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Regelsystem mit Steuerung des Stellorgans mittels Zweipunktregler
Die Erfindung betrifft ein Regelsystem mit Steuerung des Stellorgans mittels Zweipunktregler und mit einem Hilfsgrössenfühler, der zwei einander entgegenwirkende, temperaturempfindliche Elemente enthält, welche eine Kontaktschalteranordnung nur vorübergehend während des Auftretens von Änderungen der zu überwachenden Temperatur betätigen.
Derartige Regelsysteme dienen zur Lösung schwieriger Regelaufgaben mit langen Zeitkonstanten
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jedoch vor dem Messort der Regelgrösse und erfassen daher ein das System durchwanderndes Signal bereits vor Erreichen des Reglerfühlers und können somit den Regelvorgang schon vor diesem Zeitpunkt einleiten. Durch diese Kombination von Reglerfühlern mit Hilfsgrössenfühlern wird die Wirkung der Totzeit herabgesetzt und die Regelstabilität verbessert, wobei jedoch beide Fühler miteinander in stetiger Wirkverbindung stehen. So sind z. B. bei einem System mit Wheatstonescher Brücke sowohl der Reglerfühler als auch der oder die Hilfsgrössenfühler in die Brücke geschaltet, in deren Nullzweig das daraus resultierende Regelkommando erfasst, verstärkt und ausgegeben wird.
Weiters wird bei solchen Regelsystemen die Regelgrösse stetig bis zum Verstärkerausgang übertragen und von diesem aus dann entweder ebenfalls stetig, oder aber unstetig bzw. quasistetig an das Stellorgan weitergegeben.
Diese bisher bekannten Regelsysteme erfüllen zwar ihre Aufgabe durchaus befriedigend. Ihr Aufbau erfordert jedoch stetig wirkende Messgeber mit guter Linearität sowie eine entsprechende Messschaltung mit Verstärker und ist daher ziemlich kompliziert und kostspielig.
Nach der Erfindung werden nun bei Regelsystemen der eingangs beschriebenen Art mit Steuerung des Regelorgans mittels Zweipunktregler und mit einem Hilfsgrössenfühler diese Nachteile dadurch vermieden, dass am Hilfsgrössenfühler zwei im Stromkreis des vom Zweipunktregler gesteuerten Stellorgans eingeschaltete Ruhekontaktschalter angeordnet sind, deren einer nur bei steigender und deren anderer nur bei sinkender Temperatur geöffnet ist.
Beide Ruhekontaktschalter können dabei im Stromkreis des Stellorgans in Reihe liegen.
Bei einer andern Schaltungsvariante des Regelsystemes liegen beide Ruhekontaktschalter im Stromkreis des Stellorgans parallel und zu einem derselben ist ein Reglerschalter des Zweipunktreglers in Serie geschaltet.
In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Regelsystemes in Fig. 1 und 3 je ein Regelsystem für eine Warmwasserzentralheizungsanlage bzw. für eine elektrische Ofenheizung dargestellt ; Fig. 2 und 4 zeigen die zugehörigen Regeldiagramme.
Bei dem in Fig. 1 veranschaulichten Regelsystem ist an einem Wärmeerzeuger 2 ein Kessel 1 angeschlossen, der über ein Vorlaufrohr 3 heisses Wasser zu einem Mischventil liefert, dem gleichzeitig aus einem Rücklaufrohr 5 der Heizungsanlage über ein Beimischungsrohr 6 Rücklaufwasser zuströmt, so dass sich hinter dem Mischventil 4 in einer Mischvorlaufleitung 7 eine entsprechende Mischtemperatur ergibt. Durch die Mischvorlaufleitung 7 wird das Mischwasser nicht gezeichneten Heizkörpern zugeleitet, aus denen es dann über eine Umwälzpumpe 8 und das Rücklaufrohr 5 in den Kessel 1 bzw. das Beimischrohr 6 zurückströmt. In der Mischvorlaufleitung 7 ist ein Fühler 9 eingebaut, welcher als Hilfsgrössenfühler wirkt, u. zw. derart, dass er nicht auf eine Temperatur, sondern auf eine Änderung der Temperatur anspricht.
Dies wird dadurch erreicht, dass der Hilfsgrössenfühler 9 aus einem Dehnungsrohr 10 und einem darin befindlichen Dehnungsstab 11 aus gleichem Material besteht. Das Dehnungsrohr 10 und der Dehnungsstab 11 sind an ihrem unteren Ende miteinander verbunden. Der Dehnungsstab 11 steht mit seinem oberen Ende über ein Isolierstück 12 mit zwei Kontaktschaltern 13 und 14 in Wirkverbindung. Im thermischen Beharrungszustand des Hilfsgrössenfühlers 9 befindet sich das Isolierstück 12 in der Mitte zwischen den beiden Kontaktschaltern 13 und 14, die dann beide geschlossen sind. Bei einem Temperatur-
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dehnen. Dadurch entsteht zwischen dem Dehnungsrohr 10 und dem Dehnungsstab 11 vorübergehend eine relative Dehnung, falls die Temperatur auf dem neuen höheren Wert wieder konstant bleibt.
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dem Wärmebedarf zum Fortheizen entspricht, der kleiner ist als der Anheizbedarf. Die Kurve 25 stellt den zugehörigen Verlauf der Raumtemperatur der beheizten Räume dar, während die Kurve 26 den entsprechenden Verlauf der Wassertemperatur im Rücklaufrohr 5 veranschaulicht.
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stehen oftmals infolge der thermischen Trägheit bei der Temperaturregelung grosse Schwankungen, die ein Vielfaches der Schaltdifferenz der Regler betragen können.
Die erfindungsgemässe Kombination eines Hilfsgrössenfühlers mit einem Reglerfühler bringt auch hier erhebliche Vorteile, wenn der Hilfsgrössen- fühler innerhalb der Regelstrecke vor dem Messort des Reglerfühlers eingebaut wird und die Heizung unabhängig vom Reglerfühler ein- und ausgeschaltet werden kann, insofern als auch hier durch eine der- artige Kombination eine Verbesserung der Regelstabilität, d. h. eine Verminderung der Totzeitwirkung erzielt wird. Infolgedessen lassen sich aber auch hier die eingangs erwähnten Nachteile grossen Aufwandes und hoher Kosten bei Verwendung der bisher bekannten Kombination von Reglerfühlern mit stetig arbeitenden Messgebern durch die erfindungsgemäss vorgeschlagene Anwendung unstetiger Messgeber in günstiger Weise umgehen.
Der Hilfsgrössenfühler, welcher gemäss der Erfindung für derartige Auf-Zu-Steuerungen verwendet wird, weist den gleichen Aufbau auf, wie er an Hand der Fig. 1 für eine Warmwasser-Heizungsregelung bereits beschrieben wurde, jedoch sind seine beiden Kontaktschalter nicht in Reihe, sondern parallele- schaltet, wobei der eine die Heizung über den Reglerfühler und der andere sie direkt steuert.
Ein Regelsystem gemäss der Erfindung für eine Auf-Zu-Regelung ist in der Fig. 3 für die beispiels- weise Anwendung bei einem elektrischen Ofen veranschaulicht.
In der Fig. 3 enthält ein zu steuerndes Objekt 31 mit einer eingebauten elektrischen Heizung 32 einen
Hilfsgrössenfühler 9, welcher wie in der Fig. 1 aus einem Dehnungsrohr 10 und einem darin befindlichen
Dehnungsstab 11 aus gleichem Material, einem Isolierstück 12 und zwei Kontaktschaltern 13 und 14 besteht. Der Kontaktschalter 14 wird, wie in der Fig. 1, bei steigender, der Kontaktschalter 13 bei sinken- der Temperatur geöffnet, während bei konstanter Temperatur die beiden Kontaktschalter 13 und 14, wie gezeichnet, geschlossen sind. Die beiden Kontaktschalter 13 und 14 sind, wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, ober-bzw. unterhalb dieser neutralen Lage des Dehnungsfühlers 10, 11 bzw. des an ihm befestigten
Isolierstückes 12 angeordnet.
Das Auf-Zu-Spiel der beiden Kontaktschalter 13 und 14 erfolgt demzufolge je mit einem Einschaltverhältnis das grösser bzw. kleiner ist als der zur Einhaltung der gewünschten Raumtemperatur notwendige Wert, so dass also das Ansteigen bzw. das Absinken der mittleren Temperatur mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt, deren Grösse durch den nicht gezeichneten Verstellmechanismus der beiden Kontaktschalter 13 und 14 vorbestimmt werden kann.
Die Einrichtung enthält weiterhin als Regler einen Raumthermostaten 33, welcher mit zwei Kontakt- schaltern 34 und 35 ausgerüstet ist in dessen Stromkreis ein Schaltschütz 44 liegt, welcher die elektrische Heizung 32 ein-bzw. ausschaltet. Der Kontaktschalter 34 schaltet bei einer etwas tieferen Temperatur ein als der Kontaktschalter 35 und dient zur raschen Anheizung, indem er den Hilfsgrössenfühler 9 überbrückt, während der Kontaktschalter 35 als eigentlicher Reglerkontaktschalter arbeitet und mit dem Hilfsgrössenfühler 9 so zusammenwirkt, dass letzterer bei zu tiefer Raumtemperatur die Heizung 32 über den Kontaktschalter 14 mit einem Einschaltverhältnis steuert, welches grösser ist, als zur Einhaltung der Raumtemperatur nötig wäre, dagegen bei zu hoher Raumtemperatur über den Kontaktschalter 13 mit einem Einschaltverhältnis, welches kleiner ist,
als zur Einhaltung der Raumtemperatur nötig wäre.
Dadurch wird erreicht, dass die Änderung der mittleren Temperatur des Ofens trotz der grossen Heizleistung, welche für ein rasches Anheizen vorgesehen ist, klein bleibt und sich infolgedessen auch die Raumtemperatur entsprechend langsam ändert, so dass sie durch den Raumthermostaten 33 sehr genau eingehalten werden kann.
Da der Hilfsgrössenfühler 9 bei jeder Belastung der Anlage stets die gleichen Geschwindigkeiten der Änderung der mittleren Temperatur des Ofens bewirkt, ist die Genauigkeit der Einhaltung der Raumtemperatur unter allen Umständen gewährleistet. Die Regelung ist, im Gegensatz zur Proportionalregelung, nicht lastabhängig und demgemäss auch unabhängig von der Heizleistung des Ofens.
Da die Änderung der Temperatur am Raumthermostaten 33 langsam erfolgt, bewegt sich die Schwankung innerhalb seiner Schaltdifferenz, d. h. ohne nachteilige Über- und Unter-Regulierung.
Auch bei der in der Fig. 3 gezeigten Auf-Zu-Regelung lässt sich natürlich, wie dies bereits an Hand der Fig. 1 erläutert wurde, die Trägheit des Hilfsgrössenfühlers 9 durch Verwendung eines nach aussen offenen Rohres an Stelle des Dehnungsstabes 11 und einen in dieses Rohr eingeschobenen Speicherungskörper, sei dieser nun ein Vollstab oder seinerseits ein Rohr, den jeweiligen Gegebenheiten der zu regelnden Anlage anpassen.
Die Fig. 4 zeigt ein Diagramm, aus dem ein beispielsweiser Verlauf der Auf-Zu-Regelung des elektrischen Ofens der Fig. 3 zu ersehen ist. Über der Zeit t als Abszisse sind als Ordinaten die jeweiligen Temperaturen li des Ofens in einer Kurve 36 und die zugehörigen Temperaturen des beheizten Raumes in einer Kurve 37 aufgetragen. Im sägezahnförmigen Teil der Ofentemperaturkurve 36 sind ausserdem gerade Linienzüge eingezeichnet, welche die mittlere Neigung der Sägezahnkurve, d. h. die mittlere Geschwindigkeit der Temperaturänderung angeben.
Im unteren Teil des Diagrammes sind schliesslich als vier zur Abszisse t parallel verlaufende gerade Linien 38 bis 41 die Ein- und Ausschalttemperaturen der beiden
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Kontaktschalter 34 und 35 eingetragen, u. zw. die Linie 38 für das Aus- und die Linie 39 für das Einschalten des Kontaktschalters 35 und entsprechend die Linie 40 für das Aus- und die Linie 41 für das Einschalten des Kontaktschalters 34. Das Diagramm lässt erkennen, dass der Kontaktschalter 34 nur einmal ausschaltet, u. zw. an der Stelle 42 am Ende des Anfahrvorgangs, währenddessen der zu beheizende Raum sich aus dem unbeheizten Zustand heraus erwärmt (vgl. linker Teil der Kurve 37).
Die Temperatur des beheizten Raumes steigt dann mit fortschreitender Zeit t von der Stelle 42 mit wesentlich kleinerer Geschwindigkeitweiter an bis zur Stelle 43, d. h. bis zur Ausschalttemperatur 38 des Kontaktschalters 35, welcher, wie an Hand der Fig. 3 bereits beschrieben, den eigentlichen Reglerkontaktschalter bildet. Die Raumtemperatur 37 pendelt dann mit kleiner Geschwindigkeit nur noch nach Massgabe der Ein- und Ausschaltbewegungen des Kontaktschalters 35 (vgl. Linien 38 und 39), also in einem Temperaturbereich, der oberhalb des Temperaturbereiches liegt, welcher für das Ein- und Ausschalten des Kontaktschalters 34 massgebend ist (vgl. Linien 40 und 41).
Die Erfindung ermöglicht genau so gut, wie mit den bisher bekanntgewordenen Mitteln die Lösung schwieriger Regelaufgaben mit langen Zeitkonstanten und Totzeiten mit Hilfe einer Kombination des Reglerfühlers mit einem Hilfsgrössenfühler, wodurch die Regelstabilität verbessert, d. h. die Wirkung der Totzeit herabgesetzt wird, jedoch gegenüber den bisher benutzten Regelsystemen mit den Vorteilen eines erheblich kleineren Aufwandes und entsprechend geringerer Kosten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Regelsystem mit Steuerung des Stellorgans mittels Zweipunktregler und mit einem Hilfsgrössenfühler, der zwei einander entgegenwirkende, temperaturempfindliche Elemente enthält, welche eine Kontaktschalteranordnung nur vorübergehend während des Auftretens von Änderungen der zu überwachenden Temperatur betätigen, dadurch gekennzeichnet, dass am Hilfsgrössenfühler (9) zwei im Stromkreis des vom Zweipunkregler (17 bzw. 33) gesteuerten Stellorgans (19 bzw. 44) eingeschaltete Ruhekontakt-
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