AT397885B - Steuereinrichtung für das betreiben von einzelelementen einer heizungsanlage - Google Patents

Description

AT 397 885 B

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für das Betreiben einer Vielzahl einer Heizungsanlage zugeordneter Einzelelemente, wie Brenner, Mischer, Umwälzpumpe, Wärmepumpe und Brauchwasserbereiter, die von einem zentralen, digital arbeitenden Rechner über Leitungen angesteuert werden, wobei den Elementen Steckmodule zugeordnet sind.

Es ist bereits bekannt, ein zentrales Steuergerät mit einer Vielzahl von Steckplätzen für einzelne Module auszugestalten, wobei die Module bestimmten Elementen der Heizungsanlage zugeordnet sind, wie beispielsweise Brenner, Mischer, Heizkurveneinstellung und so weiter. Da eine bestimmte und reproduzierbare Verbindung zwischen den Modulen und der zentralen Steuereinheit nötig ist, muß hier einem bestimmten Steckplatz auch regelmäßig ein bestimmtes Modul zugeordnet werden. Daraus folgt, daß entweder zur Befriedigung der unterschiedlichsten Befürfnisse der Auswahl von Modulen eine relativ große Anzahl von Steckplätzen bereitgehalten werden, die in aller Regel nie vollständig besetzt werden, oder daß ein nachträgliches Erweitern oder Ändern der Steuereinrichtung unmöglich ist.

Es ist weiterhin bekannt, eine Steuereinrichtung mit rein digitaler Datenverarbeitung zu schaffen, wobei auch die Module digital arbeitend ausgebildet sind. Diese vollständige Digitalisierung hat aber den Nachteil, daß eine Vielzahl von digitalen Impulsen mit sehr großer Flankensteilheit über die gemeinsame Datenleitung gesendet werden müssen, was zu einer Störung anderer elektrischer Einrichtungen führt, wobei gleichermaßen die Einwirkung von Störimpuisen auf die Datenleitung besteht.

Zur Ansteuerung mehrerer Verbraucher, insbesondere Beleuchtungskörper oder Anzeigesegmente, sind aus der DE-OS 31 41 200 und der DE-OS 33 05 579 Vorrichtungen bekanntgeworden, bei denen eine Identifizierung des jeweiligen Verbrauchers mittels einer Kennung vorgenommen wird. Die Kennung ist dabei als zyklische Abfrage mittels codierter Signale realisiert, wobei von einem Mikrocomputer erzeugte digitale Impulssequenzen verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen störfreien Betrieb der einzelnen Module auf beliebigen Steckplätzen zu erzielen.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß jedem Steckmodul eine an sich bekannte Kennung mit einem definierten Spannungswert zugeordnet ist, daß alle Steckmodule über gesonderte Leitungen an einen Analog-Multiplexer angeschlossen sind, der seinerseits über einen AD-Wandler mit dem Rechner verbunden ist und daß jedes Steckmodul einen eigenen Analog-Multiplexer aufweist, welcher jeweils eine Vielzahl von Eingängen besitzt, an die Einstellelemente und/oder Schaltelemente anschließbar sind. Auf diese Weise ist eine einfache Zuordnung des Steckmoduls zu seiner jeweiligen Zweckbestimmung, d. h. zu dem entsprechenden Element der Heizungsanlage, möglich. Die Datenverarbeitung erfolgt durchweg im Analogverfahren, so daß Störungen anderer elektrischer Einrichtungen ausgeschlossen sind.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Kennung als Serienschaltung zweier Widerstände ausgebildet, die einerseits an Masse und andererseits an einer Spannungsquelle mit fingiertem Potential liegt, wobei der Verbindungspunkt der beiden Widerstände über eine Leitung mit jeweils einem Eingang des dem Steckmodul zugeordneten Analog-Multiplexers verbunden ist. Jedes Steckmodul ist mit einem Widerstandspaar ausgestattet, das eine ganz bestimmte Größe aufweist, so daß eine einfache Unterscheidung zu anderen Steckmodulen möglich ist.

Vorzugsweise sind jedem Steckmodul Stellglieder zugeordnet, die über steckbare Leitungen mit den Elementen verbunden sind, denen das Steckmodul zugeordnet ist. Diese Stellglieder können beispielsweise Relais sein, die einen Brenner, einen Mischer, eine Umwälzpumpe oder ein anderes dem Steckmodul zugeordnetes Einzelelement der Heizungsanlage ansteuert.

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur der Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung der gesamten Steuereinrichtung mit Peripherie. Eine zentrale Steuereinrichtung 1 weist einen Mikrorechner 2 und einen mit diesem über einen Datenbus 3 verbundenen Analog-Digitalwandler 4 auf. Dieser Datenbus 3 dient sowohl der Übertragung von Adreß- und Informationsteilen wie auch Steuerungsinformationen.

Der Analog-Digitalwandler ist über eine einzelne Leitung 5 mit einem Analog-Multiplexer 6 verbunden, von dem eine Vielzahl von Leitungen 7, 8, 9.... zu einzelnen Steckmodulen 10, 11, 12.... abgehen. Jedes Steckmodul ist mit einer gesonderten Leitung mit dem Analog-Multiplexer 6 verbunden, wobei es gleichgültig ist, wie viele Leitungen beziehungsweise Steckmodule vorhanden sind. Die einzelnen Steckmodule sind bestimmten Elementen der Heizungsanlage zugeordnet. So ist zum Beispiel das Steckmodul 10 einem Mischventil, das Steckmodul 11 einem Brenner und das Steckmodul 12 einer Pumpe der Heizungsanlage zugeordnet Weitere Zuordnungsmöglichkeiten wären: eine Wärmepumpe, um die Heizungsanlage bivalent auszubilden oder die Zuordnung einer Kaskadensteuerung, um eine Mehrkesselanlage betreiben zu können oder eine Zuordnung zu einem Brauchwasserbereiter. 2

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Der Mikrorechner 2 ist über einen weiteren Datenbus 13, mit einem Ausgabeort 14 verbunden, der seinerseits drei Ausgangsleitungen 15 aufweist. Die Zahl 3 richtet sich nach der maximalen Anzahl der Kanäle der Analogmultiplexer 23 und könnte auch größer oder kleiner sein. Es ist ein weiteres 3-Leiter-Bündel 16 vorhanden, das den Ausgang des Ausgabeorts 14 mit dem Analog-Multiplexer 6 verbindet.

Jeder der Steckmodule 10, 11, 12... ist im Grunde unterschiedlich ausgebildet und an den besonderen Verwendungszweck angepaßt. (Es besteht aber auch die Möglichkeit, Steckmodule für unterschiedliche Anwendungen identisch auszubilden und nur durch eine unterschiedliche Kennung dem gewünschten Verwendungszweck anzupassen)

Das Steckmodul 10, das zur Ansteuerung eines Mischers dient, weist zunächst eine Serienschaltung zweier Widerstände 17 und 18 auf, die auf der einen Seite an Masse 19 auf der anderen Seite an einer Spannungsquelle 20 liegen. Am Verbindungspunkt 21 fällt eine bestimmte Steuerspannung ab, die über eine Leitung 22 mit einem jedem Steckmodul zugeordneten weiteren Analog-Multiplexer 23 angeschlossen ist. Durch geeignete Wahl der Größen der beiden Widerstände 17 und 18 ist es möglich, jedem Steckmodul für die unterschiedlichen Anwendungen ein bestimmtes Spannungspotential zuzuordnen. Die Kennung jedes Steckmoduls findet somit durch Zuordnung eines diskreten analogen Spannungswertes statt. Hierdurch ist es möglich, das Steckmodul, dessen Spannungskennung dieses als Mischermodul ausweist, in jeden beliebigen Steckplatz des Steuerelements 1 einzustecken, durch Abfrage des Spannungswertes kann der Rechner 2 erkennnen, daß dem bestimmten Spannungswert regelmäßig das Mischermodul unabhängig von einer örtlichen Anordnung zugeordnet ist.

Weiterhin weist das Steckmodul 10 ein Potentiometer 24 auf, das mit seinem einen Pol an Masse 19 und mit seinem anderen Pol an die Spannungsquelle 20 angeschlossen ist. Der Schleifer 25 ist über eine Leitung 26 auf den Multiplexer 23 geschaltet. Mit dem Potentiometer 24 kann je nach Stellung des Schleifers 25 ein bestimmter Spannungswert angegriffen werden, mit dem zum Beispiel die Hysterese der Mischerstellung definiert werden kann. Weiterhin ist ein Taster 27 vorgesehen, der einseitig an Masse 19 und auf seiner anderen Seite an einem Verzweigungspunkt 28 liegt, der einerseits über eine Leitung 29 mit dem Multiplexer und andererseits über einen Widerstand 30 mit dem Pol der Spannungsquelle 20 verbunden ist. Durch Schließen des Tasters 27 gerät der Pol 28 auf ein bestimmtes Potential, nämlich Masse. Bei geöffnetem Schaltertaster 27 liegt der Punkt hingegen auf dem Potential der Spannungsquelle 20. Somit können die Multiplexer 23 über die Leitung 29 2 diskrete Spannungspotentiale vorgegeben, die im Anwendungsfall zum Beispiel bedeuten können, welche Heizkurve vom Mischer gerade abgefahren wird oder welche Temperaturen in den Ein- und Ausgangsleitungen des Mischers herrschen. Durch die Taster 27 kann somit eine auswählbare Anzeige bestimmter Größen erfolgen.

Analog ist der Aufbau der anderen Steckmodule, denen jeweils mindestens die Kennung gemeinsam ist. Die Kennung besteht auch hier aus einem Widerstandspaar, dessen Größen allerdings von denen der Widerstände 17 und 18 abweichen, so daß jedes Steckmodul auf seiner Leitung 22 einen jeweils von allen anderen abweichenden Spannungswert führt. Maßgebend für die Ausbildung der Mischermodule ist die Möglichkeit des Einstellens bestimmter Größen und des Anzeigens bestimmter Größen.

Weiterhin ist es möglich, den einzelnen Steckmodulen Stellglieder zuzuordnen, beispielsweise Relais, um durch von den Steckmodulen abgehende, nicht gezeichnete Leitungen Steilbefehle an die den Modulen zugeordneten Elementen weiterleiten zu können. So würde es sich beispielsweise beim Steckmodul 10 für den Mischer anbieten, zwei Relais auf dem Steckmodul anzubringen, um einen Rechts- bzw. Linkslauf eines Klappenmischers zu veranlassen.

Das Leitungsbündel 15 ist über jeweils einen 3adrigen Abzweig 31 dem Multiplexer 23 und über weitere Abzweige 31 mit den jeweils anderen Multiplexern 23 der anderen Steckmodule 11, 12 und so weiter verbunden.

Die Funktion der eben beschriebenen Steuereinrichtung ist folgende. Die Erfindung muß unter der Prämisse betrachtet werden, daß die Steuereinrichtung 1 dazu dient, jeder möglichen von vornherein noch nicht feststehenden Heizungsanlage mit oder ohne Brauchwasserbereitung; mit oder ohne Wärmepumpe, mit oder ohne Fußbodenheizung zuordnen zu können, um einen optimalen Betrieb zu ermöglichen, optimal nicht nur in Richtung auf vorgegebene Solltemperaturen, sondern auch Zeiten. So ist es zum Beispiel sinnvoll, eine Aufladung eines Brauchwasserbereiters nur zu bestimmten Zeiten vorzunehmen, nämlich dann, wenn kurz anschließend mutmaßlich die Entnahme von warmem Brauchwasser bevorsteht und die Aufladung dann zu sperren, wenn voraussichtlich über längere Zeit gar kein Brauchwasser benötigt wird. Weiterhin ist es sinnvoll, nachts die Heizungsanlage mit einer niedrigeren Vorlauftemperatur zu betreiben als tagsüber, gegebenenfalls können auch im Laufe der Tagstunden Absenkung und Hochfahrungszeiten Vorkommen. Für das Haus eines Ehepaares, bei dem beide Benutzer arbeiten, wird ein solches Programm auch noch anders aussehen als für ein Haus, das von einer Familie mit mehreren Kindern bewohnt wird, die ständig anwesend sind. 3

Claims (3)

1. AT 397 885 B Wird demgemäß die Steuereinrichtung einer Heizungsanlage zugeordnet, so ist zunächst die Auswahl der Steckmodule zu treffen. Jedes anzusteuernde Gerät der Heizungsanlage wird mit einem Steckmodul versehen, in der Steuereinrichtung sind beispielsweise 5 Steckmodulplätze von vornherein vorgesehen. Reicht die Anzahl dieser Steckmodulplätze nicht aus, so sind die anzusteuernden Elemente der Heizungs-5 anlage zu gewichten und die wichtigsten 5 Plätze auszuwählen. Dies wird in aller Regel der Brenner der Heizungsanlage, der Brauchwasserbereiter und die Heizkurveneinstellung sein. Die Module tragen eine Beschriftung, damit der Benutzer sehen kann, welchem Element der Heizungsanlage sie zugeordnet sind, und sie weisen bereits die beschriebene Spannungskennung anhand der unterschiedlichen Widerstandswerte der Widerstände 17 und 18 auf. Die Steckmodule werden in beliebiger Art in die Steckplätze eingesteckt, io wobei die Leitungsbündel 31 und die Leitungen 7, 8, 9 usw. durch Vielfachstecker miteinander verbunden sind. Damit ist die Steuereinrichtung bei Anschluß an die Netzspannung betriebsfähig. Es soll noch erwähnt werden, daß der Rechner 2 eine Uhr und eine Anzeige für diese Uhr aufweist. Wird davon ausgegangen, daß die gesamte Heizungsanlage in einem abgekühlten Zustand ist, beispielsweise am Ende der Nachtabsenkungsperiode, so resultiert daraus zum Beispiel für den Zeitpunkt 6.00 Uhr im Rechner ein Befehl, 15 sowohl den Brauchwasserbereiter aufzuladen als auch die Heizungsanlage auf eine bestimmte durch die Heizkurve festgelegte Vorlauftemperatur hochzufahren. Hierzu wird über den Datenbus 13 das Ausgabeort 14 aktiviert, welcher über das Leitungsbündel 15 einen Steuerbefehl herausschickt,der abfragt, ob ein Steckmodul vorhanden ist, das dem Brauchwasserbereiter zugeordnet ist. Hierzu werden alle Multiplexer 23 über diese Steuerbefehle aufgefordert, ihr Kennungssignal über die Leitungen 7, 8, 9 und so weiter auf den 20 ‘ Analog-Multiplexer 6 zu senden. In diesem stehen somit auf dem gesamten Leitungsbündel der Leitungen 7, 8 und 9 alle Kennungen aller Steckmodule an. Über den AD-Wandler 4 ist der Rechner imstande, das zugehörige Kennungssignal aus den verschiedenen Kennungssignalen herauszufinden, womit der Rechner die Information hat, daß überhaupt ein Brauchwasserbereiter und dessen Sollwertgeber vorhanden sind. Unter der Voraussetzung, daß das Steckmodul 11 dem Brauchwasserbereiter zugeordnet ist, bleibt dessen 25 Kennungssignal auf der Leitung 8 stehen, und über das Leitungsbündel 15 fragt der Rechner den zugehörigen Sollaufiadewert ab. An einer der Eingangsleitungen 32 des Analog-Multiplexers 23 des Steckmoduls 11 steht ein Spannungswert an, der als analoge Größe dem Temperatur-Aufladesollwert des Brauchwasserbereiters entspricht. Dieser Analogwert wird über die Leitung 8 und den AD-Wandler als digitaler Wert in den Rechner 2 eingegeben. Für den Fall, daß auf dem Steckmodul 11 auch die Stellrelais 30 für den Brauchwasserbereiter liegen, geht nun ein entsprechender Stellbefehl zurück, und der Brauchwasserbereiter beginnt mit der Aufladung vom abgesenkten Wert auf den vorgegebenen neuen Sollwert. Das gilt für den Fall, daß die Ladung des Brauchwasserbereiters Vorrang vor der Inbetriebnahme der Heizung aufweist. Nach Beendigung der Brauchwasser-Temperaturerhöhung, das heißt nach vollendeter Ladung des Speichers, schaltet der Rechner als zweite Prioritätsstufe die Heizungsanlage an, wobei die Steckmodule 35 für den Brenner beziehungsweise die Heizungsumwälzpumpe angesteuert werden. Die dort gespeicherten Werte oder eingestellten Werte werden abgelesen und dann als Stellgrößen entweder direkt über das Steckmodul zurückgegeben oder die Elemente Brenner und Umwälzpumpe werden unmittelbar vom Rechner 2 angesteuert. Das wichtigste der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, daß jedes einzelne zur Anwendung 40 kommende Steckmodul eine Kennung, bestehend aus einem analogen Spannungswert, aufweist, der die unmittelbare Zuordnung des Moduls zum zugehörigen aber an anderer Stelle befindlichen Element der Heizungsanlage darstellt. Weiterhin ist wesentlich, daß innerhalb der einzelnen Steckmodule eine ausschließlich analoge Datenverarbeitung stattfindet und daß die Übertragung der Datenwege von den Steckmodulen auf den Analog-Multiplexer 6 gleichfalls auf analogem Wert stattfindet. Erst innerhalb der 45 Steuereinrichtung 1 findet eine Umwandlung in digitale Signale und anschließend eine digitalisierte Datenverarbeitung statt. Patentansprüche so 1. Steuereinrichtung für das Betreiben einer Vielzahl einer Heizungsanlage zugeordneter Elemente, wie Brenner, Mischer, Umwälzpumpe, Wärmepumpe und Brauchwasserbereiter, die von einem zentralen, digital arbeitenden Rechner über Leitungen angesteuert werden, wobei den Elementen Steckmodule zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Steckmodul (10, 11, 12 ...) eine an sich bekannte Kennung mit einem definierten Spannungswert zugeordnet ist, daß alle Steckmodule (10, 11, 55 12 ...) über gesonderte Leitungen (7, 8, 9 ...) an einen Analog-Multiplexer (6) angeschlossen sind, der seinerseits über einen AD-Wandler (4) mit dem Rechner (2) verbunden ist, und daß jedes Steckmodul (10, 11, 12 ...) einen eigenen Analog-Multiplexer (23) aufweist, welcher jeweils eine Vielzahl von Eingängen (26, 29, 32) besitzt, an die Einstellelemente (25) und/oder Schaltelemente (27) anschließbar 4 AT 397 885 B sind.
2. 2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennung als Serienschaltung zweier Widerstände (17, 18) ausgebildet ist, die einerseits an Masse und andererseits an einer Spannungsquelle (20) mit fingiertem Potential liegt, wobei der Verbindungspunkt (21) der beiden Widerstände (17, 18) über eine Leitung (22) mit jeweils einem Eingang des dem Steckmodul (10, 11, 12 ...) zugeordneten Analog-Multiplexers (23) verbunden ist.
3. 3. Steuereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Steckmodul (10, 11, 12 ...) Stellglieder zugeordnet sind, die über steckbare Leitungen mit den Elementen verbunden sind, denen das Steckmodul (10,11,12 ...) zugeordnet ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5