DE3639639C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Konditionierung eines
Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, auf eine vorgegebene Solltemperatur
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder 9.
Systeme zur Erwärmung oder Kühlung eines Fluids auf eine Solltemperatur
sind aus der Praxis bekannt und finden bei verschiedenen industriellen
Verfahren und bei der Konditionierung von Räumen 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 Geschwindigkeiten
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.
Das bekannte System, von dem die Erfindung ausgeht (US-PS 43 56 961),
weist einen Mikroprozessor auf, der unter Berücksichtigung eines ersten,
schmalen Unempfindlichkeitsbereichs das Ein- und Ausschalten momentan
betriebener Heiz- bzw. Kühlstufen eines mehrstufigen Heiz- bzw. Kühlsystems
regelt. Überschreitet die zu regelnde Temperatur einen zweiten,
weiteren Unempfindlichkeitsbereich, so wird die nächste Stufe ein- bzw.
die vorliegende Stufe ausgeschaltet. Die Regelung erfolgt mit einem
bestimmten Regelgrad und ist unabhängig davon, ob die Abweichung der
Temperatur der Flüssigkeit von der Solltemperatur steigt oder fällt. Die
Regelung orientiert sich nämlich ausschließlich am Betrag der Abweichung
der Temperatur von der Solltemperatur. Im übrigen schaltet dieses System
wegen Überlastung ab, wenn es seine Leistungsgrenze erreicht.
Ausgehend von dem zuvor erläuterten Stand der Technik liegt der Lehre
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte System so auszugestalten
und weiterzubilden, daß die Solltemperatur der Flüssigkeit bei geringer
Häufigkeit von Leistungsänderungen des Systems und nur geringen
Übersteuerungen schnellstmöglich erreicht und so gut wie unter den
gegebenen Umständen möglich eingehalten wird.
Das beanspruchte System zur Konditionierung eines Fluids, bei dem die
zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst nach Anspruch 1 dadurch
gekennzeichnet, daß in der Regeleinheit bei ansteigendem Betrag
der Abweichung der Flüssigkeitstemperatur von der Solltemperatur der
erste Unempfindlichkeitsbereich und bei fallendem Betrag der Abweichung
der Flüssigkeitstemperatur von der Solltemperatur der zweite, breitere
Unempfindlichkeitsbereich wirksam ist.
Erfindungsgemäß wird zwischen einem ansteigenden Betrag der Abweichung
der Flüssigkeitstemperatur von der Solltemperatur und einem fallenden
Betrag der Abweichung der Flüssigkeitstemperatur von der Solltemperatur
unterschieden. Entsprechend der Entwicklung der Abweichung der
Flüssigkeitstemperatur von der Solltemperatur wird entweder ein erster
Unempfindlichkeitsbereich oder ein zweiter Unempfindlichkeitsbereich
zum Halten der Temperatur der Flüssigkeit nach der Solltemperatur
herangezogen. Damit ist gewährleistet, daß dann, wenn die Isttemperatur
sich sowieso schon auf die Solltemperatur zubewegt, die Leistungsregelung
rechtzeitig abschaltet, so daß das System kaum übersteuern wird.
Nach einer weiteren, im Anspruch 9 beschriebenen Lehre der Erfindung
ist die zuvor aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Regelung der
Leistung des Systems für den Fall, daß die Abweichung den 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.
Bei dieser Ausgestaltung des beanspruchten Systems ist also zunächst
nur ein Unempfindlichkeitsbereich erforderlich. Wesentlich ist, daß
die Leistung des Systems dann auf andere Weise als im Normalfall geregelt
wird, wenn sich der jeweilige Betriebsparameter einem Grenzwert
nähert, der ansonsten den Stillstand des Systems bewirken würde.
Dadurch wird also die Solltemperatur auch unter Extrembedingungen
so gut wie unter den gegebenen Umständen möglich eingehalten. Ein
Kühlsystem kühlt also beispielsweise so gut wie unter den gegebenen
Umständen noch möglich, auch wenn die Solltemperatur der den Verdampfer
des Kühlsystems verlassenden Kühlflüssigkeit nicht mehr erreicht
werden kann. Das ist immerhin besser, als würde die Kühlleistung
des Systems völlig zusammenbrechen.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung
in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu
ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf
die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung
mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Lehre 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 System zur Konditionierung
eines Fluids mit einer Leistungsregelung. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
handelt es sich um ein System 10 zur Kühlung einer
Flüssigkeit. Das System 10 kühlt einen oder mehrere Räume 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 Räume 11
zur Zirkulation geleiteten Luft durch die Kühlflüssigkeit wird die
Kühlflüssigkeit durch eine Rückleitung 12 b wieder in das System 10
zurückgeleitet.
Das System 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 entspannende Kühlmittel unter Wärmeaustausch mit der
zur Kühlung der Räume 11 des Gebäudes vorgesehenen Kühlflüssigkeit.
Das verdampfte Kühlmittel kehrt danach über Leitung 22 wieder in den
Zentrifugalverdichter 13 zurück und wiederholt den zuvor erörterten
Kühlzyklus.
Der Betrieb des Systems 10 wird im wesentlichen durch die Regeleinheit
25 geregelt. Die Regeleinheit 25 läßt sich, sofern eine Integrierung
der Regelung des Systems 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 System 10
selbständig regeln kann. Die Regeleinheit 25 weist eine Vielzahl von
Funktionen auf. Im folgenden werden jedoch nur die wesentlichen 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 Systems 10. Die Regeleinheit
25 ist mit verschiedenen Sensoren verbunden. Dadurch läßt
sich die Leistung des Systems 10 als Funktion der von den Sensoren
ermittelten Parameter regulieren. Mit der Regeleinheit 25 sind über
Leitung 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 ein 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 Verstärkungsgrad
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 Systems 10 regelnde Programm in binärer
Form und beinhaltet den Programmablauf zur Leistungsregelung. Der RAM-Speicher
speichert die von dem Programm zur Ausführung des Algorithmus
zur Regelung des Systems 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.
Die in den Ablaufdiagrammen und Koordinatensystemen der Zeichnung auftretenden
Absoluttemperaturen und Temperaturdifferenzen beziehen sich
ausschließlich auf die Temperatureinheit Grad Fahrenheit. Die Gültigkeit
der in den Ablaufdiagrammen dargestellten Algorithmen bzw. der
dort auftretenden Abfragen und Berechnungen bzw. die Richtigkeit von
Konstanten setzt die Angabe von Temperaturen in Grad Fahrenheit voraus.
Bei nachfolgenden Erläuterungen sind Absoluttemperaturen und
Temperaturdifferenzen sowohl in Grad Fahrenheit als auch in Grad Celsius
(in Klammern) angegeben, die erläuterten Algorithmen bzw. Teilalgorithmen
sind jedoch ausschließlich für Temperaturangaben in Grad Fahrenheit
gültig.
Fig. 3 zeigt in Form eines Ablaufdiagrammes den Hauptalgorithmus zur
Regelung des Systems 10. Der Programmablauf beginnt bei Block 100. Die
Anweisung in Block 101 stellt sicher, daß das System 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, auch Temperaturfehler genannt, ist in dem Ablaufdiagramm
in Fig. 3 als Variable "E" bezeichnet. Der Mikroprozessor 45
ordnet desweiteren der Variablen "X" den dem als Einstellparameter
vorgebbaren Einschaltschwellwert der Temperaturdifferenz entsprechenden
Digitalwert zu. In Block 103 wird dann ermittelt, ob der Einstellparameter
X größer ist als die Abweichung E. Ist dies der Fall, so kehrt
das Programm zu Block 101 zurück. Dort wird das System 10 - sofern
dies nicht der Fall ist - ausgeschaltet. Ist der Einstellparameter
X kleiner als die Abweichung 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 der
Abweichung E, SE den Wert Null und ST den Wert 6 erhält. Die
Bedeutung dieser Variablen wird in der folgenden Beschreibung deutlich
werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird dem
Bediener allgemein empfohlen, den Einstellparameter X so zu wählen,
daß zum Erreichen der Solltemperatur eine Kühlleistung des
Systems 10 von nahezu 50% der Nennleistung bei 0° F ( 17,77° C)
erforderlich ist. Würde z. B. der Verdampfer 21 bei voller Leistung
einen Temperaturabfall der Kühlflüssigkeit von 10° F ( 5,55° C) hervorrufen,
dann würde der Einstellparameter X entsprechend auf
5° F ( 2,77° C) festgelegt werden. In Abhängigkeit von den Kennlinien
des Systems 10 können auch andere Werte für X gewählt werden.
Der für X gewählte Wert dient innerhalb des Regelalgorithmus zunächst
der Feststellung, ob das System 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,
wobei der Einstellparameter X in Grad Fahrenheit einzusetzen ist. In
Block 105 wird 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 niedrigerer Einstellparameter X
festgesetzt. Hätte X z. B. den Wert 4 (in Grad Fahrenheit), dann würde
sich der Wert von STP entsprechend der in Block 105 implizierten
Gleichung zu -0,8 berechnen. Somit würde 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
( 2,77° C) und 60° F ( 15,55° C) 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 ( -6,66° C) und 70° F ( 21,11° C) 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 ( 1,833° C) liegt. Ist dies der Fall,
so springt das Programm wieder zu Block 101 zurück und schaltet das
System 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 ( 1,833° C),
dann folgt im Programmablauf Block 110. Dort wird überprüft, ob die
Abweichung 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 System 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 System 10 aus.
Wenn der Abweichung 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 U1
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
U1. Dieses Unterprogramm U1 wird in Block 114 aufgerufen. Das
Unterprogramm U1 beginnt bei Block 200 und fährt mit Block 201 fort.
Dort wählt der Multiplexer 46 nach Ansteuerung durch den Multiprozessor
45 das Signal des Verstärkungsgrades 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 der Abweichung E der Kühlflüssigkeit und bildet dazu
die Differenz zwischen dem vorigen und dem aktuellen Wert der
Abweichung E und ordnet diese Differenz bzw. diese Änderung der
Variablen "DE" zu. Der nachfolgende Block 202 überprüft, ob die aktuelle
Abweichung 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 die Abweichung E den Wert 0,1 · STP überschreitet.
Wird die Frage in Block 203 bejaht, so wird in Block 204 überprüft,
ob die Abweichung E den Wert 0,4 · STP überschreitet. Ist dies
nicht der Fall, so ermittelt Block 205, ob die Änderung DE der
Abweichung 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 Verstärkungsgrad C und Abweichung E, d. h. der Wert C · E zugewiesen.
Ist nun gemäß Abfrage in Block 202 die Abweichung E kleiner oder
gleich Null, so prüft eine in Block 208 folgende Abfrage, ob die
Abweichung E kleiner als -0,1 · STP ist. Ist dies der Fall, so ermittelt
Block 209, ob die Abweichung E kleiner als -0,4 · STP ist.
Ist dies der Fall, so wird in Block 210 festgestellt, ob die Änderung
DE der Abweichung 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 Verstärkungsgrad C und Abweichung E erhält.
Der symmetrische Aufbau des Ablaufdiagrammes in Fig. 4 hebt deutlich
hervor, daß sowohl eine positive als auch eine negative Abweichung
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 der
Abweichung 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 die
Abweichung E zwischen -0,1 · STP und 0,1 · STP liegt oder wenn für den
Fall, daß der Abweichung E zwischen 0,1 · STP und 0,4 · STP liegt, die
Änderung DE der Abweichung E kleiner oder gleich Null ist, oder wenn
für den Fall, daß die Abweichung E zwischen -0,1 · STP und -0,4 · STP
liegt, die Änderung DE der Abweichung E größer oder gleich Null ist,
dann erhält die relative Änderung DS der Position der Eintrittsleitschaufeln
66 den Wert Null. Im Fall einer positiven Abweichung E,
bei positiver Änderung DE der Abweichung E, d. h. wenn die Änderung DE
der Abweichung E steigt, wird der relativen Änderung DS der Position
der Eintrittsleitschaufeln 66 der Wert des Produktes aus Verstärkungsgrad
C und Abweichung E zugewiesen. Wenn die Abweichung E einen
negativen Wert aufweist und dieser Wert kleiner als -0,1 · STP ist
und wenn die Änderung der Abweichung 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 U2
zur Regelung der Temperatur des im Verdampfer 21 befindlichen Kühlmittels
bei gleichzeitiger Temperaturbegrenzung aufgerufen. Den Ablauf
dieses Unterprogrammes U2 zeigt das Ablaufdiagramm in Fig. 6.
Das Unterprogramm U2 beginnt mit Block 300. Eine Anweisung in Block 301
weist der Variablen "ET 0" 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 ( 1,11° C) 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 System 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 ( -1,11° C) liegt, berechnet,
das Programm den Ausschaltgrenzwert (ET 1) erneut nach
ET 1 = TRIP + 1,5° F ( 0,833° C). 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 ( 1,11° C) 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 10 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 ( -1,11° C) 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 ET 0 des Kühlmittels im Verdampfer 21 größer oder
gleich -0,375° F ( -0,208° C) 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 ( 2,22° C) 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 ET 0 unter -0,375° F ( -0,208° C) liegt,
dann wird einer Variablen "DS 4" in Block 305 der Wert
0,01244 · (ET - ET 0 + 1,4375) zugewiesen. Danach wird in Block 306
ermittelt, ob die in dem Unterprogramm U1 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 ( 2,22° C)
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 309 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 System 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 Systems 10 die Temperatur
der Kühlflüssigkeit erhöht hat und nach Einschalten zunächst die
zur Kühlung erforderliche Leistung die Nennleistung des Systems 10
überschreitet. Unter diesen Bedingungen könnte die Temperatur des
Kühlmittels rasch abfallen, sobald das System 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 ( -0,166° C) 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 ( 0,33° C) 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 U2.
Das Ablaufdiagramm in Fig. 6 läßt deutlich erkennen, daß beim Verlassen
des Unterprogramms U2 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 U2 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 unter 4° F ( 2,22° C) 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 (in Grad Fahrenheit),
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 (in Grad Fahrenheit),
so wird der Variablen DS 1 der Wert Null zugewiesen. Liegt der Wert
von ET -ET 1 zwischen AA und -0,3 (in Grad Fahrenheit), (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 U2 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 U3 aufgerufen.
Das Unterprogramm U3 regelt den Speisestrom bei gleichzeitiger
Strombegrenzung. Fig. 9 zeigt den Algorithmus des Unterprogrammes
U3 in Form eines Ablaufdiagrammes. Das Unterprogramm U3 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 U3. 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 U3 so verlassen, daß dabei die Variable
DS das Minimum des früher berechneten Wertes der Variablen DS bei
Eintritt in das Unterprogramm U3 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 U3 in Block 116 des Regelalgorithmus
in Fig. 3 folgt in Block 117 das Unterprogramm U4. Dieses Unterprogramm
U4 regelt die Begrenzung des Druckes im Verflüssiger 14. Das
Unterprogramm U4 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 U4 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 - CP - 0,005). Wird die 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 U4 und kehrt zu Block 118 des Hauptalgorithmus
in Fig. 3 zurück.
Fig. 12 zeigt die Regulierung der Leistung des Systems 10 in Form der
auf den normierten Druck CP im Verflüssiger 14 bezogenen relativen
Änderung 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 -0,04 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 Minium aus ihrem früheren Wert bei Beginn dieses Algorithmus
in Block 500 und dem Wert der durch den Regelalgorithmus des
Unterprogrammes U4 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 U1 bis U4 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 der Abweichung 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 der Abweichung 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 U1 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 System 10 auch dann weiter die
Räume 11 kühlen, wenn die Solltemperatur der den Verdampfer 21 verlassenden
Kühlflüssigkeit nicht erreicht werden kann. Dies ist besser,
als würde das System 10 bei voller Leistung bis zu dem Punkt arbeiten,
bei dem das System 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 Systems 10 durch Änderung der Position der Eintrittsleitschaufeln
66 in Abhängigkeit von Abweichung E und Verstärkungsgrad
C regulieren. In Abhängigkeit davon, ob der Temperaturfehler E
steigt oder fällt, erfolgt die Leistungsregelung mit einem ersten
oder einem zweiten Unempfindlichkeitsbereich. Im Falle einer abnehmenden
Abweichung E bleibt die relative Änderung DS der Position
der Eintrittsleitschaufeln 66 in dem breiteren 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 0,2 · STP zur Leistungsregelung und somit zur Verringerung des
Temperaturfehlers E herangezogen. Dieses Regelschema verringert zum
einen unnötige Änderungen der Leitung des Systems 10 und sorgt zum
anderen für eine stabile Regelung der Temperatur der Kühlflüssigkeit.
Obwohl im dargestellten Ausführungsbeispiel die Leistungsänderung des
mit einem Zentrifugalverdichter 13 ausgestatteten Systems 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 (14)
1. System zur Konditionierung eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit,
auf eine vorgegebene Solltemperatur, mit einer Leistungsregelung, wobei die
Leistungsregelung einen Temperatursensor (29) zur Ermittlung der Temperatur
der konditionierten Flüssigkeit, eine Einstellvorrichtung für einen Einstellparameter
(X) und eine Regeleinheit (25) zum Halten der Temperatur der konditionierten
Flüssigkeit nahe der Solltemperatur aufweist, wobei an die Regeleinheit
(25) eingangsseitig der Temperatursensor (29) und die Einstellvorrichtung
angeschlossen sind, wobei mittels der Regeleinheit (25) die Abweichung (E)
der Temperatur der konditionierten Flüssigkeit von der Solltemperatur ermittelt
und auf der Grundlage des an der Einstellvorrichtung eingestellten Wertes
des Einstellparameters (X) die Breite eines ersten Unempfindlichkeitsbereichs
und die Breite eines zweiten, relativ breiteren Unempfindlichkeitsbereichs
bestimmt wird und wobei die Regeleinheit (25) mit einem bestimmten
Verstärkungsgrad (C) arbeitet und die Leistung des Systems (10) auf Basis des
Verstärkungsgrads (C) unter Berücksichtigung der Unempfindlichkeitsbereiche
regelt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Regeleinheit
(25) bei ansteigendem Betrag der Abweichung (E) der Flüssigkeitstemperatur
von der Solltemperatur der erste Unempfindlichkeitsbereich und bei
fallendem Betrag der Abweichung (E) der Flüssigkeitstemperatur von der Solltemperatur
der zweite, breitere Unempfindlichkeitsbereich wirksam ist.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit die
Breite des ersten und des zweiten Unempfindlichkeitsbereichs als Funktion
eines ersten und eines zweiten Einstellparameters bestimmt.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstellvorrichtung
für den Verstärkungsgrad (C) vorgesehen und eingangsseitig an
die Regeleinheit (25) angeschlossen ist, und, vorzugsweise, die Einstellvorrichtung
von einer Bedienungsperson betätigbar ist.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Zentrifugalverdichter (13) vorgesehen ist und daß die Leistungsregelung zum
Halten der Flüssigkeitstemperatur nahe der Solltemperatur die Leistung des
Zentrifugalverdichters (13) regelt.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Eintrittsleitschaufeln
vorgesehen sind und die Leistung des Zentrifugalverdichters (13) durch
die Stellung der Eintrittsleitschaufeln (66) geregelt wird.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des
Systems durch Verstellen der Eintrittsleitschaufeln (66) in vorgegebenen
Zeitabständen geregelt wird.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß während eines jeden
Zeitabschnittes die Änderung der Leistung des Systems einen vorgegebenen
Höchstwert nicht überschreitet.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
Änderungen der Leistung des Systems aus dem Produkt von Verstärkungsgrad (C)
und Abweichung (E) der Flüssigkeitstemperatur von der Solltemperatur bestimmt
werden.
9. System zur Konditionierung eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit
auf eine vorgegebene Solltemperatur, mit einer Leistungsregelung, wobei die
Leistungsregelung mindestens einen Sensor (29, 37, 40) zur Ermittlung mindestens
eines Betriebsparameters des Systems, mindestens eine Einstellvorrichtung
für einen Sollwert des entsprechenden Betriebsparameters und eine
Regeleinheit (25) aufweist, wobei an die Regeleinheit (25) der Sensor bzw.
die Sensoren (29, 37, 40) und die Einstellvorrichtung bzw. die Einstellvorrichtungen
angeschlossen sind und wobei mittels der Regeleinheit (25) die
Abweichung des gemessenen Betriebsparameters vom entsprechenden Grenzwert
ermittelt und die Leistung des Systems unter Berücksichtigung mindestens
eines Unempfindlichkeitsbereichs geregelt wird, insbesondere nach einem der
Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Regelung der Leistung des Systems für den Fall, daß die Abweichung den
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.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (25)
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.
11. System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor
(40) zur Ermittlung des Kühlmitteldruckes in einem Verflüssiger (14)
für Kühlmittel vorgesehen ist.
12. System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Stromsensor (37) zur Ermittlung des Speisestroms vorgesehen ist.
13. System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Temperatursensor (29) zur Ermittlung der Kühlmitteltemperatur in einem
Verdampfer (21) vorgesehen ist.
14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsregelung
die Leistung des Systems nach einer vorgegebenen Funktion der zeitabhängigen
Änderung der Temperatur des Kühlmittels im Verdampfer (21) genau
dann regelt, wenn die Abweichung des Betriebsparameters von seinem Grenzwert
größer als ein zweiter vorgegebener Wert ist und die aus der vorgegebenen
Funktion errechnete Leistungsänderung des Systems geringer ist als eine zur
Konditionierung der Flüssigkeit auf die Solltemperatur erforderliche
Leistungsänderung des Systems.
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