DE3832037C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Anzahl von Arbeitsmaschinen in einer Verbundanlage, gemäß dem Oberbegriff des An­ spruches 1 (DE-PS 27 58 153).

Arbeitsmaschinen, die in einer Verbundanlage zusammen­ gefaßt sind, können beispielsweise Kältekompressoren, Wärmepumpen, Lüfter, Notstromaggregate oder dergleichen sein, die im Ansprechen auf den jeweiligen Leistungs­ bedarf der Verbundanlage ein- bzw. ausgeschaltet werden können. Handelt es sich beispielsweise um eine Kälte­ verbundanlage, dann wird der jeweilige Kältebedarf durch die Kälteleistung von 1 . . . n, also einer entsprechenden Anzahl von Kältekompressoren geliefert. Ohne besondere Maßnahmen werden Grund- und Spitzenlast bzw. -leistungen immer von denselben Kompressoren geliefert, wobei ein Grundlastkompressor dann fast ständig läuft, während der Kompressor zur Deckung der Spitzenlast nur zu ent­ sprechenden Spitzenlastzeiten laufen muß. Diese ungleiche Verteilung der Betriebszeiten der einzelnen Kompressoren ist unerwünscht.

Es ist ferner ein Steuerverfahren bekannt (DE-PS 27 58 153), bei der die Kompressoren bei jeder Erhöhung und Verringerung des Kältebedarfs in einer sich fortlaufend wiederholenden ansteigenden Reihenfolge vom ersten zum n-ten Kompressor nacheinander ein- bzw. aus­ geschaltet werden, d. h. beim Ausschalten wird der Kompressor zuerst abgeschaltet, der die längste Zeit in Betrieb war, und beim Einschalten wird der Kompressor mit der längsten Stillstandszeit zuerst eingeschaltet.

Durch diese Vorgehensweise wird jedoch keine völlige Entkoppelung von der Umwelt erreicht. So sind beispiels­ weise Betriebszustände denkbar, bei denen zyklisch immer wieder zu gleichen Zeiten gleiche Kälteanforderungen bestehen, was dazu führen kann, daß auch das Ein- und Ausschalten der Kompressoren periodisch wird. Daher würden zu bestimmten Zeiten bestimmte Kompressoren häufiger laufen als andere.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausge­ setzten Art zu schaffen, bei dem das Ein- und Ausschalten von Arbeitsmaschinen völlig unabhängig von äußeren Be­ triebszuständen bzw. Leistungsanforderungen in der Weise gestaltet werden kann, daß die Betriebszeiten der ein­ zelnen Arbeitsmaschinen über einen längeren Zeitraum annähernd gleich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteran­ sprüche.

Da nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die einzelnen Arbeitsmaschinen in wechselnder Reihenfolge sowie ent­ sprechend dem jeweiligen Leistungsbedarf über einen Zu­ fallsgenerator ein- und ausgeschaltet werden, können auf einfache und äußerst zuverlässige Weise z. B. Betriebs­ zustände vermieden werden, in denen durch periodisches Ein- und Ausschalten von Arbeitsmaschinen einige davon häufiger laufen müssen als andere. Aufgrund dieser er­ findungsgemäßen Ausführung werden die einzelnen Arbeits­ maschinen also je nach dem jeweiligen Leistungsbedarf gewissermaßen zufällig sowohl ein- als auch ausgeschal­ tet.

Wie an sich bekannt, kann ein Zufallsgenerator z. B. soft­ waremäßig, also über ein Programm, erzeugt werden. Hierbei gibt es verschiedene Methoden, durch Software die er­ forderlichen Zufallszahlen zu generieren, wobei die gewählte Methode an sich gleichgültig ist und nur wichtig ist, daß bei einer längeren Zufallszahlenfolge eine statistische Gleichverteilung der Zahlen entsteht.

Gemäß einer besonders einfachen und vorteilhaften Aus­ gestaltung werden die Einschalt-, Ausschalt- und Ein­ stellfunktionen für die Arbeitsmaschinen unter Ver­ wendung eines Mikroprozessors gesteuert, der Teil einer elektronischen Verbundschaltung ist. Hierfür kann jeder geeignete Mikroprozessor verwendet werden, der in der Lage ist, programmäßig das Ein- und Ausschalten der Arbeitsmaschinen einer entsprechenden Verbundanlage über einen Zufallsgenerator zu bewerkstelligen.

Die durch den Zufallsgenerator entstehende Zufalls- Reihenfolge soll so langperiodisch sein, daß bei einer normalen Lebensdauer der Verbundanlage und bei unter­ schiedlichen äußeren Betriebszuständen eine ungleiche Einschaltdauer bzw. Laufzeit aufgrund einer Periodizität ausgeschlossen wird.

Erfindungsgemäß ist es ferner vorteilhaft, wenn die maximale Einschaltdauer (Laufzeit) jeder Arbeitsmaschine sowie vorzugsweise auch die maximale Schalthäufigkeit jeder Arbeitsmaschine pro Zeiteinheit, insbesondere pro Stunde, eingestellt werden kann. Ein zufälliges, zu häufiges Einschalten einer oder mehrerer Arbeitsmaschi­ nen innerhalb eines kurzen Zeitraumes ist unerwünscht, weshalb mittels einer Festlegung bzw. Einstellung der Einschaltungen etwa pro Stunde diese Betriebsfälle ver­ mieden werden können. Wenn dabei die Einschaltdauer (Laufzeit) einer Arbeitsmaschine abgelaufen ist, dann kann je nach Bedarf eine andere in Betrieb genommen werden. Wenn ferner die eingestellte Anzahl der Ein­ schalthäufigkeiten pro Zeiteinheit bei einer Arbeits­ maschine der Verbundanlage erreicht ist, dann wird für diese Arbeitsmaschine bis zum Ablauf der begonnenen Zeiteinheit, insbesondere einer Stunde, jede weitere Einschaltung gesperrt. Es kann dann im Bedarfsfalle eine andere Arbeitsmaschine mit weniger Einschaltungen der Verbundanlage zugeschaltet werden.

Ferner können in vorteilhafter Weise alle wesentlichen Einschalt- und Ausschaltfunktionen sowie Steuermeldungen optisch, beispielsweise auf einer Schalttafel, angezeigt werden.

Die Erfindung sei im folgenden anhand einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele weiter erläutert. In dieser Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Prinzipschaltbild für das erfindungsgemäße Steuerverfahren;

Fig. 2 und 3 zwei Prinzipdarstellungen für die Schaltfunktionen eines Zufallsgenerators für Kältekompressoren mit einer Leistungsstufe bzw. zwei Leistungs­ stufen.

In dem Prinzipschaltbild der Fig. 1 sei das erfindungs­ gemäße Verfahren zunächst anhand einer Kälteverbundan­ lage erläutert. Zu dem Beispiel dieser Kälteverbundanlage gehören vier Kältekompressoren K 1, K 2, K 3 und K 4, ferner ein Kältemittel-Verflüssiger 1, ein Sammler 2 für das Kältemittel und wenigstens zwei Verdampfer 3, 4. Die Ausgänge der Kältekompressoren K 1 bis K 4 sind über übliche Ventile V 1, V 2, V 3 und V 4 mit dem Verflüssiger 1 verbunden, der seinerseits über den Sammler 2 mit den beiden Verdampfern 3 und 4 in Verbindung steht, die ihrerseits gemeinsam mit den Eingängen der Kältekom­ pressoren K 1 bis K 4 verbunden sind. Für diese Kälte­ mittel-Verbindungen sind in üblicher Weise entsprechende Leitungen vorgesehen, die in Fig. 1 mittels voll ausge­ zogener Linien zwischen den genannten Teilen dargestellt sind. Den Zuläufen der Verdampfer können weitere Ventile V 5 und V 6 zugeordnet sein. Der Umlauf des Kältemittels ist durch einige Pfeile 5 angedeutet.

Die in der Kälteverbundanlage vorgesehenen Kälte­ kompressoren K 1 bis K 4 können einzeln im Ansprechen auf den jeweiligen Leistungsbedarf der Kälteverbundanlage ein- bzw. ausgeschaltet werden. Für die Steuerung dieser Kältekompressoren K 1 bis K 4 dient die in Fig. 1 nur ins­ gesamt als Block veranschaulichte elektronische Verbund­ schaltung 6, zu der ein geeigneter Mikroprozessor gehört, der in seinem Aufbau an sich bekannter Ausführung sein kann, jedoch so angepaßt ist, daß er zur Steuerung aller notwendigen Funktionen der Kältekompressoren K 1 bis K 4, insbesondere der erforderlichen und sinnvollen Ein­ schalt-, Ausschalt- und Einstellfunktionen verwendet werden kann. Durch diese Verbundschaltung 6 wird somit gewissermaßen ein intelligentes Stufenschaltwerk in Mikroprozessortechnik für die Steuerung der Kälte­ kompressoren K 1 bis K 4 geschaffen.

Mit Hilfe der gesamten elektronischen Verbundschaltung 6 können alle wichtigen Funktionen geschaltet, eingestellt und gesteuert werden, wie z. B. Grundlast-Umschaltungen, Hochlauf- und Rücklaufverzögerungszeiten, mehrfache Lastabwürfe, Schnellrücklauf, maximale Einschaltdauer (Laufzeiten) und Einschalthäufigkeiten der Kälte­ kompressoren sowie auch Störmeldungen. Dabei können zumindest alle wesentlichen Einschalt- und Ausschalt­ funktionen sowie Störmeldungen optisch angezeigt werden, beispielsweise über Lampen auf einer Schalttafel.

Diese elektronische Verbundschaltung 6 hat dement­ sprechend eine entsprechende Anzahl von Eingängen, von denen in Fig. 1 lediglich die Schalteingänge für einen Saugdruckregler 7, einen Lastabwurf 8 und einen Über­ druckregler 9 angedeutet sind, sowie eine Anzahl von vorzugsweise Relaisausgängen, von denen die Ausgänge zu den vier Kältekompressoren K 1 bis K 4 zusammengefaßt durch eine gestrichelte Linie 10 angedeutet sind, während außerdem noch zumindest ein Relaisausgang für eine Störmeldung bzw. zur Notschaltung vorgesehen sein kann.

Über Ausgangskontakte des Saugdruckreglers 7 - bzw. eventuell über einen Analogausgang eines Saugdruck­ gebers - erfolgen die Anforderungen nach mehr oder weniger Leistungsbedarf für die Kältekompressoren. Der Lastabwurf 8 kann in üblicher Weise verwendet werden, um bei Erreichen momentaner Leistungsverbrauch-Ober­ grenzen über entsprechende Schaltsignale Verbraucher "abzuwerfen", d. h. bei der vorliegenden Verbundanlage kann über die Verbundschaltung 6 im Überlastfall dann wenigstens einer der Kältekompressoren - entsprechend einer bestimmten Wertigkeit - abgeschaltet werden; es können jedoch auch mehrere Kältekompressoren in ent­ sprechender Reihenfolge nacheinander abgeschaltet werden.

Für alle entsprechenden Funktionen wie "Hochlauf", "Rücklauf", "Schnellrücklauf" usw. können - wie eben­ falls an sich bekannt - zweckmäßige Schaltverzögerungs­ zeiten vorgesehen bzw. einstellbar sein.

Bei dem in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel einer Kälteverbundanlage sei angenommen, daß alle zur Verbundanlage gehörenden Kältekompressoren K 1 bis K 4 solche mit einer vorbestimmten Verdichterleistung, d. h. mit einer einzigen Leistungsstufe sind. Dementsprechend werden bei ansteigendem Leistungsbedarf die Kälte­ kompressoren 1 bis 4 entsprechend nacheinander bzw. stufenweise eingeschaltet, während sie bei Verringerung des Leistungsbedarfes entsprechend stufenweise abge­ schaltet werden, wobei jedoch generell darauf geachtet wird, daß die einzelnen Kältekompressoren K 1 bis K 4 in wechselnder Reihenfolge (und entsprechend - wie zuvor erwähnt - dem jeweiligen Leistungsbedarf) über den Zufallsgenerator ein- und ausgeschaltet werden. Eine Prinzipdarstellung für dieses Ein- und Ausschalten der vier Kältekompressoren K 1 bis K 4 entsprechend den je­ weiligen Anforderungen (Leistungsbedarf) für die Steuerung über den Zufallsgenerator veranschaulicht Fig. 2. In diesem Beispiel sind die jeweils eingeschalte­ ten bzw. laufenden Kältekompressoren durch ein Kreuz (⊗) markiert. Demnach läuft in diesem Falle zunächst nur der Kältekompressor K 2; bei einem größeren Leistungsbedarf ("mehr Leistung") wird der Kälte­ kompressor K 1 zugeschaltet, dann der Kältekompressor K 4, und wenn noch mehr Leistung angefordert wird, wird auch der Kältekompressor K 3 zugeschaltet, so daß die Kälte­ verbundanlage dann mit ihrer Höchstleistung arbeitet. Bei entsprechender Verringerung des Leistungsbedarfs ("weniger Leistung") werden im veranschaulichten Bei­ spiel nacheinander die Kältekompressoren K 1, dann K 3, dann K 4 und schließlich - falls notwendig - K 2 der Reihe nach ausgeschaltet. Es versteht sich, daß durch die Mikroprozessorsteuerung der elektronischen Verbund­ schaltung 6 die Reihenfolge der jeweils arbeitenden Kältekompressoren nach dem Zufallsprinzip programmäßig so ändert, daß die über den Zufallsgenerator entstehende Zufallsreihenfolge so langperiodisch ist, daß bei einer normalen Lebensdauer der Kälteverbundanlage und den unterschiedlichen Betriebsgegebenheiten eine ungleiche Laufzeit bzw. Einschaltdauer der Kältekompressoren K 1 bis K 4 aufgrund einer Periodizität ausgeschlossen werden kann, womit eine sehr gleichmäßige Auslastung aller Kältekompressoren K 1 bis K 4 sichergestellt ist.

Eine noch leistungsfähigere Kälteverbundanlage mit eben­ falls vier Kältekompressoren läßt sich dann erreichen, wenn wenigstens einige der verwendeten Kältekompressoren in ihrer Arbeitsleistung reguliert werden können, d. h. wenn sie einerseits mit einer vorbestimmten Grund­ leistung (Grundlast) arbeiten können und wenn anderer­ seits zusätzlich die Möglichkeit besteht, durch Hoch­ regulieren bzw. Hochschalten die Arbeitsleistung dieser Kältekompressoren noch um wenigstens eine Stufe zu er­ höhen.

Ein Ausführungsbeispiel für solche in ihrer Arbeits­ leistung regulierbare Kältekompressoren sei anhand der Prinzipdarstellung in Fig. 3 erläutert, wobei dieses Beispiel der Einfachheit halber auf dem Beispiel nach den Fig. 1 bzw. 2 aufbaut.

In diesem weiteren Beispiel gemäß Fig. 3 sei angenommen, daß alle vier Kältekompressoren K 1, K 2, K 3 und K 4 für zwei Leistungsstufen ausgelegt sind, und zwar für eine Grundleistungsstufe, die bei ihrer ersten Einschaltung angesteuert wird, und für eine zweite Leistungsstufe, die über je ein Magnetventil M 1, M 2, M 3 bzw. M 4 einge­ schaltet wird, d. h. erst wenn die erste Grundleistungs­ stufe jedes Kältekompressors nicht mehr ausreicht und eine erhöhte Arbeitsleistung angefordert wird, erfolgt ein Hochschalten des entsprechenden Kältekompressors aus seiner ersten Stufe in seine zweite Leistungsstufe mit Hilfe des zugehörigen Magnetventiles, während bei geringer werdender Arbeitsleistung jeweils zuerst die zweite Leistungsstufe des entsprechenden Kältekompressors und erst danach, wenn noch weniger Leistung angefordert wird, der entsprechende Kältekompressor selbst ausge­ schaltet wird. Wie dieses Ein- und Ausschalten der mit je einem Magnetventil M 1 bis M 4 ausgestatteten vier Kältekompressoren K 1 bis K 4 in wechselnder Reihenfolge nach dem Zufallsprinzip beispielsweise aussehen kann, läßt sich durch die angekreuzten Kreise in der Prinzip­ darstellung gemäß Fig. 3 - und in Anlehnung an die Er­ läuterungen zu Fig. 2 - ohne weitere Erklärungen leicht entnehmen. Die Steuerung der Kältekompressoren K 1 bis K 4 einschließlich ihrer Magnetventile M 1 bis M 4 kann auch in diesem Falle wiederum unter Verwendung eines Mikro­ prozessors in einer elektronischen Verbundschaltung wie der Verbundschaltung 6 in Fig. 1 (in entsprechend ange­ paßter Ausführung) erfolgen.

Es versteht sich von selbst, daß anstelle der gemäß Fig. 1 verwendeten vier Kältekompressoren auch eine be­ liebig andere und dem jeweiligen Einsatzfall angepaßte Anzahl von Kältekompressoren einer Kälteverbundanlage vorgesehen werden kann, wobei die Anpassung der Steuerung vor allem durch die elektronische Verbundschaltung mit Mikroprozessor keinerlei Anpassungs- bzw. Erweiterungs­ probleme mit sich bringt, so daß auch in solchen Fällen eine äußerst einfache und komfortable Steuerung für das gewünschte, sinnvolle Ein- und Ausschalten der Kälte­ kompressoren über einen Zufallsgenerator gewährleistet werden kann.

Während in den zuvor anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungs- bzw. Durchführungsmöglichkeiten des er­ findungsgemäßen Steuerverfahrens die Arbeitsmaschinen durch Kältekompressoren einer Kälteverbundanlage ge­ bildet worden sind, ist es selbstverständlich auch mög­ lich, daß diese Arbeitsmaschinen nach praktisch gleichem, angepaßtem Steuerprinzip (über Zufallsgenerator) durch Wärmepumpen einer Wärmepumpen-Verbundanlage, aber auch gleichartig beispielsweise durch Lüfter einer Lüfterver­ bundanlage, Notstromaggregate oder dergleichen gebildet werden.

Durch dieses beschriebene Steuerverfahren läßt sich vor allem auch unter Verwendung der mit einem Mikroprozessor ausgestatteten elektronischen Verbundschaltung eine stets rasche und einfache Anpassung der ganzen Verbund­ anlage an die jeweils erforderliche Arbeitsleistung er­ reichen, und im Bedarfsfalle gestattet diese Steuerung eine äußerst einfache nachträgliche Anpassung der ganzen Verbundanlage, d. h. diese Verbundanlage ist gewisser­ maßen modular ausbaufähig bis auf eine maximale Anzahl von Arbeitsmaschinen, wobei durch sinnvolle Überwachungs­ funktionen über die elektronische Verbundschaltung eine hohe Sicherheit und Verfügbarkeit aller Teile der Ver­ bundanlage gewährleistet werden kann.

Claims (10)

1. Verfahren zur Steuerung einer Anzahl von Arbeits­ maschinen in einer Verbundanlage, wobei die einzelnen Arbeitsmaschinen dieser Verbund­ anlage im Ansprechen auf den jeweiligen Leistungs­ bedarf ein- bzw. ausgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Arbeitsmaschinen in wechselnder Reihenfolge sowie entsprechend dem jeweiligen Leistungsbedarf über einen Zufallsgenerator ein- und ausgeschaltet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschalt-, Ausschalt- und Einstellfunktionen für die Arbeitsmaschinen unter Verwendung eines Mikroprozessors gesteuert werden, der Teil einer elektronischen Verbundschaltung ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmaschinen mit einer Leistungsstufe verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der verwendeten Arbeitsmaschinen in ihrer Arbeitsleistung reguliert werden können.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in ihre Grundleistungsstufe eingeschalteten Arbeitsmaschinen über je ein Magnetventil auf eine zweite Leistungsstufe mit erhöhter Arbeitsleistung hochschaltbar sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Einschaltdauer jeder Arbeitsmaschine einstellbar ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Einschalthäufigkeit jeder Arbeits­ maschine pro Zeiteinheit einstellbar ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest alle wesentlichen Einschalt- und Aus­ schaltfunktionen sowie Störmeldungen optisch ange­ zeigt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmaschinen Kältekompressoren einer Kälteverbundanlage durch den Zufallsgenerator ge­ steuert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmaschinen Wärmepumpen einer Wärme­ pumpenverbundanlage durch den Zufallsgenerator ge­ steuert werden.