DE3713869C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelgerät für die
Überhitzungstemperatur des Verdampfers einer Kälte-
oder Wärmepumpanlage nach dem Oberbegriff des An
spruchs 1.
Bei einem bekannten Regelgerät dieser Art (US-PS
45 23 435) wird das Expansionsventil so gesteuert, daß
möglichst keine unverdampfte Kühlflüssigkeit aus dem
Verdampfer über die Saugleitung in den Kompressor ge
langt. Zu diesem Zweck wird dort das Stellsignal des
Expansionsventils in Abhängigkeit von der Größe und
Änderungsgeschwindigkeit der Überhitzungstemperatur
des Dampfes im Verdampfer gesteuert, wobei der Sollwert
der Überhitzungstemperatur entsprechend der Nennleistung
der jeweiligen Kälteanlage fest eingestellt wird. Auf
diese Weise ist jedoch nicht sichergestellt, daß die
Kälteanlage in allen Betriebssituationen optimal ausge
nutzt wird, z. B. bei Belastungs-, Verdampferdruck-,
Kondensatordruck-Änderungen und dergleichen. Beispiels
weise kann der Regler bei kurzzeitiger hoher Belastung
(hohem Kühlbedarf) eine wesentlich höhere Überhitzungs
temperatur als im Normalfalle fordern, so daß der Ver
dampfer auf eine entsprechend hohe Überhitzungstemperatur
auszulegen wäre, obwohl sie im Normalfalle nicht erfor
derlich ist.
Bei einem andern bekannten Regelgerät (DE-OS 32 20 420)
enthält das Regelgerät einen Mikrorechner, der wiederum
die Überhitzungstemperatur aus der Ausgangstemperatur
und der Eingangstemperatur des Verdampfers berechnet,
wobei die Eingangstemperatur aus dem Verdampfungsdruck
ermittelt wird. Die Überhitzungstemperatur wird mit
einer gespeicherten Sollwert-Kennlinie verglichen, die
eine Funktion der Belastung und der Verdampfungstempe
ratur darstellt. Auf diese Weise soll bei schwankenden
Außentemperaturen die Regelung des Expansionsventils
optimiert werden, insbesondere die freie Einstellbarkeit
einer Kennlinie jederzeit automatisch möglich sein.
Aus dem Buch von Solodownikow "Grundlagen der selbst
tätigen Regelung" Band 1, 1959, Seite 46 ist es bekannt,
den Gütegrad einer Regelung festzulegen. Hierfür sind
verschiedene Gütemerkmale angegeben, wie die maximale
Nachstellung der Regelgröße, die statische Nachstellung,
die Regeldauer oder die Anzahl der Schwingungen der
Regelgröße.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelgerät
der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei dem selbsttätig
eine optimale Überhitzung des Verdampfers unabhängig
von Belastungsänderungen, verschiedenen Verdampfernenn
daten und unabhängig von dem verwendeten Kühlmittel
sichergestellt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich
nenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Bei dieser Lösung wird der Sollwert der Überhitzungs
temperatur selbsttätig der jeweiligen Änderungsgeschwin
digkeit der Überhitzungstemperatur, also einer wesent
lichen Kenngröße der Regelgüte, angepaßt. So wird der
Sollwert bei geringer Überhitzungstemperatur, wenn die
Ausgangstemperatur des Verdampfers aufgrund einer perio
dischen (räumlichen) Annäherung der Flüssigkeits-Gas-
Grenze an den Ausgang des Verdampfers entsprechend häufig
abfällt, selbsttätig auf einen höheren Wert eingestellt,
bis die Überhitzungstemperatur zumindest angenähert
den Beharrungswert und damit die Gas-Flüssigkeits-Grenze
im Verdampfer eine weitgehend stabile Lage erreicht hat.
Mit der Weiterbildung nach Anspruch 2 kann auch die
Größe der Überhitzungstemperatur zur Stabilitätsregelung
herangezogen werden.
Die Ausführung nach Anspruch 3 ermöglicht auf einfache
Weise eine selbsttätige Anpassung des Überhitzungstem
peratur-Sollwerts. Wegen der Regelung mit "fließendem"
oder "schwimmendem" Überhitzungstemperatur-Sollwert
ohne Absolutwert ist die Regelung weitgehend unabhängig
von einer Druckabnahme im Verdampfer, von der Genauig
keit, mit der die Temperaturen vor und hinter dem Ver
dampfer gemessen werden, sowie von einer mangelhaften
Anbringung der Fühleranordnung. Die Schwingungen der
Überhitzungstemperatur aufgrund von Änderungen des Soll
werts oder beim Ausregeln von Störgrößen sind sehr ge
ring. Es ist daher möglich, mit einer Über
hitzungstemperatur zu arbeiten, die nur geringfügig
über dem Mindestwert liegt, bei dem die Gas-Flüssig
keits-Grenze im Verdampfer gerade eine stabile Lage
einnimmt.
Die Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 4 und 5 können
dafür sorgen, daß kurzfristige starke Änderungen der
Überhitzungstemperatur für die Änderung des Überhitzungs
temperatur-Sollwertes unberücksichtigt bleiben.
Die Verwendung von Zählern in der Steuerschaltung nach
Anspruch 6 ermöglicht eine sehr einfache Überwachung
der Regelabweichung und ihrer Änderungsgeschwindigkeit
mit geringer Mikroprozessor-Kapazität.
Mit den Merkmalen der Ansprüche 7 und 8 ist sicherge
stellt, daß die Überhitzungstemperatur während einer
Anlaufzeit von beispielsweise sechs Minuten rasch -
ohne zusätzlichen Eingriff - auf den eingestellten Soll
wert eingeregelt werden kann.
Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 9 kann schon vor
Beginn oder Ablauf der Datenspeicherungsperiode ein
selbsttätiger Eingriff erfolgen.
Mit dem PI-Regelglied nach Anspruch 10 wird der Istwert
der Überhitzungstemperatur dem Sollwert genau nachge
führt. Durch die Einstellung der Übertragungsfunktion
des PI-Regelgliedes in Abhängigkeit vom Übergangsver
halten der Überhitzungstemperatur, insbesondere in Ab
hängigkeit von der Regelabweichung, kann die Stabilität
der Überhitzungstemperatur günstig beeinflußt werden.
Die Weiterbildung nach Anspruch 12 hat den Vorteil,
daß der Kühlbetrieb der Anlage auch bei einer Fehlfunk
tion der Fühleranordnung, z. B. eines Kurzschlusses oder
Leitungsbruchs, fortgesetzt wird, wenn auch mit geringe
rer Kühlleistung, so daß das Kühlgut nicht wegen einer
zu hohen Temperatur im Kühlraum sofort verdirbt.
Der Sicherheitsbereich liegt vorzugsweise zwischen -70°C
und +45°C. Der im Anspruch erwähnte vorbestimmte Bruch
teil liegt vorzugsweise etwa bei 60%.
Der Alarmgeber nach Anspruch 13 sorgt dafür, daß eine
Fehlfunktion der Fühleranordnung rechtzeitig behoben
werden kann.
Die Ausführungsform nach Anspruch 14 hat den Vorteil,
daß bei einer Inbetriebsetzung der Anlage oder mehrmali
gem Öffnen der Kühlraumtür, um Kühlgut einzulegen oder
zu entnehmen, wobei eine entsprechend hohe Regelabwei
chung (Übertemperatur im Kühlraum) auftreten kann, nicht
sofort der Alarmgeber ausgelöst wird, sondern erst dann,
wenn der Grenzwert nach einer längeren Betriebszeit
überschritten wird.
Die in Anspruch 15 vorgesehene Zeitdauer bildet eine
Verzögerungszeit, die mehrere Minuten, z. B. 10 bis 20
Minuten, dauern kann. Dadurch wird z. B. vermieden, daß
durch ein kurzfristiges Öffnen der Kühlraumtür, z. B.
zur visuellen Inspektion, der Alarm sofort ausgelöst
wird.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachste
hend anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungs
beispiels näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Kühlanlage mit einem erfindungsgemäßen Regel
gerät,
Fig. 2 ein Flußdiagramm des Betriebsablaufs des Regel
geräts nach Fig. 1,
Fig. 3 den Verlauf der Überhitzungstemperatur des Kühl
mittels in drei verschiedenen Betriebsperioden
mit zugehöriger Einstellung des Überhitzungstempe
ratur-Sollwerts und
Fig. 4 ein Zeitdiagramm der Kühlraumtemperatur und des
Ansprechgrenzwertes eines Alarmgebers, durch
den die Kühlraumtemperatur überwacht wird.
Die Kühlanlage nach Fig. 1 enthält einen Kühlkreislauf
mit einem Kompressor 1, einem Kondensator 2 in Form
einer Wärmetauscherschlange, ein Expansionsventil 3
und einem Verdampfer 4 in Form einer Wärmetauscherschlan
ge. An den Kühlkreislauf ist ein Regelgerät 5 angeschlos
sen, das die Überhitzungstemperatur des Kühlmittels
im Verdampfer 4 regelt. Zu diesem Zweck enthält das
Regelgerät 5 eine Fühleranordnung aus zwei Temperatur
fühlern 7 und 8, von denen der eine Temperaturfühler 7
die Eingangstemperatur T E und der andere Temperaturfüh
ler 8 die Ausgangstemperatur T A des Verdampfers 4 mißt.
Ferner enthält das Regelgerät 5 zwei Verstärker 9, 10,
zwei Analog/Digital-Umsetzer 11, 12, einen Mikroprozes
sor 13, einen Digital/Analog-Umsetzer 14, ein PI-Regel
glied 15 und einen Steller 16 für das Expansionsventil
3.
Die Fühlersignale werden über die Verstärker 9, 10 und
die A/D-Umsetzer 11, 12 dem Mikroprozessor 13 zugeführt,
der einen gleichzeitig als Sollwertgeber dienenden Daten
speicher 17 aufweist. Ein die Regelabweichung darstellen
des Ausgangssignal des Mikroprozessors wird über den
D/A-Umsetzer 14 und das PI-Regelglied 15 dem Steller 16
als Stellsignal für das Expansionsventil 3 zugeführt.
Bei dem Steller 16 kann es sich um einen impulsbreiten
modulierten oder thermisch steuerbaren Steller handeln.
Das PI-Glied 15 kann auch durch die Funktion des Mikro
prozessors digital nachgebildet sein, wobei es in diesen
einbezogen wäre.
In dem Mikroprozessor 13 wird aus den Temperaturfühler
signalen durch Differenzbildung der Istwert der Überhit
zungstemperatur des Verdampfers 4 bzw. des darin ent
haltenen Kühlmittels ermittelt und mit einem variablen
Überhitzungstemperatur-Sollwert verglichen, wobei der
Mikroprozessor nach Ermittlung der Regelgüte, die im
wesentlichen durch die Änderungsgeschwindigkeit der
Überhitzungstemperatur und gegebenenfalls des Betrages
dieser Überhitzungstemperatur dargestellt wird, in Ab
hängigkeit von dieser Regelgüte jeweils einen anderen
Überhitzungstemperatur-Sollwert aus dem Datenspeicher
17 abruft.
Nachstehend wird der Betriebsablauf des Regelgerätes
5 anhand des Signalflußdiagramms nach Fig. 2 ausführli
cher beschrieben. In dem Signalflußdiagramm bezeichnen
S 1 bis S 21 Funktionseinheiten, die durch entsprechende
Schaltungen realisiert sind, aber auch durch entsprechen
de Programmschritte oder Programmstufen verwirklicht
werden können.
Beim Einschalten der Anlage bewirkt die Schaltung S 1
eine Einstellung eines hohen Überhitzungstemperatur-Soll
werts von beispielsweise 10°C, der aus dem Datenspeicher
17 abgerufen und zur Berechnung einer Regelabweichung
verwendet wird, in Abhängigkeit von der das den Ventil
öffnungsgrad bestimmende Stellsignal des Stellers 16
gebildet wird. Insbesondere in der Anlaufphase ist es
wesentlich, mit einem hohen Überhitzungstemperatur-Soll
wert zu arbeiten, der einen weitgehend ruhigen Einschalt
verlauf der Kühlanlage sicherstellt.
Durch die Schaltung S 2 werden laufend die Eingangstempe
ratur T E und die Ausgangstemperatur T A des Verdampfers 4
eingespeichert. Die gespeicherten Temperaturen T E und
T A werden laufend in Vergleichern S 3 bzw. S 4 mit Tempe
raturgrenzwerten von -70°C und +45°C verglichen, bevor
sie akzeptiert werden. Wenn die Temperaturwerte unter
halb von -70°C oder oberhalb von +45°C liegen, wird
angenommen, daß ein Fühlerfehler vorliegt, z. B. ein
Kurzschluß oder eine Leitungsunterbrechung in einem
der Fühler 7 und 8. Wenn ein derartiger Fehler festge
stellt wird, wird über die Schaltung S 5 bewirkt, daß
das Stellsignal für den Steller 16 zwangsläufig auf
einen Wert von 60% des Augenblickswertes verringert
wird, der aus dem Datenspeicher abgefragt werden kann.
Durch diese Reduzierung wird der Öffnungsgrad des Expan
sionsventils 3 entsprechend verringert, so daß bei einem
Fühlerfehler der Betrieb der Kühlanlage bis zur Behebung
des Fehlers fortgesetzt wird, wenn auch mit verminderter
Kühlleistung. Auf diese Weise wird vermieden, daß ver
derbliches Kühlgut bis zur Behebung des Fehlers verdirbt.
Wenn die von den Fühlern angezeigten Temperaturen inner
halb des Sicherheitsbereichs von -70°C bis +45°C liegen,
wird durch die Schaltung S 6 die Überhitzungstemperatur
ÜT durch Bildung der Differenz T A -T E berechnet. An
schließend wird in der Schaltung S 7 die Regelabweichung
X w = ÜT-ÜTS, d. h. die Differenz aus Überhitzungstem
peratur ÜT und Überhitzungstemperatur-Sollwert ÜTS,
berechnet.
Danach wird in der Schaltung S 8 die Änderungsgeschwin
digkeit d(ÜT)/dt der Überhitzungstemperatur und dann
in der Schaltung S 9 die Regelgüte als Funktion der Regel
abweichung X w sowie der Änderungsgeschwindigkeit der
Überhitzungstemperatur ermittelt und im Datenspeicher
17 abgespeichert. Sodann wird in der Schaltung S geprüft,
ob die Regelabweichung kleiner als -3°C ist, d. h. ob
die Überhitzungstemperatur um mehr als 3°C unter dem
eingestellten Überhitzungstemperatur-Sollwert liegt.
Wenn nein, wird als Kriterium für die Regelgüte geprüft,
ob die Änderungsgeschwindigkeit und die Überhit
zungstemperatur bzw. die Regelabweichung innerhalb vor
bestimmter Toleranzbereiche liegen, d. h. ob die berech
nete Überhitzungstemperatur im Verlauf einer Folge von
Messungen stärker schwankt, als es dem Toleranzbereich
entspricht. Die Änderungsgeschwindigkeit der Überhit
zungstemperatur d(ÜT)/dt kann zum Beispiel durch Ermitt
lung der Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Messungen in einem festen Zeitabstand berechnet werden.
Die Anzahl der aufeinanderfolgenden Messungen bestimmt
die Dauer der Datenspeichungsperiode, wobei 24 Meßvor
gänge innerhalb dieser Datenspeicherungsperiode durchge
führt werden. Hierbei überwacht ein Zeitzähler S 10,
ob die 24 Meßvorgänge ausgeführt sind. Ist dies noch
nicht der Fall, d. h. die vom Zeitzähler S 10 laufend
gezählte Zeit noch kleiner als 10 Minuten, dann wird
der gerade verwendete Überhitzungstemperatur-Sollwert
in der Schaltung S 11 beibehalten. Sind die ersten zehn
Minuten abgelaufen, dann wird der Inhalt weiterer Daten
speicher, z. B. Zähler S 12, S 13 und S 14, abgefragt. Bei
jedem der 24 Meßvorgänge erhält von diesen Zählern der
Zähler S 12 einen Zählimpuls, wenn die Änderungsge
schwindigkeit der Überhitzungstemperatur klein ist,
d. h. unterhalb ihres Toleranzbereiches liegt, und wenn
die Überhitzungstemperatur innerhalb ihres Toleranzberei
ches liegt, der Zähler S 13 einen Zählimpuls, wenn die
Änderungsgeschwindigkeit der Überhitzungstemperatur
akzeptabel ist, d. h. innerhalb ihres Toleranzbereiches
liegt, und wenn die Überhitzungstemperatur innerhalb
ihres Toleranzbereiches liegt, und der Zähler S 14 einen
Zählimpuls, wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Über
hitzungstemperatur oberhalb ihres Toleranzbereiches
liegt (zu groß ist) und wenn die Überhitzungstemperatur
außerhalb ihres Toleranzbereichs liegt.
Je nach Zählerstand, z. B. wenn bei 60% der 24 Meßvorgän
ge die Schwankung der Regelgröße nicht zu hoch war,
wird entschieden, ob der augenblickliche Überhitzungs-
Sollwert beibehalten, um 0,5°C verringert oder erhöht
wird. Nach Ablauf der Datenspeicherungsperiode werden
die Zähler durch die Schaltung S 18 zurückgestellt und
eine neue Datenspeicherungsperiode eingeleitet.
Wenn dagegen in der Schaltung S eine unterhalb von -3°C
liegende Regelabweichung X w festgestellt wurde, wird
in der Schaltung S 19 der Überhitzungstemperatur-Sollwert
ÜTS um 1°C erhöht, d. h. ein um 1°C höherer Überhitzungs
temperatur-Sollwert aus dem Datenspeicher abgerufen,
und sodann werden zunächst die Zähler durch die Schaltung
S 18 zurückgestellt und ebenfalls die die Schaltungen
S 8 bis S 18 aufweisende Schleife in der beschriebenen
Weise durchlaufen.
In den Schaltungen S 20 und S 21 werden dann ein Signal
zur Anpassung des Verstärkungsfaktors K p des PI-Regel
gliedes 15 und das Stellsignal Y für den Steller 16
in Abhängigkeit von der Regelabweichung X w berechnet,
wobei die Regelabweichung den Verstärkungsfaktor eines
im PI-Regelglied 15 enthaltenen Verstärkers steuert.
Eine Abwandlung der Steuerschaltung zur Verarbeitung
der Meßwerte kann darin bestehen, daß sie Zähler auf
weist, deren Zählkapazität jeweils der Anzahl der in
der Datenspeicherperiode ermittelten Meßwerte entspricht
und von denen ein erster Zähler die Anzahl der Meßwerte
zählt, ein zweiter Zähler durch einen Komparator einen
Zählimpuls erhält, wenn die Überhitzungstemperatur inner
halb eines Toleranzbereiches liegt, ein dritter Zähler
durch einen Komparator einen Zählimpuls erhält, wenn
die Änderungsgeschwindigkeit der Überhitzungstemperatur
unterhalb eines Toleranzbereiches liegt, und ein vierter
Zähler einen Zählimpuls erhält, wenn die Änderungsge
schwindigkeit oberhalb des betreffenden Toleranzbereiches
liegt. Dies ermöglicht eine sehr einfache Überwachung
der Regelabweichung und ihrer Änderungsgeschwindigkeit
mit geringer Mikroprozessor-Kapazität.
Fig. 3 veranschaulicht in einem Temperatur-Zeit-Diagramm
die Wirkungsweise der durch den Mikroprozessor gebilde
ten Steuerschaltung und die Regelung der Überhitzungs
temperatur in drei aufeinanderfolgenden Betriebsperioden
a, b und c. Bei der erstmaligen Einschaltung der Anlage
in der Betriebsperiode a wird aus dem Datenspeicher 17
ein verhältnismäßig hoher Überhitzungstemperatur-Sollwert
abgerufen, in dem dargestellten Beispiel 9°C. Die Über
hitzungstemperatur steigt bei der Anfangsventilöffnung
rasch auf einen zu hohen Wert an und bewirkt durch das
Regelgerät 5 eine weitere Öffnung des Expansionsventils
3, so daß die Überhitzungstemperatur abnimmt. Nach eini
gen Schwingungen um den Sollwert erreicht die abklingende
Schwingung der Überhitzungstemperatur allmählich den
Beharrungszustand (Sollwert), wobei sie nur noch gering
fügig um den Sollwert schwankt. In einer vorbestimmten
Anlaufzeit a 1, hier 6 Minuten, nach dem Einschalten
bleibt der Sollwert der Überhitzungstemperatur unverän
dert, also ohne daß in den Regelvorgang eingegriffen
wird. Lediglich dann, wenn die Regelabweichung der Über
hitzungstemperatur einen unteren Grenzwert unterschrei
tet, d. h. die Überhitzungstemperatur z. B. 3°C unter
dem augenblicklichen Sollwert liegt, wird sofort ein
höherer Sollwert abgerufen, ohne daß die Regelabweichung
oder die Regelgüte im Datenspeicher 17 eingelesen wird.
Dieser Fall ist jedoch im Signalflußdiagramm nach Fig. 2
nicht berücksichtigt. Diese sofortige Erhöhung des Soll
werts bei Unterschreitung des augenblicklichen Sollwertes
um mehr als 3°C durch die Überhitzungstemperatur erfolgt
auch in allen folgenden Zeitabschnitten.
Nach Ablauf der Anlaufzeit a 1 beginnt eine Datenspei
cherperiode von ca. 10 Minuten, in der die Regelabwei
chung X w der Überhitzungstemperatur und die Regelgüte
periodisch in mehreren aufeinanderfolgenden Meßvorgän
gen, hier 24, also alle 24 Sekunden, ermittelt und ge
speichert werden. Gleichzeitig wird ein zweiter, nie
drigerer Sollwert der Überhitzungstemperatur, hier 8°C,
der in dieser Datenspeicherungsperiode verwendet werden
soll, abgerufen. Nach Ablauf eines ersten Zeitabschnitts
a 2 von 4 Minuten der Datenspeicherungsperiode wird der
Kompressor 1 abgeschaltet, z. B. über einen Kühlraum
thermostaten.
Bei der nächsten Einschaltung des Kompressors 1 wird
zunächst erneut eine Anlaufzeit b 1 von 6 Minuten ohne
Sollwertänderung eingehalten, nunmehr jedoch mit einem
etwas niedrigeren Sollwert von beispielsweise 8,5°C
als in der ersten Anlaufzeit a 1, weil die Überhitzungs
temperatur in der ersten Anlaufzeit a 1 den Sollwert
nur geringfügig, nämlich um nicht mehr als 1°C, unter
schritten hatte, was durch einen einfachen Grenz
wertvergleich festgestellt wird. Anschließend wird die
bereits in der ersten Betriebsperiode a über den Zeitab
schnitt a 2 von etwa 4 Minuten begonnene Datenspei
cherungsperiode nunmehr über einen restlichen Zeitab
schnitt b 2 von 6 Minuten mit demselben zweiten Sollwert
von 8°C wie im Zeitabschnitt a 2 fortgesetzt. Wenn die
Regelgüte während des Zeitabschnitts b 2 zufriedenstellend
war, wird ein dritter, noch niedrigerer Sollwert von
hier 7,5°C abgerufen, und es beginnt eine neue Daten
speicherungsperiode, die nach einem Zeitabschnitt b 3
von 4 Minuten aufgrund einer Ausschaltung des Kompressors
unterbrochen wird.
In der folgenden Betriebsperiode c wird während der
Anlaufzeit c 1 von 6 Minuten mit demselben Überhitzungs
temperatur-Sollwert wie in der Anlaufzeit b 1 der vorher
gehenden Betriebsperiode b begonnen, weil die Überhit
zungstemperatur in der Anlaufzeit b 1 den Sollwert um
mehr als 1°C unterschritten hatte, und auch im anschlie
ßenden Zeitabschnitt c 2 der zweiten Datenspeicherungs
periode b 3 + c 2 wird derselbe Sollwert wie am Ende der
vorherigen Betriebsperiode b beibehalten, ebenso wie
in der sich anschließenden Datenspeicherperiode nach
Ablauf der Datenspeicherungsperiode b 3 + c 2, weil die
Regelgüte zufriedenstellend war, ohne jedoch anzuzeigen,
daß ein niedrigerer Überhitzungstemperatur-Sollwert
eingestellt werden sollte, weil die Regelgröße nicht
vollständig zur Ruhe gekommen ist.
Jedesmal, wenn eine Datenspeicherungsperiode a 2 + b 2
gleich b 3 + c 2 gleich 10 Minuten abgelaufen ist, die
sich also über mehrere Betriebsperioden erstrecken kann,
bis 24 Meßvorgänge ausgeführt sind, wird der Zählerstand
abgefragt und der Überhitzungstemperatur-Sollwert ent
sprechend eingestellt. Wenn der Zählwert für die Ände
rungsgeschwindigkeit und den Betrag der Regelabweichung
der Überhitzungstemperatur einen oberen Grenzwert über
schreitet, was einer geringen Regelgüte entspricht,
wird aus dem Datenspeicher 17 ein hoher Sollwert abgeru
fen. Wenn dieser Zählwert dagegen einen unteren Grenzwert
unterschreitet (hohe Regelgüte), wird ein niedriger
Sollwert abgerufen.
Fig. 4 veranschaulicht in einem Temperatur-Zeit-Diagramm
den Betrieb eines Alarmgebers, der bei Überschreiten
eines Grenzwertes der Kühlraumtemperatur anspricht.
Der Grenzwert nimmt bei jeder erneuten Einschaltung
des Kompressors der Kühlanlage von einem hohen Anfangs
wert von hier etwa 10°C mit der Betriebszeit ab, wobei
die dargestellte Grenzwertkurve aus einer im Daten
speicher gespeicherten Temperaturtabelle durch den Mikro
prozessor abgerufen wird, so daß der Grenzwert umso
niedriger wird, je länger der Betrieb andauert. Dies
hat den Vorteil, daß der Alarmgeber nicht unnötig an
spricht, wenn bei erstmaliger Inbetriebsetzung der Kühl
anlage oder nach mehrmaligem Öffnen der Kühlraumtür
in kurzen Abständen, um Kühlgut in den Kühlraum zu legen
oder daraus zu entnehmen, die Kühlraumtemperatur den
Sollwert erheblich überschreitet, ohne daß eine Störung
vorliegt. Bei jeder erneuten Einschaltung des Kompressors
beginnt eine Zeitregistrierung wieder von vorn mit 0.
Im dargestellten Beispiel dauert es nach der ersten
Einschaltung etwa 30 Minuten, bis der Kompressor wieder
einschaltet und erneut mit der Kühlung beginnt. Wenn
nach weiteren 50 Minuten die Kühlraumtemperatur die
Einschalt-Temperatur des Kompressors noch nicht über
schritten hat, unterschreitet der Grenzwert die inner
halb der normalen Regeldifferenz liegende Einschalt-Tem
peratur, wobei es günstig ist, wenn der Grenzwert nach
einer vorbestimmten längeren Betriebszeit einen niedri
geren, konstanten Wert annimmt, der geringfügig über
der normalen Kühlraumtemperatur liegt.
Wenn die Kühlraumtemperatur den Grenzwert überschritten
hat, wird der Alarmgeber jedoch erst nach einer vorbe
stimmten Verzögerungszeit ausgelöst. Die Verzögerungszeit
kann hierbei mehrere Minuten, z. B. 10 bis 20 Minuten,
dauern. Dadurch wird z. B. vermieden, daß durch ein kurz
fristiges Öffnen der Kühlraumtür, z. B. zur visuellen
Inspektion, der Alarm sofort ausgelöst wird.
Claims (15)
1. Regelgerät für die Überhitzungstemperatur des Ver
dampfers einer Kälte- oder Wärmepumpanlage, bei der
der Verdampfer, ein Kompressor, ein Kondensator und
ein durch das Regelgerät gesteuertes Expansionsventil
in einem geschlossenen Kreis hintereinander angeord
net sind und eine Temperatur-Fühleranordnung für
die Eingangs- und Ausgangstemperatur des Verdampfers
vorgesehen ist, wobei das Regelgerät eine Anordnung
zur Berechnung des Istwertes der Überhitzungstempera
tur des Verdampfers aus dessen Eingangs- und Ausgangs
temperatur, einen Sollwertgeber für den Sollwert
der Überhitzungstemperatur, einen Vergleicher zum
Vergleichen von Soll- und Istwert der Überhit
zungstemperatur zur Berechnung der Regelabweichung,
ein Stellglied zum Verändern des Kältemittelstroms
durch das Expansionsventil und eine Steuerschaltung
zum Steuern des Stellgliedes in Abhängigkeit von
der Überhitzungstemperatur und ihrer Änderungsge
schwindigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuerschaltung (13, 17) den gerade vorliegen
den Sollwert unverändert läßt, wenn die Änderungsge
schwindigkeit der Überhitzungstemperatur innerhalb
eines vorgegebenen, der Änderungsgeschwindigkeit
der Überhitzungstemperatur zugeordneten und in einem
Datenspeicher (17) abgespeicherten Toleranzbereiches
liegt, ihn um einen vorgegebenen Wert senkt, wenn
die Änderungsgeschwindigkeit unterhalb dieses Tole
ranzbereichs liegt, und ihn um einen vorgegebenen
Wert erhöht, wenn die Änderungsgeschwindigkeit ober
halb dieses Toleranzbereiches liegt.
2. Regelgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung (13, 17) den gerade vorliegen
den Sollwert unverändert läßt, wenn die Überhitzungs
temperatur innerhalb eines vorgegebenen, der Überhit
zungstemperatur zugeordneten und in dem Datenspeicher
(17) abgespeicherten Toleranzbereichs liegt, und
ihn um einen vorgegebenen Wert erhöht, wenn die Über
hitzungstemperatur unterhalb dieses Toleranzbereichs
liegt.
3. Regelgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Steuerschaltung ein Mikroprozessor
(13) ist, welcher die Meßwerte der Überhitzungstempe
ratur in dem Datenspeicher (17) abspeichert, die zugehöri
gen Änderungsgeschwindigkeiten berechnet, beides
mit den zugeordneten, gespeicherten Toleranzbereichen
vergleicht und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis
ein Signal zur Änderung des gerade vorliegenden Soll
werts der Überhitzungstemperatur in den Datenspeicher
(17) abspeichert und ausgibt.
4. Regelgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mikroprozessor (13) in einer Datenspeiche
rungsperiode mehrere Meßwerte der Überhitzungstempe
ratur abspeichert, die zugehörigen Änderungsgeschwin
digkeiten berechnet und das Signal zur Änderung des
Sollwerts der Überhitzungstemperatur erst nach Ablauf
der Datenspeicherungsperiode ausgibt.
5. Regelgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mikroprozessor (13) das Signal zur Änderung
des Sollwertes der Überhitzungstemperatur erst dann
ausgibt, wenn die Werte der Überhitzungstemperatur
oder deren Änderungsgeschwindigkeit für die Dauer
eines vorgegebenen Bruchteils der Datenspeicherungs
periode außerhalb des zugeordneten Toleranzbereiches
gefallen sind.
6. Regelgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung Zähler (S 10, S 12 bis S 14)
aufweist, deren Zählbereich durch die Anzahl der
in der Datenspeicherperiode zu ermittelnden Meßwerte
gegeben ist und von denen ein Zähler (S 10) die Anzahl
der bereits ermittelten Meßwerte zählt und die übrigen
Zähler (S 12-S 14) über wenigstens einen Komparator
Zählimpulse jeweils dann erhalten, wenn die Änderungs
geschwindigkeit der Überhitzungstemperatur entweder
unterhalb oder innerhalb oder oberhalb ihres zugeord
neten Toleranzbereiches liegt oder wenn die Überhit
zungstemperatur außerhalb ihres zugeordneten Toleranz
bereiches liegt.
7. Regelgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Datenspeicherungsperiode
nur dann beginnt, wenn die Überhitzungstemperatur-Meß
werte nach Ablauf einer vorbestimmten Anlaufzeit
nach Einschaltung der Anlage innerhalb einer vorbe
stimmten Abweichung vom anfänglichen Sollwert liegen.
8. Regelgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mikroprozessor (13) in der Anlaufzeit einen
erhöhten Überhitzungstemperatur-Sollwert vorgibt
und nach dieser Anlaufzeit den eigentlichen Be
triebs-Sollwert einstellt sowie die Datenspeicher
periode einleitet.
9. Regelgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (13) im Falle
des Absinkens der Überhitzungstemperatur unter den
augenblicklichen Sollwert infolge einer Kühllast
änderung bereits vor Ablauf der gerade anliegenden
Datenspeicherungsperiode den augenblicklichen Soll
wert erhöht und somit unverzüglich auf diese Kühl
laständerung reagiert.
10. Regelgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Stellglied (16) des Expan
sionsventils (3) durch ein PI-Regelglied (15) ange
steuert wird.
11. Regelgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Überhitzungsfunktion des PI-Regelgliedes
(15) in Abhängigkeit vom Übergangsverhalten der
Überhitzungstemperatur im Sinne einer Stabilisierung der Überhitzungstemperatur selbsttätig einstellbar ist.
12. Regelgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fühleranordnung (7, 8) einen
die Eingangstemperatur (T E ) und einen die Ausgangs
temperatur (T A ) des Verdampfers (4) messenden Fühler
(7, 8) aufweist und die Fühlersignale einer Verglei
cheranordnung (13) zuführbar sind, durch die ein
das Stellsignal des Stellgliedes (16) zwangsweise
auf einen vorbestimmten Bruchteil seines Augenblicks
wertes verringerndes Steuersignal abgebbar ist,
wenn die Ein- oder Ausgangstemperatur (T E , T A ) des
Verdampfers (4) außerhalb eines vorbestimmten Sicher
heitsbereiches liegt.
13. Regelgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Steuersignal der Vergleicheranordnung einen
Alarmgeber auslöst.
14. Regelgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer Kühlanlage der Alarmgeber zusätzlich
auch dann ausgelöst wird, wenn die Kühlraumtemperatur
einen Grenzwert überschreitet, welcher in vorgegebe
ner Weise von einem vorgegebenen Anfangswert bis
zu einem vorgegebenen Wert oberhalb des maximalen
Sollwertes der Kühlraumtemperatur abnimmt.
15. Regelgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß das Überschreiten dieses abnehmenden Grenzwertes
eine vorgegebene Zeitdauer anhalten muß, bevor Alarm
ausgelöst wird.
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