Deel 1 - inleiding in de procescontrole IPC8-2010 - Thinktwise.be

Procescontrole & Labo 

Deel 1 – Inleiding in de procescontrole 

Uitgave IPC8-‐2010, © Ing. W. Baert 

I ndustriële ICT – VTI Sint Laurentius Lokeren

Inleidende begrippen 

Stel je even voor… 

In een waterzuiveringsinstallatie zorgen bacteriën voor de biologische reiniging van 

het rioolwater. Het verontreinigde water wordt m.b.v. pompen naar grote reservoirs 

gepompt. Het water wordt voortdurend in beweging gehouden en van zuurstof 

voorzien zodat de bacteriën zo optimaal mogelijk hun werk kunnen doen. Het 

gezuiverde water wordt naar een beek of rivier afgevoerd, terwijl het vuil achterblijft 

als slib. Met behulp van vijzels wordt dit slib naar verzamelreservoirs gepompt. 

In de controleruimte staat een PC. Op het scherm zie je welke pompen draaien en 

welke pompen nagezien moeten worden. Je ziet ook een grafiek van het 

zuurstofgehalte in het water. Plots doet zich een storing voor in het elektriciteitsnet. 

Pompen vallen stil, meettoestellen werken niet meer. 

In de schakelruimte blijft er echter één toestel draaien. Het hart van de 

zuiveringsinstallatie – de procescontroller – is bij het wegvallen van de spanning 

overgeschakeld op accu’s. Hij kan niet zo lang meer werken, maar heeft voldoende 

tijd om via een netwerkverbinding de centrale in te lichten over de problemen. 

Daarna sluit de procescontroller zichzelf af. 

Een half uur later arriveert een operator. Hij gaat na wat het probleem is, lost het op 

en zet het station terug in dienst. 

Het eerste toestel dat tot leven komt is de procescontroller. Hij bestuurt het station en 

zorgt er nu voor dat alle toestellen in een logische volgorde worden herstart. Het 

enige dat nog herinnert aan deze stroompanne zijn een paar regels die op een 

printer zijn afgedrukt… 

Afbeelding 1 : waterzuiveringsinstallatie - bron: en.wikipedia.org/wiki/water_treatment 

2 PROCESCONTROLE & LABO

Verhalen zoals hierboven zijn dagelijkse realiteit in tal van industriële 

installaties. De techniek heeft een groot aantal taken overgenomen van de 

mens. De besturing en controle van die taken gebeurt door één of meerdere 

procescontrollers. Het werk wordt niet meer gedaan door mensen, maar door 

machines. In deze inleiding zullen we opbouwende onderdelen van 

industriële installaties bekijken en hun samenhang en kenmerken bestuderen. 

Vanaf hoofdstuk 3 gaan we ons verdiepen in de technologie die we kunnen 

toepassen om concrete automatiseringsproblemen op te lossen. 

Het proces 

Kan je zelf voorbeelden geven van industriële installaties? 

Wanneer we het over industriële (productie)installaties hebben komen we 

vaak de term proces tegen. Men kan het dan hebben over de productie van 

een basisgrondstof voor medicijnen, het smelten van staal, de montage van 

een auto. 

Een industriële installatie kan bestaan uit verschillende deelinstallaties die elk 

een productiestap uitvoeren. We noemen dit deelprocessen. Om een 

duidelijke terminologie te hanteren definiëren we hier de term proces: 

Het proces is dat deel van een installatie waarvan de toestand moet 

gecontroleerd, bijgestuurd en/of bijgeregeld worden. 

Mechaniseren en automatiseren 

In het dagelijkse leven hoor je ontzettend veel van mechaniseren en 

automatiseren. Dikwijls gebeurt dit in een economische context. Je hoort in 

het journaal dat door een ver doorgedreven automatisering een aantal 

banen op de tocht staan. 

Maar wat betekent “mechaniseren” en “automatiseren”? Om deze 

begrippen duidelijk te omschrijven gaan we terug in de tijd naar het begin 

van de industriële revolutie (vanaf de 18e eeuw). 

PROCESCONTROLE & LABO 3

Belangrijke ontwikkelingen in de periode van de industriële revolutie 

1708: De stoommachine van Newcomen wordt gebruikt om mijngangen leeg te pompen. 

1709: Abraham Darby smelt ijzererts met behulp van cokes. 

1733: John Kay vindt de vliegende schietspoel uit. Het weven gaat opeens veel sneller. 

1757: Het eerste volledig gegraven kanaal in Engeland. 

1767: De nieuwe spinmachine van Hargreave geeft veel fijnere draad. 

1768: De stoommachine van James Watt. 

1771: De eerste katoenspinnerij begint te werken in Cromford. 

1779: De molen van Samuel Compton maakt het spinnen nog sneller. 

1783: De staalproductie op grotere schaal begint dankzij de uitvindingen van Henry Cort. 

1795: Het mechanische weefgetouw van Edmund Cartwright. 

1802: Richard Trevithick bouwt de eerste stroomlocomotief, de vader van alle andere. 

1825: George Stephenson legt de Stockton and Darlington spoorlijn aan. 

1829: De Rocket van Stephenson overtuigt iedereen van de mogelijkheden van de 

stroomlocomotief. 

1837: De elektrische telegraaf van William Cooke. 

Voor de periode van de industriële revolutie gebeurde bijna alle arbeid door 

mensenhanden. De ontwikkelingen tijdens de industriële revolutie zorgden er 

voor dat meer en meer van die arbeid werd gedaan door machines. De 

mens speelde uiteraard een belangrijke rol bij het in dienst houden van 

dergelijke installaties. Deze ontwikkelingen vallen allemaal onder de noemer 

mechaniseren. 

4 PROCESCONTROLE & LABO 

Afbeelding 3 : spintoestel 18e eeuw

Mechaniseren = het vervangen van routinematige handelingen door 

technische hulpmiddelen waardoor deze handelingen zelfwerkend worden. 

De mens zorgt voor de bediening van de machines en voor het in goede 

banen leiden van het productieproces. 

Naarmate de tijd vordert stellen we echter vast dat deze mechanisering 

steeds verder doorgedreven wordt. De ontwikkeling van microprocessoren en 

de opkomst van de computer hebben ervoor gezorgd dat machines nu niet 

alleen in staat zijn om de routinetaken over te nemen, maar dat ze ook de 

controletaak van de mens overnemen. We spreken dan niet meer van 

mechaniseren maar van automatiseren. 

Automatiseren = doorgedreven mechaniseren. Machines zijn in staat om een 

(groot) deel van het controleren en corrigeren van het productieproces op 

zich te nemen. Machines doen aan zelfcontrole en zijn in staat hun eigen 

gedrag te corrigeren 

Regelen en sturen 

Afbeelding 4 : modern weefgetouw – bron: http://www.picanol.com 

Mechanisering en automatisering zijn vrij algemene termen. Ze overkoepelen 

een aantal technieken die elk een rol spelen bij het automatisch laten 

verlopen van een proces. Eén van die technieken – de regeltechniek – is 

specifiek gericht op het controleren en corrigeren van de procesgrootheden. 

Afbeelding 5 : temperatuurregelaar - bron: http://www.Omron-industrial.com/ 


Een voorbeeld: Bij de productie van een basisgrondstof voor de 

farmaceutische nijverheid is het belangrijk dat de temperatuur (= 

natuurkundige grootheid) een zekere waarde heeft of op een vooraf 

vastgelegde manier verloopt. Om dit te realiseren doet men een beroep op 

de regeltechniek. Dit is een technische wetenschap die zich toelegt op het 

ontwikkelen van methodes en technieken om procesgrootheden te 

beheersen. Andere voorbeelden van procesgrootheden zijn: druk, snelheid, 

verplaatsing, pH, zuurstofgehalte,... 

Regelen = het toepassen van technieken en methodes om procesgrootheden 

te controleren en te corrigeren. 

Bij regelen maakt men gebruik van terugkoppeling (Eng. feedback). Het 

regelsysteem gaat het effect van zijn acties evalueren. We spreken ook van 

een “gesloten lus” systeem. 

Een andere term die we regelmatig tegenkomen in de procestechniek is 

“sturen”. Het is eerst en vooral belangrijk om in te zien dat sturen en regelen 

verschillende acties zijn. Bij regelen wordt de waarde van de procesgrootheid 

gemeten. Indien deze waarde afwijkt van de waarde die men wenst zal men 

acties ondernemen om deze afwijking weg te werken. Het effect van deze 

acties zal men meten. Bij sturen gaat men een bepaalde actie uitvoeren en 

men verwacht dat dit effect heeft. Bij het sturen is er dus geen terugkoppeling 

en spreekt men van een “open lus” systeem. 

Een voorbeeld: Bij het opblazen van een airbag gaat men niet nagaan of 

deze daadwerkelijk is opgeblazen. Men verwacht gewoon dat dit op 

commando gebeurt. 

Afbeelding 6 : airbag in werking – Bron: http://en.Wikipedia.org/wiki/Airbag 


Motivatie voor automatisering 

Aan automatisering zijn uiteraard een aantal voordelen verbonden: 

De productie verloopt sneller, efficiënter en meer doelgericht. Dit heeft een 

invloed op de productiviteit van de onderneming. Machines werken vaak ook 

nauwkeuriger en met minder fouten dan mensen. Bovendien kan 

automatisering taken die gevaarlijk, zwaar of routinematig zijn uit handen van 

mensen nemen zodat die op hun beurt ingeschakeld kunnen worden op 

andere plaatsen in het productieproces. 

Er is echter ook een keerzijde: 

Automatisering vergt dikwijls arbeidskrachten die een hogere opleiding 

hebben gehad. Hierdoor kunnen mensen die minder zijn opgeleid uit de boot 

vallen. Een ander nadeel is dat – wanneer een machine in de fout gaat – de 

gevolgen dikwijls verstrekkend zijn. Een groot deel van de productie van één 

dag kan verloren zijn wanneer een machine op één of andere manier minder 

nauwkeurig gaat werken. Het is voor de maatschappij – naar de toekomst toe 

– een uitdaging om een evenwicht te vinden tussen doorgedreven 

automatisering en een aanvaardbare sociale structuur. 


Herhalingsvragen reeks 1 

Labo- opdracht 

1. Wat is een proces? Wat is een procesgrootheid? 

2. Wat is mechaniseren? geef een voorbeeld. 

3. Wat is automatiseren? geef een voorbeeld. 

4. Wat is regeltechniek? 

5. Waarin verschilt regelen van sturen? 

Gebruik hiervoor het programma ActaSim 1 om het verschil tussen sturen en 

regelen te bestuderen. Bij de uitvoering van de oefening gebruik je het 

bestand “REG4_Werkboekdeel1.pdf” : Lees eerst grondig de handleiding van 

het pakket (p.6-10 van REG4_Werkboekdeel1.pdf ) en voer daarna de “doe”activiteit 

(p.11-13 van REG4_Werkboekdeel1.pdf). Na het uitvoeren van deze 

activiteit moet je in staat zijn om onderstaande vragen te beantwoorden. 

Wat is het proces in deze simulatie? 

Wat betekent het begrip “procesgrootheid”? 

Wat is de procesgrootheid in deze simulatie? 

Welke waarde bereikt de procesgrootheid bij het sturen? Waarom 

wordt deze waarde niet groter? 

Welke waarde bereikt de procesgrootheid bij het regelen? Waarom 

wordt deze waarde niet groter? 

Wat is het effect van een storing op de procesgrootheid ? 

Van deze opdracht maak je een verslag. Lees eerst grondig de regels die 

gelden bij het opstellen van een verslag. De titel van het verslag is “Regelen 

en sturen”. Verslagnr. = “IPC_labo1”. Je levert dit in als PDF-bestand ! 

1 surf naar http://www.acta-vzw.be/nl/customerdownload.aspx en tik daar als 

gebruikersnaam “onderwijs@acta-vzw.be” in met paswoord “school” 


Afbeelding 7 : productielijn brouwerij Palm – Bron: foto W. Baert 


Processen 

Blokschema van een automatisering 

Om een goed inzicht te krijgen in de procestechniek is het interessant om de 

verschillende delen van een installatie voor te stellen in een blokdiagram. 

• In een geautomatiseerd proces is de controle- en besturingstaak van 

de mens overgenomen door een machine, een procescontroller. Dit 

kan een computer (microprocessor), een PLC of een microcontroller 

zijn. Dit toestel zal – op basis van informatie uit zijn omgeving – de 

corrigerende organen zo aansturen dat het proces op een vooraf 

vastgelegde wijze functioneert. 

• Er wordt altijd iets gemeten. Hiervoor gebruikt met sensoren. Deze 

sensoren kunnen analoge procesgrootheden zoals druk, temperatuur, 

positie, enz.…meten. Ze kunnen ook digitale gegevens voorstellen zoals 

de stand van een klep, een alarmsignaal van een reservoir dat bijna 

leeg (of vol) is…Al deze signalen geven een beeld van de toestand 

van de installatie 

• Om de procesgrootheid te beïnvloeden worden er acties ondernomen 

door corrigerende organen. Een verwarmingselement, een klep, een 

menger en een pomp zijn toestellen die invloed kunnen hebben op de 

procesgrootheid. Deze corrigerende organen ontvangen commando’s 

van de procescontroller 


Afbeelding 8 : productielijn voor auto's - bron: 

http://www.makingthemodernworld.org.uk

• Om alle toestellen te laten samenwerken zijn er omvormers nodig. Ze 

zorgen voor de “vertaling” van de informatie die tussen het proces en 

de procescontroller wordt uitgewisseld 

Voorbeelden 

Een temperatuuromvormer zet de meting van een sensor om naar een 

spanning- of stroomwaarde. Deze waarde kan men digitaliseren zodat 

verwerking in een computersysteem mogelijk wordt. 

Een persluchtomvormer zet het spanning- of stroomsignaal van de 

sturing om naar een (perslucht)druk die een klep kan aansturen. 

• De procescontroller is altijd in communicatie met de buitenwereld 

(externe interactie). Dat kan een operator (= mens) zijn die 

commando’s geeft aan de procescontroller en die gegevens leest uit 

de procescontroller. Het kan ook een andere procescontroller zijn. 

We kunnen al deze toestellen voorstellen in een blokdiagram. Dit is het 

blokschema van een automatisering. Onze procescontroller vormt de 

controle- en besturingseenheid, terwijl alle sensoren, corrigerende organen, 

omvormers… vervat zitten in het proces. Een complex proces kan bestaan uit 

verschillende deelprocessen 

Afbeelding 9 : blokschema van een automatisering 


Kenmerken van processen 

We gaan even dieper in op het begrip “proces”. 

Een proces is een deel van een installatie waarvan we de werking 

automatisch willen controleren en sturen. Dit kan een volledige productieinstallatie 

zijn. Meestal gaat men complexe productieprocessen opsplitsen in 

deelprocessen die beter beheersbaar zijn. Tussen deze deelprocessen bestaat 

er dan een informatiestroom zodat de werking van de deelprocessen op 

elkaar is afgestemd. Dit betekent niet dat elk deelproces een afzonderlijke 

procescontroller heeft (= decentralisatie). Het kan ook zijn dat er slechts één 

krachtige procescontroller het geheel onder controle houdt (= centralisatie). 

Zelfregelende en niet zelfregelende processen 

De vraag “Hoe gedraagt een proces zich?” is niet eenduidig te 

beantwoorden. We kunnen kijken naar het eindproduct van een proces. Dit 

kan elektrische energie zijn, een medicijn, een personenauto. Dit eindproduct 

geeft dan wel een idee van wat het resultaat is van het proces maar niet 

echt hoe het proces zich gedraagt. Wanneer we de controle en besturing 

van een proces automatisch willen laten verlopen zijn we echter meer 

geïnteresseerd in het gedrag van een proces. Op basis van dat gedrag 

kunnen we dan al een zekere onderverdeling maken. 

Een eerste onderscheid ligt in het zelfregelende vermogen van een proces. 


In een nucleaire energiecentrale wordt de kernreactie onder controle 

gehouden door regelstaven en wordt warmte afgevoerd m.b.v. een 

koelsysteem. Zonder koeling en regelstaven zou het onmogelijk zijn om 

de kernreactie stabiel te houden. De reactie is duidelijk niet 

zelfregelend. 

Door het openen van een kraan loopt er water in een reservoir. Het 

toegevoerde debiet is constant. Wanneer men niets doet zal het 

reservoir uiteindelijk overlopen. Dit proces in niet zelfregelend 

Bij de opwarming van een massa water gaat men een zekere 

hoeveelheid warmte-energie moeten toevoeren. Wanneer de 

warmtetoevoer op een bepaald niveau is, zal de watertemperatuur 

zich na verloop van tijd instellen. Dit proces is zelfregelend. 

We maken het onderscheid tussen zelfregelende en niet zelfregelende 

processen. Het is zo dat zelfregelende processen in een gesloten regelkring 

gemakkelijker te regelen zijn niet zelfregelende processen. 


Voorbeeld 

Statisch gedrag van processen 

Een vloeistof moet opgewarmd worden. We beschikken over een 

verwarmingssysteem dat een maximaal vermogen van 5000 Watt kan 

leveren. We kunnen nu bij wijze van experiment voor verschillende 

toegevoerde vermogens y (in Watt) kijken wat de procesgrootheid x (= de 

temperatuur van het water) doet. De resultaten zetten we in een grafiek. 

In deze grafiek wordt het verband tussen x (de gemeten waarde) en y (de 

stuurwaarde) gegeven door: 

In deze formule is 

x = xH − x0 (y − yL )+ x0 yH − yL € 

yL: minimaal vermogen (0 Watt) 

yH: maximaal vermogen (5000 Watt) 

x0: minimale waarde van de procesgrootheid (bvb. 10°C) 

xH: maximale waarde van de procesgrootheid (bvb. 300°C) 

Dit is de vergelijking van een rechte die niet door de oorsprong gaat. 

Met yL=0 dan wordt deze formule: 


€ 

x = x H − x 0 

y H 


y + x 0 

De factor is de richtingscoëfficiënt van de rechte en noemen we de 

procesversterking Ks. In ons voorbeeld is de procesversterking Ks=0.058 °C/W 

Dynamisch gedrag van processen: de procesorde 

We beschouwen een proces waarvan we de procesgrootheid willen regelen. 

We kunnen veronderstellen dat de procesgrootheid zal reageren op een 

gewijzigde stuurwaarde (y-waarde), en dat we deze reactie kunnen meten 

m.b.v. een sensor (x-waarde). Het verloop van deze x-waarde bij een 

gewijzigde y-waarde bepaalt de zogenaamde orde van een proces. We 

spreken van nulde, eerste, tweede- of hogere orde proces. 

Om de orde van het proces te bepalen kan men het stapantwoord van een 

proces opnemen. We bespreken dit aan de hand van een voorbeeld. 

Het proces bestaat uit een massa water waarvan we de temperatuur 

willen regelen. Om het stapantwoord van dit proces op te nemen 

gaan we als volgt te werk: We koppelen onze procesregelaar los (het 

proces staat dan in open kring) en voeren plots een constante 

hoeveelheid warmte toe aan dit proces. Terwijl we dit doen registreren 

we de temperatuur van het water in functie van de tijd (met 

penrecorder, PC…). Het verloop van deze grafiek bepaalt de orde van 

dit proces. 

We bekijken dus het verloop van de procesgrootheid in de tijd, en spreken 

daarom van het dynamisch gedrag. 

Afbeelding 10 : automatisering in de eierproductie - Bron http://www.savagechickens.com 

(ned. bewerkt)

Nulde orde proces 

Afbeelding 11 : nulde orde proces zonder dode tijd 

In bovenstaande figuur zie je het stapantwoord van een nulde orde proces. 

De procesgrootheid x reageert ogenblikkelijk op een stapvormige 

verandering van de stuurwaarde y. Het verband tussen ∆x en ∆y wordt 

gegeven door: 

In afb. 11 wordt een verandering van de stuurwaarde y ogenblikkelijk gevolgd 

door een verandering van de procesgrootheid x. In vele gevallen merk je dat 

er na een verandering van de stuurwaarde y een zekere tijd verloopt voordat 

de procesgrootheid x wijzigt. Deze tijd noemt men de dode tijd. 

In afb. 12 is de grafiek weergegeven van een nulde orde proces met dode 

tijd. 

Voorbeelden van nulde orde processen: 

• starre asoverbrenging (geen dode tijd) 

• een waterkraan die wordt opengedraaid (quasi geen dode tijd) 

• transportband waarvan de hoeveelheid geregeld wordt door een 

schuifklep (wel dode tijd) 



Afbeelding 12 : nulde orde proces met dode tijd 

Afbeelding 13 : transportband met dode tijd

Eerste orde proces 

€ 

t 

− 

τ x = K s(1− e ) 

In het verloop van het stapantwoord van een eerste orde proces herken je 

waarschijnlijk het oplaadproces van een condensator. Ook bij een 

drukregeling in een drukvat verloopt de procesgrootheid op dezelfde wijze. 

De (x, t) grafiek van een eerste orde proces heeft een exponentieel verloop. 

Naargelang de aard van het proces zal de eindwaarde (∆x) sneller of trager 

worden bereikt. In onderstaande grafiek zie je het stapantwoord van 3 

processen. 

Je merkt dat proces 1 sneller reageert en vlugger zijn eindwaarde bereikt dan 

proces 2. Op zijn beurt reageert proces 2 sneller dan proces 3. Een maatgetal 

voor de snelheid (of traagheid) van het proces is de tijdconstante τ (Griekse 

letter tau). 

Afbeelding 14 : stapreactie van een eerste orde proces zonder dode tijd 

Afbeelding 15 : verschillende reactiesnelheden van 3 eerste orde processen 


We kunnen deze tijdconstante bepalen vertrekkend vanuit de grafiek van het 

stapantwoord van een eerste orde proces (figuur 14): 

• Teken een raaklijn (=1) uit het vertrekpunt A van de curve 

• Laat de raaklijn snijden met de rechte 2 

• Projecteer dit snijpunt op de t-as (3) 

• De tijd A-B is de tijdconstante τ van het proces. 

Je merkt in de grafiek ook op dat bij een eerste orde proces de 

procesgrootheid na een tijdsduur τ toegenomen is tot 63% van de 

eindwaarde. 

Opmerking: Tweede en hogere orde processen 

Een proces kan ook van een hogere orde zijn. We spreken dan bijvoorbeeld 

van een tweede orde proces. Het stapantwoord van een dergelijk proces is 

complexer dan van een eerste orde proces. Een massa-veer systeem of de 

verwarming van een reactor met behulp van een warmtewisselaar zijn 

voorbeelden van tweede orde systemen. De studie van dergelijke systemen 

valt buiten het bestek van deze cursus. 


Afbeelding 16 : bepalen van de tijdconstante

Opdracht: Net als bij een nulde orde proces kan er bij een eerste orde proces 

ook een dode tijd optreden. Teken op onderstaande grafiek het 

stapantwoord van een eerste orde proces met dode tijd. Bepaal ook de 

tijdsconstante van dit proces. 


De regelbaarheid van een procesgrootheid 

Het opnemen van een stapantwoord heeft alleen zin als je besluiten kan 

trekken over de regelbaarheid van procesgrootheden. Uit het opnemen van 

een stapantwoord komen 2 belangrijke factoren naar voor. 

• De dode tijd Td 

• De tijdconstante τ 

Hoe groter de dode tijd, hoe langer het duurt eer de aangelegde stap ∆y een 

verandering ∆x tot gevolg heeft. Concreet: men stuurt een bepaald 

vermogen in een proces, maar merkt pas na een zekere tijd Td het effect 

daarvan op de procesgrootheid. Dit kan invloed hebben op de 

regelbaarheid van processen. 

De tijdconstante τ is een maat voor de traagheid (of snelheid) van een 

proces. Hoe groter de tijdconstante, hoe vlakker de (x, t)-curve verloopt. 

In de praktijk kan men volgende vuistregels hanteren: 

• Een procesgrootheid is goed regelbaar als τ ≥ 10 Td 

• Een procesgrootheid is redelijk regelbaar als τ = 6 Td 

• Een procesgrootheid is slecht regelbaar als τ ≤ 3 Td 

Het is in de automatiseringstechniek belangrijk om goed op de hoogte te zijn 

van de factoren die invloed hebben op het gedrag van een proces en op de 

regelbaarheid ervan. 



1. Teken het blokschema van een automatisering en omschrijf de functie 

van de verschillende onderdelen. 

2. Wanneer is een proces “zelfregelend”? 

3. Wanneer is een proces “niet zelfregelend”? 

4. Leg aan de hand van een voorbeeld uit wat we bedoelen met de 

statische procesversterking Ks. 

5. Leg aan de hand van een voorbeeld het begrip “dode tijd” uit. 

6. Wat verstaat men onder het “dynamisch gedrag” van een proces? 

7. Wat is het verschil tussen een nulde orde proces en een eerste orde 

proces. Geef van beiden een voorbeeld. 

8. Wanneer is een procesgrootheid moeilijk regelbaar? 

9. Wanneer is een procesgrootheid gemakkelijk regelbaar? 

Labo-opdracht 

Bekijk met ActaSim het procesgedrag van het drukvat en van de 

douchesproeier. Beschrijf voor beiden het procesverloop en ga de orde van 

het proces na. 

1. Wat is het proces in deze simulatie? 

2. Wat is de procesgrootheid? 

3. Welke is de orde van het proces? Waarom? 

4. Is er dode tijd zichtbaar bij deze processen? 

Van deze opdracht maak je een verslag. Je gebruikt hiervoor het 

verslagsjabloon. Lees eerst grondig de regels die gelden bij het opstellen van 

een verslag. Titel van het verslag “Kenmerken van processen”. Verslagnr = 

“IPC_labo2”. 


Procescontrollers 

In dit deel geven we een overzicht van de hoofdkenmerken van de 

belangrijkste procescontrollers. Deze procescontrollers vormen het brein van 

een processturing. De procescontroller neemt op basis van signalen uit zijn 

omgeving beslissingen over hoe hij het proces moet sturen. Zij vormen het hart 

van de digitale besturingstechniek. In het onderstaande blokschema is de 

algemene opbouw van een procescontroller weergegeven. Niet elke 

procescontroller beschikt over alle functies die in het blokschema zijn 

weergegeven. 

Afbeelding 17 : algemene opbouw van een procescontroller 

De verwerkingseenheid is het hart van de procescontroller. Ze ontvangt 

signalen vanuit het proces. Dat zijn de ingangssignalen. Deze ingangssignalen 

worden door een programma verwerkt. Op basis daarvan worden de 

uitgangssignalen aangestuurd. 

De belangrijkste in- en uitgangssignalen zijn de digitale en de analoge 

signalen. 

Digitale signalen kunnen slechts een beperkt aantal op voorhand 

vastgelegde toestanden aannemen. We noemen dit discrete toestanden. 

Denk aan een gewone lichtschakelaar. Als de schakelaar open is 


(voorgesteld door 0) dan zal het licht niet branden (voorgesteld door 0). Als 

de schakelaar dicht is (voorgesteld door 1) dan kan het licht branden 

(voorgesteld door 1). De schakelaar kent dus twee toestanden (open=0 en 

dicht=1) . 

Analoge signalen zijn iets ingewikkelder. Een analoog signaal kan tussen twee 

grenzen oneindig veel toestanden aannemen. Denk aan een fietsdynamo. 

Wanneer je niet trapt dan brandt het licht van je fiets niet. Je dynamo draait 

immers niet (spanning = 0 V). Wanneer je begint te trappen zal de dynamo 

een spanning afgeven. 

Het fietslicht zal beginnen branden. Hoe harder je trapt hoe meer licht je 

fietslicht geeft. Op een bepaald moment zal je niet harder meer kunnen 

trappen. De dynamo geeft dan een maximale spanning af. Vertaald naar 

een analoog signaal klinkt het als volgt: De dynamo zal een spanning 

afgeven die elke waarde kan aannemen tussen 0 V (= de ondergrens) en een 

maximum (= de bovengrens). Bij de bespreking van de sensoren gaan we 

dieper in op het verschil tussen analoge en digitale signalen. 

De procescontroller is een digitaal toestel? Hij werkt dus met een beperkt 

aantal toestanden. Om een analoog signaal te kunnen verwerken zal dat 

signaal dus eerst gedigitaliseerd moeten worden. 

De procescontroller is voorzien van een programmeer- en/of configuratieinterface. 

Daarmee kan de programmeur of de operator (= de persoon die 

de procescontroller bedient) het programma in de procescontroller laden of 

bepaalde instellingen wijzigen. 

Daarnaast kan er ook nog een communicatie-eenheid voorzien zijn. Hiermee 

kan de procescontroller communiceren met andere procescontrollers, met 

intelligente componenten in het proces of met een hoger besturingsniveau. 

We bekijken volgende procescontrollers: 

PLC 

• PLC 

• Microcontroller 

• Digitale regelaars 

• Microprocessor (industriële PC) 

De afkorting PLC staat voor “Programmable Logic Controller”. In wezen is het 

een industrieel programmeerbaar toestel waarbij het verband tussen 

ingangen (sensoren) en uitgangen (actuatoren) softwarematig is vastgelegd. 

legt. Er zijn op de markt tal van producenten die PLC’s leveren, en de meeste 


toestellen zijn zeer breed inzetbaar. In de cursus “Inleiding in de PLC-techniek” 

gaan we dieper in op het gebruik van PLC’s in de automatiseringstechniek. 

Microcontroller (µC) 

Wat is een microcontroller? 

Een microcontroller is een programmeerbaar digitaal IC. De chip zal, als die 

wordt ingeschakeld, het door jou geschreven programma uitvoeren. In het 

vervolg zal het woord microcontroller worden afgekort als µC. 

µC’s worden aangeboden door fabrikanten zoals Microchip, Atmel, 

Motorola,… .Er bestaan veel verschillende types. Elk met hun eigen 

karakteristieken en functionaliteit. 

Sommige controllers hebben alleen digitale I/O poorten. Andere zijn voorzien 

van A/D omvormers of RS232 poorten. Sommige types kan je koppelen met 

de USB-poort van een PC. Veel types kun je onderbrengen in een groep 

omdat ze dezelfde functies bevatten. Deze groep noemen ze dan een 

familie. Elke chip in die familie heeft dan bepaalde eigenschappen gemeen 


Afbeelding 18 : Phoenix contact ILC150 

ETH PLC 

Afbeelding 19 : 16F877 microcontroller - bron: microchip

met de rest. Het verschil zit hem dan in de extra functies of opties die sommige 

dan weer bevatten. Zo kan binnen een groep alleen de hoeveelheid RAM 

geheugen dat beschikbaar is verschillen. In de lessenreeks over µC’s gaan we 

dieper in op de toepassing van deze componenten in de 

automatiseringstechniek. We zullen dat gebruik maken van de PICmicrocontrollers 

Er zijn veel voordelen om een µC te gaan gebruiken. Zo kun je volledig zelf 

bepalen wat een stukje elektronica moet doen, en in welke volgorde. Wil je 

later de uitvoering wijzigen dan hoef je alleen de chip eruit te halen, opnieuw 

te programmeren, en er weer in te plaatsten. Ook het testen is zeer 

gemakkelijk. Een ander voordeel is dat je veel functionaliteit krijgt en er weinig 

ruimte voor hoeft in te leveren op je printplaat. 

Er zijn ook nadelen. Zo moet je redelijk wat kennis hebben van digitale 

techniek, zowel op hard- als op softwaregebied. Ook moet je beschikken over 

hardware waarmee je de µC kunt programmeren. Op zich geen probleem 

maar de benodigde officiële hardware van de fabrikant is vaak vrij duur. 

Digitale procesregelaar 

De belangrijkste functie van de digitale procesregelaar is uiteraard het 

regelen. In de digitale regelaar zijn regelalgoritmen opgeslagen die het 

toestel in staat stellen een procesregeling uit te voeren. Deze regelaars 

kwamen in het begin van de jaren 90 op de markt. Ze waren de opvolgers 

van de tot dan toe gebruikte analoge regelaars. Deze regelaars worden in tal 

van procesregelingen toegepast. 

Een decennium geleden lag de nadruk bij de ontwikkeling van digitale 

regelaars op het vormen van een interface om op een uiterst 

gebruiksvriendelijke manier het toestel te configureren, maar hier kwamen de 

eerste regelaars zeker te kort. Onder andere de beperkingen bij het 

visualiseren van tekstmeldingen op toesteldisplays waren hierbij bepalend en 

falend. 

De uitdaging om een praktische en eenvoudige gebruikersinterface te maken 

werd door de verscheidene fabrikanten op verschillende manieren 

aangepakt. Hierbij zijn er drie oplossingen mogelijk die het tot op heden 

gehaald hebben: 

Basistoestellen gebruiken 7-segmentsdisplays om informatie weer te geven. 

Voor meer veeleisende toepassingen worden vacuümfluorescerende displays 

gebruikt. Deze geven in een lichtarme omgeving een betere leesbaarheid en 


laten toe om meer gegevens weer te tonen. Deze technologie wordt 

vandaag meer en meer vervangen door OLED’s (organische LED’s) 2 

LCD maakt het mogelijk om niet alleen tekst, maar ook figuren e.d. te 

visualiseren. Met LCD is het mogelijk zowel eenvoudige als complexe grafische 

voorstellingen te realiseren. 

De PC in de procescontrole 

De PC leent zich uitstekend als interface tussen de mens en de machine. We 

spreken van HMI (Human-Machine Interface). Op de PC kunnen we 

visualisatiesoftware draaien waarop we de installatie – terwijl ze in werking is – 

kunnen weergeven, parameters kunnen wijzigen, rapporten kunnen 

opvragen… 

De PC werkt dan meestal naast een PLC of een digitale regelaar en wisselt 

informatie uit met deze toestellen. Met behulp van een PC kan men de 

supervisie doen van een gehele installatie. 

De visualisatiesoftware noemt men ook SCADA-paketten. SCADA staat voor 

“Supervisory Control And Data Acquisition” (toezicht en gegevensgaring). 

Met een SCADA pakket kunnen alle beschikbare procesgegevens 

geregistreerd en opgeslagen worden in een databank. Uit deze databank 

kunnen de gewenste grafieken of rapporten gegenereerd worden. Het is ook 

mogelijk om de beschikbare data door te geven aan het hoger gelegen 

2 Zie ook http://nl.wikipedia.org/wiki/OLED 


Afbeelding 20 : digitale procesregelaar

informatiesysteem. Door het gebruik van open databasestructuren, zijn de 

gegevens beschikbaar voor om het even welke toepassing 

Afbeelding 21 : WinCC HMI-interface - bron: Siemens 

Er zijn verschillende SCADA-paketten op de markt. Op de volgende websites 

kan je een aantal real-time beelden bekijken van een SCADA-visualisatie: 

http://www.dedicatedengines.com/dedicated.html 

Bovendien kan een PC ook voorzien worden van een I/O-uitbreidingskaart 

(DAQ-kaart, Data AQuisition). Met deze DAQ-kaart kan men dan 

procesgrootheden meten. Met aangepaste software kan je van de PC een 

procescontroller maken. 



1. Zoek op wat men verstaat onder digitale besturingstechniek. 

2. Teken en bespreek het algemeen blokschema van een 

procescontroller. 

3. Wat is een PLC? 

4. Wat is een microcontroller? Welke zijn de voor- en nadelen? 

5. Wat is een digitale procesregelaar? 

6. Bespreek de functie van de PC in de procestechniek. 

7. Wat is SCADA? 

8. Wat is DAQ? 


Signaalgevers en sensoren 

Een moderne procescontroller is in staat om een proces autonoom (= zonder 

tussenkomst van de mens) te besturen. Dat kan alleen als de procescontroller 

voldoende informatie krijgt uit zijn omgeving. Daarvoor maakt men gebruik 

van signaalgevers en sensoren. 

Signaalgevers 

In de digitale besturingstechniek geven signaalgevers aan de 

procescontroller informatie over het al dan niet aanwezig zijn van een digitaal 

signaal. We kunnen voor dergelijke signalen 4 verschillende toestanden 

beschrijven: 

• Geen signaal aanwezig: we noemen dit een logische ‘0’ 

• Wel een signaal aanwezig: we noemen dit een logische ‘1’ 

• Stijgende flank: dit is de overgang van ‘0’ naar ‘1’ 

• Dalende flank: dit is de overgang van ‘1’ naar ‘0’ 

De signaalgevers kunnen deze signalen op elektrische of pneumatische wijze 

doorgeven. 


Als we de drukknop van een huisbel indrukken, zal er een signaal 

worden gegeven dat weer vervalt zodra we de drukknop loslaten. We 

spreken dan van een monostabiel signaal. Een monostabiel signaal 

wordt geleverd door een monostabiele signaalgever, die wordt 

gekenmerkt door één (mono) stabiele stand, namelijk de ruststand. 

Een signaallamp die wordt geactiveerd door een draaiknopschakelaar 

of een tuimelschakelaar. Als de signaalgever (in dit geval de 

draaiknop) wordt bediend, zal de lamp gaan branden. Als de 

bediening vervalt, blijft de schakelaar gewoon in de gesloten stand 

staan. Het signaal blijft dus gehandhaafd. Pas wanneer we de 

draaiknop weer bedienen, zal het signaal vervallen. Een bistabiel 

signaal wordt geleverd door een bistabiele signaalgever, met als 

kenmerk twee (bi) stabiele standen. 


Overzicht van de signaalgevers 

Pneumatische signaalgevers 3 

In afb. 22 zien we een veel toegepaste pneumatische signaalgever: het 3/2ventiel 

(drie aansluitingen exclusief de stuurluchtaansluitpoort, twee standen). 

In Afb. 23a zien we symbolisch weergegeven dat bij een onbediend ventiel 

ook geen werklucht uit poort 2 komt. Zodra we het ventiel bedienen, wordt er 

een' 1' op de werkluchtpoort 2 aangeboden. 

3 Ga naar http://www.pneumatica.be/ voor meer informatie 


Afbeelding 22 : 3/2 ventiel 

Afbeelding 23 : werkingsprincipe 3/2 ventiel

Als de poorten van een 3/2-ventiel anders worden aangesloten, ontstaat 

symbolisch de schakeling van fig. 23b. Bij dit ventiel is de werking juist 

andersom. Als het ventiel NIET bediend wordt krijgen we juist wel een signaal 

uit de werkluchtpoort 2. De naam van dit ventiel is dan ook: NIET-ventiel of 

3/2-ventiel normaal open. Als het ventiel in ruststand staat, is het uitgaande 

signaal ' 1 '. Het Niet-ventiel keert het ingangssignaal om. We spreken van het 

inverteren van een signaal. 

Als we de JA- en de Niet-functie combineren in een ventiel, krijgen we een 

wisselfunctie, uitgevoerd in een 4/2-ventiel, zie afb. 24. 

Afbeelding 24 : werkingsprincipe 4/2 ventiel 

Het bedienen van ventielen kan op verschillende manieren plaatsvinden. In 

afb.25 zien we de symbolische weergave van een aantal directe 

bedieningen. De elektrische bedieningen zijn hier achterwege gelaten. 

Afbeelding 25 : bedieningsmogelijkheden 


Bij direct bediende ventielen kan de bedieningskracht te groot worden. Denk 

hierbij bijvoorbeeld aan een licht product dat een signaalgever moet 

indrukken om zijn aanwezigheid aan de besturing kenbaar te maken. We 

gaan in zo 'n geval over op indirect bediende ventielen. In afb. 26 zien we 

een indirect rolbediende 3/2-ventiel. De bedieningshefboom met rol bedient 

nu niet direct de hoofdschuif, maar een stuurklepje van geringe afmetingen, 

zodat de bedieningskracht klein is. Het stuurklepje laat werklucht toe boven 

een membraan met groter oppervlak. Door middel van het membraan wordt 

nu het ventiel geschakeld. 

Een nadeel van het indirect bediende 3/2-ventiel, is dat de functie van 

normaal geopend in normaal gesloten nu niet door het verwisselen van de 

voeding- en de ontluchtingspoort kan gewijzigd worden. 

Afbeelding 26 : 3/2 ventiel met indirecte bediening 

Elektrische signaalgevers 

Het is ook mogelijk om een signaalgever elektrisch uit te voeren. Het grote 

voordeel van het langs elektrische weg overbrengen van signalen is dat een 

elektrisch signaal over grote afstanden vrijwel zonder tijdvertraging kan 

worden overgestuurd. Het verzenden van een pneumatisch signaal vergt wel 

enige tijd, daar de luchtleiding tussen signaalgever en ontvanger op 

schakeldruk gebracht moet worden. 

Een tweede nadeel van een lange persluchtleiding is dat bij het op druk 

brengen en ontluchten er veel (dure) perslucht verbruikt wordt. 

Afb. 27 toont ons een rolbediende elektrische signaalgever. De werking van 

deze signaalgever is uiterst eenvoudig. Zodra de rol wordt ingedrukt, wordt er 

een inwendig contact omgeschakeld. 


Afbeelding 27: eindeloopschakelaar met rolbediening 

We spreken van het maken van het contact. Het symbool zien we in fig. 28, 

waarbij het contact kan worden gemaakt tussen de aansluitingen met de 

codes 3 en 4 (= maakcontacten). 

Afbeelding 28 : maakcontact 

De horizontale streeplijn met driehoekje is de symbolische weergave van het 

bedieningsmechanisme en de veer die het contact weer openduwt als de rol 

onbediend raakt. In plaats van een rol kan de signaalgever ook bewogen 

worden met behulp van een van de bedieningen uit afb. 25 . Als een 

maakcontact in een elektrisch schema gesloten moet worden getekend, 

worden tussen de punten 3 en 4 enkele streepjes gezet om het contact in het 

schema duidelijk te laten uitkomen. 

Het is ook mogelijk dat het bedienen van een signaalgever juist een contact 

verbreekt, zie fig. 29a. In dit geval spreken we van een verbreekcontact. Als 

een signaalgever tijdens het bedienen zowel een contact verbreekt als een 

contact maakt, spreken we van een wisselcontact, zie fig. 29b. 

Afbeelding 29 : verbreekcontact en wisselcontact 


Sensoren 

Sensoren zijn componenten die fysische grootheden kunnen omzetten in 

andere fysische grootheden. In de automatiseringstechniek zal een sensor 

meestal een fysische grootheid omzetten naar een elektrische grootheid, naar 

een verplaatsing of naar een persluchtdruk. In het vak “interfacetechnieken 

en labo” bestudeer je de werking en toepassing van sensoren. In deze 

inleidingcursus geven we je alvast een overzicht van algemene kenmerken 

van signaalgevers en sensoren. 

Druk 

Temperatuur 

pH-waarde 

zuurstofgehalte 

geluidsdruk 

lichthoeveelheid 

… 

Passief en Actief 

Er zijn sensoren die een wijziging van de procesgrootheid omzetten in een 

weerstandswijziging. Deze weerstandswijziging kan je detecteren door het 

sturen van een constante stroom door de weerstand en het meten van de 

overeenkomstige spanning. Deze sensoren noemen we passieve sensoren. Er 

is nog een spanning- of stroombron nodig om de gemeten waarde om te 

zetten naar spanning of stroom. 


Pt100 en Pt1000 weerstanden 

Temperatuurgevoelige weerstanden (PTC, NTC) 

Lichtgevoelige weerstanden (LDR) 


Omzetting 

naar 

Afbeelding 30 : Omzetting natuurkundige grootheden 

spanning 

stroom 

verplaatsing 

persluchtdruk

Een andere groep sensoren is in staat om direct een spanning af te leveren 

die in verhouding staat met de te meten grootheid. Deze sensoren noemen 

we ook actieve sensoren. 


Thermokoppels 

Zonnecellen 

Piëzo-kristallen 4 

… 

Een derde groep sensoren kan de procesgrootheid omzetten naar een 

verplaatsing. Deze verplaatsing kan dan op zijn beurt omgezet worden naar 

een elektrisch signaal 

Analoog en digitaal 

Het signaal dat een sensor afgeeft kan analoog of digitaal zijn. 

Wanneer we een analoge sensor hebben dan kan het signaal tussen een 

onder- en een bovengrens elke mogelijke waarde aannemen. De waarde die 

de sensor aflevert is verbonden met de fysische grootheid. 


Een Pt100 bestaat uit een platinadraad die bij 100°C een 

weerstandswaarde heeft van 100 Ω . Stijgt de temperatuur, dan 

stijgt de weerstandswaarde. Als we door deze draad een 

constante stroom sturen, dan zal de spanning over de 

weerstand veranderen met de temperatuur. 

Een digitale sensor kan tussen een onder- en een bovengrens slechts een 

beperkt aantal toestanden aannemen. Een voorbeeld van een digitale 

sensor is de binaire sensor. Die heeft maar twee mogelijke uitgangswaarden. 

Deze waarden stellen we voor door “0” en “1”. 

4 De gedetailleerde werking van deze sensoren bekijk je in de cursus 

“interfacetechnieken & labo” 


Bij de signaalgevers is er een externe kracht nodig om een signaal te kunnen 

bedienen (bvb. Indrukken van een schakelaar). Bij een sensor is niet het geval. 

De sensor “voelt” een wijziging in zijn omgeving en gaat daar gepast op 

reageren. Bij de sensoren hebben we het onderscheid tussen digitale en 

analoge sensoren. We bespreken hier een aantal vaak toegepaste sensoren. 

In het onderstaand schema krijg je een overzicht van de signaalgevers en 

sensoren die we in de cursus bespreken: 

Digitale sensoren 

signaalgevers 

elektrisch pneumatisch 

Afbeelding 31 : blokschema signaalgevers en sensoren 

Magnetische sensor 

signaalgevers en 

sensoren 

Zoals de naam al aangeeft, detecteren magnetische sensoren een 

magnetisch veld. Hiermee kunnen we alleen magnetische materialen 

detecteren. Een magnetische sensor (een reedcontact) bestaat uit twee 

magnetiseerbare tongetjes die dienen als contacten en die zich in een 

hermetisch gesloten glazen omhulling bevinden. De omhulling is gevuld met 

een edelgas om oxidatie van de contacten te voorkomen, waardoor er een 


digitaal 

inductieve 

capacitief 

reedcontact 

optisch 

... 

sensoren 

analoog 

temperatuur 

verplaatsing 

druk 

debiet 

niveau 

snelheid 

...

grote bedrijfszekerheid ontstaat. In afb.32 is een doorsnede van een 

reedcontact weergegeven. 

De contacten zijn veerkrachtig en zijn bedekt met een dun laagje materiaal 

(bijvoorbeeld goud), waardoor de contactweerstand wordt verlaagd. Het 

reedcontact sluit zich door het magnetiseren van de contacten. Dit gebeurt 

door een extern magnetisch veld, dat afkomstig kan zijn van een permanente 

magneet of van een elektromagneet. Hierbij maakt het in principe niet uit in 

welke richting het magnetische veld zijn invloed op het reedcontact 

uitoefent. Naast uitvoeringen in glas bestaan er ook uitvoeringen in een ICbehuizing 

In de industrie en bij elektrische testen meetapparatuur worden reedcontacten 

veel toegepast. In de werktuigbouwkunde wordt het reedcontact 

veel gebruikt voor signalering van de eindstanden van bvb. persluchtcilinders. 


Afbeelding 32 : reedcontact 

Afbeelding 33 : uitvoering van reedcontacten 

Voor het detecteren van de stand van de zuiger in een pneumatische 

cilinder maken we gebruik van een permanente magneet. De zuiger in 

de cilinder is voor dat doel uitgerust met een magneetring en de 

cilinder zelf moet dan zijn uitgevoerd van een niet magnetisch 

materiaal, bijvoorbeeld een non-ferrometaal of roestvrij staal. Om te 

controleren of de sensor werkt, is een LED aangebracht, die oplicht 

zodra het reedcontact schakelt. 


Inductieve sensor 

De inductieve sensor of benaderingsschakelaar is een schakelaar die een 

magnetisch- of elektrisch geleidend voorwerp kan detecteren. In afb. 34 zie je 

een uitvoeringsvorm van dergelijke sensor 

Afbeelding 34 : inductieve benaderingssensoren 

De sensor bestaat uit een elektronische schakeling die verbonden is met een 

spoel in de kop van de sensor. Wanneer de sensor in de buurt komt van een 

geleidend voorwerp zal dit voorwerp energie onttrekken aan het 

elektromagnetische veld van de spoel. De elektronische schakeling in de 

sensor kan deze verzwakking van het magneetveld meten en zet dan op de 

uitgang van de sensor een signaal. 

Kenmerkend voor de inductieve sensor is de schakelafstand. Deze kan van 

enkele mm tot 80 mm gaan bij detectie van staal. Bij detectie van andere 

geleidende materialen zal deze afstand verminderen. 

In onderstaande schema’s is het aansluitschema van een inductieve sensor 

weergegeven: 

Afbeelding 35 : inductieve benaderingsschakelaar PNP-type 

In een PNP type sensor is de uitgang van de sensor verbonden met het relais 

(of de belasting), terwijl de andere aansluiting van de belasting aan de 

negatieve voedingsaansluiting ligt. Dit type sensor wordt in Europa algemeen 

toegepast. Bij een NPN sensor is de uitgang van de sensor verbonden met het 

relais (of de belasting), terwijl de andere aansluiting van de belasting aan de 

positieve voedingsaansluiting ligt. Bij gebruik van een procescontroller wordt 

de belasting gevormd door de op de controller gebruikte ingang. 


Afbeelding 36 : aansluiting PNP- en NPN-sensor aan procescontrolleringang 

Voordelen van inductieve sensoren 

• hoge schakelsnelheid 

• snelheid van het te detecteren voorwerp mag groot zijn 

• bij dezelfde producten steeds detectie op dezelfde plaats 

• geen contactdender (Eng. Bouncing 5 ) 

• kan in agressieve omgeving gebruikt worden 

Nadelen van inductieve sensoren 

• niet toe te passen in omgeving waar metaalspanen aanwezig 

zijn 

• niet toe te passen in omgevingen met hoge temperaturen 

Capacitieve sensoren 

Als we een materiaal willen detecteren dat niet magnetisch of elektrisch 

geleidend is, kunnen we hiervoor geen inductieve sensor toepassen. Om zulk 

materiaal te detecteren, is de capacitieve sensor 6 ontwikkeld. Een 

capacitieve sensor reageert op alle materialen (dus ook op metalen). Het 

hoofdonderdeel van een capacitieve sensor is een condensator die in het 

meetvlak is aangebracht. 

Deze condensator is echter niet uitgevoerd in zijn klassieke uitvoering, namelijk 

met twee tegenover elkaar staande platen. De platen worden in een 

opengeklapte stand gemonteerd. Tussen de twee elektroden wordt een 

elektrisch veld wordt opgewekt. De capacitieve sensor meet de 

capaciteitsverandering die door het binnendringen van een voorwerp in het 

5 Ga naar http://en.wikipedia.org/wiki/Switch#Contact_bounce voor meer informatie 

6 http://nl.wikipedia.org/wiki/Capacitieve_nabijheidschakelaar 


elektrisch veld wordt veroorzaakt. Deze capaciteitsverandering is afhankelijk 

van de volgende factoren: 

• afstand van het voorwerp tot de sensor 

• samenstelling van het materiaal 

• afmetingen van het voorwerp 

De capacitieve sensor kan ook niet geleidende materialen detecteren. Het is 

zelfs mogelijk om vloeistoffen te detecteren. Nadeel is dat de sensor 

gevoeliger is voor zijn omgeving, zodat men goed moet uitkijken waar men 

hem plaats om stoorinvloeden te vermijden. 

Optische sensoren 

Een vierde type sensor dat geschikt is om de aanwezigheid van voorwerpen 

te detecteren is de optische sensor. Zoals de naam al doet vermoeden 

werken deze sensoren met behulp van licht. We kennen 4 verschillende 

soorten optische sensoren: 

• zender/ontvangertype: hier heb je een afzonderlijke zender en 

ontvanger. De zender stuurt een lichtstraal naar de ontvanger. Het 

onderbreken van de lichtstraal wordt waargenomen. Deze sensoren 

kunnen tot over een afstand van 100 m werken. 

• reflectortype: zender en ontvanger zitten in één behuizing. De zender 

stuurt een lichtstraal naar een reflector. Die stuurt het licht naar de 

ontvanger. De werkingsafstand is beperkt tot een 5-tal meter 

• reflectorloos type: als de te detecteren voorwerpen zelf licht 

reflecteren dan kan men een reflectorloos type gebruiken. Het 

werkingsprincipe is gelijkaardig aan die van het reflectortype. Alleen 

doet het voorwerp dat men wil detecteren dienst als reflector. 

• fotocel met lichtgeleiding: hierbij zijn zender en ontvanger verbonden 

via een optische vezel. Er vormt zich zo een “lichtkring”. De 

onderbreking van de lichtkring wordt gedetecteerd. Dit type sensor 

kan je terugvinden in toestellen of installaties waar men moeilijk grotere 

types sensoren kan inbouwen of waar de sensoren moeilijk 

vervangbaar zijn in geval van defect 


Afbeelding 37 : flessenteller - bron: 

http://www.bannerengineering.com 

Afbeelding 39 : detectie van kroonkurk in flessenvulinstallatie - 

Bron: http://www.bannerengineering.com 

Afbeelding 38 : kleine objecten tellen met 

glasfibertechnologie - Bron: 

http://www.bannerengineering.com 


De analoge sensoren 

De sensoren die we in bovenstaande tekst hebben bekeken, geven als 

uitgang ofwel een “0” ofwel een “1”. Hun uitgangen zijn digitaal. Het spreekt 

voor zich dat men in een proces ook continue waarden wil meten. In dat 

geval moeten we beschikken over analoge sensoren. We bekijken nu een 

aantal van die sensoren. Een detailbespreking van deze sensoren zie je in het 

vak “interfacetechnieken & labo” 

Temperatuursensoren 

Industrieel worden 4 types temperatuursensoren gebruikt: 

• weerstandsthermometers 

• thermokoppels 

• thermistorthermometers 

• stralingspyrometers 

De weerstandsthermometers 

Deze thermometers bestaan uit een weerstand waarvan de 

weerstandswaarde varieert met de temperatuur. Het is dus een passieve 

sensor. Een belangrijke vertegenwoordiger van dit type is de Pt100. Deze 

bestaat uit een platinadraad die bij een temperatuur van 0°C een weerstand 

heeft van 100 Ω. Deze sensoren zijn beschikbaar voor verschillende 

meetbereiken, en hebben binnen hun meetbereik een goede lineariteit. Door 

hun eenvoud en robuustheid zijn ze vrij eenvoudig in gebruik. Nadeel is dat er 

nog een externe stroombron nodig is om een bruikbare meting te krijgen. Bij 

100°C bedraagt de weerstand van de Pt100 138.50 Ω (DIN standard) 

Afbeelding 40 : Pt100 


Thermokoppel 

Het thermokoppel is een actieve sensor. Hij geeft direct een spanning af 

tussen zijn uitgangsklemmen. In onderstaande figuur wordt het 

werkingsprincipe weergegeven 

In zijn eenvoudigste uitvoering bestaat het thermokoppel uit twee 

verschillende metaaldraden die aan twee kanten aan elkaar zijn gesoldeerd. 

Een soldeerpunt wordt op een referentietemperatuur gehouden. Het andere 

soldeerpunt plaatst men in de ruimte waarvan men de temperatuur wil 

kennen. Wanneer men nu in de kring een spanningsmeter opneemt dan zal 

deze een spanning (mV) aangeven die evenredig is met de temperatuur. Als 

materiaal voor de draden gebruikt men o.a. : 

• IJzer – constantaan 7 

• Nikkel/chroom – nikkel 

• Koper-constantaan 

Afbeelding 41 : werkingsprincipe thermokoppel 

7 Constantaan is een koperlegering van koper (54%), nikkel (45%) en mangaan (1%). De weerstand van 

deze legering blijft constant bij hogere temperatuur. Zie ook: http://nl.wikipedia.org/wiki/Thermokoppel 

(Bron: wikipedia) 


De voordelen van het thermokoppel zijn: 

• Kleine afmetingen 

• Nauwkeurige metingen 

• Geen extra stroombron nodig 

• Groot meetbereik 

Thermistoren (thermistorthermometers) 

Thermistoren zijn beter gekend onder de naam NTC (negatieve 

temperatuurcoëfficiënt) of PTC (positieve temperatuurcoëfficiënt). Het zijn 

componenten die je vaak in elektronische schakelingen tegenkomt. Bij een 

NTC daalt de weerstand bij stijgende temperatuur. Bij een PTC neemt de 

weerstand toe bij stijgende temperatuur. Ze zijn vrij nauwkeurig en hebben 

een groot meetbereik. Daar staat tegenover dat ze een niet-lineaire 

karakteristiek hebben en dat men – omdat het passieve componenten zijn – 

een externe stroombron nodig heeft. 

Stralingspyrometer 

Wil men bvb. de temperatuur van smeltend metaal meten, dan kan men de 

warmte (= straling) die de smelt uitstraalt m.b.v. een lens concentreren op een 

thermokoppel. Hoe warmer de smelt, hoe hoger de spanning die het 

thermokoppel zal afgeven. Men meet dus indirect de temperatuur. 


Afbeelding 42 : uitvoeringsvormen voor thermokoppels 

Afbeelding 43 : PTC

Men kan ook de temperatuur van een stralend voorwerp meten door de kleur 

van dit voorwerp te vergelijken met een referentie. 

Het voordeel van deze toestellen is zonder twijfel het meetbereik. Er kunnen 

hoge temperaturen mee worden gemeten (tot ruim boven de 3000°C). Het 

grote nadeel is dat deze toestellen duur zijn. 

Verplaatsingssensoren 

Het rekstrookje 

Afbeelding 44 : stralingspyrometer 

Een rekstrookje is een opnemer voor het meten van kleine 

lengteveranderingen, en is niet meer dan een draad met een bepaalde 

weerstand. Als deze draad van lengte veranderd zal ook de weerstand 

variëren (een korter wordende draad resulteert in een lagere weerstand, en 

langer wordende draad levert een hogere weerstand op 8 ). Binnen bepaalde 

grenzen is de relatieve weerstandsverandering recht evenredig met de 

relatieve lengteverandering: ofwel de rek. Door een rekstrook op een te 

vervormen materiaal te lijmen kan ter plaatse van de strook rek gemeten 

worden. Rekstrookjes worden o.a. toegepast in krachtmeetdozen en 

meetbeugels. 

8 Gebaseerd op de wet van Pouillet, zie ook 

http://nl.wikipedia.org/wiki/Wet_van_Pouillet 


Afbeelding 45 : uitvoeringsvormen van rekstrookjes 

De capacitieve verplaatsingssensor 

Het werkingsprincipe van deze sensor is gebaseerd op de formule voor de 

berekening van de capaciteit C van een condensator 9 die bestaat uit 2 

geleidende platen met ertussen een middenstof (= diëlectricum). Deze 

capaciteit is evenredig met de oppervlakte van de geleidende platen en de 

middenstof omgekeerd evenredig met de afstand tussen de twee platen. 

We kunnen dus de capaciteit veranderen door: 

• verandering van de afstand d (m) tussen de platen 

• wijzigen van de middenstof 

• grotere plaatoppervlakte A (m²) 

Deze capaciteitsverandering kan vrij eenvoudig gemeten worden. Dit type 

sensoren kan bvb. gebruikt worden bij niveaumetingen. 

Optische verplaatsingssensor 

Afbeelding 46 : optische sensor met gatenwiel – Bron: 

http://www.cma.science.uva.nl/Handleidingen/Sensoren/b0 

386.pdf 

De optische verplaatsingssensor met gatenwiel bestaat uit een lichtsluis 

waartussen een gatenwieltje kan draaien. De lichtsluis bestaat uit een 

9 zie ook http://nl.wikipedia.org/wiki/Condensator 


lichtzender (een LED) en een lichtontvanger (een fototransistor). Wanneer het 

gatenwieltje draait zal het licht afwisselend doorgelaten en onderbroken 

worden. De fototransistor zal deze lichtpulsen opvangen. Als de afmetingen 

van het gatenwieltje gekend zijn dan zal men uit het aantal getelde pulsen 

ook de verplaatsing kunnen afleiden. 

Druksensoren 

Wanneer er op een bepaald oppervlak een kracht wordt uitgeoefend, dan 

zal dit oppervlak een zekere druk ondervinden: 

F: uitgeoefende kracht (Newton N) 

A: oppervlakte waarop de kracht werkt (m²) 

p: druk (N/m² of Pascal (Pa)) 


Aan het aardoppervlak ondervinden we een druk van 100000 Pa. 10 N 

komt overeen met de kracht die wordt uitgeoefend door een massa 

van 1 kg. 100000 Pa komt overeen met 100000 N/m² of met de kracht 

die wordt uitgeoefend door een massa van 10000 kg op een 

oppervlakte van 1 m². 

In de meettechniek kunnen we drie verschillende waarden voor druk meten. 

Deze waarden zijn afhankelijk van de gebruikte referentiedruk. 

• absolute druk = de druk gemeten t.o.v. het vacuüm 

• overdruk = de druk gemeten t.o.v. de atmosfeerdruk 

• verschildruk = de druk gemeten t.o.v. een andere druk 

Het principe voor het meten van een druk is vrij eenvoudig: Wanneer men op 

een oppervlak een druk uitoefent, dan zal dit oppervlak een zekere mate van 

vervorming vertonen. Deze vervorming (= verplaatsing) kan men omzetten 

naar een elektrisch signaal. 

Een belangrijke meetmethode maakt gebruik van piëzo-elektriciteit. Wanneer 

je een mechanische kracht uitoefent op het oppervlak van piëzo-elektrisch 

materiaal, dan zal aan het oppervlak van dit materiaal een elektrische 

ladingsophoping ontstaan. Deze ladingsophoping doet over het materiaal 

een spanningsverschil ontstaat. Het spanningsverschil is – binnen bepaalde 


grenzen – evenredig met de uitgeoefende kracht. Materialen die deze 

verschijnselen vertonen zijn o.a. kwarts (SiO2), sommige keramische 

materialen en een aantal polymeren. 

Debietsensoren 

Een debietsensor de hoeveelheid van een vloeistof die op een bepaalde 

plaats door een leiding passeert (uitgedrukt in liter/seconde). 

Om debieten te meten kunnen we gebruik maken van een turbinemeter. Die 

bestaat uit een kleine turbine, die zodanig in een leiding wordt geplaatst dat 

alle vloeistof of gas gedwongen wordt aan de onderzijde langs te stromen. 

De turbine gaat hierdoor draaien. Naarmate er meer gas of vloeistof per 

seconde langs stroomt, draait de turbine harder. Boven de turbine is een 

sensor geplaatst die bijhoudt hoeveel bladen van de turbine langs komen, bij 

elke doorgang geeft de sensor een puls af. Het uitgaande signaal is een 

pulsvormig signaal waarvan de frequentie evenredig is met het debiet. 


Afbeelding 47 : piëzo-elektrische druksensoren – Bron: 

http://www.Keller-holland.nl/oem.html 

Afbeelding 48 : Bopp & Reuther turbinemeter

Niveausensoren 

Een eerste methode om het niveau te meten is de zogenaamde 

vlottermethode. Een vlotter drijft op het vloeistofoppervlak. De 

vlotterbeweging zorgt voor een standverandering van een potentiometer. 

Hierdoor zal de uitgangsspanning van de vlottersensor wijzigen. Er is een direct 

verband tussen de stand van de vlotter, de afgegeven spanning en de 

hoogte van de vloeistof in de tank. 

Een tweede methode maakt gebruik van ultrasone geluiden (geluiden met 

een hogere frequentie dan wat het menselijke gehoor kan waarnemen). Men 

zendt een geluidsgolf uit. Deze kan door bvb. een vloeistofoppervlak in een 

tank worden weerkaatst. De ultrasone sensor meet de tijd tussen het zenden 

van een golf en het ontvangen van de weerkaatste golf. Deze tijd is een 

maat voor het vloeistofniveau in de tank. 

Snelheidssensoren 

Afbeelding 49 : vlottermethode 

We kunnen snelheid meten m.b.v. volgende methodes: 

• Inductieve methode: je wilt de rotatiesnelheid van een machine 

meten. Op een as van het toestel monteert men een gekarteld wiel. Dit 

wiel passeert voorbij een spoel die voorzien is van een kern. Met behulp 

van een permanente magneet wekt men in die spoel een 

magneetveld op. Het gekartelde wieltje zal dit magneetveld een 

aantal maal per seconde verstoren. Wanneer men het aantal 


verstoringen meet, dan kent men meteen ook de snelheid waarmee 

de as ronddraait. 

• Tachogenerator: Men plaatst op de roterende as van een machine 

een gelijkstroomgenerator. Als de as ronddraait zal in de generator een 

spanning worden opgewekt die evenredig is met de draaisnelheid van 

de machine. 

• Optische snelheidsmeting: Je plaatst een gatenwiel op de as van een 

machine. Door dit gatenwiel laat je een lichtbron schijnen. Wanneer je 

het aantal onderbrekingen van de lichtbundel meet, weet je ook 

meteen de draaisnelheid van de machine. 


1. Wat is een actieve sensor? 

2. Wat is een passieve sensor? 

3. Wat is een analoog signaal? 

4. Wat is een digitaal signaal? 

5. Bespreek het werkingsprincipe van het 3/2-ventiel 

6. Bespreek het werkingsprincipe van het 4/2-ventiel 

7. Teken een maakcontact en een verbreekcontact . 

8. Wat is een reedcontact? 

9. Waarvoor kan je een inductieve benaderingssensor gebruiken? 

10. Waarvoor kan je een capacitieve benaderingssensor gebruiken? 

11. Teken het symbool en de aansluiting van een inductieve 

benaderingsschakelaar. 

12. Bespreek kort de 4 types optische sensoren. 

13. Welke sensoren kan je gebruiken om temperatuur te meten? Bespreek 

kort. 

14. Welke sensoren kan je gebruiken om verplaatsing te meten. Bespreek 

kort. 

15. Welke methodes kan je gebruiken om de draaisnelheid van een 

machine te bepalen? 


Corrigerende organen 

In de vorige hoofdstukken hebben we de algemene opbouw van (industriële) 

processen bekeken. We hebben gezien welke technologie we kunnen 

toepassen om informatie uit het proces te verkrijgen d.m.v. sensoren. Het 

uiteindelijke doel van automatiseren is om invloed uit te oefenen op het 

verloop van een proces zodat het proces loopt zoals jij dat wenst. 


Je meet de temperatuur in een reactor. Wanneer de 

temperatuur niet voldoet aan de eisen dan zal je over de 

technologie moeten beschikken om invloed uit te oefenen op 

deze temperatuur. Op een transportband wordt de afmeting 

van een product gemeten. Producten die binnen de normen 

vallen mogen doorgaan. Producten die niet aan de norm 

voldoen moeten worden afgevoerd. Je zult moeten beschikken 

over technologie die deze opdracht kan volbrengen 

Alle technologie waarmee we invloed kunnen uitoefenen op een proces en 

zijn procesgrootheden noemen we corrigerende organen. Deze corrigerende 

organen kunnen ingedeeld worden in volgende categorieën: 

• Pneumatisch 

• Elektrisch 

• Elektronisch 

• hydraulisch 

• mechanisch 

Elektrische en elektronische corrigerende organen 

Er bestaan talloze elektrische en elektronische corrigerende organen. We 

bekijken hier enkele toepassingen. 

Snelheidsregeling van motoren 

In veel toepassing is het van belang dat de as van een machine aan een 

welbepaalde snelheid draait. Om dit te realiseren kan men de snelheid van 


de aandrijfmotor wijzigen. Voor wisselstroommotoren maakt men gebruik van 

frequentieomvormers 10 . Deze toestellen beïnvloeden het magnetisch veld 

waarmee de rotor in beweging wordt gezet. 

Afbeelding 52: AC-motor – bron: 

Leroy-Somer 

Temperatuurregeling met PWM 

Bij PWM of “Pulse Width Modulation” (Ned. pulsbreedtemodulatie) gaat men 

op gelijkstroom aangesloten verwarmingselement gedurende een zekere tijd 

inschakelen. 


Je kunt het 20% van de tijd inschakelen en 80 % van de tijd 

uitschakelen 

Je kunt het 60% van de tijd inschakelen en 40 % van de tijd 

uitschakelen 

10 Hierover leer je meer in het vak “industriële elektriciteit en labo” 


Figuur 1 : Siemens 

Micromaster 

frequentieregelaar - Bron: 

Siemens 

Afbeelding 51 : Siemens 

Micromaster 

frequentieregelaar – bron: 

Siemens

Op bovenstaande figuur zie je het werkingsprincipe van PWM. De tijd t (s) dat 

het toestel is ingeschakeld noemt men de pulsduur. De tijd dat het toestel is 

uitgeschakeld noemt men de pauseduur. Hoe langer het toestel wordt 

ingeschakeld, hoe meer vermogen er aan het proces wordt toegevoerd. 

De tijd T (s) noemt men de periode. Deze periode houdt men constant. De 

verhouding uitgedrukt in % noemt men de duty-cycle van de PWM-sturing. 

Een dutycycle van 50 % houdt in dat de verwarming gedurende 50 % van de 

tijd is ingeschakeld. Door het variëren van de dutycycle kan men dus het 

toegevoerde vermogen naar het proces wijzigen. 

De regelklep 

Figuur 2 : PWM-sturing van DC-spanning U 

Afbeelding 53 : pneumatisch gestuurde regelklep Bron: 

www.wikipedia.org, http://en.wikipedia.org/wiki/Control_valves 

De regelklep is een op afstand bediende kraan. Ze wordt gebruikt in 

toepassingen waar er debieten moeten worden geregeld. De aansturing van 

de regelklep kan elektromagnetisch, pneumatisch of hydraulisch zijn. Het 


stuursignaal voor de klep komt van een regelaar. Dit stuursignaal zorgt ervoor 

dat de stand van de klep wijzigt zodat de vloeistof- of gasstroom door de klep 

wordt beïnvloed. Typische standaardwaarden voor het aansturen van 

dergelijke regelkleppen zijn 11 : 

Een pneumatische regelklep kan vanuit een procescontroller worden 

aangestuurd. Om een stroomsignaal (0..20 mA) om te zetten naar een 

pneumatisch stuursignaal maakt men gebruik van een I/P-omvormer. 

Afbeelding 54 : I/P-omvormer - bron: regeltechniek 1 , Jef Hay, uitg. Die Keure 

Afbeelding 55 : doorsnede van een pneumatisch gestuurde regelklep 

11 Meer weten over druk : http://nl.wikipedia.org/wiki/Druk 


Ga naar http://www.cheric.org/education/control/CntrValve/CntrValve.html 

Je vindt op die website een java applet dat de werking van een 

pneumatische regelklep weergeeft in een toepassing. 


De regelaars 

De elementaire regelkring 

De controle- en besturingseenheid kan ook voorzien zijn van onderdelen die 

een bepaalde procesgrootheid moeten regelen. Deze regelaars maken 

gebruik van de regeltechniek om een procesgrootheid op een bepaalde 

waarde te krijgen en te houden. Regelaars kunnen zowel hard- als 

softwarematig zijn uitgevoerd. We kunnen de werking van deze regelaars ook 

weergeven in een blokschema. We noemen dit het schema van de 

elementaire regelkring. 

In de elementaire regelkring gebruiken we steeds dezelfde symbolen voor de 

signalen tussen regelaar en proces: 


Afbeelding 56 : elementaire regelkring 

w = de gewenste waarde 

x = de gemeten waarde 

y = de stuurwaarde


Met behulp van een regelaar wens je de temperatuur (= 

procesgrootheid) van een vloeistof op 85°C te houden. Je meet de 

temperatuur van de vloeistof. Zolang die lager is dan 85°C zal je de 

vloeistof verwarmen. Als de temperatuur hoger wordt dan 85°C dan 

stop je met verwarmen. Deze regelaar volgt een aan/uit strategie. Het 

spreekt voor zich dat je de temperatuur nooit exact op 85°C zal kunnen 

houden. Om terug te verwarmen moet de temperatuur immers lager 

dan 85°C worden. De regelaar kan andere strategieën volgen 

waarmee de temperatuur kan worden geregeld tot exact 85°C wordt. 

De discontinue regelaars 

Discontinue regelaars noemt men ook aan/uit-regelaars. We kennen 2 types: 

• Tweepuntsregelaar 

twee standen: open of gesloten 

vb. verwarmen of niet verwarmen 

De regelaar stuurt ofwel 100 %, ofwel 0 %. 

• Driepuntsregelaar 


drie standen: actie 1, actie 2 of uit 

vb. verwarmen, koelen, uit 

Als de temperatuur boven de gewenste waarde w zit is de 

stuurwaarde y=0 %. Als de temperatuur onder de gewenste 

waarde w zit is y=100 % 

De voordelen van deze regelaars zijn: 

• eenvoudig 

• goedkoop 

• geen of weinig afstelling nodig 

• onmiddellijk klaar voor gebruik 

Hierdoor wordt hij veel toegepast in niet gestandaardiseerde kleine processen 

(bvb. Huishoudtoestellen, kamerthermostaten, eenvoudige industriële 

processen…) 


Afbeelding 57 : cartoon - bron: www.cartoonstock.com 

Aan/uit regelaar zonder hysteresis 

In onderstaande figuur is de aan/uit regelaar toegepast bij een proces van 

eerste orde met gekende dode tijd en tijdsconstante (bvb. een 

temperatuurregeling) 


Afbeelding 58 : aan/uit-regelaar zonder hysteresis

We meten de temperatuur (= procesgrootheid x ). We wensen dat die 

temperatuur de wenswaarde w bereikt. De verwarming wordt ingeschakeld 

(y=100%). De temperatuur zal volgens een eerste orde curve stijgen. Wanneer 

de wenswaarde w is bereikt (t1) schakelt de verwarming uit (y=0%). Het 

systeem heeft een dode tijd Td waardoor de temperatuur nog een tijd zal 

stijgen. Pas na de dode tijd zal de temperatuur terug beginnen dalen. Op 

tijdstip t2 bereikt onze temperatuur terug de wenswaarde w. De verwarming 

wordt terug ingeschakeld. Ten gevolge van de dode tijd zal de temperatuur 

nog een tijdje dalen. Pas na de dode tijd zal de temperatuur terug beginnen 

stijgen. Op tijdstip t3 wordt de verwarming terug uitgeschakeld en herhaalt de 

cyclus zich weer terug 

Opdrachten : 

• bekijk in het programma ActaSim de werking van de aan/uit 

regelaar 

• Duid op de grafiek van fig. 55 de dode tijd aan 

• Hoe kan je op de grafiek de tijdsconstante van dit systeem 

bepalen? 

Het begrip “Hysteresis” 

Door de soms hoge schakelfrequentie van de aan/uit regelaar zullen 

schakelcontacten een kortere levensduur hebben. Om dit te vermijden past 

men hysteresis 12 (uit het Grieks “achterblijven”) toe : 

• Uitschakelen iets boven de gewenste waarde (= XH) 

• Inschakelen iets onder de gewenste waarde (=XL) 

• Gebied tussen XH en XL noemt men de hysteresisband H 

12 In het vak “industriële elektriciteit & labo” zal je bij de leerstof over magnetisme ook 

de term “hysteresis” bestuderen. Hoewel het dezelfde benaming betreft , heeft 

“hysteresis” in dat vak betrekking op een totaal ander verschijnsel. 


Je merkt in bovenstaande figuur duidelijk dat het toepassen van hysteresis de 

frequentie waarmee de uitgang wordt aan- en uitgeschakeld sterk doet 

dalen. 


Afbeelding 59 : principe van hysteresis

Opdracht: teken de grafiek die de werking weergeeft van de aan/uit 

regelaar met hysteresis toegepast bij een proces van eerste orde met 

gekende dode tijd en tijdsconstante 


Praktisch 

Om de aan/uit-regelaar toe te passen voldoet men best aan de 

onderstaande voorwaarden: 

• Hysteresisband minder dan 10 % van het meetbereik 

• Gewenste waarde ongeveer in het midden van de 

hysteresisband 

• Verhouding Td/ τ moet relatief klein zijn (< 0.2) 


De continue regelaars 

Een continue regelaar is in staat om de energie naar het proces tussen nul en 

een maximum toe te voeren. y kan dan elke waarde aannemen tussen 0% en 

100%. 

We kennen 3 basisregelaars: 

• Proportionele of P-regelaar 

• Integrerende of I-regelaar 

• Differentiërende of D-regelaar 

Deze basisregelaars worden gecombineerd tot PI, PD of PID-regelaar 

De P-regelaar 

Kenmerken 

Een proces verliest energie. Hierdoor verandert de procesgrootheid. Wanneer 

men dit verlies compenseert, dan kan men de procesgrootheid op de 

gewenste waarde houden. De P-regelaar voert een hoeveelheid energie toe 

die evenredig (proportioneel) is met de afwijking t.o.v. de gewenste waarde 

van de procesgrootheid. 

Voorbeeld: temperatuurregeling in een oven: 

• Gewenste temperatuur w ( = temperatuur waarbij de oven normaal werkt) 

= 200 °C. Men noemt dit de normwaarde. Dit vraagt al een zekere 

energietoevoer 

• De werkelijke temperatuur kan afwijken van deze normwaarde. Er is dan 

een fout: 

e = w-x 

(e = error, x = gemeten waarde) 


Relatie tussen x en y 

Wanneer er een afwijking is dan zal de instelwaarde y van de regelaar recht 

evenredig zijn met deze afwijking 

(kp = proportionele versterking) 


y = kP (w-x) + M 

M is de energie die wordt toegevoerd wanneer er geen afwijking is. Men 

noemt M ook de “manuele reset”. 

De proportionele band 

Afbeelding 60 : verband tussen x en y bij P-regelaar 

In onderstaande grafiek van een regelaar voor een pneumatische klep zien 

we dat er een verband is tussen het meetbereik en het regelbereik (of 

stuurbereik). 

Afbeelding 61 : meet- t.o.v. regelbereik

Figuur 3 : proportionele band 

We beschikken over twee regelaars. Eén regelaar met een PB=100% en een 

tweede met een PB=50%. De proportionele band geeft nu aan hoeveel de 

fout e moet wijzigen om aan de uitgang van de regelaar een variatie te 

bereiken van 0% tot 100%. Bij de eerste regelaar zal e over het ganse 

meetbereik (= van 0°C tot 400°C) moeten veranderen om aan de uitgang 

van de regelaar een variatie van 0 % tot 100 % te krijgen. Bij de tweede 

regelaar is dit slechts over 50 % van het meetbereik. Je kunt ook aantonen 

dat: 

We kunnen hieruit een aantal belangrijke conclusies trekken: 

PB(%) = 1 % (= kleine PB) 

→ sterke regelactie 

→ grote proportionele versterking 

PB(%) = 100 % (= grote PB) 

→ zwakke regelactie 

→ kleine proportionele versterking 


Voor- en nadelen 

Voordeel: Snelle regelaar die onmiddellijk reageert op een afwijking van de 

gewenste waarde 

Nadeel: er moet een afwijking ontstaan voor er een correctie kan zijn 

Instellen van de P-regelaar 

Volgende zaken instellen: 

Energietoevoer bij de normwaarde (in %) 

Proportionele versterking of proportionele band 

Afbeelding 62 : verband tussen PB en Ks - Bron: regeltechniek 1 - Jef Hay, Die Keure 


De I- en PI-regelaar 

Het nadeel van de P-regelaar is, dat er een fout moet zijn voordat hij gaat 

bijregelen. Het zou beter zijn dat de regelaar er voor zorgt dat er geen fout 

ontstaat. M.a.w. dat hij zich – eens de wenswaarde is bereikt – zo instelt dat 

eventuele verliezen worden gecompenseerd, en de procesgrootheid op de 

gewenste waarde blijft. Dit kan men realiseren door de P-regelaar te 

combineren met een I-regelaar. 

Kenmerken van de I-regelaar 

I = integrerend (er wordt een som over de tijd genomen) 

Zolang de proceswaarde x verschilt van de gewenste waarde w, moet de 

uitgang y van de regelaar blijven veranderen zodat x dichter bij w komt. De 

snelheid waarmee y toeneemt, moet evenredig zijn met de afwijking e=w-x 

Dit heeft volgende zaken tot gevolg: 

• x < w → y stijgen 

• x > w → y dalen 

• x = w → y constant blijven 

• w-x groot → y snel veranderen 

• w-x klein → y traag veranderen 

• w-x = 0 → y constant blijven 

I-regelaar in gesloten kring 

• X < W → Y stijgen tot x=w 

• X > W → Y dalen tot x=w 

• X = W → Y op constante waarde zodat x=w blijft 

Afbeelding 63 : I-regelaar in gesloten kring 



Afbeelding 64 : reactie van I-regelaar op een fout e 

De PI-regelaar 

Wanneer we een P-regelaar combineren met een I-regelaar, dan hebben we 

een PI-regelaar. De P-regelaar zorgt voor een snelle reactie terwijl de Iregelaar 

zorgt voor een aanpassing van de “manuele reset”. 

De D- en PID-regelaar 

De voorgaande regelaars hielden rekening met de grootte van de fout, maar 

niet met de snelheid waarmee de fout kan toenemen. Soms kan een fout zo 

snel optreden, dan een krachtige reactie is vereist om terug op de gewenste 

waarde e komen. De D-regelaar is een regelaar die in staat is te reageren op 

dergelijke toenamen van de fout. 

Kenmerken van de D-regelaar 

D = Differentiërende regelaar 

Uitgang y van de regelaar reageert alleen op een verandering van de fout 

e=w-x 


• Wat doet y als x < w ? 

• Wat doet y als x > w ?

De amplitude van y is evenredig met de snelheid waarmee e=w-x toe- of 

afneemt. 

In formulevorm: 

Gevolgen: 


Voorbeeld: 

Meetbereik : 0..200°C Dit wordt omgezet in een 

spanning van 0..10V 

De temperatuur wijkt elke seconde 1° meer af van de 

gewenste waarde 

Dit komt overeen met een toename van de fout met 50 

mV/s 

Als kDR=4 dan is y = 200 mV 

• Als ve groot is dan is y groot 

• Als ve klein is dan is y klein 

• Als ve constant is dan is y constant 

• Als ve nul is dan is y nul 

Afbeelding 65 : reactie van D-regelaar 


In dit voorbeeld merken we volgend probleem op: 

• Als e lineair afneemt, dan is y negatief. Dit kan niet! 

• Als x constant is, dan is y=0 

Hieruit volgt dat de D-regelaar op zichzelf niet toe te passen is in een gesloten 

regelkring. We passen hem toe in combinatie met een P- of een I-regelaar. 

De PD-regelaar 

Wanneer we een P-regelaar en een D-regelaar met elkaar combineren, dan 

krijgen we de PD-regelaar. Het stapantwoord van zo een regelaar ziet er als 

volgt uit. 

De PID-regelaar 

We kunnen ook een combinatie maken van de 3 basisregelaars P, I en D. We 

bekomen dan een PID-regelaar. De actie van de regelaar is dan een 

combinatie van de deelacties van P, I en D. 



1. Wat is het verschil tussen een continue en een discontinue regelaar? 

2. Wat is een aan/uit regelaar? 

3. Waarom past men bij een aan/uit regelaar hysteresis toe? 

4. Noem de 3 verschillende continue regelaars een bespreek kort hun 

elementaire kenmerk (P, I en D). 

Labo-opdracht 

Gebruik hiervoor het programma ActaSim om het verschil tussen sturen en 

regelen te bestuderen. Kies na het opstarten van het programma voor de 

knop “sturen en regelen”. Je bekijkt enkel het gedeelte “regelen”. Alle vragen 

kan je beantwoorden door de simulatie grondig te bekijken. 

1. Op welke manier verloopt de aansturing van het verwarmingselement? 

2. Hoeveel bedraagt de hysteresisband? 

3. Wat gebeurt er met de schakelfrequentie wanneer de hysteresisband 

vergroot? 

4. Wat gebeurt er met de schakelfrequentie wanneer de hysteresisband 

verkleint? 

Van deze opdracht maak je een verslag. Je gebruikt hiervoor het. Lees eerst 

grondig de regels die gelden bij het opstellen van een verslag. Titel van het 

verslag “Aan/uit regelaar”. Verslagnr = “IPC_labo4” 


Inhoudsopgave 

Inleidende begrippen ..............................................................................................2 

Het proces ...............................................................................................................................3 

Mechaniseren en automatiseren .........................................................................................3 

Regelen en sturen...................................................................................................................5 

Motivatie voor automatisering..............................................................................................7 

Herhalingsvragen reeks 1.......................................................................................................8 

Labo- opdracht ......................................................................................................................8 

Processen ................................................................................................................10 

Blokschema van een automatisering ................................................................................10 

Kenmerken van processen..................................................................................................12 

Zelfregelende en niet zelfregelende processen ...........................................................12 

Statisch gedrag van processen ......................................................................................13 

Dynamisch gedrag van processen: de procesorde ....................................................14 

Herhalingsvragen reeks 2.....................................................................................................21 

Labo-opdracht .....................................................................................................................21 

Procescontrollers.....................................................................................................22 

PLC .........................................................................................................................................23 

Microcontroller (µC) .............................................................................................................24 

Wat is een microcontroller?.............................................................................................24 

Digitale procesregelaar.......................................................................................................25 

De PC in de procescontrole................................................................................................26 


Signaalgevers en sensoren....................................................................................29 

Signaalgevers........................................................................................................................29 

Overzicht van de signaalgevers .....................................................................................30 

Sensoren ................................................................................................................................34 

Passief en Actief ................................................................................................................34 

Analoog en digitaal..........................................................................................................35 

Digitale sensoren ..................................................................................................................36 

Magnetische sensor..........................................................................................................36 

Inductieve sensor ..............................................................................................................38 

Capacitieve sensoren ......................................................................................................39 

Optische sensoren ............................................................................................................40 

De analoge sensoren...........................................................................................................42 

Temperatuursensoren.......................................................................................................42 

Verplaatsingssensoren......................................................................................................45 

Druksensoren .....................................................................................................................47 

Debietsensoren .................................................................................................................48 

Niveausensoren.................................................................................................................49 


Snelheidssensoren .............................................................................................................49 


Corrigerende organen ...........................................................................................51 

Elektrische en elektronische corrigerende organen ........................................................51 

Snelheidsregeling van motoren ......................................................................................51 

Temperatuurregeling met PWM ......................................................................................52 

De regelklep ......................................................................................................................53 

De regelaars............................................................................................................56 

De elementaire regelkring...................................................................................................56 

De discontinue regelaars.....................................................................................................57 

Aan/uit regelaar zonder hysteresis .................................................................................58 

Praktisch .............................................................................................................................62 

De continue regelaars .........................................................................................................63 

De P-regelaar ....................................................................................................................63 

De I- en PI-regelaar...........................................................................................................67 

De D- en PID-regelaar ......................................................................................................68 


Labo-opdracht .....................................................................................................................71 

Afbeeldingen ..........................................................................................................73 

Bronvermeldingen ..................................................................................................75 

Opmerking ..............................................................................................................75 

Afbeeldingen 

AFBEELDING 1 : WATERZUIVERINGSINSTALLATIE - BRON: EN.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/WATER_TREATMENT ..................... 2 

AFBEELDING 2 : SPINMACHINE SAMUEL COMPTON - BRON: HTTP://NL.WIKIPEDIA.ORG/MULE_JENNY .................... 3 

AFBEELDING 3 : SPINTOESTEL 18E EEUW ......................................................................................................... 4 

AFBEELDING 4 : MODERN WEEFGETOUW – BRON: HTTP://WWW.PICANOL.COM.................................................. 5 

AFBEELDING 5 : TEMPERATUURREGELAAR - BRON: HTTP://WWW.OMRON-INDUSTRIAL.COM/ ............................... 5 

AFBEELDING 6 : AIRBAG IN WERKING – BRON: HTTP://EN.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/AIRBAG ..................................... 6 

AFBEELDING 7 : PRODUCTIELIJN BROUWERIJ PALM – BRON: FOTO W. BAERT...................................................... 9 

AFBEELDING 8 : PRODUCTIELIJN VOOR AUTO'S - BRON: HTTP://WWW.MAKINGTHEMODERNWORLD.ORG.UK......... 10 

AFBEELDING 9 : BLOKSCHEMA VAN EEN AUTOMATISERING ............................................................................. 11 

AFBEELDING 10 : AUTOMATISERING IN DE EIERPRODUCTIE - BRON HTTP://WWW.SAVAGECHICKENS.COM (NED. 

BEWERKT)........................................................................................................................................ 14 

AFBEELDING 11 : NULDE ORDE PROCES ZONDER DODE TIJD ........................................................................... 15 

AFBEELDING 12 : NULDE ORDE PROCES MET DODE TIJD.................................................................................. 16 

AFBEELDING 13 : TRANSPORTBAND MET DODE TIJD........................................................................................ 16 

AFBEELDING 14 : STAPREACTIE VAN EEN EERSTE ORDE PROCES ZONDER DODE TIJD............................................ 17 

AFBEELDING 15 : VERSCHILLENDE REACTIESNELHEDEN VAN 3 EERSTE ORDE PROCESSEN...................................... 17 

AFBEELDING 16 : BEPALEN VAN DE TIJDCONSTANTE ...................................................................................... 18 

AFBEELDING 17 : ALGEMENE OPBOUW VAN EEN PROCESCONTROLLER ............................................................ 22 


AFBEELDING 18 : SIEMENS LOGO-PLC : BRON - SIEMENS............................................................................. 24 

AFBEELDING 19 : 16F877 MICROCONTROLLER - BRON: MICROCHIP............................................................... 24 

AFBEELDING 20 : DIGITALE PROCESREGELAAR .............................................................................................. 26 

AFBEELDING 21 : WINCC HMI-INTERFACE - BRON: SIEMENS ......................................................................... 27 

AFBEELDING 22 : 3/2 VENTIEL .................................................................................................................... 30 

AFBEELDING 23 : WERKINGSPRINCIPE 3/2 VENTIEL ........................................................................................ 30 

AFBEELDING 24 : WERKINGSPRINCIPE 4/2 VENTIEL ........................................................................................ 31 

AFBEELDING 25 : BEDIENINGSMOGELIJKHEDEN ............................................................................................. 31 

AFBEELDING 26 : 3/2 VENTIEL MET INDIRECTE BEDIENING ............................................................................... 32 

AFBEELDING 27: EINDELOOPSCHAKELAAR MET ROLBEDIENING........................................................................ 33 

AFBEELDING 28 : MAAKCONTACT............................................................................................................... 33 

AFBEELDING 29 : VERBREEKCONTACT EN WISSELCONTACT ............................................................................. 33 

AFBEELDING 30 : OMZETTING NATUURKUNDIGE GROOTHEDEN ....................................................................... 34 

AFBEELDING 31 : BLOKSCHEMA SIGNAALGEVERS EN SENSOREN ...................................................................... 36 

AFBEELDING 32 : REEDCONTACT ................................................................................................................ 37 

AFBEELDING 33 : UITVOERING VAN REEDCONTACTEN.................................................................................... 37 

AFBEELDING 34 : INDUCTIEVE BENADERINGSSENSOREN.................................................................................. 38 

AFBEELDING 35 : INDUCTIEVE BENADERINGSSCHAKELAAR PNP-TYPE............................................................... 38 

AFBEELDING 36 : AANSLUITING PNP- EN NPN-SENSOR AAN PROCESCONTROLLERINGANG ............................... 39 

AFBEELDING 37 : FLESSENTELLER - BRON: HTTP://WWW.BANNERENGINEERING.COM .......................................... 41 

AFBEELDING 38 : KLEINE OBJECTEN TELLEN MET GLASFIBERTECHNOLOGIE - BRON: 

HTTP://WWW.BANNERENGINEERING.COM........................................................................................... 41 

AFBEELDING 39 : DETECTIE VAN KROONKURK IN FLESSENVULINSTALLATIE - BRON: 

HTTP://WWW.BANNERENGINEERING.COM........................................................................................... 41 

AFBEELDING 40 : PT100............................................................................................................................ 42 

AFBEELDING 41 : WERKINGSPRINCIPE THERMOKOPPEL ................................................................................... 43 

AFBEELDING 42 : UITVOERINGSVORMEN VOOR THERMOKOPPELS .................................................................... 44 

AFBEELDING 43 : PTC............................................................................................................................... 44 

AFBEELDING 44 : STRALINGSPYROMETER ...................................................................................................... 45 

AFBEELDING 45 : UITVOERINGSVORMEN VAN REKSTROOKJES.......................................................................... 46 

AFBEELDING 46 : OPTISCHE SENSOR MET GATENWIEL – BRON: 

HTTP://WWW.CMA.SCIENCE.UVA.NL/HANDLEIDINGEN/SENSOREN/B0386.PDF ....................................... 46 

AFBEELDING 47 : PIËZO-ELEKTRISCHE DRUKSENSOREN – BRON: HTTP://WWW.KELLER-HOLLAND.NL/OEM.HTML..... 48 

AFBEELDING 48 : BOPP & REUTHER TURBINEMETER ........................................................................................ 48 

AFBEELDING 49 : VLOTTERMETHODE............................................................................................................ 49 

AFBEELDING 51 : AC-MOTOR - BRON: LEROY-SOMER .................................................................................. 52 

AFBEELDING 50 : SIEMENS MICROMASTER FREQUENTIEREGELAAR – BRON: SIEMENS .......................................... 52 

AFBEELDING 52: AC-MOTOR – BRON: LEROY-SOMER................................................................................... 52 

AFBEELDING 53 : PNEUMATISCH GESTUURDE REGELKLEP BRON: WWW.WIKIPEDIA.ORG, 

HTTP://EN.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/CONTROL_VALVES ............................................................................. 53 

AFBEELDING 54 : I/P-OMVORMER - BRON: REGELTECHNIEK 1 , JEF HAY, UITG. DIE KEURE.................................. 54 

AFBEELDING 55 : DOORSNEDE VAN EEN PNEUMATISCH GESTUURDE REGELKLEP ................................................. 54 

AFBEELDING 56 : ELEMENTAIRE REGELKRING................................................................................................. 56 

AFBEELDING 57 : CARTOON - BRON: WWW.CARTOONSTOCK.COM ................................................................ 58 

AFBEELDING 58 : AAN/UIT-REGELAAR ZONDER HYSTERESIS.............................................................................. 58 

AFBEELDING 59 : PRINCIPE VAN HYSTERESIS .................................................................................................. 60 

AFBEELDING 60 : VERBAND TUSSEN X EN Y BIJ P-REGELAAR ............................................................................ 64 

AFBEELDING 61 : MEET- T.O.V. REGELBEREIK ................................................................................................. 64 

AFBEELDING 62 : VERBAND TUSSEN PB EN KS - BRON: REGELTECHNIEK 1 - JEF HAY, DIE KEURE........................... 66 


AFBEELDING 63 : I-REGELAAR IN GESLOTEN KRING ........................................................................................ 67 

AFBEELDING 64 : REACTIE VAN I-REGELAAR OP EEN FOUT E ............................................................................ 68 

AFBEELDING 65 : REACTIE VAN D-REGELAAR ............................................................................................... 69 

Bronvermeldingen 

boek: fundamenten van de regeltechniek, Carlo Clerx 

boek “regeltechniek”, uitg. Die Keure 

“persluchtautomatisatie” handboek Norgren-Martonair 

http://ww.wikipedia.org 

Vzw Acta (www.ACTA-vzw.be,), actasim-software 

www.bannerengineering.com 

http://www.bwk.tue.nl/co/Laboratory/Sensors/Strain/Rekstrookjes.html 

http://www.wikipedia.org 

http://www.siemens.com 

http://www.picanol.be 

Opmerking 

Deze cursus wordt uitsluitend ter beschikking gesteld van de leerlingen van het 

VTI St.-Laurentius, Pr. Thuysbaertlaan 1, 9160 Lokeren. Hij is specifiek gericht op 

het leerplan van de afdeling Industriële ICT, vak “Procescontrole & Labo” van 

het VVKSO (http://www.vvkso.be/ op de site ga je bij “publicaties” naar 

“leerplannen”. Kies voor “derde graad”. Je kunt op die pagina het leerplan TV 

Industriële ICT terugvinden.) 

Ondanks de zorg die is besteed aan het samenstellen van deze cursus is het 

mogelijk dat hij toch fouten bevat. Kan je nog een fout ontdekken dan mag 

je dit uiteraard melden aan de auteur. 

Ing. W. Baert 

Zele, september 2010

Deel 1 - inleiding in de procescontrole IPC8-2010 - Thinktwise.be

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?