DE3639639A1

DE3639639A1 - System zur konditionierung eines fluids und verfahren zur regelung der leistung dieses systems

Info

Publication number: DE3639639A1
Application number: DE19863639639
Authority: DE
Inventors: Doyoung Han; Merle Aubrey Renaud
Original assignee: American Standard Inc
Current assignee: Trane International Inc
Priority date: 1985-11-21
Filing date: 1986-11-20
Publication date: 1987-05-27
Also published as: US4689967A; IT1199300B; DE3639639C2; FR2593589A1; IT8648676A0; FR2593589B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Konditionierung einer Flüssigkeit und ein Verfahren zur Regelung der Leistung dieses Systems, insbesondere ein System zur Konditionierung einer Flüssigkeit auf eine vorgegebene Solltemperatur mit einer Leistungsregelung. Desweiteren soll bei Näherung eines Betriebsparameters an einen das System ansonsten abschaltenden Grenzwert die Leistung herabgesetzt werden. Der Begriff Flüssigkeit ist hier lediglich der Einfachheit halber gewählt worden, es kann sich grundsätzlich um jedes Fluid, jedes strömungsfähige Medium, also auch um ein Gas handeln.

Systeme zur Erwärmung oder Kühlung eines Fluids auf eine Solltemperatur sind bekannt und finden bei verschiedenen industriellen Verfahren und bei der Konditionierung von Behaglichkeitszonen Anwendung. Solche Systeme weisen üblicherweise eine Regelung auf. Dabei wird das System eingeschaltet, wenn die Temperatur des Fluids um mehr als einen ersten vorgegebenen Betrag in einer Richtung von der Solltemperatur abweicht. Das System wird dagegen ausgeschaltet, wenn die Abweichung von der Solltemperatur einen vorgegebenen zweiten Betrag in die andere Richtung überschreitet. Die Summe beider Beträge definiert einen sogenannten Unempfindlichkeitsbereich der Regelung. Der Unempfindlichkeitsbereich ist normalerweise ein symmetrisch um die Solltemperatur herum angeordneter zulässiger Bereich der Abweichung der Fluidtemperatur von der Solltemperatur. Innerhalb dieses Temperaturbereiches erfolgt keine in Abhängigkeit der Abweichung der Fluidtemperatur von der Solltemperatur, d. h. in Abhängigkeit des Temperaturfehlers des Fluids, hervorgerufene Leistungsänderung des Systems durch Ein- oder Ausschalten.

Größere Systeme zur Temperaturkonditionierung weisen zur wirksameren Bewältigung sich ändernder Belastungszustände veränderliche Leistungen auf. Die Leistung eines mit Kühlmittel arbeitenden Verdichters läßt sich dabei entweder durch eine Mehrzahl wahlweise ein- oder ausschaltbarer Verdichtungsstufen, durch variable Geschwindigkeit oder, - wie es bei den meisten Systemen mit Zentrifugalverdichtern der Fall ist, - durch Verstellen der Position von Eintrittsleitschaufeln regulieren. Die Regelung eines Systems mit veränderlicher Leistung zum Halten der Temperatur einer Flüssigkeit nahe einer Solltemperatur ist natürlich aufwendiger, als das zuvor erörterte einfache Ein- und Ausschalten des Verdichters. Eine typische Regelung von Systemen mit veränderlicher Leistung benötigt jedoch zur stabilen Leistungsregelung einen um die Solltemperatur herum angeordneten Unempfindlichkeitsbereich. Dieser Unempfindlichkeitsbereich ist üblicherweise mit Sorgfalt ausgewählt. Je breiter der Unempfindlichkeitsbereich ist, desto seltener werden Leistungsänderungen des Verdichters erforderlich. Je schmaler der Unempfindlichkeitsbereich ist, desto genauer wird die Temperatur der Flüssigkeit auf die Solltemperatur geregelt.

Die Wahl der Breite des Unempfindlichkeitsbereichs stellt üblicherweise einen Kompromiß zwischen genauer Regelung der Temperatur und stabiler Funktion des Systems dar. Man versucht, ein ständiges Ein- und Ausschalten einer Verdichtungsstufe zu verhindern bzw. zu verhindern, daß die Temperatur der Flüssigkeit durch anderweitiges häufiges Einstellen der Leistung des Systems auf der Solltemperatur gehalten wird. Desweiteren will man verhindern, daß das System bei Änderung seiner Leistung die Solltemperatur übersteuert. Diese Probleme liegen bereits der US-PS 43 59 961 zugrunde. Dort erfolgt die Regelung eines eine Mehrzahl von Heiz- und Kühlstufen aufweisenden Systems anhand zweier Unempfindlichkeitsberiche.

Die US-PS 43 59 961 weist zur Regelung einen Mikroprozessor auf. Der Mikroprozessor regelt unter Berücksichtigung eines ersten schmalen Unempfindlichkeitsbereichs das Ein- und Ausschalten der jeweils momentan betriebenen Heiz- bzw. Kühlstufen. Überschreitet die zu regelnde Temperatur einen zweiten, weiteren Unempfindlichkeitsbereich, so wird die nächste Stufe (oder die davor liegende Stufe) zum Erhalt der Temperatur innerhalb des ersten Unempfindlichkeitbereiches ein- oder ausgeschaltet. Die Regelung der Heiz- bzw. Kühlstufen innerhalb des einen oder des anderen Unempfindlichkeitsbereiches ist unabhängig davon, ob die Abweichung der Temperatur der Flüssigkeit von der Solltemperatur steigt oder fällt. Diese Regelung orientiert sich ausschließlich am Betrag der Abweichung. Somit definiert der zweite Unempfindlichkeitsbereich lediglich einen Temperaturfehler, bei dem die nächste Stufe eingeschaltet oder die vorangegangene Stufe ausgeschaltet wird. Dieses Verfahren löst jedoch nicht das Problem, gleichzeitig Übersteuerungen der Solltemperatur und die Ein- und Ausschaltfrequenz der Kühl- bzw. Heizstufen zu verringern.

Fast jedes System zur Temperaturkonditionierung weist irgendeine Schutzmaßnahme zur Verhinderung einer katastrophalen Fehlerfunktion bei Überschreiten eines Sicherheitsgrenzwertes durch einen Betriebsparameter auf. Zum Beispiel schützt ein Unterbrecher einen Kompressorantrieb gegen Beschädigung durch Überlastung. Große Systeme weisen gewöhnlich mehrere Grenzschalter zur Abschaltung des Systems bei Überschreitung von Sicherheitsgrenzwerten verschiedener Betriebsparameter auf. Sofern kein automatisches Wiedereinschalten in den Betriebszustand vorgesehen ist, bleibt das System solange abgeschaltet, bis die Wiedereinschaltung von Hand durch einen Bediener erfolgt. Unter bestimmten Belastungszuständen besteht eine erhöhte Wahrscheinlichkeit dafür, daß ein Betriebsparameter einen Sicherheitsgrenzwert überschreitet und dabei das System stillegt. Dies ist besonders dann problematisch, wenn sich z. B. eine Klimaanlage an einem sehr heißen Tage - gerade dann wird sie am meisten benötigt - abschaltet, weil das System überlastet ist. Im Gegensatz dazu kann ebenso ein Problem entstehen, wenn daß System nur gering belastet und die Außentemperatur relativ kühl ist. Unter diesen Bedingungen kann, sobald das System eingeschaltet ist, die Kühlmitteltemperatur im Verdampfer sehr schnell abfallen. Dabei schaltet ein Begrenzungsschalter zur Verhinderung des Einfrierens der im Verdampfer zu kühlenden Flüssigkeit das System aus. In beiden zuvor erörterten Fällen ist normalerweise das System solange stillgelegt und zum Zwecke der Kühlung solange nicht mehr einsatzfähig, bis der Fehler behoben und der Schutzschalter wieder eingeschaltet ist. Herkömmliche Systeme regulieren die Leistung nur zur Erreichung und zum Halten der Temperatur der konditionierten Flüssigkeit nahe der Solltemperatur. Zur Verhinderung des Auslösens eines Grenzschalters verändern sie die Leistung nicht. Wenn an sehr heißen Tagen die Belastung die Nennleistung des Systems überschreitet, ist es eindeutig günstiger, das System bei gerade noch möglicher Leistung, d. h. mit maximal zulässiger Kühlleistung zu betreiben, als daß zur Verhinderung einer Beschädigung des Systems ein Grenzschalter durch Reagieren auf einen Betriebsparameter das System abschaltet.

Der Lehre der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein System zur Konditionierung eines Fluids und ein Verfahren zur Regulierung der Leistung dieses Systems zu schaffen, das die Temperatur eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit nahe der Solltemperatur hält, jedoch die Häufigkeit von Leistungsänderungen des Systems minimiert. Dabei soll die Leistungsregelung derart ausgelegt sein, daß sich die Temperatur der Flüssigkeit nur geringfügig über die Solltemperatur hinausbewegt. Eine schnellstmögliche Erreichung der Solltemperatur soll ohne Auslösung eines das System vor Fehlfunktion schützenden Begrenzungsschalters erreicht werden. Die Leistung des Systems soll zur Verhinderung des Überschreitens eines Sicherheitsgrenzwertes durch einen Betriebsparameter auch dann reguliert bzw. verringert werden, wenn die vorgegebene Solltemperatur von dem System nicht erreicht ist.

Das erfindungsgemäße System zur Konditionierung einer Flüssigkeit auf eine vorgegebene Solltemperatur, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsregelung einen Temperatursensor zur Ermittlung der Temperatur der konditionierten Flüssigkeit, eine Vorrichtung zur Wahl einer Breite eines ersten Unempfindlichkeitsbereichs und die Breite eines zweiten, breiteren Unempfindlichkeitsbereichs festlegenden ersten Variablen, eine Vorrichtung zur Wahl einer den Regelgrad bestimmenden zweiten Variablen und eine auf die Temperatur der konditionierten Flüssigkeit, den Wert der ersten Variablen und den Regelgrad ansprechende, mit dem Temperatursensor und den Vorrichtungen zur Wahl der ersten und der zweiten Variablen verbundene Regeleinheit aufweist, daß die Regeleinheit die Breite des ersten und des zweiten Unempfindlichkeitbereichs als Funktion der ersten Variablen bestimmt, die Abweichung der Temperatur der konditionierten Flüssigkeit von der Solltemperatur ermittelt und zum Halten der Temperatur der konditionierten Flüssigkeit nahe der Solltemperatur die Leistung des Systems als Funktion des Regelgrades reguliert und daß dabei für den Fall eines ansteigenden Betrages der Abweichung der Flüssigkeitsstemperatur von der Solltemperatur der erste Unempfindlichkeitsbereich und für den Fall eines fallenden Betrages der Abweichung der Flüssigkeit von der Solltemperatur der zweite, breitere Unempfindlichkeitsbereich herangezogen wird.

Desweiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Regelung der Leistung eines solchen Systems.

Eine besondere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein System zur Konditionierung einer Flüssigkeit auf eine vorgegebene Solltemperatur und auf ein Verfahren zur Regelung der Leistung dieses Systems für den Fall, daß sich ein Betriebsparameter einem Grenzwert nähert, der einen das System schützenden Stillstand hervorruft. Der Stillstand des Systems wird normalerweise zur Vermeidung katastrophaler Fehler bei Überschreiten eines Grenzwertes durch einen Operationsparameter hervorgerufen. Das System ist nun dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsregelung eine Vorrichtung zur Ermittlung des Zustandes eines Betriebsparameters, eine Vorrichtung zur Wahl eines Grenzwertes für den Betriebsparameter und eine von beiden Vorrichtungen beeinflußte, der Ermittlung der Abweichung des Betriebsparameters von seinem Grenzwert und der Regulierung der Leistung des Systems dienenden Regeleinheit aufweist, daß die Regulierung der Leistung des Systems für den Fall, daß die Abweichung einen Unempfindlichkeitsbereich überschreitet, nach einer ersten vorgegebenen Funktion der Abweichung und für den Fall, daß die Abweichung innerhalb des Unempfindlichkeitsbereiches liegt, nach einer zweiten vorgegebenen Funktion der Abweichung erfolgt, und daß so die Leistung des Systems dann reguliert wird, wenn sich der Betriebsparameter einem Grenzwert nähert, der den Stillstand des Systems bewirken und dadurch u. U. katastrophale Fehlerfunktion verhindern würde. Die bei diesem Verfahren herangezogenen Betriebsparameter sind z. B. die Kühlmitteltemperatur im Verdampfer, der Druck im Verflüssiger und der Speisestrom. In allen Fällen kommt der Leistungsregelung durch Verstellen von Eintrittsleitschaufeln eines Verdichters besondere Bedeutung zu.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in einem Blockschaltbild eine Klimaanlage mit dem erfindungsgemäßen System zur Konditionierung einer Flüssigkeit,

Fig. 2 in einem schematischen Blockschaltbild die Leistungsregelung,

Fig. 3 in einem Flußdiagramm den Ablauf der gesamten Leistungsregelung,

Fig. 4 in einem Flußdiagramm den Ablauf der Temperaturregelung für einen Verdampfer verlassende Flüssigkeit, wobei zur Konditionierung der Flüssigkeit auf eine Solltemperatur Eintrittsleitschaufeln des Systems in ihrer Position verändert werden,

Fig. 5 in einem Koordinatensystem die Änderung der Position der Eintrittsleitschaufeln und den Temperaturfehler der Flüssigkeitstemperatur als Funktion des ersten und des zweiten Unempfindlichkeitsbereichs,

Fig. 6 in einem Flußdiagramm den Ablauf der Regelung der Kühlmitteltemperatur im Verdampfer,

Fig. 7 in einem Koordinatensystem die Änderung der Position der Eintrittsleitschaufeln als Funktion der Temperaturänderung der Kühlflüssigkeit während der Regelung der Temperatur des im Verdampfer befindlichen Kühlmittels bei gleichzeitiger Temperaturbegrenzung,

Fig. 8 in einem Koordinatensystem die Änderung der Position der Eintrittsleitschaufeln als Funktion des Temperaturfehlers der Kühlflüssigkeit während der Regelung der Temperatur des im Verdampfer befindlichen Kühlmittels bei gleichzeitiger Temperaturbegrenzung,

Fig. 9 in einem Flußdiagramm den Ablauf der Regelung des Speisestromes bei gleichzeitiger Strombegrenzung,

Fig. 10 in einem Koordinatensystem die Änderung der Position der Eintrittsleitschaufeln als Funktion des der Regelung des Speisestromes dienenden Temperaturfehlers der Kühlflüssigkeit,

Fig. 11 in einem Flußdiagramm den Ablauf der Regelung des Druckes im Verdampfer und

Fig. 12 in einem Koordinatensystem die Änderung der Position der Eintrittsleitschaufeln als Funktion des der Regelung des Druckes im Verflüssiger dienenden Temperaturfehlers der Kühlflüssigkeit.

Fig. 1 bezieht sich auf ein erfindungsgemäßes System zur Konditionierung eines Fluids mit einer Leistungsregelung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Kühlsystem 10 zur Kühlung einer Flüssigkeit. Das Kühlsystem 10 kühlt eine oder mehrere Behaglichkeitszonen 11 eines Gebäudes durch Bereitstellung des strömungsfähigen Kühlmediums (im bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich auch hier um eine Flüssigkeit) über eine Zuleitung 12 a. Nach Kühlung der in die Behaglichkeitszonen 11 zur Zirkulation geleiteten Luft durch die Kühlflüssigkeit wird die Kühlflüssigkeit durch eine Rückleitung 12 b wieder in das Kühlsystem 10 zurückgeleitet.

Das Kühlsystem 10 weist einen Zentrifugalverdichter 13 und einen Verflüssiger 14 auf. Der Zentrifugalverdichter 13 verdichtet ein Kühlmittel. Anschliessend wird das Kühlmittel über eine Leitung 15 in den Verflüssiger 14 geleitet. Im Verflüssiger 14 kondensiert das verdichtete Kühlmittel unter gleichzeitigem Wärmeaustausch mit über einen Kühlturm 16 durch Leitungen 17 a bzw. 17 b fließendem Wasser. Das kondensierte Kühlmittel strömt durch Leitung 18 in eine Expansionsvorrichtung 19 und danach durch Leitung 20 in einen Verdampfer 21. Dort verdampft das sich entspanndende Kühlmittel unter Wärmeaustausch mit der zur Kühlung der Behaglichkeitszonen 11 des Gebäudes vorgesehenen Kühlflüssigkeit. Das verdampfte Kühlmittel kehrt danach über Leitung 22 in den Zentrifugalverdichter 13 zurück und wiederholt den zuvor erörterten Kühlzyklus.

Der Betrieb des Kühlsystems 10 wird im wesentlichen durch die Regeleinheit 25 geregelt. Die Regeleinheit 25 umfaßt auch die erfindungsgemäße Leistungsregelung und läßt sich, sofern eine Integrierung der Regelung des Kühlsystems 10 in ein umfassendes Regelungskonzept eines Gebäudes angestrebt wird, wahlweise über Datenübertragungs- und Steuerleitungen 27 mit einem Regelsystem 26 für Gebäudeautomation verbinden. Wichtig ist jedoch, daß das Regelsystem 26 für Gebäudeautomation nicht erforderlich ist, da die Regeleinheit 25 das Kühlsystem 10 selbstständig regeln kann. Die Regeleinheit 25 weist eine Vielzahl von Funktionen auf. Im folgenden werden jedoch nur die erfindungswesentlichen Funktionen näher erörtert.

Die Regeleinheit 25 schaltet mittels über Steuerleitung 28 dem Zentrifugalverdichter 13 übermittelter Signale den Zentrifugalverdichter 13 an oder aus und verändert so die Leistung des Kühlsystems 10. Die Regeleinheit 25 ist mit verschiedenen Sensoren verbunden. Dadurch läßt sich die Leistung des Kühlsystems 10 als Funktion der von den Sensoren ermittelten Parameter regulieren. Mit der Regeleinheit 25 sind über Leitungen 30 ein Temperatursensor 29 zur Ermittlung der Temperatur der den Verdampfer 21 verlassenden Kühlflüssigkeit, über Leitung 36 ein Temperatursensor 35 zur Ermittlung der Temperatur des Kühlmittels im Verdampfer 21, über Leitung 39 ein Stromsensor 37 zur Ermittlung und Überwachung des an den Drei-Phasen-Netzleitungen 38 anliegenden Speisestromes eines in der Zeichnung nicht gezeigten Antriebsmotors des Zentrifugalverdichters 13 und über Leitung 41 ein Drucksensor 40 zur Ermittlung des Druckes im Verflüssiger 14 verbunden.

Fig. 2 zeigt in einem Blockschaltbild die Regeleinheit 25 mit einem Mikroprozessor 45 und einem Multiplexer 46. Beide Schaltungen werden über Leitungen 48 a bzw. 48 b von einer Stromversorgung 47 gespeist. Zusätzlich wandelt ein Analog-Digital-Wandler 49 jegliche von dem Multiplexer 46 ausgewählten Analogsignale bzw. jegliche über Leitung 50 dem Analog-Digital- Wandler 49 zugeführten Eingangssignale in einen digitalen Informationsfluß. Dieser digitale Informationsfluß wird als Ausgangssignale des A/D-Wandlers 49 über eine Datenübertragungsleitung 51 dem Mikroprozessor 45 als Eingangssignal zugeführt. Eine zweite Leitung 52 verbindet den A/D-Wandler 49 ebenfalls mit dem Mikroprozessor 45, über Leitung 52 wird die A/D-Wandlung geregelt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der A/D-Wandler 49 ein bekanntes R-2R-Widerstandsnetzwerk auf. Ebenso lassen sich andere Typen von A/D-Wandlern entsprechend einsetzen.

Mehrere analoge Signale werden dem Multiplexer 46 als Eingangssignale folgendermaßen zugeleitet. Leitung 39 überträgt ein dem in den Drei-Phasen- Netzleitungen 38 fließenden Speisestrom für den Antriebsmotor des Zentrifugalverdichters 13 proportionales Analogsignal und Leitung 55 überträgt ein einer von dem Bediener eingestellten Solltemperatur der Kühlflüssigkeit entsprechendes, über einen Potentiometer eingestelltes Spannungssignal. Der vorgegebene Grenzwert für den Speisestrom wird auf ähnliche Weise über ein Potentiometer eingestellt. Das daraus resultierende Analogsignal wird dem Multiplexer 46 über Leitung 56 zugeführt. Auf gleiche Weise werden über Leitung 57 ein dem vorgegebenen Grenzwert des Druckes im Verflüssiger 14 entsprechendes Analogsignal, über Leitung 58 ein der Solltemperatur des Kühlmittels im Verdampfer 21 entsprechendes Analogsignal, über Leitung 59 ein dem Regelgrad entsprechendes Analogsignal und über Leitung 60 ein vom Benutzer eingestelltes, einer einen Einschaltschwellwert der Temperaturdifferenz darstellenden Variablen entsprechendes Analogsignal dem Multiplexer 46 zugeführt. Zusätzlich werden dem Multiplexer 46 über die Leitungen 30, 36 und 41 der Temperatur der Kühlflüssigkeit, der Temperatur des Kühlmittels im Verdampfer 21 und dem Druck im Verflüssiger 14 entsprechende Analogsignale zugeführt.

Ein weiteres, von dem Multiplexer 46 verarbeitetes Signal ist ein von einem Antrieb 65 zur Änderung der Position von Eintrittsleitschaufeln 66 über Leitung 61 in den Multiplexer 46 geleitetes Eingangssignal. Dieses Signal zeigt an, ob sich die Eintrittsleitschaufeln 66 in einer völlig geschlossenen Position befinden. Der Antrieb 65 weist zur schrittweisen Bewegung der Eintrittsleitschaufeln 66 in eine vollständig geöffnete oder vollständig geschlossene Position einen Antriebsmotor mit Vor- und Rücklauf auf. Die schrittweise öffnende und schließende Bewegung der Eintrittsleitschaufeln 66 wird entsprechend eines Regelalgorithmus durch den Mikroprozessor 45 festgelegt. Ansonsten entsprechen die Eintrittsleitschaufeln 66 dem Stand der Technik und sind als geeignetes Mittel zur Regulierung der Leistung eines Zentrifugalverdichters 13 wohlbekannt. Der Antrieb 65 weist desweiteren durch Logikpegel geschaltete, die Speise-Wechselspannung schaltende Steuerelemente (z. B. Triacs) auf. Diese Steuerelemente sind über eine Steuersignalleitung 67 mit dem Mikroprozessor 45 verbunden.

Ein typischer Potentiometer 63 zur Vorgabe eines Sollwertes ist über eine Leitung 48 c zwischen die Stromversorgung 47 und Erdpotential geschaltet (Fig. 2). Für jede Sollwertvorgabe oder Vorgabe eines Grenzwertes ist ein Potentiometer 63 vorgesehen. Durch das Einstellen der Potentiometer 63 wählt der Bediener jeweils eine den zuvor erörterten Sollwerten bzw. Grenzwerten entsprechende Analogspannung.

Der Mikroprozessor 45 weist sowohl RAM-Speicher (random-access memory) als auch ROM-Speicher (read-only memory) auf. Der ROM-Speicher speichert das die Funktion des Kühlsystems 10 regelnde Programm in binärer Form und beinhaltet den erfindungsgemäßen Programmablauf zur Leistungsregelung. Der RAM- Speicher speichert die von dem Programm zur Ausführung des Algorithmus zur Regelung des Kühlsystems 10 benötigten Variablen und Informationen. Da das Prinzip der zuvor allgemein beschriebenen Regelung durch Mikroprozessoren im Stand der Technik bekannt ist, ist eine detaillierte Erörterung dieser Schaltung nicht erforderlich. Das in dem ROM-Speicher abgespeicherte Programm, die von diesem Programm ausgeführten Funktionen und die mittels Sensoren ermittelten, zur Abarbeitung dieser Funktionen erforderlichen physikalischen Parameter unterscheiden das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung von bekannten mikroprozessorgesteuerten Regelungen für Kühlsysteme.

Fig. 3 zeigt in Form eines Ablaufdiagrammes den Hauptalgorithmus zur Regelung des Kühlsystems 10. Der Programmablauf beginnt bei Block 100. Die Anweisung in Block 101 stellt sicher, daß das Kühlsystem 10 bzw. der Zentrifugalverdichter 13 ausgeschaltet ist. Block 102 weist implizit verschiedene Funktionen auf. Dabei erhält der Multiplexer 46 vom Mikroprozessor 45 die Anweisung, das Signal für die Solltemperatur der Kühlflüssigkeit, d. h. den der Solltemperatur der Kühlflüssigkeit entsprechenden Analogwert und das einem vorgegebenen Einschaltschwellwert der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Kühlflüssigkeit und der Solltemperatur entsprechende Signal zu wählen. Der Mikroprozessor 45 berechnet anhand der den Analogsignalen entsprechenden, durch den A/D-Wandler 49 erzeugten Digitalwerte eine anfängliche Abweichung der Temperatur der Kühlflüssigkeit von der Solltemperatur. Diese Abweichung ist in dem Ablaufdiagramm in Fig. 3 als Variable "E" oder als Temperaturfehler bezeichnet. Der Mikroprozessor 45 ordnet desweiteren der Variablen "X" den dem vorgegebenen Einschaltschwellwert der Temperaturdifferenz entsprechenden Digitalwert zu. In Block 103 wird dann ermittelt, ob der Einschaltschwellwert X größer ist als der Temperaturfehler der Kühlflüssigkeit. Ist dies der Fall, so kehrt das Programm zu Block 101 zurück. Dort wird das Kühlsystem 10 - sofern dies noch nicht der Fall ist - ausgeschaltet. Ist der Einschaltschwellwert X kleiner als der Temperaturfehler E, so steuert der Mikroprozessor 45 den Antrieb 65 zur Änderung der Position der Eintrittsleitschaufeln 66 an und dieser bringt die Eintrittsleitschaufeln 66 in eine völlig schließende Stellung, startet den Zentrifugalverdichter 13 und setzt bestimmte Variable, wobei E 1 den Wert des Temperaturfehlers E, SE den Wert Null und ST den Wert 6 erhält. Die Bedeutung dieser Variablen wird in der folgenden Beschreibung deutlich werden.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird dem Bediener allgemein empfohlen, den Einschaltschwellwert X so zu wählen, daß zum Erreichen der Solltemperatur eine Kühlleistung des Kühlsystems 10 von nahezu 50% der Nennleistung bei 0°F erforderlich ist. Würde z. B. der Verdampfer 21 bei voller Leistung einen Temperaturabfall der Kühlflüssigkeit von 10°F hervorrufen, dann würde der Einschaltschwellwert X entsprechend auf 5°F festgelegt werden. In Abhängigkeit von den Kennlinien des Kühlsystems 10 können auch andere Werte für X gewählt werden. Der für X gewählte Wert dient innerhalb des Regelalgorithmus zunächst der Feststellung, ob das Kühlsystem 10 anfänglich eingeschaltet werden soll und desweiteren in Block 105 der Berechnung einer Variablen STP. Die Variable STP berechnet sich nach der Gleichung STP = 0,8 · X - 4,0. In Block 105 wird desweiteren im Mikroprozessor 45 ein Fünf-Sekunden-Taktgeber (5s) gestartet. Das 5s-Intervall wird von einem mit dem Mikroprozessor 45 verbundenen quarzgesteuerten Zeitgeber 53 vorgegeben. Ein Zählwerk addiert dazu die Impulse des Zeitgebers 53 in einem internen Speicher des Mikroprozessors 45, bis die Zahl der Impulse dem Intervall von fünf Sekunden entspricht.

Sofern der berechnete Wert von STP kleiner als 2 ist, wird in Block 107 durch die Zuordnung STP = 2 ein niedriger Einschaltschwellwert X festgesetzt. Hätte X z. B. den Wert 4, dann würde sich der Wert von STP entsprechend des Programmablaufes im Block 107 der Wert von STP auf 2 festgesetzt werden.

Zunächst wird nochmals auf Fig. 2 Bezug genommen. Um dem Benutzer die Wahl entweder eines erweiterten Bereiches oder eines Standardbereiches für die Solltemperatur der Kühlflüssigkeit zu ermöglichen, ist die Regeleinheit 25 mit einem Schalter 54 zur Wahl der Solltemperatur der Kühlflüssigkeit ausgestattet. Im Standardbereich ist die Solltemperatur der Kühlflüssigkeit im Temperaturbereich zwischen 37°F und 60°F festzulegen. Sofern anstelle von Wasser eine Äthylen-Glykol-Lösung als Kühlflüssigkeit verwendet wird, sollte der Benutzer durch Schließen des Schalters 54 den erweiterten Bereich für die Wahl der Solltemperatur der Kühlflüssigkeit zwischen 20°F und 70°F wählen. Block 108 überprüft über den Status des Schalters 54, ob der Standardbereich gewählt ist. Sofern der Standardbereich gewählt ist, wird die Temperatur TLW der aus dem Verdampfer 21 strömenden Kühlflüssigkeit durch einen Temperatursensor 29 überprüft und dabei ermittelt, ob diese Temperatur TLW unter 35,3°F liegt. Ist dies der Fall, so springt das Programm wieder zu Block 101 zurück und schaltet das Kühlsystem 10 aus. Dadurch ist gleichzeitig ein zusätzlicher Gefrierschutz geschaffen. Liegt die Temperatur TLW der aus dem Verdampfer 21 strömenden Kühlflüssigkeit genau bei oder über 35,3°F, dann folgt im Programmablauf Block 110. Dort wird überprüft, ob der Temperaturfehler E kleiner als -STP ist. Block 110 wird auch erreicht, falls auf die Frage in Block 108 eine negative Antwort folgt. Diese Programmfolge könnte eintreten, falls das Kühlsystem 10 nur gering belastet wäre, so daß bereits bei minimaler Leistung die Temperatur der Kühlflüssigkeit um mehr als den Wert der Variablen STP unter die Solltemperatur fallen würde. Dann bewirkt Block 111 eine Integration der Variablen SE über der Zeit, bis in Block 112 der Wert von SE gemäß Abfrage kleiner als -18 · STP wird. Ist dies der Fall, springt der Programmablauf zu Block 101 zurück und schaltet das Kühlsystem 10 aus. Wenn der Temperaturfehler E während wiederholter Programmschleifen größer als -STP wird, wird in Block 113 der Variablen SE der Wert Null zugewiesen. Ist das Ergebnis der Abfrage in Block 112 negativ oder wurde die Anweisung in Block 113 bereits ausgeführt, so wird im Programmablauf mit Block 114 fortgefahren. Block 114 beinhaltet ein Unterprogramm U 1 zur "Regelung der Temperatur der aus dem Verdampfer strömenden Kühlflüssigkeit".

Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm des die Regelung der Temperatur der aus dem Verdampfer 21 strömenden Kühlflüssigkeit beinhaltenden Unterprogrammes U 1. Dieses Unterprogramm U 1 wird in Block 114 aufgerufen. Das Unterprogramm U 1 beginnt bei Block 200 und fährt mit Block 201 fort. Dort wählt der Multiplexer 46 nach Ansteuerung durch den Mikroprozessor 45 das Signal des Regelgrades auf Leitung 59 zur A/D-Wandlung und ordnet den daraus resultierenden Digitalwert der Variablen "C" zu. Innerhalb des Blocks 201 berechnet der Mikroprozessor 45 desweiteren die Änderung des Temperaturfehlers E der Kühlflüssigkeit und bildet dazu die Differenz zwischen dem vorigen und dem aktuellen Wert des Temperaturfehlers E und ordnet diese Differenz bzw. diese Änderung der Variablen "DE" zu. Der nachfolgende Block 202 überprüft, ob der aktuelle Temperaturfehler E positiv, d. h. größer als Null ist. Ist dies der Fall, so verzweigt sich das Programm und es folgt Block 203. Dort wird festgestellt, ob der Temperaturfehler E den Wert 0,1 · STP überschreitet. Wird die Frage in Block 203 bejaht, so wird in Block 204 überprüft, ob der Temperaturfehler E den Wert 0,4 · STP überschreitet. Ist dies nicht der Fall, so ermittelt Block 205, ob die Änderung DE des Temperaturfehlers E größer als Null ist. Werden die Fragen in den Blöcken 203 und 205 negativ beantwortet, so wird in Block 206 der Variablen DS der Wert Null zugewiesen. Die Variable DS gibt die relative Änderung der Position der Eintrittsleitschaufeln 66 an. Werden die in den Blöcken 204 oder 205 enthaltenen Fragen bejaht, so folgt im Programmablauf Block 207. Dabei wird der Variablen DS der Wert des Produktes aus Regelgrad C und Temperaturfehler E d. h. der Wert C · E zugewiesen.

Ist nun gemäß Abfrage in Block 202 der Temperaturfehler E kleiner oder gleich Null, so prüft eine in Block 208 folgende Abfrage, ob der Temperaturfehler E kleiner als -0,1 · STP ist. Ist dies der Fall, so ermittelt Block 209, ob der Temperaturfehler E kleiner als -0,4 · STP ist. Ist dies der Fall, so wird in Block 210 festgestellt, ob die Änderung DE des Temperaturfehlers E kleiner als Null ist. Werden die in den Blöcken 208 oder 210 gestellten Fragen verneint, so erhält in Block 211 die Variable DS den Wert Null. Werden die in den Blöcken 209 oder 210 gestellten Fragen bejaht, so folgt im Programmablauf Block 207, wobei - wie bereits zuvor erörtert - die Variable DS den Wert des Produktes aus Regelgrad C und Temperaturfehler E erhält.

Der symmetrische Aufbau des Ablaufdiagrammes in Fig. 4 hebt deutlich hervor, daß sowohl ein positiver als auch ein negativer Temperaturfehler E die gleiche Änderung DS der Position der Eintrittsleitschaufeln 66 (obwohl in unterschiedlichen Richtungen) zur Folge haben kann und daß die die Änderung darstellende Variable DS vom Betrag des Temperaturfehlers E abhängt. Unabhängig davon, ob der Variablen DS der Wert Null oder das Produkt aus C und E zugewiesen wird, folgt in beiden Fällen im Programmablauf in Block 212 die Frage, ob DS größer als 0,013 ist. Ist dies der Fall, so erhält die Variable DS in Block 213 den Wert 0,013, wodurch für die relative Änderung der Position der Eintrittsleitschaufeln 66 ein oberer Grenzwert festgelegt ist. Ist DS kleiner als 0,013, so ermittelt die Frage in Block 214, ob DS kleiner als -0,013 ist. Ist dies der Fall, so erhält die Variable DS in Block 215 den Wert -0,013. Dadurch wird für ein negatives DS ein unterer Grenzwert festgelegt. In Block 216 springt der Programmablauf wieder zurück zu Block 115 und somit in den Hauptalgorithmus (vgl. Ablaufdiagramm in Fig. 3).

Fig. 5 zeigt in einer grafischen Darstellung die zum Erhalt der Temperatur der aus dem Verdampfer 21 strömenden Kühlflüssigkeit im Bereich der Solltemperatur erforderliche relative Änderung der Position der Eintrittsleitschaufeln 66 des Kompressors. Daraus geht hervor, daß die relative Änderung der Position der Eintrittsleitschaufeln 66 den Wert ±0,013 nicht überschreitet, d. h. daß sich die Position der Eintrittsleitschaufeln 66 in jedem 5s-Intervall des Programmablaufes um maximal ±1,3% des gesamten Stellweges zwischen völlig geöffneter und völlig geschlossener Position ändert. Wenn desweiteren der Temperaturfehler E zwischen -0,1 · STP und 0,1 · STP liegt oder wenn für den Fall, daß der Temperaturfehler E zwischen 0,1 · STP und 0,4 · STP liegt, die Änderung DE des Temperaturfehlers E kleiner oder gleich Null ist, oder wenn für den Fall, daß der Temperaturfehler E zwischen -0,1 · STP und -0,4 · STP liegt, die Änderung DE des Temperaturfehlers E größer oder gleich Null ist, dann erhält die relative Änderung DS der Position der Eintrittsleitschaufeln 66 den Wert Null. Im Fall eines positiven Temperaturfehlers E, bei positiver Änderung DE des Temperaturfehlers E, d. h. wenn die Änderung DE des Temperaturfehlers E steigt, wird der relativen Änderung DS der Position der Eintrittsleitschaufeln 66 der Wert des Produktes aus Regelgrad C und Temperaturfehler E zugewiesen. Wenn der Temperaturfehler E einen negativen Wert aufweist und dieser Wert kleiner als -0,1 · STP ist und wenn die Änderung des Temperaturfehlers E negativ ist, d. h. wenn der Wert der Variablen DE in negativer Richtung zunimmt, dann wird der Variablen DS auf gleiche Weise der Wert des Produkts von C und E zugewiesen.

In Block 115 des Ablaufdiagrammes aus Fig. 3 wird ein Unterprogramm U 2 zur Regelung der Temperatur des im Verdampfer 21 befindlichen Kühlmittels bei gleichzeitiger Temperaturbegrenzung aufgerufen. Den Ablauf dieses Unterprogrammes U 2 zeigt das Ablaufdiagramm in Fig. 6. Das Unterprogramm U 2 beginnt mit Block 300. Eine Anweisung in Block 301 weist der Variablen "ETO" den zuvor für die Temperatur des Kühlmittels im Verdampfer 21 eingelesenen Wert "ET" zu. Desweiteren wird der Multiplexer 46 zur Wahl des der Temperatur des Kühlmittels im Verdampfer 21 entsprechenden analogen Eingangssignals und des der Auslösetemperatur (TRIP) des Kühlmittels im Verdampfer 21 entsprechenden analogen Eingangssignals angesteuert. Ein Ausschaltgrenzwert "ET 1" wird aus der Auslösetemperatur (TRIP) +2°F berechnet. Diese Werte werden zum Zugriff durch den Algorithmus digitalisiert im RAM- Speicher des Mikroprozessors 45 gespeichert. Die Anweisung in Block 321 stellt den Zustand des Schalters 54 fest. Wenn das Kühlsystem 10 mit einer bestimmten Solltemperatur der Kühlflüssigkeit innerhalb des Standardbereiches arbeitet, fährt das Programm mit Block 322 fort. Wenn die Auslösetemperatur (TRIP) unter 30°F liegt, berechnet das Programm den Ausschaltgrenzwert (ET 1) erneut nach ET 1 = TRIP + 1,5°F. Dies ist notwendig, da bei Verwendung von Wasser als Kühlflüssigkeit und für den Fall, daß die Auslösetemperatur (TRIP) des Kühlmittels im Verdampfer 21 um mehr als 2°F unter dem Gefrierpunkt von Wasser liegt, der Temperaturspielraum vor dem Einfrieren der Kühlflüssigkeit geringer ist.

Nach Anweisung in Block 323, oder falls die Frage in Block 321 bezüglich des Standardbereichs verneint wird, das System also im erweiterten Bereich arbeitet, oder falls die Frage in Block 322 verneint wird, also die Auslösetemperatur (TRIP) des Kühlmittels im Verdampfer 21 größer oder gleich 30°F ist, folgt im Programmablauf Block 302. Dort wird ermittelt, ob die Differenz zwischen der aktuellen Temperatur ET des Kühlmittels im Verdampfer 21 und der zuvor ermittelten Temperatur ETO des Kühlmittels im Verdampfer 21 größer oder gleich -0,375°F ist. Ist dies der Fall, so ermittelt die Frage in Block 303, ob der aktuelle Wert von ET größer oder gleich ET 1 + 4°F ist. Ist dies der Fall, so folgt Block 304 und der Programmablauf kehrt zu Block 116 des Hauptalgorithmus zurück.

Wenn die Abfrage in Block 302 verneint wird, also die Differenz zwischen der aktuellen Temperatur ET des Kühlmittels im Verdampfer 21 und der zuvor ermittelten Temperatur ETO unter -0,371°F liegt, dann wird einer Variablen "DS 4" in Block 305 der Wert 0,01244 · (ET - ETO + 1,4375) zugewiesen. Danach wird in Block 306 ermittelt, ob die in dem Unterprogramm U 2 in Block 114 ermittelte relative Änderung DS der Position der Eintrittsleitschaufeln 66 größer ist als der Wert der Variablen DS 4. Ist dies der Fall, so erhält die Variable DS in Block 307 den Wert der Variablen DS 4. Wie bereits zuvor erörtert, folgt dann im Programmablauf Block 303.

Wenn die in Block 303 gestellte Frage verneint wird, die Temperatur des Kühlmittels im Verdampfer 21 also unterhalb dem Wert ET 1 + 4°F liegt, wird in Block 308 ermittelt, ob die Temperatur des Kühlmittels im Verdampfer 21 kleiner oder gleich der vorgegebenen Auslösetemperatur (TRIP) ist. Ist dies der Fall, so wird einer Variablen "DS 1" in Block 310 der Wert -0,124 zugewiesen. Danach erhält die Variable ST in Block 310 den gleichen Wert, den sie zuvor hatte, abzüglich der Differenz aus Auslösetemperatur (TRIP) und Temperatur ET des Kühlmittels im Verdampfer 21. Der Wert der Variablen ST wird bei nacheinander folgenden Schleifen durch Block 310 solange integriert, bis der Wert von ST kleiner als Null ist. Dann springt der Programmablauf aufgrund einer Abfrage in Block 311 zu Block 101 des Hauptprogrammes. Dort wird das Kühlsystem 10 ausgeschaltet. Die Berechnung des Integrals von ST über der Zeit und die Ermittlung, ob ST kleiner als Null ist, dienen der Reaktion auf einen Zustand, bei dem die Temperatur der Außenluft relativ kühl ist, wobei sich jedoch wegen des für einen längeren Zeitraum ausgeschalteten Zustandes des Kühlsystems 10 die Temperatur der Kühlflüssigkeit erhöht hat und nach Einschalten zunächst die zur Kühlung erforderliche Leistung die Nennleistung des Kühlsystems 10 überschreitet. Unter diesen Bedingungen könnte die Temperatur des Kühlmittels rasch abfallen, sobald das Kühlsystem 10 eingeschaltet ist. Durch Berechnung des Integrals von ST über der Zeit stellt die Regelung zur Kühlung der Kühlflüssigkeit eine bestimmte Zeit zur Verfügung, schaltet jedoch den Zentrifugalverdichter 13 vor Einfrieren der Kühlflüssigkeit aus, falls die Temperatur des Kühlmittels unterhalb der Auslösetemperatur (TRIP) bleibt.

Falls die Abfrage in Block 308 verneint wird, also die Temperatur ET des Kühlmittels im Verdampfer 21 größer als die Auslösetemperatur (TRIP) ist, wird der Variablen ST in Block 313 der Wert 6 zugewiesen. Danach wird in Block 314 abgefragt, ob der Wert der Variablen ET kleiner oder gleich der Solltemperatur ET 1 des Kühlmittels im Verdampfer 21 -0,3°F ist. Ist dies der Fall, so wird der Variablen DS 1 in Block 315 der Wert 0,005 mal Differenz zwischen der Temperatur des Kühlmittels im Verdampfer 21 und der vorgegebenen Grenztemperatur, d. h. 0,005 · (ET - ET 1) zugewiesen. Wird die Frage in Block 314 verneint, so ermittelt die Frage in Block 316, ob der Wert der Variablen ET größer als ET 1 + 0,6°F ist. Ist dies der Fall, so erhält die Variable DS 1 in Block 317 den Wert 0,0006 · (ET - ET 1 + -1,5). Wird die Frage in Block 316 verneint, so wird der Variablen DS 1 in Block 318 der Wert Null zugewiesen. Nach den Fragen in den Blöcken 311, 315, 317 oder 318 wird in Block 319 ermittelt, ob der gegenwärtige Wert der Variablen DS (relative Änderung der Position der Eintrittsleitschaufeln 66) größer als der Wert der Variablen DS 1 ist. Ist dies der Fall, so wird der Variablen DS in Block 320 der Wert der Variablen DS 1 zugewiesen. Anschließend verläßt der Programmablauf bei Block 304 das Unterprogramm U 2.

Das Ablaufdiagramm in Fig. 6 läßt deutlich erkennen, daß beim Verlassen des Unterprogramms U 2 in Block 304 die Variable DS in Abhängigkeit von der Temperatur ET des Kühlmittels im Verdampfer 21 den kleinsten algebraischen Wert der Variablen DS 4, DS 1 und der ursprünglichen Variablen DS (bei Eintritt in das Unterprogramm U 2 in Block 300) aufweist.

Für den Fall, daß sich die Temperatur des Kühlmittels im Verdampfer 21 der Solltemperatur und der Auslösetemperatur nähert oder nahe diesen Temperaturen liegt, zeigen die Fig. 7 und 8 grafische Darstellungen des Regelalgorithmus zur Regulierung der Kühlleistung. In Fig. 7 wird die Variable DS 4 als Funktion der Differenz zwischen momentaner Temperatur des Kühlmittels im Verdampfer 21 und deren früheren Wert berechnet, wenn die Differenz zwischen -0,375 und -1,4375 liegt. Zusätzlich ist der maximale Wert der Variablen DS 4 auf 0,013 begrenzt, da die Variable DS 4 nur an die Stelle der Variablen DS tritt, wenn sie einen geringeren Wert als DS aufweist. Die Abfrage dazu bzw. die entsprechende Anweisung erfolgt in den Blöcken 306 und 307. Sobald die Differenz zwischen der Temperatur ET des Kühlmittels im Verdampfer 21 und der Begrenzungstemperatur ET 1 und 4°F liegt, wird der Wert der Variablen DS 1 nach vier möglichen Gleichungen berechnet (Fig. 8). Liegt der Wert von ET-ET 1 zwischen 0,6 und 4, so erhält die Variable DS 1 den Wert 0,0006 · (ET - ET 1 + 1,5). Liegt der Wert von ET - ET 1 zwischen -0,3 und 0,6, so wird der Variablen DS 1 der Wert Null zugewiesen. Liegt der Wert von ET - ET 1 zwischen AA und -0,3 (AA entspricht dem negativen Wert des bei der Berechnung von ET 1 zur Auslösetemperatur zu addierenden Wertes), so erhält DS 1 den Wert 0,005 · (ET - ET 1). Liegt letztlich der Wert von ET - ET 1 unterhalb des Wertes von AA, dann wird der Variablen DS 1 der Wert -0,124 zugewiesen. Auch hier soll wieder hervorgehoben werden, daß bei Verlassen des Unterprogrammes U 2 in Block 304 die Variable DS den geringsten algebraischen Wert für die in diesem Regelalgorithmus berechnete Änderung der Position der Eintrittsleitschaufeln 66 erhält.

Im Programmablauf wird in Block 116 das nächste Unterprogramm U 3 aufgerufen. Das Unterprogramm U 3 regelt den Speisestrom bei gleichzeitiger Strombegrenzung. Fig. 9 zeigt den Algorithmus des Unterprogrammes U 3 in Form eines Ablaufdiagrammes. Das Unterprogramm U 3 beginnt mit Block 400. Im darauf folgenden Block 401 wird der Multiplexer 46 zur Wahl des Analogsignals des Speisestromes und des Grenzwertes für den Speisestrom angesteuert. Beide Signale werden durch den A/D-Wandler 49 digitalisiert und im RAM-Speicher des Mikroprozessors 45 als Variable "SS" bzw. "SS 1" abgespeichert. In Block 402 wird ermittelt, ob die Differenz zwischen dem gemessenen Speisestrom SS und dem Grenzwert SS 1 für den Speisestrom unter -0,1 liegt. Ist dies der Fall, so liegt der tatsächliche Speisestrom SS nicht hinreichend nahe an dem zur Leistungsregulierung notwendigen Grenzwert SS 1 und der Programmablauf verläßt in Block 403 das Unterprogramm U 3. Liegt dagegen der Speisestrom SS hinreichend nahe an seinem Grenzwert SS 1, so wird in Block 404 ermittelt, ob die Differenz zwischen dem Speisestrom SS und seinem Grenzwert SS 1 unter 0,02 liegt. Ist dies nicht der Fall, so wird einer Variablen "DS 2" in Block 405 der Wert 0,6 · (SS 1 - SS + 0,017) zugewiesen. Wird die Abfrage in Block 404 bejaht, so wird in Block 406 ermittelt, ob die Differenz zwischen dem Speisestrom SS und seinem Grenzwert SS 1 kleiner als -0,02 ist. Ist dies der Fall, so erhält die Variable DS 2 den Wert 0,14 · (SS 1 - SS - 0,013). Wird die Abfrage in Block 406 verneint, so erhält die Variable DS 2 in Block 408 den Wert Null.

Den Anweisungen in den Blöcken 405, 407 oder 408 folgt in Block 409 die Frage, ob der Wert der Variablen DS kleiner als der Wert der Variablen DS 2 ist. Wird diese Abfrage verneint, so erhält die Variable DS in Block 410 den Wert der Variablen DS 2. Hier also wird in Block 403 das Unterprogramm U 3 so verlassen, daß dabei die Variable DS das Minimum des früher berechneten Wertes der Variablen DS bei Eintritt in das Unterprogramm U 3 in Block 400 und des Wertes der Variablen DS 2 aufweist.

Fig. 10 zeigt die Berechnung der Variablen DS 2 nach zwei unterschiedlichen Funktionen des Ausdruckes (SS 1 - SS). Die Berechnung der Variablen DS 2 erfolgt in Abhängigkeit davon, ob der Wert von (SS - SS 1) größer als 0,02 ist oder zwischen -0,1 und -0,02 liegt. In einem Unempfindlichkeitsbereich, in dem der Ausdruck (SS 1 - SS) zwischen -0,02 und 0,02 liegt, wird der Variablen DS 2 der Wert Null zugewiesen.

Nach Ausführung des Unterprogrammes U 3 in Block 116 des Regelalgorithmus in Fig. 3 folgt in Block 117 das Unterprogramm U 4. Dieses Unterprogramm U 4 regelt die Begrenzung des Druckes im Verflüssiger 14. Das Unterprogramm U 4 beginnt mit Block 500 des in Fig. 11 dargestellten Ablaufdiagramms. Block 501 steuert den Multiplexer 46 zur Wahl des dem Druck im Verflüssiger 14 entsprechenden Analogsignals und des dem Grenzwert des Druckes im Verflüssiger 14 entsprechenden Signales an. Der A/D-Wandler 49 digitalisiert beide Signale, die anschließend im RAM-Speicher des Mikroprozessors 45 abgespeichert werden. Der Druck des Verflüssigers 14 ist auf Werte zwischen 0 und 1 normiert und als Variable "CP" abgespeichert. Der Grenzwert für diesen Betriebsparameter ist ebenfalls normiert und als Variable "CP 1" abgespeichert. Block 502 ermittelt, ob die Differenz zwischen dem normierten Druck CP im Verflüssiger 14 und seinem Grenzwert CP 1 unter -0,1 liegt. Ist dies der Fall, so verläßt der Programmablauf das Unterprogramm U 4 in Block 503. Dies liegt daran, daß der Druck CP im Verflüssiger 14 hinreichend unterhalb des Grenzwertes CP 1 liegt und daher keine Probleme verursacht. Wird dagegen die Abfrage in Block 502 verneint, so wird in Block 504 ermittelt, ob der normierte Druck CP im Verflüssiger 14 unterhalb seines Grenzwertes CP 1 liegt. Ist dies nicht der Fall, so erhält eine Variable "DS 3" in Block 505 den Wert 0,3 · (CP 1 -tCP - 0,005). Wirddie Frage in Block 504 dagegen bejaht, so wird in Block 506 ermittelt, ob die Differenz zwischen dem normierten Druck CP im Verflüssiger 14 und seinem Grenzwert CP 1 kleiner als -0,04 ist. Ist dies der Fall, so erhält die Variable DS 3 in Block 507 den Wert 0,07 · (CP 1 - CP - 0,018). Wird dagegen die Frage in Block 506 verneint, so erhält die Variable DS 3 in Block 508 den Wert Null. Nach den Anweisungen der Blöcke 505, 507 oder 508 wird in Block 509 ermittelt, ob DS kleiner als DS 3 ist. Ist dies nicht der Fall, so erhält in Block 510 die Variable DS den Wert der Variablen DS 3. Nach Durchlaufen des Blockes 509 oder 510 verläßt der Programmablauf in Block 503 das Unterprogramm U 4 und kehrt zu Block 118 des Hauptalgorithmus in Fig. 3 zurück.

Fig. 12 zeigt die Regulierung der Leistung des Kühlsystems 10 in Form der auf den nominierten Druck CP im Verflüssiger 14 bezogenen relativen Veränderung DS 3 der Position der Eintrittsleitschaufeln 66. Auch hieraus geht wieder deutlich hervor, daß für den Fall, daß der Wert des Ausdruckes (CP - CP 1) größer als Null ist, die Variable DS 3 den Wert einer ersten Funktion des Druckes CP im Verflüssiger 14 und seines Grenzwertes CP 1 erhält, und für den Fall, daß der Ausdruck (CP - CP 1) zwischen -0,1 und -0,4 liegt, die Variable DS 3 den Wert einer zweiten Funktion des Druckes CP im Verflüssiger 14 und seines Grenzwertes CP 1 erhält. Der Unempfindlichkeitsbereich, in dem der Variablen DS 3 der Wert Null zugewiesen wird, erstreckt sich auf den Bereich für (CP - CP 1) zwischen -0,04 und 0. Der Variablen DS wird das algebraische Minimum aus ihrem früheren Wert bei Beginn dieses Algorithmus in Block 500 und dem Wert der durch den Regelalgorithmus des Unterprogrammes U 4 zur Begrenzung des Druckes im Verflüssiger 14 berechneten Variablen DS 3 zugeordnet.

Block 118 des Ablaufdiagrammes in Fig. 3 veranlaßt die vom Mikroprozessor 45 gesteuerte Einstellung der Eintrittsleitschaufeln 66 durch den in den vorangegangenen Unterprogrammen U 1 bis U 4 berechneten Wert für die Variable DS, d. h. durch den in Block 503 vorliegenden Wert der Variablen DS. Die Einstellung der Eintrittsleitschaufeln 66 erfolgt durch Einschalten des Antriebes 65 zur Änderung der Position der Eintrittsleitschaufeln 66. Dabei werden die Eintrittsleitschaufeln 66 entsprechend des berechneten Wertes der Variablen DS geöffnet oder geschlossen. Block 119 des Ablaufdiagrammes in Fig. 3 ermittelt, ob das 5s-Intervall abgelaufen ist. Ist dies nicht der Fall, so wird Block 119 in einer Schleife immer wieder durchlaufen, bis die in Block 119 enthaltene Frage bejaht wird. Genau dann wird in Block 120 der Variablen E 1 der Istwert des Temperaturfehlers E der Kühlflüssigkeit zugewiesen. Dabei werden der Multiplexer 46 zur aufeinander folgenden Wahl der dem Einschaltschwellwert der Temperaturdifferenz, der Solltemperatur der Kühlflüssigkeit und der aktuellen Temperatur der Kühlflüssigkeit entsprechenden Analogsignale zur A/D-Wandlung und der Mikroprozessor 45 zur Berechnung des Temperaturfehlers E angesteuert. Danach kehrt der Programmablauf wieder zu Block 105 des Hauptalgorithmus zurück und durchläuft einmal je 5s-Intervall den Programmzyklus.

Jeder der in den Blöcken 115, 116 und 117 enthaltenen Algorithmen ist in der Lage, die in Unterprogramm U 1 in Block 114 geregelte Temperatur der den Verdampfer 21 verlassenden Kühlflüssigkeit zu übersteuern. Dies geschieht dann, wenn einer der Betriebsparameter - z. B. die Temperatur des Kühlmittels im Verdampfer 21, der Speisestrom oder der Druck im Verflüssiger 14 - sich einem Grenzwert nähert, nach dessen Überschreiten das System zur Vermeidung einer Fehlfunktion abgeschaltet werden müßte. Dadurch kann das Kühlsystem 10 auch dann weiter die Behaglichkeitszonen 11 kühlen, wenn die Solltemperatur der den Verdampfer 21 verlassenden Kühlflüssigkeit nicht erreicht werden kann. Dies ist besser, als würde das Kühlsystem 10 bei voller Leistung bis zu dem Punkt arbeiten, bei dem das Kühlsystem 10 aufgrund einer Überlastung völlig abschalten würde.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Regelung der den Verdampfer 21 verlassenden Kühlflüssigkeit. Normalerweise läßt sich die Leistung des Kühlsystems 10 durch Änderung der Position der Eintrittsleitschaufeln 66 in Abhängigkeit von Temperaturfehler E und Regelgrad C regulieren. In Abhängigkeit davon, ob der Temperaturfehler E steigt oder fällt, erfolgt die Leistungsregelung mit einem ersten oder einem zweiten Unempfindlichkeitsbereich. Im Falle eines abnehmenden Temperaturfehlers E bleibt die relative Änderung DS der Position der Eintrittsleitschaufeln 66 in dem breiten Unempfindlichkeitsbereich unverändert. Dieser breitere Unempfindlichkeitsbereich erstreckt sich zwischen -0,4 · STP und 0,4 · STP. Dabei wird bei Annäherung der Temperatur der Kühlflüssigkeit an ihre Solltemperatur eine höhere Stabilität der Regelung erreicht. Alternativ dazu wird für den Fall, daß der Temperaturfehler E der Temperatur der Kühlflüssigkeit ansteigt, ein engerer Unempfindlichkeitsbereich zwischen -0,1 · STP und 0,1 · STP zur Leistungsregelung und somit zur Verringerung des Temperaturfehlers E herangezogen. Dieses Regelschema verringert zum einen unnötige Änderungen der Leistung des Kühlsystems 10 und sorgt zum anderen für eine stabile Regelung der Temperatur der Kühlflüssigkeit.

Obwohl im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Leistungsänderung des mit dem Zentrifugalverdichter 13 ausgestatteten Kühlsystems 10 durch Änderung der Position von Eintrittsleitschaufeln 66 erfolgt, liegt es auf der Hand, gleichermaßen andere Vorrichtungen, z. B. einen Antriebsmotor mit veränderlicher Drehzahl, einzusetzen. Das Regelschema könnte auch in einem System eingesetzt werden, bei dem eine Flüssigkeit zur Übertragung von Wärme erhitzt und nicht, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, gekühlt wird. Ebenso ließe sich das gleiche System und das gleiche Verfahren zur Regelung der Leistung bei direkter Kühlung oder Erwärmung eines gasförmigen, strömungsfähigen Mediums, wie z. B. Luft, bei direkter Kühlung oder Erwärmung des Mediums durch das sich ausdehnende oder verflüssigende Kühlmittel einsetzen.

Claims

1. System zur Konditionierung eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit auf eine vorgegebene Solltemperatur mit einer Leistungsregelung, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsregelung einen Temperatursensor zur Ermittlung der Temperatur der konditionierten Flüssigkeit, eine Vorrichtung zur Wahl einer die Breite eines ersten Unempfindlichkeitsbereichs und die Breite eines zweiten, breiteren Unempfindlichkeitsbereichs festlegenden ersten Variablen, eine Vorrichtung zur Wahl einer den Regelgrad bestimmenden zweiten Variablen und eine auf die Temperatur der konditionierten Flüssigkeit, den Wert der ersten Variablen und den Regelgrad ansprechende, mit dem Temperatursensor und den Vorrichtungen zur Wahl der ersten und der zweiten Variablen verbundene Regeleinheit aufweist, daß die Regeleinheit die Breite des ersten und des zweiten Unempfindlichkeitsbereichs als Funktion der ersten Variablen bestimmt, die Abweichung der Temperatur der konditionierten Flüssigkeit von der Solltemperatur ermittelt und zum Halten der Temperatur der konditionierten Flüssigkeit nahe der Solltemperatur die Leistung des Systems als Funktion des Regelgrades reguliert und daß dabei für den Fall eines ansteigenden Betrages der Abweichung der Flüssigkeitstemperatur von der Solltemperatur der erste Unempfindlichkeitsbereich und für den Fall eines fallenden Betrages der Abweichung der Flüssigkeitstemperatur von der Solltemperatur der zweite, breitere Unempfindlichkeitsbereich herangezogen wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zentrifugalverdichter vorgesehen ist und daß die Leistungsregelung zum Halten der Temperatur der konditionierten Flüssigkeit nahe der Solltemperatur die Leistung des Zentrifugalverdichters reguliert.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Eintrittsleitschaufeln vorgesehen sind und die Leistung des Zentrifugalverdichters durch die Eintrittsleitschaufeln reguliert wird.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Systems durch Verstellen der Eintrittsleitschaufeln in vorgegebenen Zeitabständen reguliert wird.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß während eines jeden Zeitabschnittes die Änderung der Leistung des Systems einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreitet.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Änderungen der Leistung des Systems aus dem Produkt von Regelgrad und Abweichung der Temperatur der konditionierten Flüssigkeit von ihrer Solltemperatur bestimmt werden.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit einen Mikroprozessor aufweist.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei es sich um ein Kühlsystem zur Kühlung einer Flüssigkeit mit einem Kühlmittelverdichter mit veränderlicher Leistung, einem Verflüssiger und einem Verdampfer zur Kühlung der eine Last kühlenden Flüssigkeit handelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsregelung zum Halten der Temperatur der den Verdampfer verlassenden Kühlflüssigkeit im Bereich der Solltemperatur die Leistung des Kühlmittelverdichters reguliert.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die erste und zweite Variable entsprechend des zu regelnden Kühlsystems von einem Bediener gewählt wird.

10. System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor die Temperatur der den Verdampfer verlassenden Kühlflüssigkeit mißt und die Regeleinheit diese Temperatur reguliert.

11. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit die Breite des ersten und des zweiten Unempfindlichkeitsbereiches ggf. auch als Funktion eines ersten und eines zweiten vorgegebenen Wertes bestimmt.

12. Verfahren zur Regelung der Leistung eines Systems zur Konditionierung eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit auf eine vorgegebene Solltemperatur, insbesondere eines Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Verfahrensschritte aufweist:
a) Wahl einer die Breite eines ersten und eines zweiten, breiteren Unempfindlichkeitsbereichs vorgebenden ersten Variablen;
b) Wahl einer den Regelgrad bestimmenden zweiten Variablen;
c) Bestimmung des ersten und des zweiten Unempfindlichkeitsbereichs in Abhängigkeit von der ersten Variablen;
d) Ermittlung der Temperatur der konditionierten Flüssigkeit;
e) Ermittlung der Abweichung der Temperatur der konditionierten Flüssigkeit von der Solltemperatur und
f) Regulierung der Leistung des Systems zum Halten der Temperatur der konditionierten Flüssigkeit nahe der Solltemperatur in Abhängigkeit vom Regelgrad unter Einbeziehung des ersten Unempfindlichkeitsbereichs für den Fall, daß der Betrag der Abweichung der Temperatur der Flüssigkeit von der Solltemperatur ansteigt und unter Einbeziehung des zweiten, breiteren Unempfindlichkeitsbereichs für den Fall, daß der Betrag der Abweichung der Temperatur der Flüssigkeit von der Solltemperatur fällt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in einem weiteren Verfahrensschritt der Betrag der Leistungsänderung des Systems während eines jeden vorgegebenen Zeitabschnittes auf einen vorgegebenen Maximalwert begrenzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß in einem weiteren Verfahrensschritt, zur Ermittlung des zur Verringerung der Abweichung der Temperatur der konditionierten Flüssigkeit von der Solltemperatur erforderlichen Betrages der Leistungsänderung des Systems, der Regelgrad mit der Abweichung der Temperatur der konditionierten Flüssigkeit von der Solltemperatur multipliziert wird.

15. System zur Konditionierung eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit auf eine vorgegebene Solltemperatur mit einer Leistungsregelung, insbesondere System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsregelung eine Vorrichtung zur Ermittlung des Zustandes eines Betriebsparameters, eine Vorrichtung zur Wahl eines Grenzwertes für den Betriebsparameter und eine von beiden Vorrichtungen beeinflußte, der Ermittlung der Abweichung des Betriebsparameters von seinem Grenzwert und der Regulierung der Leistung des Systems dienende Regeleinheit aufweist, daß die Regulierung der Leistung des Systems für den Fall, daß die Abweichung einen Unempfindlichkeitsbereich überschreitet, nach einer ersten vorgegebenen Funktion der Abweichung und für den Fall, daß die Abweichung innerhalb des Unempfindlichkeitbereiches liegt, nach einer zweiten vorgegebenen Funktion der Abweichung erfolgt, und daß so die Leistung des Systems dann reguliert wird, wenn sich der Betriebsparameter einem Grenzwert nähert, der den Stillstand des Systems bewirken und dadurch u. U. eine katastrophale Fehlerfunktion verhindern würde.

16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit für den Fall, daß die Abweichung des Betriebsparameters von seinem Grenzwert unterhalb eines ersten vorgegebenen Wertes liegt, die Leistung des Systems nach einer der beiden vorgegebenen Funktionen reguliert, anstatt die Temperatur der Flüssigkeit auf der Solltemperatur zu halten.

17. System nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor zur Ermittlung des Kühlmitteldruckes in einem Verflüssiger für Kühlmittel vorgesehen ist.

18. System nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromsensor zur Ermittlung des Speisestroms vorgesehen ist.

19. System nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensor zur Ermittlung der Kühlmitteltemperatur in einem Verdampfer vorgesehen ist.

20. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsregelung die Leistung des Systems nach einer vorgegebenen Funktion der zeitabhängigen Änderung der Temperatur des Kühlmittels im Verdampfer genau dann reguliert, wenn
a) die Abweichung des Betriebsparameters von seinem Grenzwert größer als ein zweiter vorgegebener Wert ist und
b) die Änderung der aus der Funktion der Temperaturänderung des Kühlmittels bestimmten Leistung des Systems geringer ist als eine zur Konditionierung der Flüssigkeit auf die Solltemperatur erforderliche Leistungsänderung des Systems.

21. System zur Konditionierung eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit auf eine vorgegebene Solltemperatur mit einer Leistungsregelung, insbesondere System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsregelung eine Vorrichtung zur Ermittlung des Zustandes eines Betriebsparameters, eine Vorrichtung zur Wahl eines Grenzwertes für den Betriebsparameter und eine von beiden Vorrichtungen beeinflußte, der Ermittlung der Abweichung des Betriebsparameters von seinem Grenzwert und der Regulierung der Leistung des Systems dienende Regeleinheit aufweist, daß die Leistungsregelung normalerweise die Temperatur der Flüssigkeit auf der Solltemperatur hält, jedoch dann, wenn die Abweichung des Betriebsparameters innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, die Leistung des Systems nach einer Funktion der Abweichung des Betriebsparameters regelt.

22. Verfahren zur Regelung der Leistung eines Systems zur Konditionierung eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit auf eine vorgegebene Solltemperatur, insbesondere eines Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 11 bzw. 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Verfahrensschritte aufweist:
a) Ermittlung des Zustandes eines Betriebsparameters;
b) Wahl eines Grenzwertes des Betriebsparameters;
c) Ermittlung der Abweichung des Betriebsparameters von seinem Grenzwert und
d) Regulierung der Leistung des Systems nach einer ersten vorgegebenen Funktion der Abweichung des Betriebsparameters von seinem Grenzwert für den Fall, daß die Abweichung größer als ein vorgegebener Unempfindlichkeitsbereich ist und nach einer zweiten vorgegebenen Funktion der Abweichung für den Fall, daß die Abweichung kleiner als der vorgegebene Unempfindlichkeitsbereich ist.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß in einem weiteren Verfahrensschritt zum Halten der Temperatur der konditionierten Flüssigkeit nahe der Solltemperatur die Leistung des Systems reguliert wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß der die Änderung der Leistung nach der ersten oder der zweiten vorgegebenen Funktion beinhaltende Verfahrensschritt gegenüber dem das Halten der Temperatur der konditionierten Flüssigkeit nahe der Solltemperatur beinhaltenden Verfahrensschritt dann Priorität aufweist, wenn die Abweichung des Betriebsparameters von seinem Grenzwert unterhalb eines ersten vorgegebenen Wertes liegt.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsparameter den Druck eines in einem Verflüssiger befindlichen Kühlmittels umfaßt.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsparameter den Wert des Speisestroms umfaßt.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsparameter die Temperatur eines in einem Verdampfer befindlichen Kühlmittels umfaßt.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß in einem weiteren Verfahrensschritt die zeitabhängige Temperaturänderung des im Verdampfer befindlichen Kühlmittels ermittelt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Systems nach einer vorgegebenen Funktion der Temperaturänderung des im Verdampfer befindlichen Kühlmittels genau dann erfolgt, wenn
a) die Abweichung des Betriebsparameters von seinem Grenzwert größer als ein zweiter vorgegebener Wert ist und
b) die Änderung der aus der Funktion der Temperaturänderung des Kühlmittels bestimmten Leistung des Systems geringer ist als eine zur Konditionierung der Flüssigkeit auf die Solltemperatur erforderliche Leistungsänderung des Systems.