einer kompresse kühlung zeige ich ihnen die probleme beim einsatz von einfachen unverletzten reglern in komplexen systemen die regelung der komplett zur kühlung neigt je nach außentemperatur zu mehr oder weniger starkem schwingen dadurch kommt es zeitweise durch zu hohe temperaturen des erdgases zur sicherheits abschaltungen durch die wechselnden thermischen spannungen wegen der schrei stark schwingenden kühlung vor allem bei niedrigen außentemperaturen kann das kühlsystem auf dauer beschädigt werden dies erhöht den wartungsaufwand und verringert die lebensdauer do die neue verletzte regelung konnte das kühlsystem unabhängig von der außentemperatur und von der kompressor leistung dauerhaft stabilisiert werden neues gesamtkonzept für energie kreise wir haben die grundlagen der regelung von einfachen regelkreisen kennengelernt jetzt widmen wir uns den komplexen regelungen von energiepreisen aus der thermo regulation des menschen wissen wir dass es bei komplexen regelungen mit veränderlich störeinflüssen nicht alleine genügt einzelnen faktoren punktweise zu regeln sondern dass sie zusammenhänge übergeordnet im gehirn verknüpft werden dieses gehirn können wir leider nicht gebrauchen aber jetzt haben wir ein funktionierendes gehirn von der zentrale aus werden die einzelnen untergeordneten regelungen angesteuert in der technik geschieht dies durch ein übergeordnetes zentrales prozessleitsystem bei der erfindung handelt es sich um ein konzept das auf der energie bilanzierung als grundlage für die zusammenführung der einzelnen untergeordneten regelungen der energieverteilung des energie transportes und der energieerzeugung passiert anhand des neuen gesamtenergie regel konzeptes sowie der programmierung und parametrierung der software bausteine in einem leistungsfähigen prozessleitsystem werden die einzelnen regelkreise miteinander verbunden und harmonisch abgestimmt merkmale

für energie kreise nach der neuen methode die rücklauftemperatur des energiepreises wird möglichst konstant gehalten dies erreicht man durch eine vom energieverbraucher abhängige änderung des durchflusses im energie- transport- die energieerzeugung wird je nach leistung des energieverbrauches geregt die nets vorlauftemperatur wird lediglich durch einen speziellen temperaturregler langsam nachdem zeit verhalten des energiepreises korrigiert durch die neuartige leistungsregelung mit temperatur korrektur können verschiedene energie erzeuger je nach energieverbrauch vollautomatisch und sturzfrei hintereinander geschaltet werden bei der energieverteilung wird die aus dem jeweiligen energieverbrauch berechnete vorlauftemperatur in den wärmetauscher geregelt die vorlauftemperatur zum prozess wird ähnlich wie bei der energieerzeugung durch einen speziellen temperaturregler korrigiert dadurch wird das regelverhalten ebenfalls verbessert die vorlauftemperatur der kreislauf medien für die einzelnen prozesse kann auch bei schnellen änderungen der energieaufnahme konstant gehalten werden dies bewirkt eine schonende fahrweise und eine gleichmäßige produktqualität sowie eine erhöhung der produktivität es gibt kaum mehr einschränkungen in der produkt produktion durch störungen in der regelung das neue gesamtregelung konzept für energiepreise kann prinzipiell überall angewendet werden wo ein thermischer energie kreislauf besteht oder geplant ist den größten nutzen bringt dieses konzept jedoch in folgenden technologischen bereichen in der chemischen industrie in der nahrungsmittelindustrie in der papierindustrie in der metall erzeugenden und metallverarbeitende industrie den thermischen kraftwerken in fern heizwerken und vernetzen so in der gebäudetechnik klimaanlagen der leistungstest der auslagerung von erdgas aus unterirdischen gasspeichern in das gasnetz der niederlande sollte zeigen ob die neuen regelungen der neue gasmengen regelung und die gesamtregelung des energiepreises imstande sind die gewünschten ziele mit ausreichender genauigkeit zu erfüllen die kunden forderung war folgende lieferung von erdgas von null bis 500.000 kubikmeter pro stunde in 20 minuten mit drei linien die maximale kapazität einer linie ist ausgelegt auf 200.000 kubikmeter pro stunde die temperatur in der stars netz soll unabhängig vom differenzdruck und der liefermenge konstant auf circa 15 grad celsius gehalten werden der druck in den gasspeichern beträgt zwischen 60 und 200 bar der dunklen gasnetz beträgt circa 55 bar die durchführung des leistungstests verfolgende 17 uhr test ob linie 1 bis 250.000 kubikmeter pro stunde liefern kann 17 uhr 20 test ob linie 2 bis 250.000 kubikmeter pro stunde liefern kann 1740 test ob linie 3 bis 250.000 kubikmeter pro stunde liefern kann 18 uhr parallelbetrieb der linie 1 und der linie 3 linie 3 auf 125 1000 kubikmeter pro stunde denn je 1 auf 125 1000 kubikmeter pro stunde also beide haben die hälfte der liefermenge übernommen 1815 gezielte störung des kleinen regeln ventils das große regel ventil

muss die regelung übernehmen das war der erste test mit dem großen regel wenn überhaupt 1830 gezielte auswahl der linie 1 durch priorität 0 und stoppt übernahme das soll menge durch die linie 3 1850 linie 13 betrieb gezielte störung des kleinen regeln wenn teams der linie 3 das große regel ventil muss die regelung übernehmen 1915 gezielter ausfall der linie 3 durch not aus übernahme der gesamten soll menge von 250.000 kubikmeter pro stunde durch die linie 1 so etwas ist meiner meinung nach weltweit noch nie passiert 1955 abfahren der linie 100 kubikmeter pro stunde folgendes ergebnis kann man aus diesen tests ableiten unabhängig vom druck im gasspeicher beziehungsweise im gasnetz ist es mit dem neuen regelsystemen möglich die lieferung von erdgas von null bis 500.000 kubikmeter pro stunde mit zwei linien in nur 10 minuten bei konstanter gas temperatur zu schaffen damit kann die dritte linie in standby geschaltet werden und es kann im störfall stoß frei auf diese linie umgeschaltet werden damit können ausfälle oder störungen sowohl bei dieser als auch bei anderen gasspeicher anlagen im netz schnell kompensiert werden ebenso kann es sehr schnell auf große änderungen des gasverbrauchs reagiert werden durch die schnelle reaktion des neuen systems ist diese anlage in der lage das gasnetz mit spitzen energie zu versorgen dies bewirkt nicht nur eine erhöhung und der versorgungssicherheit sondern es ergibt sich daraus auch ein wesentlicher wirtschaftlicher vorteil mit dem herkömmlichen regelsystemen während diese tests nicht einmal annähernd möglich gewesen die anlage wäre mehrmals in sicherheitsabschaltung gegangen das dynamische verhalten unsere erde brauchte über viereinhalb milliarden jahre und diese komplexen gleichgewichts zustände zu schaffen durch die ein leben für uns menschen überhaupt möglich ist der mensch hat vor allem seit der industrialisierung die natur entscheidend verändert wir beginnen erst langsam zu verstehen dass zu große eingriffe in die natur für unsere nachkommen dramatische auswirkungen haben können überschwemmungen und dürren durch änderung des weltklimas und der meeresströmungen anstieg des meeresspiegels durch globale erwärmung und schmelzen des festland eises überflutungen durch falsche regulierungen der frische mangel an wichtigen rohstoffen durch ausbeutung arbeitslosigkeit und armut durch große umweltschäden durch eine abgestimmte regelung sowohl von politik wirtschaft und gesellschaft und der mitwirkung der wissenschaft und technik können wir wieder lernen mit der natur und den rohstoffen unserer erde sorgsamer umzugehen damit auch noch für unsere nachkommen ein leben im wohlstand im einklang mit der natur möglich ist

wir menschen sind ein teil der natur und nicht die herrscher über die natur wir müssen lernen mit der natur und deren gesetzen zu leben die neuesten forschungsergebnisse vor allem aus der kybernetik und der quantenphysik zeigen dass wir mit unserem dreidimensionalen denken nicht alles verstehen können was im universum passiert dies sollte uns zum nachdenken anregen innovative lösungen in der regelungstechnik tragen dazu bei die energie effizienz zu steigern und sparsam mit den ressourcen unserer erde umzugehen dadurch wird nicht nur die umwelt geschont sondern es entstehen auch neue arbeitsplätze die rückkopplung von komplexen prozessen dauert wie bei einer regel strecke höherer ordnung länger als bei einfachen prozessen darauf sollte man nicht nur in der technik sondern auch in der politik wirtschaft und in der finanzwirtschaft achten acht prinzipien der natur die das überleben garantieren erstens das prinzip der negativen rückkopplung das bedeutet selbst steuerung durch aufbau von regelkreisen stadt ungehemmte selbst verstärkung oder nach dem umkippen selbstvernichtung negative rückkopplung muss daher über positive rückkopplung dominieren weiter das prinzip der unabhängigkeit vom wachstum die funktion eines systems muss auch in einer gleichgewichts phase gewährleistet sein das heißt vom quantitativen wachstum unabhängige sein denn ein permanentes wachstum ist für alle systeme eine illusion drittens das prinzip der unabhängigkeit vom produkt überlebensfähige systeme müssen funktions und nicht produktorientiert arbeiten produkte kommen und gehen funktionen aber bleiben viertens das iut zu prinzip hier geht es um die nutzung vorhandener auch störender kräfte nach dem prinzip der asiatischen selbstverteidigung stadt ihr bekämpfung nach der boxer methode mit eurer eigener kraft fünftens das prinzip der mehrfachnutzung es gilt für produkte funktionen und organisationsstrukturen es führt durch verbundlösungen zur zu mutig stabilität und bedeutet eine absage an sogenannte 100% lösungen 6 das prinzip des recycling es bedeutet nutzung von kreis prozessen zur abfall und wärme verwertung das vermeidet sowohl knappheit als auch überschüsse siebtens das prinzip der symbiose das heißt gegenseitige nutzung von verschiedenartigkeit durch kopplung und austausch das aber verlangt kleinräumigen verbund mono strukturen können daher nicht von den vorteilen der symbiose profitieren und achten das prinzip des biologischen designs auch diese regel lässt sich auf produkte verfahren und organisationsformen gleichermaßen anwenden es bedeutet feedback planung mit der umwelt vereinbarkeit und resonanz mit biologischen strukturen insbesondere auch derjenigen des menschen durch innovative umweltfreundliche regelungen in der real- und finanzwirtschaft sowie in der technik ergeben sich neue chancen für uns und

die nächsten generationen wichtige rohstoffe sind vorhanden kaum arbeitslosigkeit und armut umweltschäden werden begrenzt das weltklima stabilisiert sich wir sollten diese chance nützen vielen dank für ihre aufmerksamkeit herzlichst ihr peter kein hofer