DE10057224C2 - Verfahren zur automatischen Funktionsüberprüfung bei einer Gas/Luft-Verbundregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Gas-/Luftverhältnisses bei einem Gasbrenner für ein Heizgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei gattungsgemäßen Gasbrennern sind die Gasdüsen in mindestens zwei Gruppen mit unterschiedlicher Position am Gasverteiler aufgeteilt und an jeweils eine eigene Gasver­ sorgung angeschlossen. Damit ergibt sich ein Haupt- und ein Nebengasstrom, so dass jedem Venturirohr eines Brennstabes eine Haupt- und mindestens eine Nebengasdüse zugeordnet ist. In Abhängigkeit von Betriebsbedingungen und/oder dem Brennerbetriebs­ zustand wird dabei mindestens ein Nebengasstrom zusätzlich zum Hauptgasstrom in den Mischraum eingebracht. Die Luftzahl Lambda im Mischraum wird reduziert, weil durch die Injektorwirkung des Hauptgasstromes auch das Nebengas angesaugt wird. Somit ist es für die Einstellung des gewünschten Gas-/Luftverhältnisses entscheidend, den Nebengas­ strom mit einem Stellglied zu regeln.

Dafür besitzen die Gasbrenner Verbrennungssensoren, wie zum Beispiel eine Messelek­ trode. Insbesondere mit Ionisationselektroden werden häufig Flammensignale erfasst bzw. gebildet. Danach kann das Gas-/Luftverhältnis des Brenners über den Nebengasstrom auf einen entsprechenden Lambda-Wert eingestellt werden. Die Ionisationselektrode gibt da­ bei eine von der Verbrennungstemperatur bzw. dem Lambda-Wert abgeleitete elektrische Größe an eine Regelschaltung weiter, welche diese Größe mit einem gewählten elektri­ schen Sollwert vergleicht und entsprechende Regelparameter als Vorgaben einstellt.

Da das Flammensignal zur Verbrennungsregelung von verschiedenen Faktoren beeinflusst wird, erfolgt in der Regel eine in regelmäßigen Zeitabständen einsetzende, automatische Kalibrierung. Ein derartiges Kalibrierverfahren ist in der DE 195 39 568 C1 beschrieben. Es soll nach einer bestimmten Anzahl von Betriebsstunden oder Einschaltungen des Gas­ brenners eingeleitet werden.

Unabhängig von einer Kalibrierung des Gesamtsystems muss die Funktionsfähigkeit des wichtigen Regelkreises für den Nebengasstrom überprüft werden, weil möglicherweise auftretende Fehler einen direkten Einfluss auf das Gas-/Luftverhältnis und die Verbren­ nungsqualität hätten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen Funktions­ überprüfung für eine Gas-/Luft-Verbundregelung an einem Gasbrenner zu schaffen.

Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteil­ hafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Verfahren zur Regelung des Gas-/Luftverhältnisses bei einem Gasbrenner für ein Heizgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Brennerstart nach dem Überzünden die gesamte Wirkungskette der Gas-/Luft-Verbundregelung überprüft wird. Dazu wird der Sollwert für das Flammensignal in der Gas-/Luft-Verbundregelung verändert. Dies erfolgt innerhalb eines nach vorgegebenen Werten gesteuerten Startablaufs vor dem geregelten, stationären Brennerbetrieb.

In einer ersten Phase, welche sich unmittelbar an das Überzünden des Gasbrenners mit einem relativ fetten Gemisch anschließt, wird das Stellglied für den Nebengasstrom zu­ nächst auf Ausgangsstellung gebracht, damit ein möglichst großer Stellbereich zur Verfü­ gung steht. Dies ist notwendig, weil es beim Startvorgang relativ weit geöffnet sein kann, um einerseits eine sichere Flammenbildung sicherzustellen und andererseits eine relativ magere Verbrennung zu erreichen. Zu Beginn einer zweiten Phase mit einer bestimmten Zeitdauer wird der Sollwert für das Flammensignal dann um einen festgelegten Betrag A angehoben. In dieser Phase muss der neue Sollwert innerhalb einer zulässigen Zeit und/oder mit einer zulässigen Abweichung mit dem Flammensignal durch die Gas-/Luft- Verbundregelung erreicht werden. Direkt anschließend beginnt eine dritte Phase, in wel­ cher der neue Sollwert zu Beginn wieder um einen Betrag B herabgesetzt wird. Dieser muss ebenfalls mit dem Flammensignal innerhalb der zulässigen Zeit und/oder mit einer zulässigen Abweichung für die dritte Phase durch Betätigen des Stellgliedes erreicht wer­ den. Nach Abschluss der dritten Phase ist die Überprüfung der Wirkungskette beendet und es gilt danach wieder der ursprüngliche Sollwert für das Flammensignal.

Verläuft die Überprüfung positiv, so geht der Gasbrenner in den Normalbetrieb über. Bei negativem Verlauf, d. h. falls der Regelkreis bereits ein in den einzelnen Phasen vorgege­ benes Kriterium nicht erfüllt, beispielsweise die Sollwerte für das Flammensignal nicht er­ reicht oder die dafür vorgegebene Zeit nicht einhalten kann, erfolgt eine Störabschaltung, weil die Funktionssicherheit der Gas-/Luft-Verbundregelung dann nicht gegeben ist.

Der Betrag B für den neuen Sollwert des Flammensignals ist vorzugsweise kleiner gewählt als der Betrag A. Zu Beginn der zweiten Phase wird der Betrag A mit dem Sollwert des Flammensignals addiert, wenn das aktuelle Flammensignal in diesem Zeitpunkt kleiner oder gleich dem Sollwert ist. Im anderen Fall, wenn das aktuelle Flammensignal in diesem Zeitpunkt größer als der Sollwert ist, wird der Betrag A zu Beginn der zweiten Phase mit dem Wert des aktuellen Flammensignals addiert. Für eine Anpassung an spezielle Be­ triebsbedingungen von Gasbrenner und Heizgerät können die Werte für die Beträge A und B sowie die zulässige Zeitdauer der Phasen am Feuerungsautomaten innerhalb von fest­ gelegten Grenzen frei eingegeben bzw. verändert werden.

Wenn das Flammensignal bereits vor der zulässigen Zeit in der zweiten und/oder dritten Phase den Sollwert erreicht, wird der Ablauf der Überprüfung beschleunigt. Diese geht dann während der zweiten sofort in die dritte Phase über bzw. es arbeitet die Gas-/Luft- Verbundregelung dann während der dritten Phase sofort in Abhängigkeit vom aktuellen Flammensignal und einem Sollwert. In Ergänzung dazu geht die Überprüfung ebenfalls von der zweiten in die dritte Phase über, wenn das Flammensignal in der zulässigen Zeit der zweiten Phase den Sollwert zwar nicht erreicht, aber am Ende des Zeitraums um einen bestimmten, zulässigen Betrag unter dem vorgegebenen Sollwert liegt. Auch findet ein Übergang in die dritte Phase statt, wenn das vorherrschende Flammensignal am Ende der zweiten Phase größer als der am Ende der ersten Phase gespeicherte Wert des Flam­ mensignals ist.

Die Gas-/Luft-Verbundregelung arbeitet nach der dritten Phase in Abhängigkeit vom aktu­ ellen Flammensignal und einem Sollwert, wenn das Flammensignal in der zulässigen Zeit der dritten Phase den Sollwert zwar nicht erreicht, aber am Ende dieses Zeitraums um einen bestimmten, zulässigen Betrag über dem vorgegebenen Sollwert liegt. Dabei wird das am Ende der dritten Phase vorherrschende Flammensignal mit dem am Ende der zweiten Phase gespeicherten Flammensignal verglichen. Die Gas-/Luft-Verbundregelung geht nur dann nach der dritten Phase auf den Betrieb in Abhängigkeit vom aktuellen Flammensignal und einem Sollwert über, wenn das gemessene Flammensignal am Ende der dritten Phase kleiner als das gespeicherte am Ende der zweiten Phase ist. Genauso muss während der gesamten Überprüfung der Gas-/Luft-Verbundregelung immer ein stei­ gendes Flammensignal in Verbindung mit einem zunehmenden Öffnungszustand des Stellgliedes bzw. ein fallendes Flammensignal in Verbindung mit einem abnehmenden Öff­ nungszustand des Stellgliedes vorhanden sein, um sicherzustellen, dass der Regelkreis richtig arbeitet. Es erfolgt eine Störabschaltung, wenn mindestens eines der vorstehend beschriebenen Kriterien vom Flammensignal nicht erfüllt ist.

Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur automatischen Funktionsüberprüfung für eine Gas-/Luft-Verbundregelung an einem Gasbrenner bei jedem Start geschaffen, mit dem die gesamte Wirkungskette im Regelkreis der Gas-/Luft-Verbundregelung erfasst ist. Beide Wirkungsrichtungen für die Gemischregelung, nämlich Vergrößerung und Verringerung der Nebengasmenge, werden durch die Vorgabe entsprechender Sollwerte für das Flam­ mensignal getestet. Innerhalb eines entsprechend festgelegten Zeitfensters muss dann jeweils eine Signaländerung eintreten. Das Verfahren lässt sich mit vielen verschiedenen Verbrennungssensoren kombinieren, gehört zum fest vorgegebenen, gesteuerten Startab­ lauf, und schließt sich darin direkt an die Überzündung vom Zünd- auf den Hauptbrenner an. Nach der positiv verlaufenen Überprüfung erfolgt bei Bedarf noch eine Kalibrierung der Gas-/Luft-Verbundregelung, bevor der stationäre, nach den ermittelten Werten der Verbrennungssensoren geregelte Brennerbetrieb beginnt.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt in einem Dia­ gramm den schematischen Ablauf einer Überprüfung der Gas-/Luft-Verbundregelung an einem Gasbrenner. Dabei sind über der Zeitachse folgende Werte aufgetragen: Sollwert (S) für das Flammensignal (F), aktuelles Flammensignal (F) und der Öffnungszustand (Ö) des Stellgliedes für den Nebengasstrom.

Der dargestellte Ablauf schließt sich direkt an die Startphase mit Überzündung an, welche einen relativ weiten Öffnungszustand Ö des Stellgliedes für den Nebengasstrom erfordert. Daher wird in der Phase 1 zunächst das Stellglied auf Minimalstellung gebracht. Zu Beginn der Phase 2 wird der Sollwert S für das Flammensignal F dann um einen festgelegten Betrag A angehoben. Während der für die Phase 2 vorbestimmten Zeit muss der Sollwert S vom aktuellen Flammensignal F durch Nachregeln mit dem Stellglied der Gas-/Luft- Verbundregelung erreicht werden. Es schließt sich die Phase 3 an, in der dann der neue Sollwert S zu Beginn um einen Betrag B herabgesetzt wird, um eine mit der Verringerung der Nebengasmenge einhergehende Änderung des Flammensignals F bis auf den ent­ sprechenden Sollwert S innerhalb der vorgegebenen Zeit vorzunehmen. Nach Abschluss der dritten Phase ist die Überprüfung der Wirkungskette im Regelkreis der Gas-/Luft- Verbundregelung positiv beendet, es gilt wieder der ursprüngliche Sollwert für das Flam­ mensignal und die Gas-/Luft-Verbundregelung des Gasbrenners geht in den normalen Regelbetrieb über.

Claims (12)

1. Verfahren zur automatischen Funktionsüberprüfung für eine Gas/Luft-Verbundregelung bei einem Gasbrenner für ein Heizgerät, mit einem Feuerungsautomaten, einer Gas-/Luft-Verbundregelung sowie einer Aufgliederung in einen Haupt- und einen Nebengasstrom mit einem Stellglied, wel­ ches in Abhängigkeit von aktuellen Flammensignalen und mindestens einem Sollwert betä­ tigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Brennerstart nach dem Überzünden die gesamte Wirkungskette der Gas-/Luft-Verbundregelung innerhalb eines gesteuerten Startablaufs vor dem geregelten, stationären Brennerbetrieb, durch Verändern des Sollwertes (S) für das Flammensignal (F) überprüft wird, indem in einer ersten Phase (1) das Stellglied für den Nebengasstrom auf eine Ausgangsstellung für einen möglichst großen Stellbereich gebracht wird, dass zu Beginn einer zweiten Phase (2) der Sollwert (S) für das Flammen­ signal (F) um einen festgelegten Betrag A angehoben wird, wobei der neue Sollwert (S) innerhalb einer zulässigen Zeit und/oder mit einer zulässigen Abweichung erreicht werden muss, dass in einer direkt anschließenden Phase (3) der neue Sollwert (S) um einen Be­ trag B herabgesetzt wird, wobei dieser ebenfalls innerhalb einer zulässigen Zeit und/oder mit einer zulässigen Abweichung erreicht werden muss, und dass danach wieder der ur­ sprüngliche Sollwert (S) für das Flammensignal (F) gilt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag B für den neuen Sollwert (S) des Flammensig­ nals (F) vorzugsweise kleiner als der Betrag A ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag A zu Beginn der zweiten Phase (2) mit dem Soll­ wert (S) des Flammensignals (F) addiert wird, wenn das aktuelle Flammensignal (F) in diesem Zeitpunkt kleiner oder gleich dem Sollwert (S) ist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag A zu Beginn der zweiten Phase (2) mit dem Wert des aktuellen Flammensignals (F) addiert wird, wenn das aktuelle Flammensignal (F) in diesem Zeitpunkt größer als der Sollwert (S) ist.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Werte für die Beträge A und B sowie die zulässige Zeitdau­ er der Phasen (1, 2, 3) am Feuerungsautomaten einzugeben sind.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung während der zweiten Phase (2) sofort in die dritte Phase (3) übergeht bzw. dass die Gas-/Luft-Verbundregelung während der drit­ ten Phase (3) sofort in Abhängigkeit vom aktuellen Flammensignal (F) und einem Sollwert (S) arbeitet, wenn das Flammensignal (F) bereits vor der zulässigen Zeit in der zweiten und/oder dritten Phase (2, 3) den Sollwert (S) erreicht.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung aus der zweiten Phase (2) in die dritte Phase (3) übergeht, wenn das Flammensignal (F) in der zulässigen Zeit der zweiten Phase (2) den Sollwert (S) nicht erreicht und am Ende des Zeitraums um einen bestimmten, zu­ lässigen Betrag unter dem vorgegebenen Sollwert (S) liegt.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das am Ende der zweiten Phase (2) vorherrschende Flam­ mensignal (F) mit dem am Ende der ersten Phase (1) gespeicherten Flammensignal (F) verglichen wird, und dass die Gas-/Luft-Verbundregelung nur dann in die dritte Phase (3) übergeht, wenn das Flammensignal (F) am Ende der zweiten Phase (2) größer als am Ende der ersten Phase (1) ist.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gas-/Luft-Verbundregelung nach der dritten Phase (3) in Abhängigkeit vom aktuellen Flammensignal (F) und einem Sollwert (S) arbeitet, wenn das Flammensignal (F) in der zulässigen Zeit der dritten Phase (3) den Sollwert (S) nicht erreicht und am Ende des Zeitraums um einen bestimmten, zulässigen Betrag über dem vorgegebenen Sollwert (S) liegt.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das am Ende der dritten Phase (3) vorherrschende Flam­ mensignal (F) mit dem am Ende der zweiten Phase (2) gespeicherten Flammensignal (F) verglichen wird, und dass die Gas-/Luft-Verbundregelung nur dann nach der dritten Phase (3) in Abhängigkeit vom aktuellen Flammensignal (F) und einem Sollwert (S) arbeitet, wenn das Flammensignal (F) am Ende der dritten Phase (3) kleiner als am Ende der zwei­ ten Phase (2) ist.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass während der gesamten Überprüfung der Gas-/Luft- Verbundregelung ein steigendes Flammensignal (F) in Verbindung mit einem zunehmen­ den Öffnungszustand (Ö) des Stellgliedes bzw. ein fallendes Flammensignal (F) in Verbin­ dung mit einem abnehmenden Öffnungszustand (Ö) des Stellgliedes vorhanden ist.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Störabschaltung erfolgt, wenn mindestens ein Kriteri­ um der vorstehenden Ansprüche nicht erfüllt ist.