DE3121031A1

DE3121031A1 - Device for regulating a heating system

Info

Publication number: DE3121031A1
Application number: DE19813121031
Authority: DE
Inventors: Hubert 7314 Wernau Gelewski
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-05-27
Filing date: 1981-05-27
Publication date: 1982-12-16

Abstract

A device for regulating (controlling) the temperature of a heating boiler is proposed, in the case of which regulation is carried out continuously. The regulating device comprises a PI regulator in parallel with which a comparator is connected. The PI regulator is switched off during the heating-up phase. On reaching a temperature which is close to the set required value, the comparator switches over and the PI regulator takes over the regulation. This avoids a transient behaviour, with the PI regulator overshooting, in conjunction with the control path. <IMAGE>

Description

Vorrichtung zur Regelung einer HeizanlageDevice for regulating a heating system

Stand der Technik Die Erfindung geht'aus von einer Vorrichtung zur Regelung der Temperatur eines Heizkessels nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits bekannt, Heizkessel zu regeln. Mittels eines Temperaturfühlers wird dabei die Temperatur des Heizwassers bestimmt und dieser Wert einem Zweipunktregler zugeführt. Sinkt die Temperatur im Kessel unter einen vorgegebenen Wert ab, so wird durch den Zweipunktregler der Brenner gestartet. Erreicht das Medium im Kessel eine obere Temperatur, so wird durch den Zweipunktregler die Heizung abgeschaltet. Die Verwendung von Zweipunktreglern hat den Nachteil, daß ein schlechter Wirkungsgrad der Heizanlage gegeben ist. Als weiterer Nachteil ist anzusehen, daß aufgrund der Totzeit der Flüssigkeit im Kessel die Temperaturdifferenz für den oberen und den unteren Grenzwert des Zweipunktreglers recht groß gewählt werden muß, so daß starke Temperaturschwankungen an den Heizkörpern oder beim Brauchwasser nicht zu ve-rmeiden waren.PRIOR ART The invention is based on a device for Regulation of the temperature of a heating boiler according to the preamble of the main claim. It is already known to regulate heating boilers. By means of a temperature sensor the temperature of the heating water is determined and this value is determined by a two-point controller fed. If the temperature in the boiler falls below a specified value, then started by the two-position controller of the burner. If the medium in the boiler reaches a upper temperature, the heating is switched off by the two-position controller. the The use of two-point regulators has the disadvantage that they are poor in efficiency the heating system is given. Another disadvantage is that due to the Dead time of the liquid in the boiler the temperature difference for the upper and the lower limit value of the two-position controller must be chosen quite large, so that strong Temperature fluctuations on the radiators or in the domestic water cannot be avoided was.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine stetige Regelung des Heizkessels möglich ist. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß auch bei starker Abweichung von der Solltemperatur ein Überschwingen des Reglers nicht eintritt. Die Vorrichtung hat den Vorteil, daß die Heizungsanlage dadurch einen guten Wirkungsgrad aufweist und Temperaturdifferenzen nicht auftreten.Advantages of the invention The device according to the invention with the characterizing Features of the main claim, on the other hand, has the Advantage that a constant control of the boiler is possible. Another advantage is that that the controller will overshoot even if the temperature deviates significantly does not occur. The device has the advantage that the heating system thereby has a good efficiency and temperature differences do not occur.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im llauptannpralch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist es, den PI-Regler unsymmetrisch auszubilden. Dadurch wird erreicht, daß beim Hochregeln und beim Rückregeln unterschiedliche Zeitkonstanten wählbar sind, so daß der PI-Regler besonders gut an die Regelstrecke anpaßbar ist. Es ist auch günstig, für den I-Anteil des PI-Reglers beim Hochregeln eine kleine, beim Zurückregeln jedoch eine große Zeitkonstante zu wählen. Bei Heizungsregelungen mit einer langen Totzeit der Temperatur im Kessel hat dies den Vorteil, daß schnell die Solltemperatur erreicht wird, und eine Schwingneigung des Reglers bedämpft wird.The measures listed in the subclaims are advantageous Further developments and improvements of the device specified in the main announcement possible. It is particularly advantageous to design the PI controller asymmetrically. What is achieved thereby is that different values are used for upward regulation and for downward regulation Time constants are selectable, so that the PI controller is particularly good at the controlled system is customizable. It is also beneficial for the I component of the PI controller when regulating up to choose a small time constant, but a large one when adjusting backwards. With heating controls with a long dead time of the temperature in the boiler, this has the advantage of being quick the setpoint temperature is reached and any tendency of the controller to oscillate is dampened.

Weiterhin ist es günstig, den Komparator kurz vor Erreichen des Temperatursollwertes zu schalten. Dadurch wird erreicht, daß der Regelvorgang des PI-Reglers nur um den Sollwert herum stattfindet. Überschwinger werden dadurch gering gehalten. Weiterhin ist es günstig, die Ausgangsspannung des Komparators einstellbar zu machen.It is also beneficial to use the comparator shortly before the temperature setpoint is reached to switch. This ensures that the control process of the PI controller only by the Setpoint takes place around. This keeps overshoots to a minimum. Farther it is beneficial to make the output voltage of the comparator adjustable.

Dadurch kann der Übergang zwischen ungeregeltem und geregeltem Aufheizen bestimmt werden und den Erfordernissen angepaßt werden. Vorteilhaft ist- es, die Zeitkonstante des I-Anteils des PI-Reglers einstellbar DU gestalten. Es ermöglicht eine OptiBierung des Reglers in Abhängigkeit von der Größe der Heizungsanlage. Um Rückkopplungen zwischen dem PI-Regler und dem Komparator zu vermeiden, ist es vorteilhaft, Sperrdioden vorzusehen, die an den Eingang und den Ausgang des PI-Reglers geführt sind und die Wirkung des PI-Reglers bei eingeschaltetem Komparator verbinden. Zur Störunterdrückung ist es vorteilhaft, am Eingang des PI-Reglers und/oder des Komparators Bedämpfungsglieder zur Störspannungsunterdrückung vorzuschalten. Außerdem ist es vorteilhaft, den Schaltpunkt des Komparators in Abhängigkeit vom eingeschalteten Sollwert veränderbar zu gestalten, so daß bei einer Änderung des Temperatursollwertes der Ausschaltzeitpunkt des Komparators angepaßt wird.This enables the transition between unregulated and regulated heating can be determined and adapted to the requirements. It is advantageous that Time constant of the I component of the PI controller adjustable DU design. It enables the controller to be optimized depending on the size of the heating system. To avoid feedback between the PI controller and the comparator, it is advantageous to provide blocking diodes connected to the input and output of the PI controller and combine the action of the PI controller when the comparator is switched on. To suppress interference, it is advantageous to use the input of the PI controller and / or the Upstream comparator attenuators for interference voltage suppression. aside from that it is advantageous to set the switching point of the comparator as a function of the switched on Make the setpoint changeable so that when the temperature setpoint changes the switch-off time of the comparator is adapted.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Regelsystem nach der Erfindung, Fig. 2 eine Regelvorrichtung nach der Erfindung und Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Einregelvorgangs.Drawing An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. It shows Fig. 1 shows a control system according to the invention, FIG. 2 shows a control device according to the invention and FIG. 3 is a diagram for explaining the adjustment process.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Die Fig. 1 zeigt einen Heizkessel 1, der zur Warmwasserbereitung für Heizungsanlagen oder für Brauchwasser dient. Unter dem Heizkessel 1 sind Gasbrenner 2 angeordnet, die das Wasser im Heizkessel 1 erhitzen. Im Heizkessel 1 befindet sich ebenfalls ein Temperaturfühler 3. Der Temperatur fühler 3 steht über Leitungen mit dem Regler 4 in Verbindung, dessen Ausgang ein Steuerventil 5 betätigt. Das Steuerventil 5 ist in die Gaszuführungsleitung für den Brenner 2 geschaltet.Description of the exemplary embodiment FIG. 1 shows a heating boiler 1, which is used for hot water preparation for heating systems or for service water. Under the boiler 1 gas burners 2 are arranged, which the water in the boiler 1 heat. There is also a temperature sensor 3 in boiler 1 Temperature sensor 3 is connected via lines to the controller 4, whose Exit one Control valve 5 actuated. The control valve 5 is in the Gas supply line for burner 2 switched.

Der Regler 4 ist im Detail in Fig. 2 dargestellt.The controller 4 is shown in detail in FIG.

Leistungsendstufen, die eventuell zur Betätigung des Steuerventils 5 nötig sind, sind in der Fig. nicht dargestellt. An die positive Versorgungsspannungsleitung 6 ist ein Potentiometer 7 angeschlossen, das zur Einstellung des Sollwerts dient. Das Potentiometer 7 steht über einen Widerstand 8 mit der Masseleitung in Verbindung. Weiterhin ist an das- Potentiometer ein Widerstand 9 angeschlossen, der seinerseits zum invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 13 führt. An die Versorgungsspannungsleitung 6 ist'des weiteren ein Widerstand 10 angeschlossen, an dessen anderen Ende der im Heizkessel 1 angebrachte temperaturabhängige Widerstand 3 angeschlossen ist, der andererseits mit der Masse in Verbindung steht. Am Verbindungspunkt der Widerstände 3 und 10 führt ein Widerstand 11 zum nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 13.Power output stages that may be used to operate the control valve 5 are necessary, are not shown in the figure. To the positive supply voltage line 6, a potentiometer 7 is connected, which is used to adjust the setpoint. The potentiometer 7 is connected to the ground line via a resistor 8. Furthermore, a resistor 9 is connected to the potentiometer, which in turn leads to the inverting input of the differential amplifier 13. To the supply voltage line 6 is also connected a resistor 10, at the other end of which the im Boiler 1 attached temperature-dependent resistor 3 is connected to the on the other hand is connected to the mass. At the connection point of the resistors 3 and 10, a resistor 11 leads to the non-inverting input of the differential amplifier 13th

Die beiden Eingänge des Differenzverstärkers 13 sind des weiteren mit einem Kondensator 12 überbrückt.The two inputs of the differential amplifier 13 are also bridged with a capacitor 12.

Zwischen den Widerständen 7 und 8 ist ein weiterer Widerstand 16 angeschlossen, der zum invertierenden Eingang eines als Komparator geschalteten Differenzverstärkers 19 führt. An den nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 19 ist ein Widerstand 17 angeschlossen, der mit den Widerständen 3 und 10 verbunden ist.-Weiterhin führt vom nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 19 ein Widerstand 20 zum Ausgang des Differenzverstärkers 19. Zwischen den Eingängen des Differenzverstärkers 19 ist ein Kondensator 18 geschaltet. Ein veränderbarer Widerstand 15, der zum Einstellen des Schaltpunktes des Komparators 19 dient, ist einerseits an die positive-Versorgungsspannungsleitung 6, andererseits an den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 19 angeschlossen.Another resistor 16 is connected between the resistors 7 and 8, to the inverting input of a differential amplifier connected as a comparator 19 leads. At the non-inverting input of the differential amplifier 19 is a Resistor 17 connected, which is connected to resistors 3 and 10.-Furthermore leads from the non-inverting input of the differential amplifier 19, a resistor 20 to the output of the differential amplifier 19. Between the inputs of the differential amplifier 19, a capacitor 18 is connected. A variable resistor 15, the is used to set the switching point of the comparator 19 is on the one hand to the positive supply voltage line 6, on the other hand to the inverting input of the differential amplifier 19 is connected.

Der Ausgang des Differenzverstärkers 19 steht über einen einstellbaren Widerstand 21 und eine Diode 22 mit dem Ausgang des Reglers 4 in Verbindung. Eine weitere Diode 23 führt vom Ausgang des Differenzverstärkers 19 zum invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 13. Der Ausgang des Differenzverstärkers 13 steht über einen Widerstand 14 mit dem Ausgang des Reglers 4 in Verbindung. Weiterhin ist mit dem Ausgang 29 ein einstellbarer Widerstand 24 verbunden, der einerseits über einen Widerstand 25 mit. dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 13 verbunden ist, andererseits zu einem Widerstand 26 und einer Diode 28 führt. Der Widerstand 26 und die Diode 28 sind parallel geschaltet und an dem anderen Ende ist ein Kondensator 27 angeschiossen, der seinerseits wiederum mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 13 verbunden ist. Der Differenzverstärker 13 ist als PI-Regler geschaltet, wobei der P-Anteil im wesentlichen durch den Widerstand 25 und der I-Anteil im wesentlichen durch die Widerstände 24 und 27 bestimmt sind. Die Diode 28 überbrückt den Widerstand 26 beim Hochregeln des PI-Reglers, so daß der I-Anteil eine kleinere Zeitkonstante aufweist.The output of the differential amplifier 19 is adjustable Resistor 21 and a diode 22 with the output of the controller 4 in connection. One another diode 23 leads from the output of the differential amplifier 19 to the inverting one Input of differential amplifier 13. The output of differential amplifier 13 is on Via a resistor 14 with the output of the controller 4 in connection. Farther an adjustable resistor 24 is connected to the output 29, on the one hand via a resistor 25 with. the inverting input of the operational amplifier 13 is connected, on the other hand leads to a resistor 26 and a diode 28. Resistor 26 and diode 28 are connected in parallel and at the other end a capacitor 27 is connected, which in turn is connected to the inverting Input of the operational amplifier 13 is connected. The differential amplifier 13 is connected as a PI controller, the P component being essentially due to the resistance 25 and the I component are essentially determined by the resistors 24 and 27. The diode 28 bridges the resistor 26 when the PI controller is increased, so that the I component has a smaller time constant.

Die Wirkungsweise des Reglers sei anhand der Fig. 3 erläutert. Ist der Heizkessel kalt und soll aufgeheizt werden, so weicht der mit dem Potentiometer 7 eingestellte Sollwert sehr stark von dem Istwert ab, der durch den temperaturabhängigen Widerstand 3 gemessen wird. Dies bedeutet, daß der Komparator 19 durchgeschaltet ist, und an seinem Ausgang eine Spannung nahe der Versorgungsspannung anliegt. Diese gelangt über den Widerstand 21 und die Diode 22 an den Ausgang 29 des Reglers 4 und betätigt das Steuerventil 5. Gleichzeitig wird dieses Signal über die Diode 23 an den invertierenden Eingang des Differdnzverstärkers 13 gelegt, so daß der PI-Regler gesperrt ist. Durch die Zuführung einer weiteren Gleichspannung über den einstellbaren Widerstand 15 an den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 19 wird erreicht, daß der Operationsverstärker umschaltet, bevor die Spannung am temperaturabhängigen Widerstand 3 die Spannung erreicht hat, die durch das Potentiometer 7 eingestellt wird. Dies ist in der Fig. 3 bei der Temperatur T1 der Fall. Erst ab diesem Zeitpunkt wird die Regelung des Heizkessels durch den PI-Regler übernommen. Dadurch wird die hohe Überschwingneigung des PI-Reglers unterdrückt, die durch die lange Totzeit des Heizkessels, der die Regelstrecke bildet, bedingt ist.The mode of operation of the controller will be explained with reference to FIG. 3. is the boiler is cold and needs to be heated up, the one with the potentiometer gives way 7 setpoint value depends very much on the actual value, which is determined by the temperature-dependent Resistance 3 is measured. This means that the comparator 19 switched through and a voltage close to the supply voltage is present at its output. These reaches output 29 of controller 4 via resistor 21 and diode 22 and actuates the control valve 5. At the same time, this signal is transmitted via the diode 23 applied to the inverting input of the differential amplifier 13, so that the PI controller is blocked. By supplying another DC voltage via the adjustable resistor 15 to the inverting input of the differential amplifier 19 it is achieved that the operational amplifier switches before the voltage on temperature-dependent resistor 3 has reached the voltage indicated by the potentiometer 7 is set. This is the case in FIG. 3 at temperature T1. First From this point on, the boiler is controlled by the PI controller. This suppresses the high tendency of the PI controller to overshoot, which is caused by the long dead time of the boiler, which forms the controlled system, is caused.

Die Schalttemperatur T1 liegt unterhalb der Solltemperatur T2 des PI-Reglers. Die Differenz zwischen beiden Temperaturen ist im wesentlichen durch die Heizanlage bestimmt und muß empirisch ermittelt werden.The switching temperature T1 is below the target temperature T2 of the PI controller. The difference between the two temperatures is essentially through determines the heating system and must be determined empirically.

Mit dem einstellbaren Widerstand 21 wird die Spannung eingestellt, die beim Einschalten des PI-Reglers 13 am Ausgang 29 des Reglers 4 anliegen soll. Die im Kondensator 27 gespeicherte Energie, die sich aus der Spannungsdifferenz am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 13 und am Ausgang 29 zusammensetzt, bestimmen den Ausgangswert des PI-Reglers. Der PI-Regler beginnt nun mit reduzierter Spannung ab der Temperatur T 1 innerhalb seines Arbeitsbereiches zu regeln. Dieses Regelverhalten iot iln w<. itren in der Itig 3 allJgít,lagen. Ein Uberschwingen der überwachten Temperatur über den Sollwert T2 hinaus ist nicht möglich. Durch den einstellbaren Widerstand 24 ist der Regler der Heizanlage anpaßbar. Durch die Diode 28 wird bewirkt, daß der Widerstand beim Hochregeln des PI-Reglers kurzgeschlossen ist, so daß schnell der eingestellte Sollwert T2 erreicht wird, während beim Zurückregeln eine höhere Zeitkonstante durch das Einschalten des Widerstandes 26 bedingt ist. Durch eine geeignete Abstimmung des einstellbaren Widerstandes 24 wird erreicht, daß die Übergangsfunktion zwischen eingeschaltetem und ausgeschaltetem PI-Regler nahtlos erfolgt und Sprünge nicht feststellbar sind. Die Kondensatoren 12 und 18 bilden mit den Widerständen 9 und 11 bzw. 16 und 17 Eingangsbedämpfungsglieder für die Differenzverstarker 13 und 19, um Störspannungen an den Eingängen zu unterdrücken. In einem praktischen Ausführungsbeispiel hat es sich als vorteilhaft erwiesen, bei einer Solltemperatur T2 von 87 OC eine Schalttemperatur T1 von 77 OC zu wählen.With the adjustable resistor 21, the voltage is set, which should be present at the output 29 of the controller 4 when the PI controller 13 is switched on. The energy stored in the capacitor 27, which results from the voltage difference composed at the inverting input of the differential amplifier 13 and at the output 29, determine the output value of the PI controller. The PI controller now starts with reduced To regulate voltage from temperature T 1 within its working range. This Control behavior iot iln w <. itren in the Itig 3 allJgít. An overshoot the monitored temperature beyond the setpoint T2 is not possible. By the adjustable Resistor 24 is the controller of the heating system customizable. The diode 28 causes the resistance when increasing the PI controller is short-circuited, so that the setpoint value T2 is reached quickly becomes, while with back regulation a higher time constant by switching on of the resistor 26 is conditional. By suitably coordinating the adjustable Resistor 24 is achieved that the transition function between switched and switched off PI controller takes place seamlessly and jumps cannot be detected. The capacitors 12 and 18 form with the resistors 9 and 11 and 16 and 17, respectively Input attenuators for the differential amplifiers 13 and 19 to noise voltages to suppress at the inputs. In a practical embodiment it has has proven to be advantageous, at a setpoint temperature T2 of 87 OC, a switching temperature Choose T1 from 77 OC.

Claims

Claims device for regulating the temperature of a heating boiler with a temperature sensor, a regulating device and a control device for Change in heating power, characterized in that the control device (4) is designed as a PI controller (13) to which a comparator (19) is connected in parallel that bypasses the PI controller (13) during the heating-up phase.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the PI controller (13) is asymmetrical.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the I component of the PI controller (13) a small time constant when regulating up and a large time constant when regulating back having.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the comparator (19) switches off shortly before the temperature setpoint (T2) is reached.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the output voltage of the comparator (19) is adjustable.

6. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the time constant of the I component of the PI controller (13) can be set.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that that blocking diodes (22, 23) are provided which are connected to the input and output of the PI controller (13) are performed and prevent its effect when the comparator (19) is switched off.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that that at the input of the PI controller (13) and / or the comparator (19) damping elements (12, 9, 11; 18, 16, 17) are connected to suppress interference voltage.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that that the switching point of the comparator (19) as a function of the target value setting is changeable.