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Steuereinrichtung für das Betreiben von Einzelelementen
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einer Heizungsanlage Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Steuereinrichtung für das Betreiben einer Vielzahl von Einzelelementen einer Heizungsanlage
yemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Es ist bereits bekannt, ein zentrales Steuergerät mit einer Vielzahl
von Steckplätzen für einzelne Module auszugestalten, wobei die Module bestimmten
Elementen der Heizungsanlage zugeordnet waren, wie beispielsweise Brenner, Mischer,
Heizkurveneinstellung und so weiter. Da eine bestimmte und reproduzierbare Verbindung
zwischen den Modulen und der zentralen Steuereinheit nötig ist, war es hier erforderlich,
einem bestimmten Steckplatz auch regelmäßig ein bestimmtes Modul zuzuordnen. Daraus
folgt, daß entweder zur Befriedigung der unterschiedlichsten Bedürfnisse der Auswahl
von Modulen eine relativ
große Anzahl von Steckplätzen bereitgehalten
werden mußte, die in aller Regel nie vollständig besetzt wurden, oder daß ein nachträgliches
Erweitern oder Ändern der Steuereinrichtung unmöglich war.
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Es ist weiterhin bekannt gewesen, eine Steuereinrichtung mit rein
digitaler Datenverarbeitung zu schaffen, wobei auch die Module digital arbeitend
ausgebildet waren.
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Diese vollständige Digitalisierung hat aber den Nachteil, daß eine
Vielzahl von digitalen Impulsen mit sehr großer Flankensteilheit über die gemeinsame
Datenleitung gesendet werden müßten, was zu einer Storung anderer elektrischer Einrichtungen
führt, wobei gleichermaßen die Einwirkung von Störimpulsen auf die Datenleitung
besteht.
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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die gesamte
Peripherie der Steuereinrichtung mit Analogwerten zu betreiben, um einen stürfreien
Betrieb der einzelnen Module auf beliebigen Steckplätze zu erzielen.
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Die Lösung der Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des
Hauptanspruchs.
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Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung
hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur der Zeichnung
näher erläutert.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung der gesamten Steuereinrichtung
mit Peripherie. Eine zentrale Steuereinrichtung 1 weist einen Mikrorechner 2 und
einen mit diesem über einen Datenbus 3 verbundenen Analog-Digitalwandler 4 auf.
Dieser Datenbus 3 dient sowohl der Obertragung von Adreß- und Informationsteilen
wie auch Steuerungsinformationen.
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Der Analog-Digitalwandler ist über eine einzelne Leitung 5 mit einem
Analog-Multiplexer 6 verbunden, von dem eine Vieizahl von Leitungen 7, 8, 9....
zu einzelnen Steckmodulen 10, 11, 12.... abgehen. Jedes Steckmodul ist mit einer
gesonderten Leitung mit dem Analog-Multiplexer 6 verbunden, wobei es gleichgültig
ist, wie viele Leitungen beziehungsweise Steckmodule vorhanden sind. Die einzelnen
Steckmodule sind bestimmten Elementen der Heizungsanlage zugeordnet. So ist zum
Beispiel das Steckmodul 10 einem Mischventil, das Steckmodul 11 einem Brenner und
das Steckmodul 12 einer Pumpe der Heizungsanlage zugeordnet Weitere Zuordnungsmbglichkeiten
wären: eine Wärmepumpe, um die Heizungsanlage bivalent auszubilden oder die Zuordnung
einer Kaskadensteuerung, um eine Mehrkesselanlage betreiben zu können oder eine
Zuordnung zu einem
Brauchwasserbereiter.
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Der Mikrorechner 2 ist über einen weiteren Datenbus 13, mit einem
Ausgabeort 14 verbunden, der seinerseits drei Ausgangsleitungen 15 aufweist. Die
Zahl 3 richtet sich nach der maximalen Anzahl der Kanäle der Analogmultiplexer 23
und könnte auch größer oder kleiner sein. Es ist ein weiteres 3-Leiter-Bündel 16
vorhanden, das den Ausgang des Ausgabeorts 14 mit dem Analog-Multiplexer 6 verbindet.
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Jeder der Steckmodule 10, 11, 12... ist im Grunde unterschiedlich-
ausgebildet und an den besonderen Verwendungszweck angepaßt. Es besteht aber auch
die Möglichkeit, Steckmodule für unterschiedliche Anwendungen identisch auszubilden
und nur durch eine un-terschiedliche Kennung dem gewünschten Verwendungszweck anzupassen.
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Hierauf wird noch später eingegangen.
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Das Steckmodul 10, das zur Ansteuerung eines Mischers dient, weist
zunächst eine Serienschaltung zweier Widerstände 17 und 18 auf, die auf der einen
Seite an Masse 19 auf der anderen Seite an einer Spannungsquelle 20 liegen. Am Verbindungspunkt
21 fällt eine bestimmte Steuerspannung ab, die über eine Leitung 22 mit einem jedem
Steckmodul zugeordneten weiteren Analog-Multiplexer
23 angeschlossen
ist. Durch geeignete Wahl der Größen der beiden Widerstände 17 und 18 ist es möglich,
jedem Steckmodul für die unterschiedlichen Anwendungen ein bestimmtes Spannungspotential
zuzuordnen. Die Kennung jedes Steckmoduls findet somit durch Zuordnung eines diskreten
analogen Spannungswertes statt. Hierdurch ist es möglich, das Steckmodul, dessen
Spannungskennung dieses als Mischermodul ausweist, in jeden beliebigen Steckplatz
des Steuerelements 1 einzustecken, durch Abfrage des Spannungswertes kann der Rechner
2 erkennnen, daß dem bestimmten Spannungswert regelmäßig das Mischermodul unabhängig
von eimer örtlichen Anordnung zugeordnet ist.
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Weiterhin weist das Steckmodul 10 ein Potentiometer 24 auf, das mit
seinem einen Pol an Masse 19 und mit seinem anderen Pol an die Spannungsquelle 20
angeschlossen ist.
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Der Schleifer 25 ist über eine Leitung 26 auf den Multiplexer 23 geschaltet.
Mit dem Potentiometer 24 kann je nach Stellung des Schleifers 25 ein bestimmter
Spannungswert angegriFfen werden, mit dem zum Beispiel die Hysterese der Mischerstellung
definiert werden kann.
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Weiterhin ist ein Taster 27 vorgesehen, der einseitig an Masse 19
und auf seiner anderen Seite an einem Verzweigungspunkt 28 liegt, der einerseits
über eine Leitung 29 mit dem Multipiexer und andererseits über einen Widerstand
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mit dem Pol der Spannungsquelle 20 verbunden ist. Durch Schließen des Tasters 27
gerät der Pol 28 auf ein bestimmtes Potential, nämlich Masse. Bei geöffnetem Schal
tertaster 27 liegt der Punkt hingegen auf dem Potential der Spannungsquelle 20.
Somit können die Multiplexer 23 über die Leitung 29 2 diskrete Spannungspotentiale
vorgegeben, die im Anwendungsfall zum Beispiel bedeuten können, welche Heizkurve
vom Mischer gerade abgefahren wird oder welche Temperaturen in den Ein- und Ausgangsleitungen
des Mischers herrschen. Durch die Taster 27 kann somit eine auswählbare Anzeige
bestimmter Größen erfolgen.
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Analog ist der Aufbau der anderen Steckmodule, denen jeweils mindestens
die Kennung gemeinsam ist. Die Kennung besteht auch hier aus einem Widerstandspaar,
dessen Größen allerdings von denen der Widerstände 17 und 18 abweichen, so daß jedes
Steckmodul auf seiner Leitung 22 einen jeweils von allen anderen abweichenden Spannungswert
führt. Maßgebend für die Ausbildung der Mischermodule ist die Möglichkeit des Einstellens
bestimmter Größen und des Anzeigens bestimmter Größen.
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Weiterhin ist es möglich, den einzelnen Steckmodulen Stellglieder
zuzuordnen, beispielsweise Relais, um durch von den Steckmodulen abgehende, nicht
gezeichnete
Leitungen Stellbefehle an die den Modulen zugeordneten
Elementen weiterleiten zu können. So würde es sich bei spielsweise beim Steckmodul
10 für den Mischer anbieten, zwei Relais auf dem Steckmodul anzubringen, um einen
Rechts- bzw. Linkslauf eines Klappenmischers zu veranlassen.
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Das Leitungsbündel 15 ist über jeweils einen 3adrigen Abzweig 31 dem
Multiplexer 23 und über weitere Abzweige 31 mit den jeweils anderen Multiplexern
23 der anderen Steckmodule 11, 12 und so weiter verbunden.
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Die Funktion der eben beschriebenen Steuereinrichtung ist folgende.
Die Erfindung muß unter der Prämisse betrachtet werden, daß die Steuereinrichtung
1 dazu dient, jeder möglichen von vornherein noch nicht feststehenden Heizungsanlage
mit oder ohne Brauchwasserbereitung, mit oder ohne Wärmepumpe, mit oder ohne Fußbodenheizung
zuordnen zu können, um einen optimalen Betrieb zu ermöglichen, optimal nicht nur
in Richtung auf vorgegebene Solltemperaturen, sondern auch Zeiten. So ist es zum
Beispiel sinnvoll, eine Aufladung eines Brauchwasserbereiters nur zu bestimmten
Zeiten vorzunehmen, nämlich dann, wenn kurz anschließend mutmaßlich die Entnahme
von warmem Brauchwasser bevorsteht und die Aufladung dann zu sperren, wenn voraussichtlich
über längere Zeit gar kein
Brauchwasser benötigt wird. Weiterhin
ist es sinnvoll, nachts die Heizungsanlage mit einer niedrigeren Vorlauftemperatur
zu betreiben als tagsüber, gegebenenfalls können auch im Laufe der Tagstunden Absenkung
und Hochfahrungszeiten vorkommen. Für a: Haus ~eEnes Ehepaares, bei dem beide Benutzer
arbeiten, wird ein solches Programm auch noch anders aussehen als für ein Haus,
das von einer Familie mit mehreren Kindern bewohnt wird, die ständig anwesend sind.
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Wird demgemäß die Ste-uereinrichtung einer Heizungsanlage zugeordnet,
so ist zunächst die Auswahl der Steckmodule zu treffen. Jedes anzusteuernde Gerät
der Heizungsanlage wird mit einem Steckmodul versehen, in der Steuereinrichtung
sind beispielsweise 5 Steckmodulplätze von vornherein vorgesehen. Reicht die Anzahl
dieser Steckmodulplätze nicht aus, so sind die anzusteuernden Elemente der Heizungsanlage
zu gewichten und die wichtigsten 5 Plätze auszuwählen. Dies wird in aller Regel
der Brenner der Heizungsanlage, der Brauchwasserbereiter und die Heizkurveneinstellung
sein. Die Module tragen eine Beschriftung, damit -der Benutzer sehen kann, welchem
Element der Heizungsanlage sie zugeordnet sind, und sie weisen bereits die beschriebene
Spannungskennung anhand der unterschiedlichen Widerstandsweçrte der Widerstände
17 und 18 auf. Die Steckmodule werden in beliebiger Art in
die
Steckplätze eingesteckt, wobei die Leitungsbündel 31 und die Leitungen 7, 8, 9 usw.
durch Vielfachstecker miteinander verbunden sind. Damit ist die Steuereinrichtung
bei Anschluß an die Netzspannung betriebsfähig. Es soll noch erwähnt werden, daß
der Rechner 2 eine Uhr und eine Anzeige für diese Uhr aufweist. Wird davon ausgegangen,
daß die gesamte Heizungsanlage in einem abgekühlten Zustand ist, beispielsweise
am Ende der Nachtabsenkungsperiode, so resultiert daraus zum Beispiel für den Zeitpunkt
6.00 Uhr im Rechner ein Befehl, sowohl den Brauchwasserbereiter aufzuladen als auch
die Heizungsanlage auf eine bestimmte durch die Heizkurve festgelegte Vorlauftemperatur
hochzufahren. Hierzu wird über den Datenbus 13 das Ausgabeort 14 aktiviert, welcher
über das Leitungsbündel 15 einen Steuerbefehl herausschickt,der abfragt, ob ein
Steckmodul vorhanden ist, das dem Brauchwasserbereiter zugeordnet ist. Hierzu werden
alle Multiplexer 23 über diese Steuerbefehle aufgefordert, ihr Kennungssignal über
die Leitungen 7, 8, 9 und so weiter auf den Analog-Multiplexer 6 zu senden. In diesem
stehen somit auf dem gesamten Leitungsbündel der Leitungen 7, 8 und 9 alle Kennungen
aller Steckmodule an.
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Uber den AD-Wandler 4 ist der Rechner imstande, das zugehörige Kennungssignal
aus den verschiedenen Kennungssignalen herauszufinden, womit der Rechner die
Information
hat, daß überhaupt ein Brauchwasserbereiter und dessen Sollwertgeber vorhanden sind.
Unter de-r Voraussetzung, daß das Steckmodiul 11 dem Brauchwasserbereiter zugeordnet
ist, bleibt dessen Kennungssignal auf der Leitung 18 stehen, und über das Leitungsbündel
15 fragt der Rechner den zugehörigen Sollaufladewert ab. An einer der Eingangsleitungen
32 des Analog-Multiplexers 23 des Steckmoduls- 1T steht ein Spannungswert an, der
als analoge Größe dem Temperatur-Aufladesollwert des Brauchwasserbereiters entspricht.
Dieser Analogwert wird ü-ber die Leitung 8 und den AD-Wandler als digitaler Wert
in den Rechner 2 eingegeben. Für den Fall, daß auf dem- Steckmodul 11 au,ch die
Stellrelais für den Brauchwasserbereiter liegen, geht nun ein entsprechender Stellbefehl
zurück, und der Brauch wasserbereiter beginnt mit der Aufladung vom abgesenkten
Wert auf den vorgegebenen neuen Sollwert. Das gilt für den Fall, daß die Ladung
des Brauchwasserbereiters Vorrang vor der Inbetriebnahme der Heizung aufweist. Nach
Beendigung der Brauchwasser-Temperaturerhöhung, das heißt nach vollendeter Ladung
des Speichers, schaltet der Rechner als zweite Prioritätsstufe die Heizungsanlage
an, wobei die Steckmodule für den Brenner beziehungsweise die Heizungsumwälzpumpe
angesteuert werden. Die dort gespeicherten Werte oder eingestellten Werte werden
abgelesen
und dann als Stellgrößen entweder direkt über das Steckmodul
zurückgegeben oder die Elemente Brenner und Umwälzpumpe werden unmittelbar vom Rechner
2 angesteuert.
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Das wichtigste der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, daß jedes
einzelne zur Anwendung kommende Steckmodul eine Kennung, bestehend aus einem analogen
Spannungswert, aufweist, der die unmittelbare Zuordnung des Moduls zum zugehörigen
aber an anderer Stelle befindlichen Element der Heizungsanlage darstellt.
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Weiterhin ist wesentlich, daß innerhalb der einzelnen Steckmodule
eine ausschließlich analoge Datenverarbeitung stattfindet und daß die Obertragung
der Datenwege von den Steckmodulen auf den Analog-Multiplexer 6 gleichfalls auf
analogem Wert stattfindet. Erst innerhalb der Steuereinrichtung 1 findet eine Umwandlung
in digitale Signale und anschließend eine digitalisierte Datenverarbeitung statt.
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