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Verfahren zum Regeln von Kesselanlagen für flüssige
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und/oder gasförmige Brennstoffe mit mindestens einem Brenner und Anlage
zur Ausführung des Verfahrens Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Regeln von Kesselanlagen für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe mit mindestens
einem Brenner, wobei man mindestens eine SOLL-Ausgangstemperatur mittels einer Führungsgrösse
vorgibt und damit mindestens eine der IST-Ausgangstemperatur entsprechende Regelgrösse
vergleicht zur Bildung einer Regeldifferenz, diese über der Zeit integriert zur
Ansteuerung des Brenners als Steller sowie eine Anlage zur Ausführung des Verfahrens.
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Aus der DE-OS 31 09 670 ist ein Verfahren eingangs genannter Art bekannt
geworden, bei welchem eine Regeldifferenz aus Führungsgrösse und IST-Temperatur
zur Ansteuerung eines Motors als Stellglied verwendet wird, der ausgangsseitig in
Abhängigkeit des durchlaufenen Drehweges sequentiell Brennerstufen einer Kesselanlage
ansteuert. Das dort beschriebene Verfahren zeigt folgende Nachteile auf: - Zum Einsatz
derselben Regelanordnung für unterschiedliche Kesselanlagen mit unterschiedlich
vielen Kesseln und je Kessel unterschiedlich vielen Brennerstufen ist eine grosse
Umstellarbeit erforderlich, insbesondere um die Ansteuerkontakte mit Bezug auf den
Drehweg des stellenden Motors zu montieren und zu positionieren.
Vorsehen
von Schalthysteresen, andern Aufschalt- als Abschaltsequenzen, ist sehr aufwendig.
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- Erfolgt ein Stromausfall, so bleibt die Anordnung in -ihrer Momentanposition
stehen. Für ein nachmaliges Wiederinbetriebnehmen der Anlage, die zwischenzeitlich
wesentlich unter die SOLL-Temperatur abgekühlt worden ist, muss über den Motor erst
aus der vormaligen Momentanposition in diejenige Position gelaufen werden, die ein
optimal rasches Wiederaufheizen ermöglicht. Bedingt durch die Langsamkeit des als
Integrator verwendeten mechanisch/elektrischen Wandlers, d.h. des Wandlers von der
mechanischen Drehbewegung des Motors in elektrische Steuersignale,geht dadurch einige
Zeit verloren. Diese System-Trägheit ist insbesondere dann auch nachteilig, wenn
bei rascher und grosser Abnahme der Anlagen-Last, schnell die Anzahl aktivierter
Brennerstufen reduziert werden sollte, um ein Ueberhitzen der Anlage zu verhindern.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt die obgenannten Nachteile zu beheben
und ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, mit grosser Flexibilität an den
unterschiedlichsten Kesselanlagen eingesetzt zu werden, und das zudem regelungstechnisch
wesentlich schneller reagiert. Dies wird dadurch erreicht, dass man mindestens die
Integration digital vornimmt und den Brenner mittels eines digitalen Signals ansteuert.
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Eine Anlage zur Ausführung des Verfahrens mit mindestens einer SOLL-Wert-Vorgabeeinheit,
mindestens einer IST-Temperatur-Messeinrichtung, wobei der Ausgang der Vorgabeeinheit
und derjenige der Messeinrichtung auf eine Vergleichseinheit geführt sind, zeichnet
sich
dadurch aus, dass der Ausgang der Vergleichseinheit auf eine
digitale Integrations-Einheit geführt ist.
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Durch die digitale Verarbeitung der Regeldifferenz ergibt sich grundsätzlich
eine hohe Anwendungsflexibilität, indem die digitalen Signale mit Hilfe herkömmlicher
logischer Aufbauten zur Steuerung auf einfache Art und Weise miteinander verknüpft
werden können, womit Schalthysteresen und bevorzugte Schaltsequenzen ohne grossen
Aufwand eingestellt und verändert werden können.
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Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren
erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Funktionsblockdiagramm einer erfindungsgemässen
Anordnung an einer Zweikesselanlage, je mit zwei Brennerstufen, Fig. 2 anhand eines
beispielsweise aufgezeichneten Verlaufes des Regeldifferenz-Integrals eine bevorzugte
Kessel- resp. Brennerstufen-Schaltsequenz.
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Gemäss Fig. 1 umfassen zwei Kessel la und lb der Anlage 1 je eine
Brenneranordnung 3a und 3bg je mit einer ersten und zweiten Brennerstufe Ia, IIa
resp.
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Ib und IIb. An einem schematisch dargestellten Vorlauf 5 wird mit
einem Temperaturfühler 7 die IST-Temperatur der Anlage < gemessen und, in ein
elektrisches
Signal U'e) gewandelt, auf eine Vergleichseinheit
9, beispielsweise einen Differenzverstärker geführt. Als Vergleichswert resp. Führungsgrösse
U() wird der Vergleichseinheit 9 von einer einstellbaren Führungsgrössen-Einheit
11, beispielsweise einer einstellbaren Gleichspannungsquelle, das der SOLL-Temperatur
Awentsprechende Führungssignal zugeführt. Die ausgangsseitig der Vergleichseinheit
9 erscheinende Regeldifferenz d wird auf einen Wandler 13 geschaltet, der das analoge
Eingangssignal d in ein impulslängenmoduliertes Ausgangssignal wandelt bei gleichbleibender
Impulsrepetitionsfrequenz (duty-cycle). Ein derartiger Wandler 13 kann beispielsweise
so realisiert werden, dass die ananloge Eingangsgrösse d auf einen analogen Integrator
geführt ist, wobei zu Beginn jeder Impulsrepetitions-Periode ein Flip-Flop gesetzt
und durch Erreichen eines bestimmten Schwellwertes am Ausgang des analogen Integrators
rückgesetzt wird. Mit Beginn jeder Periode wird der Integrator rückgesetzt. Somit
erscheinen am Ausgang des Wandlers 13 Impulse D, deren Pulslänge mit der Grösse
der Regeldifferenz d variieren. Dieses pulslängenmodulierte Signal D wird einer
Zeitfensterschaltung 15, beispielsweise einem logischen UND-Tor,zugeführt, deren
zweitem Eingang der Ausgang eines Taktgenerators 17 aufgeschaltet ist, derart, dass
nur während den durch den Inpulszug D geöffneten Zeitfenstern am Ausgang der Zeitfensterschaltung
15 die Ausgangsimpulse des Generators 17 erscheinen, womit die Impulslängen des
Zuges D ausgezählt werden. Das Ausgangssignal der Zeitfensterschaltung 15 wird dem
Takteingang CL eines Zählers 19 zugeführt. Die analoge Grösse d wird ausserdem einem
Vorzeichendetektor 21, beispielsweise in Form eines ananlogen Komparators, zugeführt,
dessen Ausgang,auf den Vorwärts-Rückwärts-
Zähleingang V/R des Zählers
19 gefürhrt, die Zählrichtung des Zählers 19 ansteuert. Die Ausgänge des Zählers
19 sind auf eine Logikeinheit 23 geführt in welcher je nach Zählstand des Zählers
19 die einzelnen Brenner stufen der Kessel la und lb auf- resp abgeschaltet werden
Der Zähler 19 kann dabei so ausgebildet sein, dass er vorabgesetzt werden kann,
wie mit dem Eingang "Preset" angedeutet.
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Bei Kesselanlagen ist es öfters so, dass sie ausgangsseitig witterungsgeführt
werden, beispielsweise indem ein Mischventil 25 in Abhängigkeit eines Raumthermostaten
26 und/oder eines Aussentemperaturfühlers 27 mittels eines Stellmotors 29 gesteuert
wird. Dies erfolgt z.B. gemäss Fig. 1 durch eine Aussentemperatur #a abhängige Einstellung
am Ventil 25, über ein Regelgerät 30 und einem Vorlauf temperaturfühler 32 Vorzugsweise
wird in einem solchen Fall das FUhrungsgrössensignal U(#w) über einen weiteren Fühler
34 abhängig von der Heizkreisvorlauftemperatur ä angesteuert, d.h. die Führungsgrösse
#w wird zur Funktion #w (#a).
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Weiter sind des öftern einander nachgeschaltete Kessel in ihrer Grösse
zunehmend und, entsprechend, die darin eingesetzten Brennerkapazitäten Erfolgt nun
beispielsweise ein Pendeln der IST-Teinperatur um die SOLL-Tempenatur, so ist es
wenig sinnvoll, einen der grösseren Folgekessel, der beispielsweise lediglich mit
seiner ersten Brennerstufe gestartet worden ist, immer wieder ein-und abzuschalten
In Ausnützung der grossen Flexibilität der Anordnung gemäss Fig 1 wird dann nicht
dieser zweite Kessel mit seiner ersten Stufe, gemäss Fig 1 Stufe Ib, ein- und ausgeschaltet,
sondern der zweite Kessel 3b bleibt in Betrieb, während die zweite Stufe IIa des
ersten, also des Führungskesseis la, den Spitzenausgleich
übernimmt.
In diesem Sinn erfolgt ein Wechsel von Führungs- und Folgekesselfunktion. Damit
ist es möglich, bei unterschiedlichen Kesselgrössen und damit unterschiedlichen
Brennerkapazitäten die Anlagen mit bezüglich Wirkungsgrad optimalen Schaltungstufen
anzusteuern.
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In Fig. 2 ist beispielsweise der zeitliche Verlauf des Regelgrössen-Integrals
Jd<dt) dargestellt.- Bei Anfahren der Anlage werden gemäss Fig. 1 sukzessive,
entsprechend den zugeordneten Zählständern am Zähler 19, durch die Logikeinheit
21, beispielsweise beim Zählstand Z1 die Brennerstufe In, beim Zählstand Z2 die
Brennerstufe IIa, beim Zählstand Z3 die Stufe Ib des grösseren Kessels Ib, in Betrieb
genommen. Beim Unterschreiten des Zählstandes Z3, bei welchem vormalig die erste
Stufe Ib des Kessels lb in Betrieb genommen worden ist, wird nun, spitzenwertausgleichend,
die kleinere Stufe IIa des Führungskessels la abgeschaltet, beim allfälligen Wiederüberschreiten
des Zählstandes Z3 wieder in Betrieb genommen etc.
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Die beschriebene Anordnung weist zudem mit Bezug auf den Stand der
Technik, bedingt durch die rasche Reaktion der aus der Pulslängenmodulationseinheit
13, Generator 17, Zeitfensterschaltung 15 und Zähler 19, gebildeten Integrationseinheit
den Vorteil auf, dass die Stellgrösse für die einzelnen Brennerstufen rasch geändert
werden kann. Sinkt beispielsweise die ausgangsseitige Last der Anlage rasch ab,
so dass eine weitere Energiezufuhr über die Brenner sofort gestoppt werden sollte,
so ist dies mit der vorgeschlagenen Anlage ohne weiteres möglich, indem z.B. die
eingestellte Temperatur Za an einem Zimmerthermostaten detektiert wird, die Führungsgrösse
U(i ) rasch ge-
senkt wird und in kürzester Zeit die Brennerstufen
abgeschaltet werden. Beim Vorsehen eines mechanisch/ elektrischen Wandlers benötigt
das Abschalten wegen des zu durchlaufenden mechanischen Weges eine relativ lange
Zeit, in welcher die Anlage sehr wohl überhitzt werden kann. Mit Vorsehen der digitalen
Ansteuerung können auf einfache Art und Weise, z.B.
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durch Auswechseln eines der Logikeinheit 23 entsprechenden Moduls,
unterschiedliche Schaltsequenzen, Hysteresen etc. für unterschiedliche Anlagen eingestellt
werden.
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