DE3041521C2

DE3041521C2 -

Info

Publication number: DE3041521C2
Application number: DE3041521A
Authority: DE
Inventors: Robert A. Brooklyn Center Minn. Us Black; Gary A. New Brighton Minn. Us Peterson
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1979-11-09
Filing date: 1980-11-04
Publication date: 1990-08-09
Also published as: FR2469744A1; CA1150796A; FR2469744B1; JPS6228202U; CH650087A5; GB2065923A; DE3041521A1; GB2065923B; DK474680A; JPS5682902A; US4303383A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steueran ordnung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1, wie sie insbesondere bei der Überwachung des Einschalt vorganges eines Ölbrenners Anwendung findet.

Eine derartige Steueranordnung ist aus der US-PS 33 66 095 bekannt, wobei diese Steueranordnung allerdings dazu dient, in Abhängigkeit von bestimmten Kriterien den eigentlichen Steuerschaltkreis an Spannung zu legen. Die bekannte Steuer anordnung verwendet zur Betätigung von den Steuerschaltkreis ansteuernden Relais Sicherheitseinrichtungen wie Druck schalter, Thermostat usw. sowie einen Bimetallschalter als Zeitgebereinrichtung.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfin dung, die gattungsgemäße Steueranordnung in der Weise zu ver bessern, daß auch die Betriebsweise der die Schaltvorgänge ausführenden Relais mitüberwacht werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Steueranordnung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand eines in den Figuren der Zeichnung dar gestellten Ausführungsbeispieles sei im folgenden die Er findung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Steuer anordnung; und

Fig. 2 ein Impulsdiagramm zur Veranschaulichung der Be triebsweise der erfindungsgemäßen Steueran ordnung.

In Fig. 1 sind die wesentlichen, elektrisch betätigten Kompo nenten eines Ölbrenners und die Relaiskontakte zur Betätigung dieser Komponenten dargestellt. Eine Spannungsversorgungsquelle speist eine Alarmanzeige 22 über zwei in Reihe geschaltete Re laiskontakte K 1-2 und K 3-1. Es sei darauf verwiesen, daß vier Relais K 1 bis K 4 angeordnet sind, wobei jedes dieser Relais K 1 bis K 4 zwei Re laiskontakte aufweist, und daß alle Relaiskontakte in Fig. 1 im nicht erregtem Zustand des Relais K 1 bis K 4 dargestellt sind. Ein Grenz schalter 16, der den Brennstoffvorrat kontrolliert, und ein Thermostatschalter (Thermostat) 17 verbinden die Spannungsversorgungsquelle mit dem restlichen Schaltkreis.

Ein Motorgebläse (Gebläsemotor) 24 führt dem Brenner Luft zu und wird direkt über die Schalter 16 und 17 an Spannung gelegt. Ein Pilotventil 26 wird über Relaiskontakte K 1-1 und K 4-1 an Spannung gelegt, und ein Zündschaltkreis 30 kann über den Relaiskontakt K 1-1 und einen Relaiskontakt K 2-1 an Spannung gelegt werden. Ein Haupt-Brennstoff ventil 32 wird über drei Relaiskontakte K 3-2, K 2-2 und K 4-2 an Spannung gelegt, und eine Betätigungsspule 34 für eine Lüftungs klappe wird über den ersten Relaiskontakt K 3-2 dieser drei Relaiskontakte K 3-2, K 2-2 und K 4-2 an die Spannungsquelle angeschlossen.

Das Vorliegen einer Flamme wird durch einen Flammenfühler 36 mit einem nachgeschalteten Verstärker 70 erfaßt. Es ist ferner eine Gruppe von drei Trennverstärkerschaltkreisen (Signalübertragungseinrichtungen) 80 bis 82 vor gesehen, die jeweils mit den Spannungen gespeist werden, die an dem Gebläsemotor 24, dem Pilotventil 26 und dem Haupt-Brenn stoffventil 32 entsprechend anliegen. Der Verstärker 70 und die Trennverstärkerschaltkreise 80 bis 82 sind auf einen Mikroprozessor 62 ge schaltet, wobei die Ausgangssignale der Trennverstärkerschaltkreise 80 bis 82 dem Mikroprozessor 62 über eine Gruppe von Pufferschaltkreisen 71 zugeführt werden. Jeder Trennverstärkerschaltkreis 80 bis 82 ist einer seits zwischen den zu überwachenden Schaltpunkt und die Bezugs leitung der Spannversorgung angeschlossen und andererseits mit den Pufferschaltkreisen 71 verbunden. Die Ent kopplung kann durch Optokoppler oder Reedrelais erzielt werden, wobei in beiden Fällen bei einer elektrischen Signalübertragung eine elektrische Potentialtrennung zwischen den beiden Seiten des Schaltkreises erfolgt.

Der Mikroprozessor 62 speist einen Sicherheitsschaltkreis 57 über eine Gruppe von Pufferschaltungen 51, wobei der Sicher heitsschaltkreis 57 seinerseits eine Schalteinrichtung (Transistor) 46 steuert. Der Transistor 46 legt im durchgeschalteten Zustand eine Lei tung 50 an die Versorgungsspannung an, wobei die vier Relais K 1 bis K 4 über diese Leitung 50 an die Spannung ange geschlossen werden. Der Mikroprozessor 62 steuert die vier Relais K 1 bis K 4 über die Pufferschaltkreise 51 getrennt an. Er erfaßt ferner den Schaltzustand des Sicherheits schaltkreises 57 und der Leitung 50 über die Pufferschalt kreise 51. Eine Diode 48 schützt den Transistor 46, die Pufferschaltkreise 51 enthalten Freilaufdioden für die vier Relais K 1 bis K 4.

Es ist Aufgabe des Mikroprozessors 62, das Brennersystem in der Einschaltphase zu steuern und zu überwachen. Der Mikro prozessor 62 ist entsprechend programmiert, um die geeignete Schrittfolge in den richtigen Zeitintervallen auszuführen und um eine Anzahl von Prüfungen dahingehend durchzuführen, ob das System tatsächlich in der richtigen Weise die Einschaltphase durchläuft.

Die Einschaltphase ist in Fig. 2 veranschaulicht. Die oberen fünf Diagramme zeigen die Betätigungszeit der verschiedenen elektri schen Einheiten des Brenners. Die nächsten drei Diagramme zeigen die Zustände der Ausgangssignale der drei Trennverstärkerschaltkreise 80 bis 82 und die letzten vier Diagramme zeigen die Zustände der vier Relais K 1 bis K 4.

Wie aus der Darstellung in Fig. 2 ersichtlich, schließt im Zeit punkt T 0 der Thermostat 17 und fordert den Start der Einschalt phase an. Dies wird durch den Mikroprozessor 62 aufgrund des Aus gangssignales des Trennverstärkerschaltkreises 80 erfaßt, das den hohen Pegel einnimmt. Das Motorgebläse 24 schaltet ein und bleibt solange einge schaltet, wie der Brenner eingeschaltet ist. Ferner befindet sich die Lüftungsklappe 34 im betätigten Zustand entsprechend einer großen Brennerflamme. Der Zweck dieser Maßnahme liegt darin, einen starken Luftstrom durch den Brenner zu erzielen und jeg liche unverbrannten in dem System befindlichen Brennstoffrück stände auszuspülen. Im Zeitpunkt T 4 wird die Lüftungsklappe 34 von der Spannung abgetrennt, entsprechend dem Zustand einer niedrigen Flamme. Dies ist erforderlich, um den einen Pilotbrenner zu zünden. Im Zeitpunkt T 5 wird der Zündschaltkreis 30 an Spannung gelegt und im Zeitpunkt T 6 wird das Pilotventil 26 betätigt, um dem Pilotbrenner Brennstoff zuzuführen. Im Zeitpunkt T 7 sollte der Pilotbrenner gezündet haben und der Zündschaltkreis 30 ab geschaltet sein. Im Zeitpunkt T 8 wird das Haupt-Brennstoffven til 32 an Spannung gelegt, um dem Hauptbrenner Brennstoff zuzu führen, und die Lüftungsklappe 34 wird erneut in die einer großen Flamme entsprechende Stellung gebracht, um einen starken Luft strom durch den Hauptbrenner zu erzielen. Im Zeitpunkt T 9 wird das Pilotventil 26 vor der Spannung abgetrennt, um den zu dem Pilotventil 26 fließenden Brennstofffluß zu unterbrechen. An dieser Stelle endet die Einschaltphase und das System sollte nunmehr den normalen Betriebszustand aufweisen.

Wie aus der unteren Hälfte der Darstellung in Fig. 2 ersicht lich, werden diese Betriebszustände durch den Mikroprozessor 62 gesteuert, in dem dieser die Relais K 1 bis K 4 in geeigneten Zeit punkten an Spannung legt bzw. von der Spannung abtrennt. Im mittleren Teil der Darstellung gemäß Fig. 2 sind die Signale dargestellt, die von den Trennverstärkerschaltkreisen 80 bis 82 empfangen werden sollten. In näheren Einzelheiten wird nach dem Zeitpunkt T 0 das Relais K 4 im Zeitpunkt T 1 von der Spannung abgetrennt und die Relais K 2 und K 1 werden in den Zeitpunkten T 2 und T 3 an die Spannung angelegt. Dieser zeitliche Ablauf und die zeitliche Trennung der Betätigung dieser Relais K 1 bis K 4 gestattet dem Mikro prozessor 62 die Ausführung bestimmter Überprüfungen.

Zwischen den Zeitpunkten T 0 und T 1 wird die Prüfung V 1 durchge führt, um zu überprüfen, ob die Signale von den Trennverstärkerschaltkreisen 81 und 82 den niedrigen Pegel aufweisen, wie dies der Fall sein sollte. Zu diesem Zeitpunkt sind die Relais K 3 und K 4 an Spannung gelegt. Dies bedeutet, daß die Relaiskontakte K 3-2 und K 4-2 ge schlossen sind, und ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel des Trennverstärkerschaltkreises 82 bestätigt, daß das Haupt-Brennstoffventil 32 abgeschaltet ist, d. h. daß der Relaiskontakt K 2-2 geöffnet ist. Da ferner der Relaiskontakt K 4-1 geschlossen ist, bestätigt ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel des Trennverstärkerschaltkreises 81, daß das Pilotventil 26 nicht an Spannung gelegt ist, d. h., daß der Relais kontakt K 1-1 geöffnet ist.

Zwischen den Zeitpunkten T 2 und T 3 ist das Relais K 4 von der Spannung abgetrennt und das Relais K 2 an Spannung an gelegt worden. Dies führt zum Schließen des Relaiskontaktes K 2-2 und zum Öffnen des Relaiskontaktes K 4-2. Eine zweite Prüfung V 2 wird während dieses Intervalles durchgeführt. Ein Signal mit nied rigem Pegel des Trennverstärkerschaltkreises 82 bestätigt, daß das Haupt- Brennstoffventil 32 immer noch nicht an Spannung gelegt ist, d. h., daß der Relaiskontakt K 4-2 in der richtigen Weise geöffnet hat.

Zwischen den Zeitpunkten T 3 und T 4 wird das Relais K 1 eben falls an Spannung gelegt. Eine Prüfung V 3 erfolgt in diesem Intervall. Da der Relaiskontakt K 1-1 in diesem Intervall geschlossen ist, beinhaltet diese Prüfung einen Test des Ausgangssignales des Trennverstärkerschaltkreises 81, das den niedrigen Pegel aufweisen sollte, wodurch angezeigt wird, daß das Pilotventil 26 nicht an Spannung gelegt ist und der Relaiskontakt K 4-1 in der richtigen Weise geöffnet ist.

Zwischen den Zeitpunkten T 4 und T 5 werden die Relais K 1 und K 2 an Spannung gelegt und die Relais K 3 und K 4 werden von der Spannung abgetrennt.

Im Zeitpunkt T 4 wird die Betätigungsspule 34 für die Lüftungs klappe von der Spannung abgetrennt entsprechend dem Zustand einer niedrigen Flamme, und es kann nunmehr in die Einschalt phase des Brenners eingetreten werden. Im Zeitpunkt T 5 wird der Zündschaltkreis 30 an Spannung gelegt und im Zeitpunkt T 6 wird das Pilotventil 26 geöffnet. Im Zeitpunkt T 7 sollte der Pilotbrenner zünden und der Zündschaltkreis 30 von der Spannung abgetrennt werden. Zwischen diesem Zeitpunkt und dem Zeitpunkt T 8 liegen beide Relais K 2 und K 4 an Spannung und das Relais K 3 ist von der Spannung abgetrennt. Somit ist im Speiseschaltkreis für das Haupt-Brennstoffventil 32 zwischen den Zeitpunkten T 7 und T 8 der Relaiskontakt K 3-2 einzig und allein geöffnet. Der Mikroprozessor 62 führt in diesem Zeitintervall eine letzte Prüfung V 4 durch, mit der überprüft wird, ob das Ausgangssignal des Trennverstärkerschaltkreises 82 den niedrigen Pegel aufweist, wodurch be stätigt wird, daß der Relaiskontakt K 3-2 in der richtigen Weise ge öffnet ist.

Im Zeitpunkt T 8 sollte die Flamme des Pilotbrenners gebildet sein, und es wird das Haupt-Brennstoffventil 32 geöffnet und die Betätigungsspule 34 der Lüftungsklappe erneut betätigt, um die Klappe in die der großen Flamme entsprechende Stellung zurückzu holen. Der Hauptbrenner sollte im Zeitpunkt T 9 gezündet sein, wenn das Pilotventil 26 geschlossen ist. Diese Zündfolge wird durch den Flammenfühler 36 überwacht, so daß der Mikroprozessor 62 feststellen kann, ob eine Flamme gebildet wurde oder nicht, und das System abschalten kann, wenn keine Flamme gebildet wird. Nach dem Zeitpunkt T 9 befindet sich der Hauptbrenner in seinem nor malen Betriebszustand.

Es sei darauf verwiesen, daß die Relaiskontakte, die die ver schiedenen Brennerkomponenten, wie beispielsweise das Pilotventil 26 steuern, so angeordnet sind, daß die kritischen Komponenten - im vorliegenden Fall das Pilotventil 26 und das Haupt-Brenn stoffventil 32 - wenigstens zwei in Reihe geschaltete Relaiskontakte aufweisen müssen. Dies bedeutet, daß der Ausfall irgendeines einzigen Relaiskontaktes, d. h. das Hängenbleiben eines Relaiskontaktes, wenn dieser geöffnet sein sollte, nicht zu einem falschen Betrieb der kritischen Komponente führt, da der andere die Komponente steuern de Relaiskontakt nicht geöffnet werden kann, um den Betrieb dieser Kom ponente zu sperren. Unkritische Komponenten, wie beispielsweise der Zündschaltkreis 30 und die Betätigungsspule 34 für die Lüftungsklappe, benötigen nicht dieses Sicherheitsmerkmal der zwei in Reihe geschalteten Relaiskontakte, obgleich es zweckdienlich sein kann, aus Gründen eines wirtschaftlichen Schaltungsaufbaues dieses Merkmal auch in diesen Fällen vorzusehen.

Dies bedeutet ferner, daß die die kritischen Komponenten steuern den Relaiskontakte alle überprüft werden können, ohne daß die kritischen Komponenten tatsächlich an Spannung angelegt werden, da jeder die Komponenten steuernder Relaiskontakt geschlossen werden kann, während der jeweils andere Relaiskontakt geöffnet bleibt.

Es sei ferner darauf verwiesen, daß das System so ausgelegt ist, daß der größte Teil der Überprüfung der kritischen Relaiskon takte während der anfänglichen Vorspülperiode zwischen den Zeit punkten T 0 und T 5 ausgeführt werden kann, bevor die eigentliche Einschaltphase, beginnend mit dem Zeitpunkt T 6, ausgelöst wird. Dies ist ein wünschenswertes, wenn auch nicht wesentliches Merk mal. Es wäre auch möglich, die meisten der Prüfungen während der eigentlichen Einschaltphase auszuführen, wobei dies jedoch dazu führen würde, daß das System während der eigentlichen Einschalt phase abgeschaltet werden müßte, wenn ein fehlerhafter Relais kontakt festgestellt würde.

Die Auslegung des Relaiskontaktschaltkreises für die Steuerung der Komponenten des Brenners muß daher so erfolgen, daß wenigstens zwei Relaiskontakte verschiedener Relais für jede kritische Komponente in Reihe geschaltet sind. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß auch beim Festkleben eines einzelnen Relaiskontaktes eine kritische Komponente sicher von der Spannung abgetrennt werden kann. Vorzugsweise werden alle die kritischen Komponenten steuern den Relaiskontakte ohne eine Betätigung irgendwelcher Kompo nenten überprüft oder es werden nur solche Komponenten in Be trieb genommen, die die Sicherheit des Systems nicht beein flussen.

Claims

1. Steueranordnung, insbesondere Ölbrennersteuerung, mit einer Sicherheitseinrichtung und mit einer Zeitgebereinrichtung zur Betätigung mehrerer Relais nach einem Zeitprogramm, wobei die Relais jeweils wenigstens ein Paar von Kontakten zur Steuerung von Lasten aufweisen und die Lasten wenigstens eine zu überwachende, kritische Last umfassen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) jeweils wenigstens ein Kontakt (K 1-1, K 4-1 bzw. K 3-2, K 2-2, K 2-2) von mindestens zwei verschie denen Relais (K 1, K 2, K 3, K 4) sind jeweils als Relaiskontaktstrecke elektrisch in Reihe zu der jeweils kristischen Last (26 bzw. 32) geschaltet;
b) entkoppelnde Signalübertragungseinrichtungen (80, 81, 82) verbinden Abgriffe hinter den Relaiskontaktstrecken (K 1-1, K 4-1 bzw. K 3-2, K 2-2, K 4-2) und vor der jeweils kritischen Last (26 bzw. 32) mit einer in der Zeitgebereinrichtung vorhandenen Steuerlogik (in 62); und
c) eine Schalteinrichtung (46) ist in die Span nungsversorgung der Relais (K 1 bis K 4) geschaltet und wird von der die Steuerlogik enthaltende Zeitgebereinrichtung (in 62) angesteuert, um alle Relais (K 1 bis K 4) von der Spannungsversorgung abzutrennen, sobald die die Steuerlogik enthaltende Zeitgebereinrichtung (in 62) fest stellt, daß die an den Abgriffen anstehenden Signale nicht mit den Signalen übereinstimmen, die aufgrund des Zeitprogrammes zu erwarten sind.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die kritische Last (32) eine Brennstoff- Zuführeinrichtung ist.

3. Steueranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die die Steuerlogik enthaltende Zeitgebereinrichtung in einem Mikrocomputer (62) enthalten ist.

4. Steueranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Signalübertragungseinrichtungen (80 bis 82) Optokoppler sind.

5. Steueranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalübertragungseinrichtungen (80 bis 82) Reed relais sind.

6. Steueranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (46) ein Transistor ist, wobei dessen Schaltzustand über eine Eingangsleitung (50) dem Mikrocomputer (62) rückgemeldet wird.

7. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Steuerlogik enthaltende Zeitgeber einrichtung (in 62) vor Ansteuerung der kristischen Last (26 bzw. 32) eine Überprüfung der Relais (K 1 bis K 3) durch führt.