DE2912245C2 - Verfahren und Schaltungsanordnung für die Steuerung von Speicherheizgeräten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von zeitabhängigen Ladesollwerten für die Steuerung von Speicherheizgeräten, wobei die Ladesollwerte eine aus Geradenstücken zusammengesetzte Solladekennlinie bilden und jedem Eckpunkt der Solladekennlinie ein Solladewert und ein Zeitwert zugeordnet ist Außerdem betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Bei elektrischen Speicherheizgeräten hat sich der zeitliche Verlauf der Nachladung an die Bestimmungen der Elektrizitätsversorgungsunternehmen zu halten.

Diese Bestimmungen sind bei verschiedenen Elektrizitätsversorgungsunt£rnehmen unterschiedlich. Aus den Forderungen der Elektrizitätsversorgungsunternehmen ergeben sich Solladekennlinien, die den zulässigen prozentualen Ladewert eines Speicherheizgeräts in Abhängigkeit von der Außentemperatur festlegen. Eine solche Solladekennlinie setzt sich aus Geradenstücken zusammen, deren Eckpunkte mit dem Beginn bzw. Ende von Niedertarifzeiten und Nachladezeiten zur Hochtarifzeit zusammenfallen.

Zur Erzeugung der Solladekennlinie ist es bekannt von einem Zweiundzwanzig-Stundenuhrwerk getriebene Potentiometer einzusetzen. Nachteilig dabei ist die geringe Genauigkeit der Widerstandsbahn des Potentiometers und die mechanische Abnutzung der Widerstandsbahn nach längerer Betriebszeit Im übrigen neigt das Uhrwerk infolge von Lagerverschmutzung zum Stehenbleiben.

In der DE-AS 24 55 948 ist eine Einrichtung zur Regelung einer elektrischen Heizung vorgeschlagen. Bei dieser werden die Außentemperatur, die Raumtemperatur, die Restwärme, die Windgeschwindigkeit, der Luftdruck und die Luftfeuchtigkeit erfaßt Die entsprechenden Daten werden über einen Multiplexer einem von einer Uhr gesteuerten Rechner zugeführt, der aus den genannten Daten die bei den jeweiligen Gegebenheiten notwendige Heizleistung steuert Die eingangs genannten Solladekennlinien Finden im Rechner keine Berücksichtigung.

In der DE-AS 19 04 047 ist eine Elektrospeicherheizung beschrieben, bei der verschiedene Eingangs-Steuersignale bewertet zu einem Hauptsteuersignal vereinigt werden. In einem Differenzverstärker wird ein Differenzsignal zwischen diesem Soll-Steuersignal und .einem die Restwärme berücksichtigenden Signal gebildet, das die Aufladung der Speicherheizgeräte steuert Die Einstellung der Steuergrößen erfolgt mittels Potentiometer. Sollen diese zeitabhängige Werte einstellen, dann müssen sie von einem Uhrwerk mechanisch verstellt werden. Die Nachteile dieser Maßnahme sind oben angegeben.

Ein elektronisches Zeitglied zur Aufladesteuerung von Speicherheizgeräten ist in der DE-OS 25 04 896

beschrieben.

Mit diesem Zeitglied läßt sich eine Ladekennlinie erreichen, die im wesentlichen eine einzige Gerade darstellt Um die Aufladesteuerung entsprechend einer Solladekennlinie vorzunehmen, die sich aus mehreren Geradenstücken zusammensetzt, müßte eine der Anzahl der Geradenstücken entsprechende Anzahl von derartigen Zeitgliedern vorgesehen sein. Außerdem müßten die Zeitglieder miteinander verkoppelt sein.

In der Literaturstelle »de der Elektromeistsr und Deutsches Elektrohandwerk« Heft 5, 1979, Seiten 327 bis 332 ist ein Aufladeregler mit Mikrocomputer erwähnt. Dabei soll das gesamte Zeitverhalten der gewünschten Regelablaufkurve mit allen individuellen Umschaltzeitpunkten in einem frei programmierbaren Speicherbaustein ROM gespeichert sein. Ein derartiger Speicherbaustein ist eine Steckeinheit, die nur vom Hersteller programmiert werden kann. Insofern ist dieser Vorschlag aufwendig und wenig anpassungsfähig. Bei dem Vorschlag der Literaturstelle werden nicht zu Zeiten zwischen zwei Zeit-Eckpunkten Digitalwerte des SoHadewerts in der Recheneinheit berechnet Die frei verfügbaren, von außen bedienbaren Einsteder von B i 1 d 9 der Literaturstelle dienen nicht der Einstellung erster und zweiter Analog-Spannungswerte, die Eckpunkten der Solladekennlinie entsprechen.

Aufgabe der Erfindung ist es, jin Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit dem sich eine gewünschte Solladekennlinie ohne zeitabhängige Bewegung von Einstellern erzeugen läßt

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst daß den Zeitwerten der Eckpunkte entsprechende erste Analog-Spannungswerte und den Ladesollwerten der Eckpunkte entsprechende zweite Analog-Spannungswerte und die zweiten Analog-Spannungswerte zyklisch abgetastet und in erste und zweite Digitalwerte umgesetzt und gespeichert werden und daß zu Zeitpunkten zwischen zwei Eckpunkten der Digitalwert des Solladewertes des jeweiligen Zeitpunktes aus den Digitalwerten dieser Eckpunkte abgeleitet und ausgegeben wird.

Die Eckpunkte sind aus der jeweiligen Solladekennlinie bekannt Sie bilden die Eingangsgrößen des Verfahrens. Aus ihnen werden die betreffenden Zwischenwerte in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten abgeleitet Die Solladewerte zu den jeweiligen Zeitpunkten bilden damit die Solladekeri.iünie als digitale Zahlenfolge nach.

Mit dem genannten Verfahren lassen sich auf einfache Weise unterschiedliche Solladekennlinien erzeugen. Zur Änderung der Solladekcanlinien sind lediglich die entsprechenden ersten oder zweiten Analog-Spannungswerte entsprechend einzustellen. Dabei haben die ersten und die zweiten Analog-Spannungswerte vorzugsweise den gleichen Maximalwert, wobei der Maximalwert der ersten Analog-Spannungswerte einem Zeitwert von 24 h und der Maximalwert der zweiten Analog-Spannungswerte einem Ladesollwert von 100% entspricht

In einem an sich bekannten elektronischen Rechenwerk läßt sich zu Zeitpunkten zwischen zwei Eckpunkten der Solladewert des jeweiligen Zeitpunkts auf einfache Weise dadurch ermitteln, daß in dem Rechenwerk die Differenz je zweier aufeinanderfolgender erster und zweiter Digitalwerte und das Verhältnis dieser Differenzen gebildet wird und daß mit dem Wert clct Verhältnisses der Digitalwert des Solladewertes errechnet wird.

Das beschriebene Verfahren läßt sich zur Erfassung der Außentemperatur dadurch ergänzen, daß eine der Außentemperatur entsprechende dritte Analogspan' nung gebildet wird, die mit den ersten und zweiten Analog-Spannungswerten zyklisch abgetastet und in einen dritten Digitalwert umgesetzt wird, der mit dem jeweils abgeleiteten Digitalwert verarbeitet wird. Damit läßt sich erreichen, daß in dem Ausgangssignal auch die jeweilige Außentemperatur in der Weise erfaßt wird,

to daß bei höheren Außentemperaturen ein kleinerer Ladesollwert vorgegeben wird als bei niedrigeren Außentemperaturen.

Eine bevorzugte Schaltungsanordnung zur Durchführung des genannten Verfahrens zeichnet sich dadurch

is aus, daß zur Einstellung von ersten und zweiten Analog-Spannungswerten je ein Spannungsteiler vorgesehen ist der an einer gemeinsamen Speisespannung liegt und dessen Abgriff an je eine.i Eingang einer Multiplexeinrichtung geschaltet ist welchem ein Analog/Digitalwandler und ein von einer Uhr gesteuertes Rechenwerk nachgeschaltet ist Eine derartige Schaltungsanordnung benötigt keine mecn?nisch bewegten Teile, so daß auch deren Nachteile nicht auftreten. Die Uhr wird vorzugsweise vollelektronisch aufgebaut sein und in bestimmten Zeitabständen das Rechenwerk zur Ableitung eines Solladewertes ansteuern.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 gekennzeichnet, während vorteilhafte Schaltungsanordnungen sich aus den Patentansprüchen 7 bis 10 ergeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine Solladekennlinie und
Fig.2 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsan-Ordnung zur Erzeugung einer Kennlinie nach F ig. 1.

In F i g. 1 ist mit durchgezogener Linie eine Solladekennlinie dargestellt die aus Geradenstücken 1 bis 5 zusammengesetzt ist Insgesamt ist die Solladekennlinie auf vierundzwanzig Stunden bezogen. Beispielsweise sind auf der Abszisse außer der Zeitdauer auch die Uhrzeit angegeben.

Des Geradenstück 1 läuft von der Zeit Π (Oh) mit Ladesollwert Li (0%) zum Zeitwert T2 (8 h) beim Ladewert L 2 (100%). Das Geradenstück 2 liegt zwischen den Eckpunkten Γ2, L2 und 7"3, LZ. Das Geradenstück 3 erstreckt sich zwischen Jen Eckpunkten T3, L 3 und TA, L 4. Das Geradenstück 4 liegt zwischen den Eckpunkten 74, L 4 und 75, L 5. Das Geradenstück 5 erstreckt sich zwischen den Eckpunkten 75, L 5 und 76, L 6.

Das Geradenstück 1 fällt in die Niedertarifzeit in welcher die Speicherheizgeräte des betreffenden Versorguiigsgebiets zur Ladung freigegeben sind. Entsprechend des jeweiligen Ladeistwertes eines Spücherheizgeräts wird dieses früher oder später einschalten. Während des Geradenstücks ? kann der Ladesollwert von 100% gehalten werden. Während der Dauer des Geradenstücks 3 kann nur ein Speicherheizgerät nachgeladen werden, dessen Ladeistwert das Geradenstück 3 unterschreitet So kann beispielsweise kurz vor dem Eckwert 74, L 4 nur ein solches Speicherheizgerät einschalten, dessen Ladeistwert den Wert L 4 (20%) unterschritten hat. Während des Laufs des Geradenstücks 5 ist keine Ladung der Speicherheiz-

b5 geräte des Versorgungsgebiets möglich.

Strichliert ist in Fi j-1 eine weitere Solladekennlinie dargestellt. In dieser sind gegenüber der durchgezogenen Linie die Zeitwerte an den Eckpunkten T2', L 2 und

7*4', L 4 verschoben.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist ein Multiplexer 9 mit einem Analog/Digitalwandler 10 vorgesehen. An zwölf Eingängen des Multiplexers 9 sind den Zeitwerten TX bis Γ6 und den Ladesollwerten /. 1 bis L 6 entsprechende Spannungswerte gelegt. Dabei sind die Eingänge des Multiplexers 9 in der Reihenfolge, in der sie abgetastet werden, mit den zeitlich aufeinanderfolgenden Werten der Eckpunkte TX, LX, T2, L2 bis Γ6, L6 beschaltet. Wie aus der Kennlinie nach F i g. 1 ersichtlich, liegen die Ladesollwerte L 2, L 3 beim Maximalwert. Sie sind deshalb an die volle Spannung UO einer nicht näher dargestellten geregelten Spannungsquelle gelegt. Die Zeitwerte TX und T6, die zeitlich zusammenfallen und die Solladewerte L 1. L 5 und L 6 weisen die Minimalwerte, nämlich 0 h bzw. O°/o, auf. Sie sind dementsprechend an den anderen Pol der Spannungsquelle gelegt. Die Zeitwerte Γ2 und 74 sollen, wie sich dies aus Fig. 1 ergibt, einstellbar sein. Die zugehörigen Eingänge 3 bzw. 7 des Multiplexers 9 liegen deshalb über Potentiometer PX und P2 an der Spannung UO. Die Potentiometer PX und P2 sind so eingestellt, daß im Falle der durchgezogenen Solladekennlinie und im Falle der striohliert gezeichneten Kennlinie die an den Eingängen 3 bzw. 7 anstehende Spannung auf den jeweiligen Prozentsatz bezogen, 24 h entspricht.

Die Eingänge 5, 8 und 9 des Multiplexers liegen an festen Spannungsteilern, bestehend aus den Widerständen R I, R 2 bzw. R 3, R 4 bzw. R5.R6. Da der Zeitwert Γ3 10 h entsprechen soll, hat der Widerstand RX den l,4fachen Wert des Widerstands R2. Da der Ladewert L 4 20% des Maximalwertes betragen soll, hat der Widerstand /?3 den vierfachen Wert des Widerstands R 4. Da bei der Ladekennlinie nach F i g. 1 der Zeitwert T5 bei 22 h liegt, hat dementsprechend der Widerstand R 6 den elffachen Wert des Widerstandes R 5.

trsichtlich lassen sich auf diese Weise einfach die Zeitwerte und Ladesollwerte der Eckpunkte einstellen. Für andere als die in F i g. 1 dargestellten Solladekennlinien könnten im jeweiligen Fall die durch feste Widerstände gebildeten Spannungsteiler durch Potentiometer oder umgekehrt ersetzt werden. Im Bedarfsfalle können auch den direkt an den Polen der Spannungsquelle liegenden Eingängen des Multiplexers 9 feste Spannungsteiler oder Potentiometer vorgeschaltet werden.

Der Multiplexer 9 tastet zyklisch die an seinen Eingängen anliegenden Analogwerte ab. Der Analog/ Digitalwandler 10 setzt den jeweils abgetasteten Wert in einen Digitalwert, vorzugsweise in eine binärcodierte Zahl um. Dieses wird in einen zugeordneten Speicherplatz eines Speichers 11 eines Rechenwerks 12, beispielsweise eines Mikroprozessors, abgelegt. Das Rechenwerk 12 errechnet die Steigungen der Geradenstücke 1 bis 5 durch F.rmittlung der Verhältnisse:

wobei n= I ... 5. Im Beispielsfalle wird damit für jedes Geradenstück die Steigung errechnet. Der Wert der Steigung läßt sich gegebenenfalls in einem weiteren

.'(ι Speicher bereithalten.

Mit dem Rechenwerk 12 ist eine Uhr 13 gekoppelt. Diese ruft in Zeitintervallen, die kürzer sind als die Dauer der Geradenstücke 1, 2, 3 oder 5, während der Dauer der betreffenden Kennlinienstücke 1, 2, 3 und 5,

r> deren Steigungen vom Rechenwerk bzw. dessen Speicher ab und multipliziert diese mit dem betreffenden digivilisierten Zeitwert. Dadurch tritt am Ausgang A des Rechenwerks 12 eine Wertfolge auf. die ein Abbild der Kennlinie mit den an den Eingängen des

in Multiplexers 9 eingestellten Eckwerten ist. Im Bedarfsfalle werden die am Ausgang A des Rechenwerks 12 anstehenden Digitalwerte in Analogwerte umgewandelt, welche den Ladereglern der Speicherheizgeräte zugeführt werden.

j5 In Ergänzung der beschriebenen Schaltungsanordnung kann der Multiplexer 9 mit einem weiteren Eingang versehen sein, an dem ein der Außentemperatur des Raumes oder Gebäudes, in dem das Speicherheizgerät untergebracht ist, entsprechender Analogwert anliegt. Dieser Analogwert wird vom Analog/Digitalwandler 10 ebenfalls in einen Digitalwert umgewandelt und vom Rechenwerk 12 in der Weise verarbeitet, daß sich im Endergebnis nur ein kleinerer Ladesollwert ergibt als bei niedrigeren Außentemperaturen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von zeitabhängigen Ladesollwerten für die Steuerung von Speicherheizgeräten, wobei die Ladesollwerte eine aus Gcradenstücken zusammengesetzte Solladekennlinie bilden und jedem Eckpunkt der Solladekennlinie ein Solladewert und ein Zeitwert zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß den Zeitwerten (TX bis 76) der Eckpunkte entsprechende erste Analog-Spannungswerte und den Ladesollwerten (LX bis L6) der Eckpunkte entsprechende zweite Analog-Spannungswerte gebildet werden, daß die ersten Analog-Spannungswerte und die zweiten Analog-Spannungswerte zyklisch abgetastet und in erste und zweite Digitalwerte umgesetzt und gespeichert werden und daß zu Zeitpunkten zwischen zwei Eckpunkten der Digitalwert des Solladewerts des jeweiligen Zeitpunkts aus den Digitalwerten dieser zwei Eckpunkte abgeleitet und ausgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Analog-Spannungswerte den gleichen Maximalwert haben und der Maximalwert der ersten Analog-Spannungswerte einem Zeitwert von 24 h entspricht und der Maximalwert der zweiten Analog-Spannungswerte einem Ladesollwert von 100% entspricht

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Analog-Spannungswerte der einzelner· Eckpunkte nacheinander abgetastet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeid; -,et, daß wenigstens einer der Analog-Spannungswerte verstellbar isL

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Rechenwerk die Differenzen je zweier aufeinanderfolgender erster und zweiter Digitalwerte und das -to Verhältnis dieser Differenzen gebildet wird und daß mit dem Wert des Verhältnisses der Digitalwert eines Solladewertes an einem Zeitpunkt zwischen zwei Eckpunkten errechnet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Außentemperatur entsprechende dritte Analogspannung gebildet wird, die mit dem ersten und dem zweiten Analog-Spannungswert zyklisch abgetastet und in einen dritten Digitalwert umgesetzt und mit » dem jeweils abgeleiteten Digitalwert verarbeite wird.

7. Schaltungsanordnung mit einem von einer Uhr gesteuerten Rechenwerk und einer an das Rechenwerk Signale abgebenden Multiplexeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung von ersten und zweiten Analog-Spannungswerten je ein Spannungsteiler (PX, P2, Rt bis RS) vorgesehen ist, der an einer μ f emeinsamen Speisespannung (U0) liegt und dessen Abgriff an je einen Eingang (3, 5, 7, 8, 9) der Multiplexeinrichtung (9) geschaltet ist, welcher ein Analog/Digitalwandler (10) und das Rechenwerk

(12) nachgeschaltet ist

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Maximal- oder Minimal-Analog-Spannungswerte zugeordneten Eingänge (1, 2,4,6,10,11,12) der Multiplexeinrichtung (9) direkt an der Speisespannung (UO bzw. Masse) liegen.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8. dadurch gekennzeichnet daß wenigstens einer der Spannungsteiler (P 1, P2) einstellbar ist

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem weiteren Eingang der Mulliplexeinrichtung (9) in an sich bekannter Weise ein die Außentemperatur erfassendes Netzwerk liegt