DE3101747C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennersteuergerät mit einer Prüfschaltung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1. Bei einem derartigen aus der GB-PS 15 27 910 bekannten Brennersteuergerät enthält die Brenneranlage mehrere, an verschiedenen Stellen angeordnete Zustandsfühler, denen von einem Steuergerät Prüfsignale zugeleitet werden. Die Zustandsfühler erzeugen in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen Betriebszustand entsprechende Anzeigesignale. Im Steuergerät werden die Anzeigesignale mit den ausgesandten Prüfsignalen verglichen und hieraus ein Schaltsignal gewonnen, welches anzeigt, ob der durch den Zustandsfühler überwachte Betriebszustand demjenigen entspricht, der eine Fortsetzung des Brennerbetriebes bzw. eine Fortschaltung des Steuergeräts auf die nächste Schaltstufe gestattet. Ist beispielsweise die Flamme nicht gezündet oder erlischt die Flamme des Zündbrenners, so muß verhindert werden, daß weiterhin Brennstoff in die Brennkammer gelangt oder gar ein zusätzliches Brennstoffventil geöffnet wird. Gleiches gilt für den Fall, daß der Ventilator für die Verbrennungsluftzufuhr ausfällt oder gar nicht anläuft bzw. der Rauchgasabzug verstopft ist. Ergibt sich bei dem genannten Vergleich, daß der Zustandsfühler eine Abweichung vom erforderlichen Betriebszustand anzeigt, so schaltet das Ausgangssignal des Vergleichers den Brenner ab. Auf diese Weise wird die Brenneranlage hinsichtlich des Auftretens von Störungen überwacht. Eine Eigenüberprüfung des Steuergerätes selbst ist nicht vorgesehen.

Eine Eigenüberprüfung von elektronischen und elektrischen Einzelbauteilen an sich ist aus der US 39 12 982 und der DE 23 38 033 A1 bekannt. So zeigt die US 39 12 982 eine Last, welche über mehrere, einander parallelgeschaltete Transistoren gespeist wird. Diese Transistoren sind bis auf einen auf einer gemeinsamen Kühlschiene befestigt. Der eine Transistor ist von der Kühlschiene thermisch isoliert, so daß davon ausgegangen wird, daß dieser bei thermischer Überlastung als erster seine Funktionsfähigkeit verliert. Die am Emitterwiderstand dieses Transistors abfallende Spannung wird mit der an den Emitter­ widerständen der übrigen Paralleltransistoren abfallenden Spannung in einem Transformator verglichen. Da ein schadhaft werdender Transistor den Einschalt- und Abschaltströmen nicht mehr zu folgen vermag, entstehen an seinem Emitterwiderstand Impulsspitzen, welche in einer an den Transformator angeschlossenen Gleichrichterschaltung gleichgerichtet und integriert werden. Übersteigt die auf diese Weise erzeugte Fehlerspannung einen vorgegebenen Wert, so wird ein nachgeschalteter Thyristor durchgeschaltet, der einen angeschlossenen Sicherheitsschalter zum Ansprechen bringt.

Weiterhin ist aus DE 23 38 033 A1 eine Schaltungsanordnung zum Überwachen des ordnungsgemäßen Arbeitens eines Quecksilber-Umschaltkontakts bekannt, bei der beide Seiten des Umschaltkontakts zu je einem die an der betreffenden Kontakt­ seite anliegenden Potentiale prüfenden Auswerter geführt sind. Die Ausgänge dieser Auswerter sind mit einer Verknüpfungsschaltung verbunden, die beim gleichzeitigen Vorliegen von Potentialen auf beiden Seiten des Umschaltkontaktes das Verarbeiten der beim Umschalten des Verbraucherstromkreises ausgelösten Schaltbefehle verhindert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem gattungsgemäßen Brennersteuergerät eine zuverlässige Eigenüberprüfung des Brennersteuergerätes und seiner für die Steuerfunktion maßgebenden Komponenten zu gewährleisten. Auch im Falle von Störungen innerhalb des Brennersteuergeräts selbst soll der Brenner keinen unsicheren Betriebszustand annehmen können. Beispielsweise könnte ein Fehler im Steuergerät das Vorhandensein einer Flamme vortäuschen. Dies darf nicht zum Ingangsetzen des Brenners führen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 Das Brennersteuergerät nach dem Patentanspruch 1 vereinigt in sich Überwachungs­ schaltkreise, welche sowohl äußere als auch interne Störungen erfassen und dazu führen, daß der Brenner oder eine sonstige Last stets in einem sicheren Betriebszustand betrieben oder abgeschaltet wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zur Erläuterung wird nachfolgend auf ein in den Zeichnungen wiedergegebenes Ausführungsbeispiel Bezug genommen. Dabei zeigt

Fig. 1 die Prüfschaltung des Brennersteuergeräts mit Prüfschaltung,

Fig. 2a die zugehörige Lastversorgungsschaltung,

Fig. 2b den Programmablauf im Brennersteuergerät und die zugehörigen Prüfschritte der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

Das Brennersteuergerät mit Prüfschaltung nach Fig. 1 umfaßt eine Lastversorgungsschaltung 10 mit vier Transistoren 11, 12, 13 und 14, die mit ihren Kollektoren an die Erregerspulen 15, 16 und 17 der Relais 2R, 3R und 1R sowie an einen Sicherheitsschalter 18 angeschlossen sind. Die Kontakte 1R1, 2R1 und 3R1 der genannten Relais schalten Stromkreise des Brennersteuergeräts, die in Fig. 2a schematisch wiedergegeben sind. Die Lastversorgungsschaltung 10 ist über Klemmen b1 bis b5 an die übrige Prüfschaltung angeschlossen, welche digital arbeitet und in integrierter Bauweise hergestellt wird. Die Prüfschaltung umfaßt einen Zustandsdiskriminator 20, dessen Eingangsklemme 21 ein von einem Startschalter oder Thermostat kommendes Wärmeanforderungssignal zugeleitet wird, welches bei Wärmebedarf den Wert "1" und bei fehlendem Wärmebedarf den Wert "0" hat. An einer zweiten Eingangsklemme 22 steht das Ausgangssignal eines Flammenfühlers und hat den Wert "1", sobald die Flamme vorhanden ist. Bei fehlender Flamme hat es den Wert "0". Ein NAND-Gatter 25, ein ODER-Gatter 26 und ein UND-Gatter 27 sind in der gezeigten Weise zusammengeschaltet. Der Ausgang 29 des Zustandsdiskriminators 20 ist an den Eingang eines weiteren Zustandsdiskriminators 30 angeschlossen und zwar an den einen Eingang 29 des UND-Gatters 31, dem ein UND- Gatter 33 sowie ein NAND-Gatter 39 nachgeschaltet sind. Der zweite Eingang des UND-Gatters 31 liegt am Ausgang des ODER- Gatters 32, der zweite Eingang des UND-Gatters 33 am Ausgang des ODER-Gatters 34 und der zweite Eingang des NAND- Gatters 39 am Ausgang des ODER-Gatters 38. Die Eingänge der genannten ODER-Gatter 32, 34 und 38 sind an Fehlerprüfleitungen 19, 19′ und 19″ angeschlossen, die mit den Kollektoren der eingangs genannten Transistoren in der Lastversorgungsschaltung 10 in Verbindung stehen. Ein für den Betriebszustand des Brennersteuergeräts charakteristisches Ausgangssignal erscheint entweder auf der Leitung 40 oder 40′. Diese sind an den einen Eingang des Gatters 32 bzw. 34 angeschlossen. Die Klemmen 22′ und 37 bilden Schalteingänge für die Überprüfung des Flammensignals, wobei die Klemme 22′ unmittelbar an die Leitung 40′ und die Klemme 37 über einen Inverter 35 an die gleiche Leitung 40′ angeschlossen ist. Der Ausgang des NAND-Gatters 39 steht über einen Widerstand 41 mit der Basis des Transistors 14 in Verbindung. Dieser steuert den Sicherheitsschalter 18 und liefert zugleich ein Eingangssignal für die Verriegelungsschaltung 45 und den einen Eingang des UND-Gatters 51. Der Ausgang der Verriegelungsschaltung 45 ist über die Leitung 46′ an einen Speicherkreis 47 angeschlossen. Dessen Ausgang bildet die Klemme a3, die über die nicht dargestellte Leitungsverbindung M mit der Steuerelektrode des Transistors 13 in Verbindung steht und ein Steuersignal für die Erregerwicklung 17 des Relais 1R liefert. Über eine weitere Ausgangsleitung 46 speist die Verriegelungsschaltung 45 einen digitalen Zeitgeber 49 für die Vorspülzeit sowie einen Zeitgeber 55 für die Zündperiode. Die Eingänge des UND-Gatters 51 erhalten ein Vorspülabschlußsignal von der Leitung 53, sowie ein Sicherheits­ schaltereinschaltsignal von der Leitung 48. Am Ausgang a2 des UND-Gatters 51 entsteht ein erstes Eingangssignal V1 für ein Brennstoffventil, welches der Basis des Transistors 11 zugeleitet wird und damit das Relais 2R ansprechen läßt. Den Eingängen des NAND-Gatters 52 wird über die Leitung 22′ ein Flammensignal, sowie über die Leitung 53 ein Vorspülabschlußsignal zugeführt. An den Ausgang des Gatters 52 ist ein Zeitgeber 56 angeschlossen, der an seinem Ausgang a1 ein Signal V2 liefert. Dieses wird der Basis des Transistors 12 zugeführt und steuert das Relais 3R.

Ausgegangen sei von dem Normalbetrieb, in welchem die Transistoren 11 bis 14 sich im Sperzustand befinden und somit an den Eingangsklemmen b1, b2 und b3 der Schaltpegel "1" liegt. Ferner sei angenommen, daß der Thermostat keine Wärmezufuhr anfordert, d. h. das Signal an der Klemme 21 hat den Wert "0". Damit zeigen die Ausgänge des NAND-Gatters 25 und der UND-Gatter 27 und 31 das Ausgangssignal "1" während am Ausgang des NAND-Gatters der Wert "0" steht und der Sicherheitsschalter 18 stromlos ist. Fordert der Thermostat Wärmezufuhr an, so gehen alle Eingänge des NAND-Gatters 25 auf "1", sein Ausgang folglich auf "0" damit auch der Ausgang des UND-Gatters 27 auf "0". Zu diesr Zeit befindet sich der Ausgang M an der Klemme a3 auf "0", weil der Motor noch nicht läuft. Die Ausgangssignale der UND-Gatter 31 und 33 sind "0", während der Ausgang des NAND-Gatters 39 auf "1" geht und den Transistor 14 vorübergehend zwecks Durch­ führung einer Prüfoperation einschaltet. Zu dieser Zeit befindet sich der Eingang der Verriegelungsschaltung 45 auf "0". Ein Vorspül-Einschaltsignal wird von einem Taktgeber auf der Leitung 46 erzeugt und läßt den Zeitgeber 49 anlaufen. Das den Beginn dieser Operation anzeigende Signal erscheint auf der Ausgangsleitung 57 des Zeitgebers 55 und schaltet das Ausgangssignal sofort von "1" auf "0" um. Damit stellt der Ausgang des UND-Gatters 27 das Signal "1" wieder her und gleiches gilt für Ausgänge der UND-Gatter 31 und 33, womit das Ausgangssignal am NAND-Gatter 39 auf "0" fällt und den Transistor 14 abschaltet. Da die Prüfoperation während eines einzigen Taktimpulses von 100 Hz abläuft, ist die Zeitspanne so kurz, daß der Sicherheitsschalter nicht seinen Abschaltzustand erreichen kann. Folglich kehrt die Verriegelungsschaltung 45 ihr Ausgangssignal um und liefert dem Speicherkreis 47 über die Leitung 46′ ein Signal "1". Damit gelangt von der Klemme a3 ein Steuerbetriebsausgangssignal M an den Transistor 13 sowie die ODER-Gatter 32 und 38. Das Relais 1R spricht folglich an. Nach dem Ende der Vorspülzeit erzeugt das UND-Gatter 51 ein Signal V1, welches das Zündventil 3 öffnet, so daß gemäß Fig. 2a ein Zündversuch anläuft. Bildet sich hierbei eine Flamme, so wird die Zündeinrichtung durch ein Signal des Flammenrelais abgeschaltet. Dieses Signal kommt an der Klemme 22″ an und gelangt zu dem einen Eingang des NAND-Gatters 52. Das Einschaltsignal für das Hauptventil 4 liefert der Transistor 12, dem sein Steuersignal vom Zündsicherungszeitgeber 56 zugeleitet wird. Damit öffnet das Hauptventil 2, die Hauptflamme entzündet sich an der Zündflamme und der normale Brennerbetrieb ist erreicht. Diese Vorgänge ergeben sich in der geschilderten Reihenfolge auch aus der Diagrammdarstellung gemäß Fig. 2b.

Nunmehr sei angenommen, daß in einem der Transistoren 11 bis 13 ein Leitfähigkeitsfehler auftrete.

Geschieht dies bezogen auf Fig. 2b im Zeitpunkt A, d. h. vor dem Erscheinen eines Wärmeanforderungssignals an der Klemme 21, so entsteht der betreffenden Eingangsklemme b1, b2 bzw. b3 ein Signal "0" und das entsprechende Relais 1R, 2R oder 3R spricht an. Da jedoch die Betriebsausgangssignale auf beiden Leitungen 40 und 40′ den Wert "0" haben, entsteht auch am Ausgang des zugehörigen ODER-Gatters 32, 34 oder 38 das Signal "0". Vor einer Wärmeanforderung befindet sich der Ausgang des UND-Gatters 27 auf "0", und das Signal am NAND-Gatter 39 wird von "0" in "1" invertiert, sobald vom entsprechenden ODER-Gatter ein Signal "0" kommt. Damit wird der Sicherheitsschalter 18 sofort oder einige Sekunden später eingeschaltet und sperrt mit seinem Kontakt SSW die Stromzufuhr zur Steuerschaltung. Da die digitale Prüfschaltung unabhängig vom Signal des Thermostaten mit Strom versorgt wird, kann die erwähnte Sperrung auch bereits vor Auftreten eines Wärmeanforderungssignals durchgeführt werden.

In einem zweiten Fall sei angenommen, daß der Transistor 11 leitend wird, nachdem der Brennereinschaltzyklus bereits angelaufen ist und zwar zum Zeitpunkt C während der Vorspülzeit. Während dieser Zeitspanne hat das Ausgangssignal M3 des Zeitgebers 49 den Wert "0" und gelangt an den einen Eingang des ODER-Gatters 32. Sein anderer Eingang liegt infolge der Leitfähigkeit des Transistors 11 auf "0". Folglich zeigen die Ausgänge des ODER-Gatters 32 sowie der UND-Gatters 31 und 33 den Wert "0" und das NAND-Gatters 39 das Ausgangssignal "1", welches den Sicherheitsschalter 18 einschaltet. In gleicher Weise würde ein Kurzschluß im Transistor 12 während der Vorspüldauer den Sicherheitsschalter 18 zum Ansprechen bringen.

Tritt ein Leitfähigkeitsfehler, d. h. ein Kurzschluß oder Durchbruch in einem der Transistoren 11, 12 oder 13 während des nachfolgenden Normalbetriebes auf, beispielsweise zum Zeitpunkt D, so kann während dieser Zeitspanne eine Prüfung nicht erfolgen, weil die Transistoren 11, 12 und 13 ohnehin durchgeschaltet sind. Sobald jedoch der Brennerzyklus aufhört, weil entweder keine Wärme mehr benötigt wird, oder die Flamme erlischt, so spricht aufgrund der zuvor beschriebenen Vorgänge der Sicherheitsschalter 18 an und sperrt jeglichen nachfolgenden Brennerzyklus.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Transistor 14 sofort von der Verriegelungsschaltung 45 eingeschaltet. Wegen der Umkehr wird die Verriegelungsschaltung ihrerseits eingeschaltet, so daß ein Schaltzyklus entsteht, in dessen Verlauf der Transistor 14 infolge eines Signals des Zeitgebers 55 erneut in seinen normalen Betriebszustand zurückkehrt. Damit kann eine Fehlerhaftigkeit des Transistors festgestellt werden, denn im Falle eines Fehlers führt die Verriegelungsschaltung die Umkehroperation nicht durch. Damit entsteht weder das Ausgangssignal M noch werden die Zeitgeber 49 und 55 eingeschaltet, so daß der Brennerzyklus nicht weiterlaufen kann.

Claims (8)

1. Brennersteuergerät mit einer Prüfschaltung, sowie mit einer Lastversorgungsschaltung zum Steuern der Stromzufuhr zu einer Last in Abhängigkeit vom Schaltzustand eines oder mehrerer Steuerelemente, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfschaltung zur Eigenprüfung des Brennersteuergerätes folgende Schaltungseinheiten aufweist:

• a) eine Steuerschaltung (20, 30) für die Erzeugung und Zufuhr von Steuersignalen (M, V1, V2) an die jeweils einer Last, z. B. einem Brennstoffventil, einem Gebläse oder einer Zündeinrichtung zugeordneten Steuerelemente (11, 12, 13),
• b) einen ersten Zustandsdiskriminator (30) in der Steuerschaltung, der im Falle eines Fehlers in einem der Steuerelement ein Zustandssignal liefert,
• c) eine Logikschaltung (31-39), deren Eingängen (b1, b2, b3, 29) die Steuersignale und das Zustandssignal zugeführt werden und die beim Auftreten eines Zustandssignals und eines dem gleichen Steuerelement zugeordneten Steuersignals ein Sperrsignal an einen Sicherheitsschaltkreis (14, 18) liefert, der bei einem Fehler in einem der Steuerelemente das Brennersteuergerät stillsetzt.

2. Brennersteuergerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Zustandsdikriminator (20), der in Abhängigkeit vom Schaltzustand eines Startschalters ein Betriebsbefehlssignal (T) an die weitere Steuerschaltung liefert und der Logikschaltung zuleitet.

3. Brennersteuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung wenigstens ein ODER-Gatter (32, 34, 38) enthält, dem als Eingangssignale das Steuersignal und das Zustandssignal zugeleitet werden, und daß an den Ausgang des ODER-Gatters der eine Eingang eines UND-Gatters (31, 33, 39) angeschlossen ist, dessen anderem Eingang das Betriebsbefehlssignal zugeführt wird.

4. Brennersteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten des Zustandssignals am ersten Zustandsdiskriminator (30) das Steuerelement (14) für den Sicherheitsschalter (18) einen Schaltzyklus "Aus-Ein-Aus" durchführt.

5. Brennersteuergerät nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (22) des zweiten Zustandsdiskriminators (20) an einen Flammenfühler angeschlossen ist.

6. Brennersteuergerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal wahlweise durch ein Signal eines Gebläsemotors oder durch ein Vorspül-Abschlußsignal eingeschaltet wird.

7. Brennersteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch

• a) eine Zeitgeberschaltung (50) mit wenigstens einem digitalen Zeitgeber (49, 55) zur Erzeugung der Steuersignale (M, V1, V2) und
• b) eine Gatterschaltung (32-38) für die Zustandsüberwachung der Steuerelemente (11, 12, 13) und zur Erzeugung des Zustandssignals.

8. Brennersteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine an das den Sicherheitsschalter (18) steuernde Steuerelement (14) angeschlossene Verriegelungsschaltung (45), die mit einem Ausgang (46) an einen Eingang des digitalen Zeitgebers (49) angeschlossen ist.