DE3490205C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prozeßzonenreglervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine solche Vorrichtung dient insbesondere zur Regelung des Betriebs von Heiz-, Belüftungs-, Luftbefeuchtungs- und Klimaanlagen (HVAC-Anlagen) für die Umweltkonditionierung.

Rechnergestützte Steuer- oder Regelsysteme werden verbreitet angewandt für die Steuerung oder Regelung einer Vielfalt von Prozessen, beispielsweise solchen in der petrochemischen Industrie, in der Stromerzeugungs- und Stahlerzeugungsindustrie. Typischerweise umfaßt jeder derartige Prozeß eine Anzahl von Prozeßuntersystemen oder -zonen, die jeweils bestimmte eigene Steuer- oder Regelanorderungen besitzen können und die durch ein für die einwandfreie Funktion der bestimmten Zone ausschließlich zugewiesenes Gerät gesteuert oder geregelt werden können. Solche Regler sind üblicherweise mit einem höherentwickelten Haupt-Regler in einer zweiten oder höheren hierarchischen Stufe innerhalb des gesamten Regelsystems verbunden und an die Regler der ersten Stufe mittels einer Übertragungs(sammel)schiene angekoppelt. Für Prozesse, bei denen eine vergleichsweise kleine Zahl von Parametern gemessen und geregelt werden sollen, ist es wünschenswert, einen Zonenregler zu verwenden, der so ausgebildet und angeordnet ist, daß er eine weniger hochentwickelte und daher weniger aufwendige Vorrichtung bildet, die sorgfältig auf die Parameter (Einflußgrößen) der zu regelnden Zone abgestimmt ist.

Eine andere Prozeßart, die eine Zonenregelung erfordern oder die an die Regelung nach Zonen angepaßt sein kann, umfaßt Umwelt- oder Umgebungsprozesse bezüglich Heizung, Belüftung, Luftbefeuchtung und Klimatisierung. Hochentwickelte und vergleichsweise kostenaufwendige hierarchische Systeme sind bekannt und befinden sich ver­ breitet im Einsatz für die Regelung der oben genannten HVAC-Systeme an Orten, wie großen Bürogebäuden, Universitäten, Industriekomplexen und dgl. Derartige Systeme enthalten üblicherweise einen Haupt- Regelrechner, der eine Anzahl von Unter- oder Nebenreglern angeschlossen ist, die ihrerseits über ein Gebäude verteilt sind und begrenztere rechnergestützte Funktionen auszuführen vermögen. Diese Nebenregler sind wiederum typischerweise mit einer Anzahl einzelner Module oder Bausteine und Lastvorrichtungen zur Regelung der genannten HVAC-Anlage verbunden. Obgleich diese Systeme in diesen Einbaubereichen eine höchst zufriedenstellende Leistung gewährleisten, machen sie ihre Komplexität und der davon herrührende Kostenaufwand ungeeignet für die Verwendung in kleineren HVAC-Prozessen oder -Anlagen, wie sie in Großmärkten, kleineren Warenhäusern, Bürogebäuden und dgl. anzutreffen sind. Bei Bauwerken der zuletzt genannten Art enthält die HVAC- Anlage (d. h. Heiz-, Belüftungs-, Luftbefeuchtungs- und Klimaanlage) typischerweise nur einen einzigen Satz von miteinander in Wechselbeziehung stehenden, als Luftführungseinheit bezeichneten Leitungen, die an eine Zone oder einen Raum angeschlossen sind, deren bzw. dessen Temperatur- und/oder Luftfeuchtigkeitsbedingungen zu regeln sind. Obgleich derartige Räume meist für den Aufenthalt von Menschen gedacht sind, können sie auch für die Lagerung von Nahrungsmitteln und anderen Gütern, die genau geregelte Umgebungsbedingungen erfordern, benutzt werden.

Die die Luftführungseinheit bildenden Leitungen besitzen eine Auslegung und Anordnung zum Ansaugen von Außenluft in den Raum, zum Abführen von Luft aus dem Raum zur Außenumgebung und zum geregelten Vermischen von Ansaug- und Rückführluft. Derartige Luftführungseinheiten sind mit einstellbaren Schiebern oder Klappen zur Einstellung des Luftstroms versehen und enthalten Wärmeableit- oder -absorbierschlangen aus Rohren, die in den Luftstrom in der Leitung eingesetzt sind. Diese Schlangen können in zwei Sätzen angeordnet sein, von denen je einer zur Führung von erwärmtem oder gekühltem Wasser oder Kühlmittel dient, um damit die Leitungs-Lufttemperatur erhöhen oder erniedrigen zu können. Für die Regelung des Wasserstroms sind Ventile vorgesehen. Diese Schieber oder Klappen und Ventile können durch Lastvorrichtungen, wie angeschlossene motorgetriebene Drehstelltriebe, regelbar positioniert werden.

Wahlweise kann eine Wasser-Heizschlange durch eine Gruppe von elektrisch gespeisten Heizstreifen ersetzt werden, die zur Lufterwärmung in einer oder mehreren Stufen an Spannung gelegt werden können. Diese Heizstreifen können durch eine Lastvorrichtung, wie einen Arbeitsfolgeregler, nach Maßgabe von dieser zugeführten Befehlssignalen aktiviert werden. Die Ansteuerung dieser Lastvorrichtungen, d. h. z. B. Stelltriebe und Arbeitsfolgeregler, kann in diskreten Stufen oder stufenlos erfolgen.

Bei Anlagen dieser Art können Energieeinsparungen durch Einbeziehung von Sparfunktionen in das Regelschema realisiert werden. Für Außen-Lufttemperaturen und -feuchtigkeiten, die innerhalb eines vorgegebenen Bereichs von Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswerten liegen, kann die der Außenluft eigene Kühlwirkung zur Gewährleistung einer zweckmäßigen Klimatisierung des Raums unter Vermeidung des Aufwands zusätzlicher Energie für diese Funktion herangezogen werden.

Eine Art eines mikrorechnergestützten Zonenreglers enthält eine kleine Zahl von Widerstandselementen, deren Ausgangssignale vom Regler zum Wählen gewünschter Sollwerte bestimmter Prozeßparameter oder zur Messung von Temperatur- und relativen Luftfeuchtigkeitswerten benutzt werden. Solche Regler sind um eine zentralisierte Intelligenzeinheit herum angeordnet, d. h. die Datenverwaltung und die Rechenalgorithmen sind ausschließlich oder exklusiv im Regler-Mikrorechner oder -Mikroprozessor und den zugeordneten Speicherfunktionen verkörpert. Die mit dem Regler zu verbindenden und durch ihn zu betätigenden Lastvorrichtungen enthalten keine Einrichtungen für Vorrichtungsprogrammierung, Speicherfunktionen oder Datenüber­ mittlungs-Verbindung mit dem Regler. Ein solcher Regler enthält einen oder mehrere Multiplexer zur sequentiellen Übertragung von Meß- und Sollwertparametern zu einem Mikrorechner zwecks Verarbeitung durch diesen. Die so verarbeiteten Signale werden invertiert und dazu benutzt, selektiv eines oder mehrere einer Anzahl von Regler-montierten elektromagnetischen Relais für die Betätigung der abgestuften Heizung, Kühlung oder einer Kombination davon zu erregen. Andere Signale, z. B. von einem Heizung/Kühlung-Umschalter, werden invertiert, zu einem Komparatornetz geleitet und zur Stellungs- oder Lagensteuerung eines Drehstelltriebs oder -betätigungsglieds für den Antrieb von Außenluftklappen benutzt. Ein Potentiometer dient zur Wahl derjenigen Stelltrieb-Stellung, welche den für Belüftung erforderlichen Mindestluftstrom liefert. Bei einem solchen Regler kann jede Heiz- und/oder Kühlstufe über ein Leitungspaar mit einem vorbestimmten Satz von Relais- Ausgangskontakten gekoppelt sein, wobei sowohl die Kontakte als auch das zugeordnete Leitungspaar ausschließlich der Aufgabe der Steuerung oder Einstellung der jeweils angeschlossenen Stufe zugewiesen sind. Eine Sparregelung nach einem als Differential-Enthalpie bekannten Verfahren kann lediglich durch An­ schluß eines getrennten Enthalpie-Regelmoduls an den Regler durchgeführt werden. Ein Beispiel für einen solchen Zonenregler ist in der US-PS 43 47 712 dargestellt und beschrieben.

Obgleich derartige Zonenregler bisher zufriedenstellende Einrichtungen für die Steuerung oder Regelung der genannten HVAC-Anlage darstellten, sind sie mit bestimmten Mängeln behaftet. Insbesondere benötigt jeder Regler-Relaiskontakt ein ausschließlich zugewiesenes, zwischen ihn und die zugeordnete Heiz- oder Kühlstufe eingeschaltetes Leitungspaar. Die Analog-Ausgangsklemmen zur Ansteuerung des Sparreglermotors benötigten ebenfalls zwei ausschließlich zugeordnete, an sie angeschlossene Leitungen. Da der Abstand zwischen dem Regler und dem Sparreglermotor oder den Heiz- und Kühlstufen beträchtlich sein kann, können die Kosten für den Einbau dieser Verdrahtung, insgesamt acht Leiter oder mehr, ziemlich erheblich sein. Zusätzlich kann der Regler-Mikrorechner, der eine vorbestimmte Zahl von Eingangs/Ausgangs- oder Eingabe/Ausgabeanschlüssen aufweist, durch die Zahl dieser Anschlüsse auf eine Höchstzahl und die Art der an den Regler angeschlossenen Lastvorrichtungen eingeschränkt sein. Wenn daher ein Prozeßregelfall eine andere Ausgangskonfiguration als die erfordert, die anhand der vorbestimmten Zahl von Relais-Ausgangskontakten und Analog-Ausgangsklemmen verfügbar ist, ist es erforderlich, den Regler und seine eingebaute Hardware bzw. Geräteausrüstung zu modifizieren, um den Regler an einen solchen Anwendungsfall anzupassen. Es ist aber schwierig oder unmöglich, einen Regler dieser Art an ein System anzupassen, bei dem die Gesamtzahl der Heiz- und Kühlstufen die vergleichsweise begrenzte Anzahl von im Regler vorgesehenen elektromagnetischen Ausgangsrelais übersteigt. Ein anderer Nachteil eines solchen Reglers besteht darin, daß die Luftführungseinheiten der genannten HVAC-Systeme von Fall zu Fall erforderliche unterschiedliche Zahlen von Heiz-, Befeuchtungs- und/oder Kühlstufen aufweisen. Dennoch kann es vom Komfort- und Energieeinsparungs-Standpunkt höchst wünschenswert sein, eine progressive Aktivierung oder Deaktivierung der Heiz- und Kühlstufen in gleichmäßig verteilten Inkrementen über die Breite - auf Temperatur-Grade be­ zogen - der Heiz- oder Kühlproportionalbereiche stattfinden zu lassen, unabhängig von der Breite dieser Bereiche oder der Zahl der Heiz- oder Kühlstufen. Bekannte Zonenregler sind etwas unflexibel und daher nicht ohne weiteres an solche Betriebsbedingungen anpaßbar.

Noch ein anderer Nachteil eines Reglers dieser Art, der ein System zentraler Intelligenz benutzt, besteht darin, daß keine Einrichtungen vorhanden sind, mit deren Hilfe der Regler selektiv wählen oder anderweitig mit den angeschlossenen Lastvorrichtungen in Verbindung treten könnte. Der Regler ist daher nicht in der Lage, mittels digital kodierter Signale die genaue Art der angeschlossenen Lastvorrichtung zu identifizieren oder von den Lastvorrichtungen Signale abzufragen oder zu empfangen, welche deren jeweilige Position oder den jeweiligen Status angeben.

In der EP-A1-00 50 978 ist eine Reglervorrichtung beschrieben, bei der einzelne Wärmesteuereinheiten und einzelne Temperaturfühler mit einer Hauptsteuereinheit verbunden sind. Die Hauptsteuereinheit speist Abfrageimpulse zu den einzelnen Temperaturfühlern, und ein Vergleicher vergleicht die auf die Abfrageimpulse erhaltenen Werte mit einem vorbestimmten Wertebereich. Liegt der gemessene Wert außerhalb des vorbestimmten Bereiches, so liefert die Hauptsteuereinheit an die betreffende Wärmesteuereinrichtung ein Be­ triebssignal.

Weiterhin ist in der US-PS 42 83 921 eine Reglervorrichtung beschrieben, die - ähnlich wie die Vorrichtung gemäß der EP-A1-00 50 978 - über einen Temperaturfühler verfügt, der ein Istwert-Signal über einen Analog/Digital-Wandler und Multiplexer an einen Mikrocomputer abgibt. Über die Multiplexer werden dem Mikrocomputer auch Bezugswerte von Wählern eingegeben. Der Mikrocomputer vergleicht die Ist­ wert-Temperatur vom Temperaturfühler mit bestimmten Grenzwerten und steuert abhängig von den aus dem Vergleich gewonnenen Werten Stellglieder und/oder Alarmgeber an.

Schließlich ist aus der EP-A1-00 66 532 ein elektronisches Regelgerät bekannt, bei dem verschiedene Slave-Mikroprozessorbausteine mit Master-Mikroprozessorbausteinen kommunizieren können, bei dem also niedrigere und höhere Hierarchien miteinander verknüpft sind.

Es ist Aufgabe der vor­ liegenden Erfindung, eine Prozeßzonenreglervorrichtung zu schaffen, die flexibel aufgebaut ist und ohne großen Aufwand an die verschiedensten Verwendungszwecke angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Prozeßzonenreglervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung schafft eine Prozeßzonenreglervorrichtung, die eine Recheneinheit bzw. einen Mikrorechner verwendet und mikrorechnergestützte Lastvorrichtungen, wie Stelltriebe und Arbeitsfolgeregler, zur Bildung eines Systems mit verteilter Intelligenz anzusteuern, mit jeder beliebigen oder allen von mehreren solchen Lastvorrichtungen mittels einer einzigen dazwischen geschalteten zweiadrigen Übertragungssammelschiene in Verbindung zu treten, mit solchen Last­ vorrichtungen über zwei Mikrorechner-Digitalsignal- Ein/Ausgabestellen in Verbindung zu treten bzw. zu kommunizieren und mit einer Zentralverarbeitungseinheit an einer höheren hierarchischen Stufe oder Ebene in Übertragungsverbindung zu treten vermag.

Allgemein enthält die Prozeßzonenreglervorrichtung eine erste Multiplexeinheit zur Abnahme von analogen Zustandssignalen, die von einer Anzahl passiver Signalisier- oder Meldevorrichtungen, wie Temperatur- oder Luftfeuchtigkeitsfühler oder Potentiometer, abgegeben werden, und zur Übertragung dieser Zustandssignale in Multiplexverknüpfung zu einer Recheneinheit, wie einem Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler. Der Wandler ändert diese analogen Zustands- oder auch Statussignale in digitale Datensignale und leitet diese zu einer Recheneinheit, wie einem Mikrorechner. Eine zweite Multiplexeinheit empfängt binäre Eingangssignale, die z. B. angeben können, daß ein elektrischer Kontakt offen oder geschlossen ist, und überträgt außerdem diese Signale in Multiplexverknüpfung zur Recheneinheit. Der Mikrorechner vermag algorithmische Entscheidungsfunktionen bezüglich der empfangenen Signale durchzuführen und periodisch und selektiv digitale Ausgangssignale zu einer oder mehreren einer Anzahl von digital adressierbaren, über eine zweiadrige Übertragungssammelschiene mit ihm verbundenen Lastvorrichtungen zu übertragen. Außerdem vermag der Mikrorechner periodisch digitale Eingangssignale von einer oder mehreren der Lastvorrichtungen abzunehmen.

Ein Verfahren zur Regelung eines Umwelt- oder Umgebungszustands in einer Zone umfaßt die Schritte der Erzeugung einer Anzahl von Signalen, die für den Zu­ stand oder Status einer Anzahl von Meldevorrichtungen repräsentativ sind, der Umwandlung ausgewählter Zustandssignale in Digitaldatensignale und Lieferung der Datensignale sowie nicht umgesetzter Zustandssignale zu einer Recheneinheit, wie einem Mikrorechner. Letzterer führt algorithmische Entscheidungsfunktionen bezüglich der von ihm abgenommenen Signale aus und überträgt digitale Ausgangssignale periodisch und selektiv über eine Übertragungsschiene zu einer oder mehreren einer Anzahl von spezifischen, digital adressierbaren Lastvorrichtungen. Digitale Eingangssignale werden von einer oder mehreren der Lastvorrichtungen periodisch periodisch empfangen.

In bevorzugter Ausführungsform enthält die Prozeßzonenreglervorrichtung eine Stromversorgung zur Abnahme einer Eingangsspannung von 24 V (Wechselstrom) und zur Erzeugung mehrerer Ausgangsspannungen für die Benutzung in der gesamten Vorrichtung. Die Multiplexeinheiten umfassen einen ersten Multiplexer, einen zweiten Multiplexer und einen dritten Multiplexer; der erste Multiplexer vermag analoge Spannungssignale von mehreren Regelparameter-Meßfühlern abzunehmen, beispielsweise von denen zur Messung von Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit. Der zweite Multiplexer nimmt analoge Spannungssignale ab, welche den Zustand oder die Einstellung einer ersten Gruppe von Potentiometern angeben, während der dritte Multiplexer auf ähnliche Weise analoge Spannungssignale abnimmt, die für den Zustand oder die Einstellungen einer zweiten Potentiometergruppe repräsentativ sind. Auf einen Befehl von der Recheneinheit hin übertragen erster, zweiter und dritter Multiplexer seriell analoge Status- oder Zustandssignale zu einer Wandlereinheit, die als Analog/Digital-Wandler ausgeführt ist. Die Wandlereinheit vermag die analogen Status- oder Zustandssignale in Digitaldatensignale, welche für diese Status- oder Zustandssignale repräsentativ sind, umzusetzen und die Datensignale zum Mikrorechner zu übertragen. Die Prozeßzonenreglervorrichtung enthält eine weitere Multiplexeinheit zur Abnahme einer Gruppe von binären Zustandssignalen sowie zur seriellen Übertragung dieser Signale zum Mikrorechner auf dessen Befehl hin. Eine Signalverstärker- Puffer- oder -Zwischenspeicherschaltung ist zwischen den Mikrorechner und die Übertragungsschiene der Stufe 1 eingeschaltet, welche den Regler mit einer Anzahl von mikroprozessorgestützten, geregelten oder ansteuerbaren Lastvorrichtungen verbindet.

Gegebenenfalls kann die Prozeßzonenreglervorrichtung auch eine zweite Puffer- oder Zwischenspeicherschaltung zur Verknüpfung der Vorrichtung mit einem Haupt-Regler auf einer höheren hierarchischen Stufe über eine Übertragungsschiene der Stufe 2 aufweisen. Wenn die Vorrichtung so verknüpft ist, enthält sie vorzugsweise Adressenwähleinrichtungen, über welche ein Benutzer eine von mehreren digital kodierten Adressen wählen kann, auf die hin die Vorrichtung auf einen mit ihr über die Sammelschiene der Stufe 2 gekoppelten Regler einer höheren Stufe anspricht.

Die Prozeßzonenreglervorrichtung vermag auf Anforderung kodierte Signale von einer an die Vorrichtung mittels der Sammelschiene der Stufe 1 angekoppelten Sequenz- oder Operationstafel abzunehmen, wobei diese Signale die Zahl der in der Operationstafel enthaltenen und für die Ansteuerung von Heiz- und/oder Kühlstufen verfügbaren elektromagnetischen Relais angeben. Die Vorrichtung vermag diese Stufen automatisch in vorbestimmten inkrementellen Abständen, einschließlich gleichmäßig beabstandeter Inkremente über die Heiz- oder Kühlproportionalbereiche automatisch zu aktivieren und zu deaktivieren.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte schaubildliche Darstellung einer typischen Luftführungseinheit, an die die erfindungsgemäße Vorrichtung angeschlossen sein kann,

Fig. 2 ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild, welches die über eine Übertragungssammelschiene an eine Anzahl von Lastvorrichtungen angeschlossene Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt,

Fig. 3 ein vereinfachtes Schaltbild der Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 4A und 4B gemeinsam ein elektrisches Schaltbild der ersten Multiplexeinheit und der zugeordneten Schaltung, die sämtlich einen Abschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung bilden,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung von bestimmten Spannungseingangssignalen für die erste Multiplexeinheit zu entsprechenden Spannungsausgangssignalen von dieser Einheit und

Fig. 6A und 6B zusammen ein Schaltbild der Wandlereinheit, der Recheneinheit, der zweiten Multiplexereinheit und der zugeordneten Schaltung, die sämtlich einen anderen Abschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung bilden.

In Fig. 1 ist der Zonenzustandsregler 10 in Verbindung mit einer Luftführungseinheit 11 dargestellt, die zur Regelung von Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit in einem klimatisierten Raum 13 dient, beispielsweise einem Großmarkt, einer kleinen Gruppe von Büros o. dgl. Eine typische Luftführungseinheit 11 ist aus Metallblech hergestellt und so ausgebildet, daß sie eine Anzahl von Schächten oder Leitungen 15 jeweils eines quadratischen oder rechteckigen Querschnitts bildet. Die Luftführungseinheit 11 umfaßt eine erste Leitung 17 zur Führung von Luft von der Außenumgebung zum Raum 13, eine zweite Leitung 19 zum Abführen von Luft aus dem Raum 13 zur Außenumgebung und eine Querleitung 21 für Luftmischzwecke. Die Leitung 15 enthält jalousieartige Klappen 25, die zur Regelung der sie durchströmenden Luftmenge positionierbar sind. In der ersten Leitung 17 sind zahlreiche elektrisch gespeiste Heizstreifen 27 angeordnet, die im aktivierten Zustand die in den Raum 13 ausgetragene Luft erwärmen. Außerdem enthält die erste Leitung 17 eine Kühlschlange 29 für Luftkühlzwecke. Die Menge der durch die Kühlschlange 29 strömenden Kühlluft und die Stellung der Klappen 25 können jeweils getrennt durch eine Lastvorrichtung 31 bestimmt werden, beispielsweise einen motorgetriebenen Drehstelltrieb. Die selektive Erregung oder Aktivierung der Heizstreifen 27 erfolgt durch eine andere Art einer Lastvorrichtung, nämlich eine noch zu beschreibende Sequenz- oder Operationstafel 33. Die Lastvorrichtungen 31 sind bevorzugt mikrorechnergestützt, und sie vermögen digitale Befehlssignale vom Regler 10 über eine zweiadrige Sammelschiene 35 der Stufe 1 (vgl. Fig. 2) zwischen Regler 10 und Lastvorrichtungen 31 abzunehmen. Außerdem vermögen die Lastvorrichtungen 31 über die Sammelschiene 35 bestimmte Signale zum Regler 10 zu übertragen. Ein Beispiel für eine geeignete Lastvorrichtung 31, als mikroprozessorgestützter Drehstelltrieb ausgelegt, ist in der US- Patentanmeldung Serial No. 4 69 928 beschrieben.

Ein Temperaturfühler 37 ist in der ersten Leitung 17 neben der Kühlschlange 29 angeordnet, um zum Regler 10 ein Analogsignal zu übertragen, das die Temperatur in den klimatisierten Raum 13 eingeführten Luft angibt. Im Raum 13 kann ein Sollwert-Potentiometer 39 zum Einstellen der im Raum aufrechtzuerhaltenden Temperatur angeordnet sein. Wie sich aus der folgenden Be­ schreibung noch näher ergeben wird, können dieses und andere Sollwert-Potentiometer in den Regler 10 selbst eingebaut sein, um eine unbefugte Einstellung dieser Potentiometer zu verhindern. Wahlweise können ein oder mehrere nicht dargestellte Luftfeuchtigkeitsfühler im Raum 13 vorgesehen sein, um die in ihm herrschende relative Luftfeuchtigkeit zu messen.

Gemäß Fig. 2 ist der Regler 10 an eine zweiadrige Übertragungssammelschiene 35 der Stufe 1 angeschlossen, mit welcher mehrere Lastvorrichtungen 31 verbunden sind. Neben den beschriebenen Stelltrieben und Folgereglern können diese Lastvorrichtungen 31 eine Status- oder Zustandstafel 41, ein Bedienungs- oder Operationsmodul 43 und/oder zusätzliche, nicht dargestellte Meßfühler umfassen, die unter Verwendung mikrorechnergestützter Schaltungen aufgebaut sein können; derartige "intelligente" Meßfühler wären dabei in der Lage, Digitalsignale zu erzeugen und diese in Abhängigkeit von Reglersignalen über die Sammelschiene 35 zum Regler 10 zurückzuübertragen. Es ist zu beachten, daß die verschiedenen, mit der Sammelschiene 35 der Stufe 1 verbundenen Lastvorrichtungen 31 eine beliebige Kombination der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen umfassen können. Weiterhin ist der beschriebene Regler 10 in der Lage, mit bis zu 24 solchen Lastvorrichtungen 31 in Verbindung zu treten, wobei bei Verwendung eines Umsetzers eine noch größere Zahl von Lastvorrichtungen 31 vorgesehen werden könnte.

Der Regler 10 vermag eine erste Gruppe von analogen Spannungssignalen an einer ersten Gruppe von Eingangsklemmen 43 abzunehmen, die zu Meßfühlern, wie dem Meßfühler 37, verdrahtet sind, welche diese Spannungssignale in Abhängigkeit von Temperatur oder Luftfeuchtigkeit der unmittelbar um den jeweiligen Meßfühler herum befindlichen Luft erzeugen. Weiterhin enthält der Regler 10 eine zweite Gruppe von Eingangsklemmen 45, die mit Widerstandsvorrichtungen, wie Potentiometern, verbindbar sind, so daß der Regler 10 eine zweite Gruppe von analogen Spannungssignalen abzunehmen vermag, die den Status bzw. Zustand oder die Einstellungen dieser Potentiometer angeben.

Der Regler enthält außerdem eine dritte Gruppe von Eingangsklemmen 47 zur Abnahme von binären Eingangssignalen, die typischerweise den aktivierten oder deaktivierten Zustand einer dem HVAC-System zugeordneten Ausrüstungseinheit angeben. Beispielsweise kann ein solches binäres Eingangssignal angeben, ob ein Gebläse, eine Pumpe oder ein Luftbefeuchtermotor arbeitet oder nicht.

Kurz gesagt, vergleicht der Regler 10 die gewünschte bzw. Soll-Temperatur oder -Luftfeuchtigkeit an einer bestimmten Stelle im System, z. B. im Raum 13, wie sie durch ein Sollwertsignal vorgegeben ist, mit der tatsächlichen oder Ist-Temperatur bzw. -Luftfeuchtigkeit an derselben Stelle, wie sie durch die Meßfühlersignale angegeben wird. Auf der Grundlage dieses Vergleichs erzeugt der Regler 10 selektiv Fehlersignale und überträgt einen zweckmäßigen Befehl oder eine Gruppe von Befehlen nach spezifischer Adresse zu einer oder mehreren der mit der Sammelschiene 35 verbundenen Lastvorrichtungen 31. Diese Befehlssignale werden geliefert zur Durchführung von Systemeinstellungen, mit denen der Fehler zwischen den verglichenen Signalen verkleinert oder ausgeschaltet wird.

Gemäß Fig. 3 weist der Regler eine Stromversorgung 49 zur Lieferung mehrerer Ausgangsspannungen zum Regler 10 auf. Eine erste Multiplexeinheit 51 ist an die Stromversorgung 49 angeschlossen und zur Abnahme von analogen Status- oder Zustandssignalen, die von mehreren Meldevorrichtungen, wie Temperatur- oder Luftfeuchtigkeitsmeßfühlern oder Potentiometern, abgegeben werden, und zur Übertragung dieser Zustandssignale in Multiplexverknüpfung zu einem Analog/Digital- Wandler 53 angeordnet. Der Wandler 53 wandelt diese analogen Zustandssignale in digitale Datensignale um und liefert letztere zu einer Recheneinheit 55, z. B. einem Mikrorechner. Eine zweite Multiplexeinheit 57 empfängt auf einem ersten Kanal 59 binäre Eingangssignale, die beispielsweise anzeigen können, daß ein elektrischer Kontakt offen oder geschlossen ist. Diese binären Signale werden auf ähnliche Weise in Multiplexverknüpfung zur Recheneinheit 55 übertragen. Wie zusätzlich aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist der bevorzugte Regler 10 auch mit einer Schaltung ausgestattet, mittels welcher mehrere solcher Regler oder digital adressierbare Vorrichtungen über eine Sammelschiene 61 der Stufe 2 mit einer nicht dargestellten Zentraleinheit (CPU) an einer höheren hierarchischen Stufe verknüpft werden können. Mittels zweckmäßig kodierter Adreßsignale kann die Zentraleinheit selektiv mit einem der angeschlossenen Regler oder einer der Vorrichtungen in Verbindung treten. Zu diesem Zweck enthält der Regler 10 auch eine Adressenwähleinheit 63, mit deren Hilfe ein Benutzer eines von mehreren, vorzugsweise acht, digital kodierten Adreßsignalen wählen kann, auf welches der Regler 10 anspricht, wenn dieses, von der Zentraleinheit gelieferte Signal über die Sammelschiene 61 der Stufe 2 vom Regler 10 empfangen wird.

Zu gewissen Zeiten während des Betriebs des Reglers 10 ist es vorteilhaft, ein Rücksetzsignal zu erzeugen, um die Recheneinheit 55 in einen vorbestimmten Zustand zu versetzen. Eine interne Rücksetzung ist wünschenswert bei der ersten Stromzufuhr zum Regler 10 sowie periodisch zu späteren Zeit­ punkten, und es ist dementsprechend eine Rücksetzschaltung 65 zur Erzeugung solcher Signale vorgesehen.

Ein wahlweises Merkmal des Reglers 10 ist die Anordnung eines elektromagnetischen Relais 67, das nach Belieben des Anlageninstallateurs benutzt werden kann. Der Relaiskontakt 69 kann beispielsweise benutzt werden zur Betätigung eines Gebläses oder zur Abgabe eines Alarms bzw. einer Warnung im Fall einer Reglerstörung.

Die Recheneinheit 55 ist mit der Sammelschiene 35 der Stufe 1 über eine Sendemodus-Verstärkerpuffer- bzw. -Zwischenspeicherschaltung 71 verbunden, welche die von der Recheneinheit 55 abgegebenen Digitalsignale sehr geringer Leistung in Digitalsignale eines Leistungspegels umgewandelt, der für die Betätigung der mit der Sammelschiene 35 verbundenen Lastvorrichtungen 31 ausreichend ist. Eine Empfangsmodus-Puffer- bzw. -Zwischenspeicherschaltung 73 konditioniert die Sammelschienensignale zu einer digitalen, durch Streu-Störsignale unbeeinträchtigte Form zur bestmöglichen Ausnutzung durch den Mikrorechner 55 um. Wenn es gewünscht ist, den Zonenregler 10 in Verbindung mit einer mit ihm über die Sammelschiene 61 der Stufe 2 verknüpften Zentraleinheit zu benutzen, enthält der Regler 10 auch eine Verstärker-Pufferschaltung 75 zur Ermöglichung oder Vereinfachung solcher Verbindungen.

Insbesondere, und wie aus Fig. 4A und 4B hervorgeht, enthält die erste Multiplexeinheit 51 einen ersten Hauptmultiplexer 77 zur Abnahme von analogen Spannungssignalen von mehreren Meßfühlern 79, wie Temperatur- und/oder Luftfeuchtigkeitsfühlern. Bevorzugt sind solche Temperaturfühler vom Präzisions-Siliziumtyp mit einem Gleichspannungs-Ausgangsbereich von 1-2 V über den gesamten Bereich der zu messender Temperatur. Ein bevorzugter relativer Luftfeuchtigkeitsfühler oder -übertrager besitzt gleichfalls einen Gleichspannungs-Ausgangsbereich von 1- 2 V über den vollen Bereich der zu messenden Luftfeuchtigkeit. Im Betrieb dieser Meßfühler gelieferte Regler-Eingangssignale sind mit 13 Bits auflösbar. Mehrere Bezugswiderstände 80 sind vorgesehen für die Linearisierung der Ausgangsspannung von Thermistor- Meßfühlern eines üblicherweise verwendeten Typs. Wahlweise kann ein beliebiger Typ eines Meßfühlers an eine beliebige der Meßfühler-Eingangsklemmen angeschlossen sein, solange die Ausgangsspannung des Meßfühlers im bevorzugten Bereich von 1-2 V (Gleichspannung) über dem vollen Bereich der zu messenden Einflußgröße liegt, z. B. für eine relative Luftfeuchtigkeit von 0-100% oder eine Lufttemperatur von -40°C bis 102°C. Jede Meßfühler-Eingangsleitung ist mit einem Widerstands-Kondensator-Filternetz 81 zum Ausfiltern von elektrischen Störsignalen ("Rauschen") aus den Meßfühlersignalen bei deren Lieferung zum ersten Multiplexer 77 versehen.

Der Regler enthält außerdem einen zweiten Multiplexer 83 und einen dritten Multiplexer 85 zur Abnahme von Zustandssignalen oder Einstellungen von einer ersten Gruppe von Sollwert-Potentiometern 87 bzw. einer zweiten Gruppe von Sollwert-Potentiometern 89. Diese Potentiometer 87, 89 können eingestellt werden, um eine große Vielfalt von Anlagenregelparametern zu wählen, beispielsweise die Zonen-Sollwerttemperatur, die im Raum 13 während der Zeiten, in denen sich Menschen im Raum aufhalten, aufrechterhalten werden soll.

Andere Parameter umfassen die Hochstelltemperatur, die im Raum 13 während der Perioden, in denen der Raum nicht bewohnt wird, sowie in den Jahreszeiten aufrechterhalten werden soll, wenn normalerweise eine Kühlung erforderlich ist, sowie die Rückstelltemperatur, die im Raum 13 während der Zeiten, in denen der Raum nicht bewohnt ist, und während der Jahreszeiten aufrechterhalten werden soll, in denen normalerweise geheizt werden muß. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Hochstelltemperatur um einige Grade höher liegt als die Zonen-Sollwerttemperatur während der Zeiten, in denen gekühlt werden muß, um die letztere Temperatur aufrechtzuerhalten. Ähnlich ist die Rückstelltemperatur um einige Grade niedriger als die Zonen- Sollwerttemperatur während der Zeiten, in denen geheizt werden muß, um eine für die Bewohner komfortable Nenn-Raumtemperatur aufrechtzuerhalten. Andere Parameter, die mittels Potentiometereinstellung gewählt werden können, umfassen die Bandbreite - in Temperaturgraden - der Kühl- und Heiz- Totbereiche, der Kühl- und Heizproportionalbereiche, untere und obere Lufttemperaturgrenzen und dgl. Obgleich die genannten Sollwert-Potentiometer 87, 89 getrennt geliefert und vom Benutzer eingebaut werden können, enthält ein bevorzugter Regler 10 eine Anzahl von Steckkontakten 90 für den Anschluß einer Unterbaugruppe mit einer Anzahl von einzeln einstellbaren Potentiometern. Für den Benutzer ist es damit bequem möglich, alle Sollwerteinstellungen unmittelbar am Regler 10 vorzunehmen.

Die Reglerschaltung ist so angeordnet, daß die an Eingangsklemmen 91 angelegten Potentiometersignale mit einer Nenngenauigkeit von 12 Bits aufgelöst werden. An jede Eingangsleitung ist ein Hochziehwiderstand 92 angeschlossen. Die Werte dieser Widerstände 92 sind vorzugsweise ausreichend klein gewählt, um die Spannung an einer offenen Eingangsklemme 91 ungefähr auf der Größe der an der Klemme 91 a anliegenden Spannung VC 5 zu halten, und doch ausreichend groß eingestellt, um eine vernachlässigbare Belastung der Sollwert-Potentiometer 87, 89 zu gewährleisten. Bevorzugt ist jede Potentiometer-Eingangsklemme 91 zum Ausfiltern elektrischer Störsignale an den zugeordneten Multiplexer 83 oder 85 über einen Widerstands-Kondensatorkreis 93 angeschlossen.

In bevorzugter Ausführungsform liegt an der Klemme 91 a eine Gleichspannung von 5 V an, und zweiter und dritter Multiplexer 83 bzw. 85 vermögen seriell übertragene Analogsignale für alle Sollwertspannungen innerhalb des Bereiches von 0-5 V Gleichspannung zu liefern. Unabhängig von der Erzeugung von Multiplexsignalen in diesem Bereich ist der Mikrorechner 55 so programmiert, daß er nur die Digitalsignale erkennt, die für Potentiometer-Spannungssignale repräsentativ sind, welche innerhalb des engeren ersten Bereichs von 0,5- 4,5 V Gleichspannung auftreten. Außerhalb dieses Bereichs liegende Spannungssignale werden durch den Mikrorechner 55 durch vorbestimmte Vorgabegrößen ersetzt.

Vom zweiten und dritten Multiplexer 83 bzw. 85 abgegebene Signale werden zum ersten Multiplexer 77 über eine Verstärkereinheit 94 mit hoher Eingangsimpedanz, eine erste Stufe 95 mit Verstärkung 1 und eine zweite invertierende Stufe 97 mit einer Verstärkung entsprechend einem Bruchteil geleitet. Für die Einstellung der Dämpfungsgröße der invertierenden Stufe 97 sind Widerstände 99 vorgesehen, während die an die Klemme 101 angelegte Stromversorgungsspannung als Bezugsspannung zur Ermöglichung von Spannungssummierungen zur Gewährleistung der Gleichspannung-Pegelverschiebung wirkt. Das Ausgangssignal der Verstärkereinheit 94 wird zum ersten Multiplexer 77 geleitet, welcher alle Analogsignale zum Wandler 53 einer Multiplexverknüpfung unterwirft.

Beim bevorzugten Regler 10 ist eine Spannungssummierungs-, Gleichspannungs-Pegelschiebe- und Invertierschaltungsanordnung vorgesehen, so daß die durch den ersten Multiplexer 77 von zweitem und dritten Multiplexer 83 bzw. 85 abgenommen, zum Wandler 53 geleiteten repräsentativen Analogsignale im zweiten Bereich von 2-1 V Gleichspannung für alle Größen der Potentiometer-Spannungssignale innerhalb des Bereichs von 0,5-4,5 V Gleichspannung sowie für die Potentiometer-Spannungssignale im Bereich von 0-0,5 V Gleichspannung und von 4,5-5,0 V Gleichspannung auftreten. Wie erwähnt, lassen in diesen beiden letzteren Bereichen auftretende Spannungssignale die Rechnereinheit 55 vorbestimmte Standardgrößen oder -werte als Ersatz abgeben. Dieses Konzept ist anhand von Fig. 5 besser verständlich, welche die Beziehung der im ersten Bereich 103 auftretenden Potentiometer-Spannungssignale und der an den Bereichsrändern 105 des ersten Bereiches 103 auftretenden Standard-Triggerspannungssignale angibt, die beide zu Spannungssignalen innerhalb des zweiten Bereichs 107 umgeformt werden.

Gemäß den Fig. 6A und 6B enthält der Regler 10 weiterhin eine vorzugsweise als Analog/Digital-Wandler ausgeführte Wandlereinheit 53 zum Abnehmen von innerhalb des zweiten Spannungsbereichs 107 auftretenden analogen Status- oder Zustandssignalen, zum Umwandeln dieser Signale in entsprechende repräsentative digitale Datensignale und zur Zufuhr der Datensignale zu einer Recheneinheit 55, etwa einem Mikrorechner. An den Wandler 53 ist ein Integrations-Kondensator 109 angeschlossen, um in ersterem die Anwendung der Doppelflanken-Inte­ grationsumwandlung zuzulassen. Der Eingang eines Signals mit einer Größe außerhalb des zweiten Bereichs 107 von 2-1 V (Gleichspannung) stellt eine Überlastung zum Wandler 53 dar. Daraufhin ist es nötig, den Kondensator 109 unmittelbar auf eine Spannungsgröße zu entladen, die ausreichend klein ist, um den Kondensator 109 seine Integrationsfunktion einwandfrei durchführen zu lassen. Demzufolge ist eine Überlast-Rückstellschaltung 111 vorgesehen, die einen Komparator 112 und einen Feldeffekttransistor Q 6 aufweist, wobei letzterer an den Kondensator 109 angeschlossen ist. Nach Abschluß jeder Integrationsperiode wird der Transistor 112 bzw. Q 6 etwa 5 ms lang durchgeschaltet, um die schnelle Entladung des Kondensators 109 herbeizuführen. Der Wandler 53 wird durch einen Quarz 114 getaktet, dessen Frequenz so gewählt ist, daß die Unterdrückung von elektrischen Streu-Störsignalen von 60 Hz optimiert ist.

Die Recheneinheit 55 speichert Datensignale, führt algorithmische Berechnungen an diesen Signalen aus und erzeugt Ausgangssignale, die zu einer einen Teil der Sammelschiene 35 der Stufe 1 bildenden Übertragungsleitung 115 geleitet werden. Diese Ausgangssignale können von einer ersten Art sein, um eine Lastvorrichtung 31 für die Ausführung einer bestimmten Funktion anzuweisen. Beispielsweise kann eine Lastvorrichtung 31 in Form eines Drehstelltriebs angewiesen werden, ihre Ausgangs- oder Abtriebswelle schrittweise zu drehen und damit eine Luftklappe 25 weiter zu öffnen oder zu schließen. Wahlweise können die Ausgangssignale von einer zweiten, abfragenden Art sein, durch welche eine Lastvorrichtung 31 veranlaßt wird, bestimmte Informationen längs einer Empfangsleitung 116, die einen Teil der Sammelschiene 35 der Stufe 1 bildet, zum Regler 10 zurückzuübertragen. Ein Beispiel für eine Lastvorrichtung-Antwort auf den Empfang eines Abfragebefehls hin ist die Übertragung einer binär kodierten Mitteilung, welche die Ist-Winkelstellung einer Stelltriebwelle angibt. Eine dritte Ausgangssignalart kann vom Regler erzeugt werden zum Rücksetzen oder Rückstellen aller Lastvorrichtungen 31 in einen bekannten, vorbestimmten Zustand.

Bei der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist der Regler 10 so angeordnet, daß er eine Anzahl von vorzugsweise sechs analogen Spannungssignalen an einer ersten Gruppe von Eingangsklemmen 43 abnimmt, die mit Meßfühlern verdrahtbar sind. Zusätzlich vermag der Regler 10 eine Anzahl von vorzugsweise sechzehn zweiten analogen Spannungssignalen an einer zweiten Gruppe von Eingangsklemmen 91 abzunehmen, die mit Gruppen 87, 89 von Potentiometern verbindbar sind. Die Recheneinheit 55 ist für einen Takt von etwa 1 s Dauer programmiert, wobei der Regler 10 während jedes Takts bzw. Zyklus digitale Datensignale abnimmt und speichert, welche für die analogen Spannungssignale aller sechs Meßfühler 79 und für alle binären Eingangssignale repräsentativ sind, die an der dritten, zu beschreibenden Gruppe von Eingangsklemmen empfangen werden. In jedem Takt werden auch digitale Datensignale gespeichert, die für die analogen Spannungssignale der beiden Potentiometer repräsentativ sind. Für die Einstellungen anderer Potentiometer repräsentative Datensignale werden ebenso sequentiell abgenommen und gespeichert, und zwar je zwei derartige Signale für jeden folgenden Takt, so daß nach Ablauf acht aufeinanderfolgender Takte die Recheneinheit 55 sequentiell einen Satz von Datensignalen, die für analoge Spannungssignale jeder einzelnen aller Potentiometergruppen 87, 89 repräsentativ sind, acht Sätze von für die binären Eingangssignale repräsentativen Datensignalen sowie acht Sätze von Datensignalen, die jeweils für die Spannungssignale aller Meßfühler 79 repräsentativ sind, abgenommen und gespeichert hat.

Die dritte Gruppe von Klemmen 47 zur Abnahme von binären Eingangssignalen ist an eine zweite Multiplexeinheit 57 zur Erzeugung serieller, zum Wandler 53 zu leitender Analogsignale angeschlossen. Eine Adressenwähleinheit 63 ist mit der zweiten Multiplexeinheit 57 verbunden und vorzugsweise in einer Anzahl von drei Schiebeschaltern ausgeführt, welche die Wahl einer beliebigen von acht möglichen Adressen zulassen, auf welche der Regler 10 anspricht, wenn eine entsprechend adressierte Mitteilung an ihm über die Sammelschiene 61 der Stufe 2 ankommt. An die Eingangsklemmen 47 sind Hochziehwiderstände 117 angeschlossen, um die Aktivierung dieser Klemmen entweder durch das Schließen eines externen Schalterkontakts oder durch ein Digitalsignal des logischen Pegels "0" zuzulassen. Das Ausfiltern unerwünschter elektrischer Störsignale erfolgt aufgrund der Anordnung eines Widerstands-Kondensatornetzes 119, das an jede Eingangsklemme angeschlossen ist.

Da die einwandfreie Arbeitsweise der Recheneinheit 55 durch das Vorhandensein von Einschwingspannungen beeinträchtigt werden kann, die an ihren Schaltungsknotenpunkten anliegen oder an diesen induziert werden, ist es wünschenswert, eine Einrichtung vorzusehen, durch welche die Recheneinheit 55 periodisch rückgesetzt werden kann. Ein Rücksetzen wird auch deshalb bevorzugt, um die Recheneinheit 55 zu dem Zeitpunkt, zu dem die Stromzufuhr zum Regler 10 erstmals eingeschaltet wird, in einen vorbestimmten Zustand zu bringen. Demgemäß enthält der Regler 10 auch eine Rücksetzeinheit 121 zur periodischen Erzeugung eines Rücksetzsignals und zur Lieferung dieses Signals zur Recheneinheit 55. Die Recheneinheit 55 eines bevorzugten Reglers 10 wird so programmiert, daß sie eine Prüfung der Integrität der in ihm gespeicherten Daten unmittelbar nach Empfang des Rücksetzsignals durchführt.

Genauer gesagt: der Empfang eines internen Rücksetzsignals an der Recheneinheit 55 leitet ein Anlaufroutineprogramm ein, das die Schritte einer Eigenprüfung auf einwandfreie Funktion sowie der Annahme oder Abnahme und Speicherung von Digitalsignalen umfaßt, die für den binären Zustand der Eingangssignale an der dritten Gruppe von Klemmen 47 und der von der Adressenwähleinheit 63 erzeugten Signale repräsentativ sind. Der Eigen- oder Selbstprüfschritt umfaßt eine Prüfung eines Randomspeichers (RAM) zur Verifizierung der Genauigkeit aller Daten, und zwar sowohl der in die Recheneinheit 55 eingehenden als auch der in ihr berechneten Daten. Folgende Schritte umfassen die Annahme und Speicherung von für die Größen einer Anzahl von Meßfühler- und Potentiometer-Analogspannungen repräsentativen Digitalsignalen, das Umschalten der Sammelschiene 35 der Stufe 1 auf einen Zustand entsprechend einer logischen "0" für eine vorbestimmte Zeitspanne und das Umschalten derselben Sammelschiene auf eine logische "1" für eine vorbestimmte Zeitspanne. In bevorzugter Ausführungsform betragen diese Zeitspannen jeweils ungefähr 1 Sekunde, und sie resultieren in einer Rücksetzung der Lastvorrichtungen 31 sowie einer Verifizierung des Ablaufs der Übertragungs- und Empfangsfunktionen. Danach überträgt der Mikrorechner 55 einen ersten Satz von digitalen Ausgangssignalen in Form einer Anzahl von Abruf- oder Abfragemitteilungen, von denen für jede einzelne der möglichen Adressen der Fern-Lastvorrichtungen 31 spezifisch ist, die über die Sammelschiene 35 der Stufe 1 an den Regler angeschlossen sein können. Sodann empfängt und speichert die Recheneinheit 55 die Adresse jeder ansprechenden Lastvorrichtung 31 und übermittelt daraufhin digitale Ausgangssignale nur zu diesen (entsprechenden) Lastvorrichtungen 31. Die Adressen der nicht-ansprechenden Vorrichtungen werden zusätzlich periodisch abgerufen, und wenn ein antwortendes Ansprechens erreicht wird, werden die digital kodierten Adressen der ansprechenden Vorrichtungen gleichfalls gespeichert.

Der Regler 10 enthält außerdem einen wahlfreien Relaiskreis 123 zur selektiven Betätigung eines elektromagnetischen Relais 67. Der Kreis 123 enthält einen Transistor 125 zum Erregen der Relaisspule 127, einen Strombegrenzungswiderstand 129 und eine Diode 131 zum Schutze des Transistors 125 vor Spannungsspitzen, die beim Entregen der Spule 127 auftreten können. Die Relaiskontakte 132 können für die Betätigung eines externen Gebläses, zur Abgabe eines hörbaren Alarmsignals o. dgl. benutzt werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß der Benutzer den Regler 10 in Verbindung mit dem Bedienmodul 43 benutzen kann, um einen Zustand in einer Zone, beispielsweise Zonentemperatur oder -luftfeuchtigkeit, zu regeln. Die auf diese Weise erfolgende Regelung kann für Einstellung, Störungssuche oder andere Zwecke benutzt werden. Ein Verfahren zur Regelung eines Zonenzustands auf diese Weise umfaßt die Schritte der Anordnung eines über eine Übertragungssammelschiene 35 mit einer Anzahl von Lastvorrichtungen 31 gekoppelten Reglers 10, der Anordnung eines mit der Sammelschiene 35 verbundenen Bedienmoduls 43, der Erzeugung eines vom Regler ausgehenden Signals zur Anweisung einer Lastvorrichtung 31 für die Einnahme einer ersten Stellung, des Empfangs eines vom Modul ausgehenden Übersteuerungssignals im Regler 10 und der Erzeugung eines vom Regler ausgehenden Übersteuerungssignals zur Anweisung der Lastvorrichtung 31 für die Einnahme einer zweiten Stellung.

Das in der Regler-Recheneinheit bzw. im Mikrorechner 55 enthaltene Programm ist vorzugsweise so ausgelegt, daß die Adressen jedes einzelnen Stelltriebs aus einer ersten Gruppe von Adressen gewählt werden, die Adressen jeder einzelnen Operationstafel-Heizstufe aus einer zweiten Adressengruppe gewählt werden und die Adressen jeder einzelnen Operationstafel-Kühlstufe aus einer dritten Adressengruppe gewählt werden. Auf ähnliche Weise werden die speziellen Meßfühler und Sollwerte programmiert und als an vorbestimmten Adressen befindlich vorausge­ setzt.

Wenn die Lastvorrichtungen 31 gemäß Fig. 1 und 2 mit der Sammelschiene 35 der Stufe 1 verbunden sind, die Sammelschiene 35 und die Meßfühler 79 an den Regler angeschlossen sind und die Sollwerte durch Einstellen der Potentiometer der Gruppen 87, 89 gewählt worden sind, wird das System an Spannung gelegt, worauf der Regler 10 eine geregelte Konditionierung oder Einstellung von Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit in einer Zone bewirkt.

Ein Verfahren zur Regelung des Zustands einer Zone umfaßt die Schritte, nach denen ein Zonenregler 10 vorgesehen wird, der mit einer Sammelschiene 35 der Stufe 1 mit einer Anzahl von angeschlossenen Lastvorrichtungen 31 kommuniziert bzw. in Austauschverbindung steht, die Ausgangswerte oder -größen einer Anzahl von an den Regler 10 angeschlossenen Meßfühlern 79 abgetastet und gespeichert werden und die Ausgangsgrößen einer Anzahl von mit dem Regler 10 verbundenen Sollwertvorrichtungen 87, 89 abgetastet und gespeichert werden. Auf diesen Abtastvorgang hin erzeugt der Regler 10 ein synchrones Rücksetzsignal zur Sicherstellung eines einwandfreien Betriebs des Regler-Mikrorechnerprogramms. Wenn das Programm einwandfrei abläuft, wird dieses Rücksetzsignal vom Mikrorechner 55 erwartet und abgenommen, wobei der Mikrorechner alle im Speicher enthaltenen Werte bzw. Größen oder Parameter, wie diejenigen der Meßfühler 79, die Sollwerte und die Adressen erneut abtastet. Der Regler 10 ist so programmiert, daß er die vor der Rückstellung vorliegenden Größen und Parameter mit den nach der Rückstellung vorliegenden Größen und Parametern vergleicht. Wenn die verglichenen Größen und Parameter vor und nach der Rückstellung identisch sind, leitet der Regler daraufhin die Operation bzw. Durchführung des Regelalgorithmus ein. Dieser Einleitschritt enthält vorzugs­ weise die Erzeugung einer Initialisier- oder Abrufmitteilung zu jeder möglichen Adresse der Lastvorrichtungen 31, die mit dem Regler 10 verbunden sein können, unabhängig davon, ob tatsächlich eine Lastvorrichtung 31 an dieser Adresse an den Regler 10 angeschlossen ist. Jede angeschlossene Lastvorrichtung 31 wird hierauf veranlaßt, ein Ansprech-Kennsignal zu erzeugen, welches die ganz bestimmte Adresse der ansprechenden oder antwortenden Lastvorrichtung 31 bezeichnende digitale Bits enthält. Der Regler 10 vergleicht sodann alle möglichen Adressen der Lastvorrichtungen 31 mit den Adressen der tatsächlich an ihn angeschlossenen Lastvorrichtungen 31 und tritt anschließend nur mit den Adressen der letzteren in Verbindung. Danach führt der Regler 10 algorithmische Entscheidungsfunktionen bezüglich der von ihm empfangenen Signale aus, wobei digitale Ausgangssignale selektiv über eine Übertragungssammelschiene 35 zu einer oder mehreren der verschiedenen spezifischen, angeschlossenen digital adressierbaren Lastvorrichtungen 31 übertragen und periodisch digitale Eingangssignale von einer oder mehreren dieser Lastvorrichtungen 31 empfangen werden.

In bestimmten Operationsphasen des Reglers 10 kann es wünschenswert sein, ein Signal zum Rücksetzen aller an die Sammelschiene 35 der Stufe 1 angeschlossenen Lastvorrichtungen 31 zu erzeugen. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn eine Unterbrechung der Stromzufuhr am Regler 10, nicht aber an den Lastvorrichtungen 31 auftritt. Es kann auch wünschenswert sein sicherzustellen, daß die Sammelschiene 35 nicht versehentlich kurzgeschlossen wird. In diesen Fällen und vor den oben angegebenen Abtastschritten liefert der Regler 10 ein Sammelschienen-Rücksetzsignal während einer ersten vorbestimmten Zeit von etwa 1 s, indem die Sammelschiene 35 auf einem logischen Pegel "0" gehalten wird. Der Regler 10 erzeugt auch ein Fehlerfeststellsignal durch Umschalten der Sammelschiene 35 auf eine logische "1", während einer zweiten, vorbestimmten Zeit von etwa 1 s, um sicherzustellen, daß keine externe Vorrichtung einen versehentlichen Kurzschluß an der Sammelschiene 35 hervorruft.

Für den Fall, daß ein Bedienmodul 43 an die Sammelschiene 35 der Stufe 1 angeschlossen ist, kann die Bedienungsperson die Erzeugung eines Übersteuersignals oder das Auslesen des Meßwerts eines bestimmten Meßfühlers 79 oder der Sollwertgröße wünschen. Wenn die Bedienungsperson ein Ausgangssignal vom Regler 10 zu übersteuern wünscht, kann sie sequentiell bestimmte Drucktasten am Bedienmodul 43 drücken, woraufhin das digitale Ausgangssignal abgefangen, ein Befehlssignal erzeugt und dieses Befehlssignal zum Regler 10 als Anforderung für ein neues Ausgangssignal auf der Grundlage der von der Bedienungsperson gewählten Übersteuergröße geleitet wird. Der Regler 10 wird daraufhin veranlaßt, auf der Grundlage der Übersteuergröße ein digitales Ersatzausgangssignal zu liefern.

Der Regler 10 ist vorstehend in Verbindung mit einer Anordnung beschrieben worden, die auf dem Gebiet der Heiz-, Belüftungs-, Luftbefeuchtungs- und Klimatisiersysteme als Heiz- und Kühl-Luftführungseinheit 11 bezeichnet wird. Es dürfte jedoch für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich sein, daß der Regler ein einem weiten, allgemeinen Anwendungsbereich zugängliches Gerät ist, das ohne weiteres für den Einsatz in mit variablem Luftvolumen arbeitenden Systemen (VAV-Systeme) abwandelbar ist. Derartige Systeme verwenden für Kühlzwecke eine Luftversorgung mit einer Temperatur, die um einige Grade unter der Lufttemperatur des zu kühlenden Raums liegt. Die Temperatur der Zufuhrluft wird vergleichsweise konstant gehalten, und der Raum wird durch Änderung des eingeführten Luftvolumens regelbar gekühlt. Die einzige erforderliche Änderung des Reglers 10 für die Ermöglichung seines Einsatzes bei solchen VAV-Systemen besteht in einer Änderung der Programmierung des Mikrorechners 55.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die verwendeten Ausdrücke "Mikrorechner" als Synonyme für eine Digitalrechenanordnung, z. B. einen integrierten Schaltkreis-Chip, stehen, unabhängig davon, ob ihre Speicherfunktion als integraler Teil oder als getrennte, an die Anordnung angeschlossene Speichervorrichtung ausgelegt ist. Die im folgenden angegebenen Bauteilgrößen und -werte haben sich für den Regler als zweckmäßig erwiesen. Die Kapazitätswerte sind, sofern nicht anders angegeben, in µF angegeben; die Widerstandswerte und die Kondensatorwerte gelten, soweit nicht anders angegeben, für 5% bzw. 20% Toleranz.

Fig. 4A, 4B
R 26 - R 31|2320, 0,2%
R 32 - R 37	100 kΩ
R 38	69,8 kΩ, 1%
R 39	10 kΩ, 1%
R 40 - R 55	47 kΩ
R 56 - R 71	27 kΩ
C 10 - C 15, C 46	0,22
C 16 - C 31	0,022
C 47	0,001
U 5	CD 4069 B
U 6	LM 358
U 7 - U 9	CD 4051B
U 14	LM 308

Fig. 6A, 6B
R 72 - R 82, R 89, R 94|4,7 kΩ
R 83 - R 87	47 kΩ
R 88, R 93	1 kΩ
R 90, R 100	1 MΩ
R 91, R 92	27 kΩ
R 95	330
R 96, R 97	47 kΩ
R 98, R 99	100 kΩ
R 101	10 kΩ
C 32 - C 36	0,022
C 37, C 39, C 92	0,22
C 38	0,001
C 40, C 41	27 pF
C 43	10
C 44	0,15
C 45	0,33
C 48	0,1
D 10 - D 13	1 N 4148
Q 4	2 N 3905
Q 5	GES 5822
Q 6	J 201
U 5	CD 4069B
U 6	LM 358
U 10	CD 4512B
U 11	CD 4024B
U 12	MC 6801-1
U 13	1 CL 7109
Y 1	4,9152 MHz
Y 2	3,5795 MHz

Claims (17)

1. Prozeßzonenreglervorrichtung mit einem Regler (10) aus:

• - einer Stromversorgungseinheit (49) zur Lieferung mehrerer Ausgangsspannungen,
• - einer ersten, an die Stromversorgungseinheit (49) angeschlossenen Multiplexeinheit (77) zur Abnahme von analogen Zustandssignalen (43) von einer Anzahl von Meldeeinrichtungen und zum Multiplexen der Zu­ standssignale,
• - einer mit der ersten Multiplexeinheit (77) verbundenen Wandlereinheit (53), die die analogen Zustandssignale zu empfangen und diese Zustandssignale in digitale Datensignale umzusetzen vermag,
• - einer zweiten Multiplexeinheit (83, 85) zum Abnehmen von binären Eingangssignalen und zum Multiplexen derselben in Multiplex-Ausgangssignale, und
• - einer an die erste und die zweite Multiplexeinheit (77; 83, 85) angeschlossenen Recheneinheit (55), die die digitalen Datensignale von der Wandlereinheit (53) und die Multiplex-Ausgangssignale von der zweiten Multiplexeinheit (83, 85) empfängt und algorithmische Entscheidungsfunktionen bezüglich der empfangenen Signale durchführt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Recheneinheit (55) periodisch und selektiv digitale Ausgangssignale zu einer Anzahl von digital adressierbaren, über eine Übertragungssammelschiene (35) erster Stufe an die Recheneinheit (55) angeschlossenen Lastvorrichtungen (31) zu übertragen und weiterhin periodisch digitale Eingangssignale von den Last­ vorrichtungen (31) zu empfangen vermag, und
• - der Regler (10) zusammen mit weiteren, entsprechenden Reglern über eine Übertragungssammelschiene (61) zweiter Stufe an eine Zentraleinheit höherer Hierarchie als die Recheneinheit (55) angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplexeinheiten erste, zweite und dritte Multiplexer (77, 83, 85) aufweisen, von denen:

• - der erste Multiplexer (77) analoge Spannungssignale von einer Anzahl von Regelparameter-Meßfühlern abzunehmen vermag,
• - der zweite Multiplexer (83) für die Einstellungen einer ersten Gruppe von Potentiometern (87) repräsentative analoge Spannungssignale abzunehmen vermag und
• - der dritte Multiplexer (85) für die Einstellungen einer zweiten Gruppe von Potentiometern (89) repräsentative analoge Spannungssignale abzunehmen ver­ mag.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale ein Signal für die Anweisung einer Bewegung einer der Lastvorrichtungen (31) in eine vorbestimmte Stellung umfassen und daß die Eingangssignale ein für die Ist-Stellung der einen Lastvorrichtung (31) repräsentatives Signal enthalten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale weiterhin Abrufsignale zur Herbeiführung eines Ansprechens durch jede der Lastvorrichtungen (31) umfassen und daß die Eingangssignale Kennsignale enthalten, die von jeder der Last­ vorrichtungen (31) in Abhängigkeit von den Abrufsignalen erzeugt werden und welche die Art und den Status oder Zustand jeder der Lastvorrichtungen (31) angeben.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Multiplexer (77) die analogen Spannungssignale von den Regelparameter-Meßfühlern über eine erste Gruppe von Eingangsanschlüssen empfängt, daß der zweite Multiplexer (83) die analogen Spannungssignale über eine zweite Gruppe von Eingangsanschlüssen (91) empfängt, die an die erste Gruppe von Potentiometern (87) anschließbar sind, daß der dritte Multiplexer (85) die analogen Spannungssignale über eine dritte Gruppe von Eingangsanschlüssen (90) empfängt, und daß die Recheneinheit (55) Ausgangsmitteilungen für die Übertragung zu den mikroprozessorgestützten, über eine Übertragungssammelschiene (35) mit dem Regler (10) verbundenen Lastvorrichtungen (71) erzeugt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Ausgangsmitteilungen von einer ersten Art zum Anweisen einer der Lastvorrichtungen (31) für die Ausführung einer Funktion ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Ausgangsmitteilungen von einer zweiten, abfragenden Art ist, durch welche mindestens eine der Lastvorrichtung (31) veranlaßt wird, auf der Übertragungssammelschiene (61) digital kodierte Informationen zum Regler (10) zu übertragen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Ausgangsmitteilungen von einer dritten Art zum Rücksetzen der Lastvorrichtungen (31) in einen bekannten, vorbestimmten Zustand ist.

9. Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: Erzeugen einer Anzahl von für den Zustand einer Anzahl von Meldevorrichtungen repräsentativen Zustandssignalen, Umwandeln ausgewählter Signale dieser Zustandssignale in digitale Datensignale und Leiten dieser Datensignale sowie nicht umgewandelter Zustandssignale zur Recheneinheit (55), Ausführen algorithmischer Entscheidungsfunktionen bezüglich der von der Recheneinheit (55) empfangenen Signale, Übertragen digitaler Ausgangssignale von der Recheneinheit (55) auf der Übertragungssammelschiene (61) für den Empfang durch die Anzahl der getrennten, digital adressierbaren Lastvorrichtungen (31), die an die Übertragungssammelschiene (61) angeschlossen sind und eine Regelung des Zustands einer Zone zu bewirken vermögen, und Periodisches Empfangen digitaler Eingangssignale, die von mindestens einer der Lastvorrichtungen (31) übertragen werden, von der Recheneinheit (55).

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Übertragung digitaler Ausgangssignale ein erster Satz von digitalen Ausgangssignalen zu jeder von allen möglichen digitalen Adressen von den mit der Übertragungssammelschiene (61) verbindbaren Lastvorrichtungen (31) übertragen, die Adresse jeder auf den ersten Satz von Ausgangssignalen ansprechenden Lastvorrichtung (31) empfangen und gespeichert und danach digitale Ausgangssignale nur zu den ansprechenden Lastvorrichtungen (31) übertragen werden.

11. Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die folgenden Ver­ fahrensschritte:
Abtasten und Speichern der Ausgangsgrößen der Anzahl von an den Regler (10) angeschlossenen Meßfühler und Sollwertvorrichtungen;
Liefern eines Rücksetzsignals zur Sicherstellung einer einwandfreien Ausführung des in der Recheneinheit (55) enthaltenen Programms;
Erneutes Abtasten und Speichern der Ausgangsgrößen der Meßfühler und Sollwertvorrichtungen;
Vergleichen der vor dem Rücksetzsignal vorliegenden Ausgangsgrößen mit denselben, nach dem Rücksetzsignal vorliegenden Größen;
Einleiten der Ausführung eines in der Recheneinheit (55) enthaltenen Regelalgorithmus zur Durchführung algorithmischer Entscheidungsfunktionen bezüglich der Ausgangs­ größen;
Selektives Übertragen von digitalen Ausgangssignalen zu mindestens einer der Lastvorrichtungen (31), um eine Regelung eines Umweltzustands in einer Zone zu bewirken, und
Periodisches Empfangen von digitalen Eingangssignalen von mindestens einer dieser Lastvorrichtungen (31).

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Einleitungsschritt eine Abrufmitteilung zu jeder möglichen digitalen Adresse für möglicherweise an die Sammelschiene (61) angeschlossene Lastvorrrichtungen (31) erzeugt wird, ein für die Adresse jeder tatsächlich an die Sammelschiene (61) angeschlossenen Lastvorrichtung (31) spezifisches Ansprech-Kennsignal empfangen und gespeichert wird, die möglichen digitalen Adressen mit den als Antwort empfangenen Adressen verglichen werden und danach selektiv digitale Ausgangssignale nur zu den tatsächlich mit der Sammelschiene (61) verbundenen Lastvorrichtungen (31) übertragen werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sammelschienen-Rücksetzsignal zum Rücksetzen der an die Sammelschiene (61) angeschlossenen Lastvorrichtungen (31) erzeugt wird, und daß ein Fehlerfeststell­ signal zur Sicherstellung, daß die Sammelschiene (61) nicht versehentlich kurzgeschlossen ist, erzeugt wird, wobei die Signalerzeugungsschritte vor dem Abtast- und Speicherschritt erfolgen.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die Lastvorrichtungen mindestens eine Operationstafel zur Regelung von Wärmeübergangsstufen umfassen, gekennzeichnet durch Bestimmen der Zahl der Wärmeübergangsstufen in Form von an die Operationstafel angeschlossenen Heizstufen, Bestimmen der Bandbreite eines Heizproportionalbereichs und regelbares Betätigen der Heizstufen in einer Weise, daß sie praktisch gleichmäßig über die Bandbreite verteilt sind.

15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Bestimmen der Anzahl von in der Operationstafel enthaltenen elektromagnetischen Schnittstellenvorrichtungen, Subtrahieren der Anzahl der Heizstufen von der Anzahl der Schnittstellenvorrichtungen, wobei die Differenz die Zahl der an die Operationstafel angeschlossenen Kühlstufen angibt;
Bestimmen der Bandbreite eines Kühlproportionalbereichs und
regelbares Betätigen der Kühlstufen in der Weise, daß sie praktisch gleichmäßig über den Kühlproportionalbereich verteilt sind.

16. Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, für die Regelung eines Umgebungs- oder Umweltzustands in einer Zone, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Vorsehen eines an die Sammelschiene (61) angeschlossenen Bedienmoduls;
Erzeugen eines vom Regler (10) ausgehenden Signals zur Anweisung einer Lastvorrichtung (31) zu einer Einnahme einer ersten Stellung;
Empfangen eines vom Modul ausgehenden Übersteuerungssignals vom Regler und
Erzeugen eines vom Regler (10) ausgehenden Übersteuerungssignals zur Anweisung der Lastvorrichtung zur Einnahme einer zweiten Stellung.