DE3936927A1

DE3936927A1 - Ventilregelung

Info

Publication number: DE3936927A1
Application number: DE19893936927
Authority: DE
Inventors: Charles A Garris
Original assignee: Memry Plumbing Products Corp
Current assignee: Memry Plumbing Products Corp
Priority date: 1989-08-22
Filing date: 1989-11-06
Publication date: 1991-02-28
Also published as: EP0413900A2; EP0413900A3; BE1003873A3; GB2235309A; GB8925022D0; GB2235309B; FR2651296A1; IT8922321A0; US4969598A; IT1236683B; IT8922321A1; FR2651296B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung von durch ein Strömungssystem strömendem Wasser über ein in dem Strö mungssystem angeordnetes Regelventil und insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen, um die Stellung des Regelven tils und die Temperatur des aus dem Regelventil ablaufenden Wasser zu erfassen, in dem erfaßte Eingangsdaten betreffend die Ventilstellung und Änderungen der Temperatur und des Druckes des Wassers mit vorgegebenen Eingabedaten vergli chen werden.

Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen eines Wasserablaufes mit einer gewünschten Temperatur be schrieben worden, bei denen über eine Regelung fortlaufend die Temperatur des Ablaufes überwacht und diese Temperatur mit einem Sollwert verglichen wird. Wenn die beiden Werte voneinander abweichen wird ein Regelsignal erzeugt, um die Temperatur des Ablaufs auf den Sollwert für die Temperatur zu bringen.

Das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung haben einen wesentlichen Nachteil, indem ein komplexer elektro mechanischer Regelmechanismus zur Regelung der Temperatur in der Strömung und dem Ablauf eingesetzt wird. Die offen barten verschiedenen mechanischen Merkmale führen dazu, daß der angestrebte Zweck nur mit großem Aufwand erreicht wird. Darüber hinaus würden diese Verfahren im allgemeinen lang sam sein, um ein Übersteuern und eine Oszillation der Ab lauftemperatur zu vermeiden.

Es ist weiter eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, gemäß denen eine Regelung vorgesehen ist, bei der die Ab lauftemperatur in einem Zeitzyklus um einen vorbestimmten Mittelwert und mit einstellbaren Amplituden oszilliert; dies ist ungenau.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, über einen Mikro prozessor eine einstellbare Regelung für die Temperatur ei nes aus einem Mischventil ablaufenden bzw. ausströmenden Wassers zu schaffen, bei der die Einstellgeschwindigkeit variabel ist und bei dem insbesondere die relative Stellung des Mischventils mit der Regelung der Wassertemperatur über ein Mischen in dem Ventil koordiniert wird.

In vorteilhafter Weise wird gemäß der Erfindung ein System zur Überwachung der Temperaturen strömender Flüssigkeiten geschaffen, bei dem die Flüssigkeitstemperatur am Einlaß und die Winkelstellung eines Regelventilschaftes beobachtet wird, so daß die Ventilstellung mit der Regelung der Flüs sigkeitstemperatur am Ventilauslaß koordiniert werden kann.

In vorteilhafter Weise wird erfindungsgemäß die Temperatur am Auslaß eines Regelventils in einem Flüssigkeitsströ mungssystem, mit einer minimalen Variation betreffend die Auslaßtemperatur der aus dem Regelventil strömenden Flüs sigkeit, gesteuert.

In vorteilhafter Weise wird weiterhin erfindungsgemäß ein System zur Regelung der Wassertemperatur geschaffen, bei dem eine Wasserströmung durch ein drehbares Mischventil ge führt und die Wassertemperatur an dem Ventileinlaß und -auslaß und die Winkelstellung eines Schaftes des drehbaren Ventils beobachtet wird, so daß mit der Regelung die be obachtete Temperatur an den Einlässen mit der Temperatur an dem Ventilauslaß koordiniert wird.

Weiterhin werden erfindungsgemäß bei einem, über einen Mi kroprozessor geregelten, Strömungssystem Mittel vorgesehen, durch die über den Mikroprozessor die relative Stellung ei nes Mischventils und die Beziehung zwischen der Stellung des Ventilschaftes und Anweisungen für eine Regelung der Wassertemperatur erfaßt und Regelbefehle bereitgestellt werden, wenn das Ventil völlig geöffnet oder völlig ge schlossen ist. Während des Betriebs erzeugte Spannungen werden in Binärzahlen umgewandelt.

In vorteilhafter Weise wird weiterhin eine Vorrichtung und ein Verfahren zum schnellen Verändern der Wasserauslaßtem peratur geschaffen, bei dem die Annäherung an eine vorgege bene Temperatur allmählich erfolgt, indem die Änderungsge schwindigkeit reduziert wird.

In vorteilhafter Weise wird ferner erfindungsgemäß ein Sy stem geschaffen, in dem eine Ventileinstellung mit einer beobachteten Wassertemperatur in dem System koordiniert bzw. in Beziehung gesetzt wird, um die Wassertemperatur auf einen vorgebbaren Wert zu regeln.

In vorteilhafter Weise wird schließlich gemäß der Erfindung ein einfaches Verfahren und eine einfache Vorrichtung ge schaffen, um eine Wassertemperatur zu regeln, wobei komplex aufgebaute mechanische Einrichtungen für einen Antrieb des Regelventils vermieden sind.

Erfindungsgemäß wird in einem Regelungssystem ein Mikropro zessor vorgesehen, der ein Mischen von heißem und kaltem Wasser über ein Ventil zum Einstellen der Temperatur re gelt. Ausgehend von einer durch eine extern eingegebene An forderung geforderten Wasserauslaßtemperatur erfolgt durch den Mikroprozessor eine genaue Regelung der eingestellten Temperatur. Der Mikroprozessor empfängt dabei binäre Si gnale, die beim Positionieren des Einstellventils erzeugt werden, und die bei Betätigung des Ventils in Relation zu der Temperatureinstellung stehen.

Die Ventilregelungen sind so ausgelegt, daß eine maximale Wassertemperatur erreicht wird. Wenn die Temperatur des zu geführten Heißwassers diese Temperatur übersteigt wird eine Warnung abgegeben und es wird über eine programmierte Ver fahrensweise der Auslaß automatisch abgesperrt, wenn ge fährlich hohe Wassertemperaturen auftreten.

Bei einem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungs beispiel nach der Erfindung, erfaßt das Regelungssystem die Wassertemperatur über ein im Auslaß bzw. Ablauf des Gleich druckmischventils angeordnetes Thermoelement. Das Mischven til hat einen drehbaren Hauptschaft, dessen Drehung gere gelt wird, so daß eine Beziehung zwischen der Schaftstel lung und Anweisungen betreffend die Regelung der Wasser temperatur besteht. Die Wassertemperatur wird durch Varia tion der relativen Anteile des heißen und des kalten Was sers geregelt, die durch das Mischventil geführt und in diesem gemischt werden. Die Variation wird durch ein Ver drehen des Schaftes bewirkt; dazu wirkt ein über einen Mi kroprozessor gesteuerter Schrittmotor auf die Ventilspindel des Regelventils (SBPV) ein. Diese Betriebsweise ermöglicht ein Regeln der Temperatur und ein Abschalten der Strömung. Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel ist somit kein Meßwertgeber in dem Abflußbereich des Mischventils an geordnet, der über einen Feedback mit dem Mikroprozessor verbunden ist. In dem Mikroprozessor werden Daten analy siert und es werden dann Einstellungen, betreffend die Re gelung des Mischens, in dem Ventil vorgenommen.

Die Temperaturregelung wird mittels eines drei Geschwindig keiten aufweisenden Regelunssystems durchgeführt, um die Geschwindigkeit einer Ronvergenz zu einem Sollwert für die Temperatur zu optimieren.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungs beispiel ist der Ablauf des Ventils mit einem Thermoele ment-Meßwertgeber versehen. Zwei Grenzschalter werden in Abhängigkeit von der Ventilstellung betätigt. Dabei kann eine, der Spindel des Regelventils zugeordnete, Kurven scheibe so angeordnet sein, daß eine hohe TTL-Spannung dann bereitgestellt wird, wenn das Ventil entweder völlig geöff net oder völlig geschlossen ist. Diese Spannung wird in eine Binärzahl umgewandelt.

Die zentrale Verarbeitung der Signale kann in einem Compu ter mit einem A/D (Analog/Digital) Wandler des Modells DAI 120 mit einer interaktiven Struktur und eines D/D Wandler des Modells DDI 160 durchgeführt werden. Durch den DDI 160 Wandler können ein digitaler Eingang und ein digitaler Aus gang bereitgestellt werden. Die Ventilgrenzschalter erzeu gen eine digitale Eingangsgröße, während die digitalen Aus gangsgrößen die Schrittmotoren über eine Schrittmotorrege lung regeln, durch die eine Betätigung in Uhrzeiger- und in Gegenuhrzeiger-Richtung erzeugt werden kann, sowie eine Ge schwindigkeitsregelung und ein Sperren (disable). Die Ge schwindigkeit des Schrittmotors wird durch zwei digitale Ausgänge über einen zwei Relais aufweisenden Schaltkreis gesteuert. Diese Anordnung ermöglicht eine Wahl zwischen drei Geschwindigkeiten des Schrittmotors. Die ausgewählte Geschwindigkeit hängt von der Differenz zwischen dem Soll wert und dem Istwert für die Temperatur ab. Wenn die Tempe raturdifferenz bzw. Temperaturabweichung groß ist, dann ist eine hohe Geschwindigkeit wünschenswert um eine schnelle Annäherung an den Sollwert für die Temperatur zu erreichen. Wenn jedoch die Temperaturabweichung gering ist, dann ist eine geringe Geschwindigkeit notwendig, um ein Übersteuern und ein Oszillieren der Temperatur zu vermeiden. Für eine sehr genaue Temperaturregelung ist eine sehr geringe Ge schwindigkeit nützlich.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, das insbesondere in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, erfaßt die Regelung die Wassertemperatur durch Thermoele mente, die in den Einlässen des Gleichdruckmischventils an geordnet sind. Die Ventilstellung wird gleichfalls erfaßt. Variationen betreffend die relativen Anteile von heißem und kaltem Wasser werden über einen Mikroprozessor bewirkt, der Anweisungen an einen, das Regelventil betätigenden Motor gibt. Die Einlaßwassertemperatur und die Winkelstellung des Regelventils werden in diesen Mikroprozessor eingegeben; über die digitalen Ausgänge werden digitale Befehle gege ben, um die Betätigung des Ventils zu bestimmen. Gemäß die sem Ausführungsbeispiel kann somit dadurch, daß die Tempe raturen für das zugeführte heiße und kalte Wasser gemessen werden, und die zu erwartende Auslaßtemperatur berechnet wird, eine schnellere Ansprechzeit erreicht werden. Dies ist auf die Berechnung der Auslaßtemperatur zurückzuführen Ein weiteres Ausführungsbeispiel betrifft ein System, bei dem die Eingangstemperaturen gemessen werden und die Win kelstellung des Ventils erfaßt wird, um einen berechneten Ausgangswert zu erhalten. Die Wassertemperatur am Ablauf wird gleichfalls gemessen und mit dem rechnerisch ermittel ten Wert, in Koordination mit einer Betätigung der Ventil regelung, verglichen.

Nachfolgend wird die Vorgehensweise zur Regelung beschrie ben.

Beim Betrieb der Schaltlogik für die Grenzschalter erzeugen die programmiert durchgeführten Berechnungen Anweisungen, wie im folgenden beschrieben. Betreffend das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel, ist die Anweisung auf ein Sperren bzw. Unwirksamwerden (disable) der Motorre gelung 16 und ein Einstellen des Betriebs des Motors 15 ge richtet, wenn das Mischventil 12 völlig geschlossen ist und die Anweisungen zur Regelung der Temperatur auf eine Ver minderung der Wassertemperatur gerichtet sind. Das System verbleibt somit in einem geschlossenen, abgeschalteten Be triebszustand; dies wird durch die Verzweigung (Entschei dungsraute) 64 in Fig. 3B dargestellt.

Wenn die Binärsignale der Grenzschalter 26 und 27 anzeigen, daß sich das Ventil in einer Zwischenstellung befindet, und falls kein Befehl zum Abschalten von der Fernbedienung 27 vorliegt, dann werden die programmierten Anweisungen der Berechnungen für die Temperaturregelung ausgeführt. Dies ist durch die Verzweigung 57 der Fig. 3B dargestellt.

Beim Betrieb der Befehlslogik zum Abschalten werden durch die Berechnungen Anweisungen erzeugt, wie dies im folgenden beschrieben wird. Ein Befehl der Fernbedienung 24 zum Ab schalten führt, wenn sich das in Fig. 2 dargestellte Ven til 12 in einer anderen als in einer völlig geschlossenen Stellung befindet, dazu, daß das Programm Berechnungen durchführt, um Anweisungen für ein Schließen des Ventils 12 mit mittlerer Geschwindigkeit zu erzeugen. Dies wird in Fi gur 3 durch die Verzweigungen 66 und 68 und den Operations block 67 repräsentiert. Wenn dann das Ventil 12 völlig ge schlossen ist, ist die Anweisung darauf gerichtet, die Mo torregelung 16 nach Fig. 2 zu sperren und die Betätigung des Motors 15 zu beenden. Dies ist in Fig. 3B durch die Verzweigung 60 und den Block 61 repräsentiert.

Eine ähnliche Logik tritt bei Berechnungen auf, durch die Anweisungen für einen Betrieb gemäß dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel erzeugt werden.

Der Computer ist in BASIC programmiert und verschiedene lo gische Abläufe können für die Durchführung der Ventilrege lung vorgesehen werden. Während des Betriebs des Computers können Temperaturen angefordert werden und über eine exter ne Regeleinheit kann das System eingeschaltet oder abge schaltet werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel für das Regelungs system wird die Temperatur des ablaufenden Wassers aus gehend von Thermoelementen in Einlaßleitungen und einem Po tentiometer, das die Winkelstellung des Regelventils an zeigt, berechnet.

Die Temperatur des ablaufenden Wassers wird über eine Ein stellung der Winkelstellung des Ventils gesteuert. Bei die sem Ausführungsbeispiel wird bei der rechnerischen Ermitt lung der Temperatur des Ablaufwassers eine eindeutige Funk tion des Ventilwinkels für jede spezielle Ventilgestaltung eingesetzt.

Die Temperaturen des Zulaufwassers werden dem Computer kon tinuierlich, von Thermoelementen in der Heißwasserzulauf leitung und der Kaltwasserzulaufleitung, zugeführt. Die Winkelstellung des Regelventils wird dem Computer von einem dem Ventilschaft zugeordneten Potentiometer zugeführt; auf diese Art wird der Computer mit Daten betreffend das Öffnen und Schließen des Ventils versorgt.

Zwei Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden anhand der Zeichnung mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zei gen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ventilregelung gemäß ei nem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Schemazeichnung der Ventilregelung nach Fig. 1,

Fig. 3A und 3B ein Programm-Flußschema mit gemäß dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel durchzuführenden Schritten,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausfüh rungsbeispiels für eine Ventilregelung,

Fig. 5 ein Flußschema einer Regelung der Ablaufwassertem peratur gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4,

Fig. 6 ein Flußschema mit Schritten betreffend die Ven tilregelung und

Fig. 7 ein Diagramm betreffend die Beziehung zwischen dem Öffnungswinkel des Ventils und die Temperatur des Ablaufwassers bestimmenden Faktoren.

Das in den Fig. 4 und 5 dargestellte zweite Ausführungs beispiel weist ein Mischventil 110 auf, dem über eine Heiß wasser-Zulaufleitung 111 und eine Kaltwasser-Zulaufleitung 112 Wasser zugeführt werden kann, und das mit einer Ablauf leitung 113 verbunden ist. Die Einlaufleitungen 111 und 112 für heißes bzw. kaltes Wasser sind mit geeigneten Tempera tur-Meßwertgebern 111, 112, wie beispielsweise Thermoele menten versehen. Das Ventil 110 wird über eine Antriebswel le 114 eines Schrittmotors 115 geregelt. Über die Welle 114 wird nach einer Betätigung durch den Motor 115 die Ein stellage des Ventils 10 durch eine Verbindung der Welle 114 mit der (nicht dargestellten) Ventilspindel eingestellt. Der Schrittmotor 115 wiederum wird über eine Schrittmotor regelung 116 geregelt, durch die die Geschwindigkeit und die Drehrichtung (im- oder entgegen dem Uhrzeigersinn) ge regelt werden. Die Drehung wird auf das Ventil 110 übertra gen und beeinflußt die Einstellung von dessen Einstellage.

In der Gleichdruckvorrichtung des Ventils 110 wird die Strömung des heißen und des kalten Wasser unabhängig von einander eingestellt um einen im wesentlichen konstanten Durchsatz für die gesamte Strömung zu erzielen. Einflüsse transienter Druckanteile für das heiße oder kalte Wasser werden über den Gleichdruckmodul vermieden. Ein Druckauf nehmer wird durch Druckänderungen in entweder der heißen oder der kalten, einem einstellbaren Ventil zugeordneten, Seite physikalisch derart ausgelenkt, daß ein Anwachsen des gemessenen Druckes auf einer Seite zu einer Betätigung des Ventils führt, durch die eine Verminderung des Druckes auf derselben Seite bewirkt wird. Damit wird ein Druckausgleich unter allen Bedingungen angestrebt.

Eine Regelung des Schrittmotors 115 und eine Betätigung des Ventils 112 wird durch das Regelgerät 116, ein Hochge schwindigkeitsrelais 117, ein Niedergeschwindigkeitsrelais 118 (Potter + Brumfield R10 ElZZ-S800 Relais) und einen Spannungsteiler 119 mit Widerstandsbereichen 119a (500 Kilo-Ohm), 119b (100 Kilo-Ohm) und 119c (56 Kilo-Ohm) be wirkt.

Digitale Ausgänge eines D/D (Digital/Digital) Wandlers 120 (DDI-16, Digital +/- 10 Interface) die über eine Leitung 121 mit dem Regelgerät 116 und über Leitungen 122 und 123 mit dem Hochgeschwindigkeitsrelais 117 bzw. dem Niedergeschwin digkeitsrelais 118 in Verbindung stehen, senden digitale Befehle an das Regelgerät 116 und bestimmen somit die Betä tigung des Ventiles 110.

Dem D/D Wandler 120 werden Signale von einer Fernbedienung 124 und einem Computer 125 zugeführt. Die Fernbedienung 124 weist einen Satz von Schaltern auf, die mit einer geeig neten Spannung, von beispielsweise 5V versorgt werden.

Ein Überwachungsnetz weist die Meßwertgeber 111 und 112 auf, die Signale über Leitungen 127 und 128 einem A/D Wand ler 130 zuführen und ein Potentiometer 129, dessen Signale über eine Leitung 131 dem A/D Umwandler 130 zugeführt wer den. Das an dem Antrieb 114 angeordnete Potentiometer 129 nimmt die Winkelstellung des Antriebs 114 und die Stellung des Ventils 110 auf, und gibt sie an den A/D Wandler 130 über die Leitung 131 weiter. Nach der Umwandlung der analo gen in digitale Signale in dem Wandler 130 werden digitale Signale an den Computer 125 übertragen.

Der Computer 125 ermittelt die Temperatur des aus dem Ven til 110 über einen Auslaß 113 ablaufenden Wassers über Be rechnungen, ausgehend von den Temperaturaufzeichnungen und von den Daten betreffend die Ventilstellung. Es wird ein Vergleich zwischen dem rechnerisch ermittelten Wert für die Temperatur und dem Sollwert hierfür durchgeführt und anhand dieser Information werden Berechnungen durchgeführt und Entscheidungen getroffen, um Befehle an den D/D Wandler 120 abzugeben.

Während des Betriebs des Computers können Temperaturen an gefordert werden, oder es kann das System durch Signale der Fernbedienung 124 ein- oder abgeschaltet werden. Ein digi tales Signal zum Erhöhen der angeforderten Wassertemperatur wird dem D/D Wandler 120 über die Leitung 132 zugeführt, ein digitales Signal zum Senken der angeforderten Wasser temperatur über die Leitung 133 und ein Signal zum Abschal ten kann von dem Schalter 135 der Bedienung 124 über die Leitung 134 zugeführt werden.

Anhand der von den Meßwertgebern 111a und 112a und dem Po tentiometer 129 erhaltenen Information, berechnet der Com puter die Temperatur des Ablaufwassers und gelangt durch einen Vergleich mit einem Temperatursollwert zu einer Entscheidung. Die Einlauftemperaturen des heißen und kalten Wassers und die Winkelstellung des Ventils 110 werden in dem Computer verwendet, um die Ablauftemperatur als Funk tion nach der Gleichung
T_a-T_c= (T_h-T_c) f(R)
zu berechnen.

Die Formelzeichen stehen dabei für folgende Größen

T_a= für die Ablauftemperatur,
T_c= für die Kaltwassereinlauftemperatur,
T_h= für die Heißwassereinlauftemperatur,
R= für die Winkelstellung des Ventiles und
f(R)= eine von den Kennwerten des jeweils eingesetzten Mischventiles in abhängige Funktion der Winkelstellung.

Die Beziehung hängt nicht von dem Druck in der Heißwasser- und der Kaltwasserleitung ab, wenn ein Gleichdruckmodul eingesetzt wird. Der Faktor f(R) ist gleich dem Verhältnis der Differenz zwischen der Ablauf- und der Kaltwassertem peratur zu der Differenz zwischen der Heißwasser- und der Kaltwassertemperatur.

T_c und T_h werden über die Meßwertgeber 111a und 112a erfaßt und der Winkel R wird über das Potentiometer 129 gemessen. In dem in Fig. 4 dargestellten Schema erstrecken sich Lei tungen 127 und 128 zu dem Anschluß B des Wandlers 130 von dem Thermoelement 111a bzw. 112a. Die Leitungen 132, 133 und 134 der Fernbedienung 124 sind über den Anschluß C mit dem Wandler 120 verbunden. Der Wandler 120 ist an dem An schluß A mit Leitungen 122 und 123 zu den Relais 117 und 118 und einer Leitung 137b zu dem Anschlußstift 140 zur Re gelung des Antriebs 115 verbunden. Der Wandler 120 ist über diese Leitungen 122, 123, 136 und 137 verbindbar, wobei Binärsignale in der Form von Eins- und Null-Werten übertra gen werden. Die folgenden Tabellen bezeichnen die Nomenkla tur und die Binärzahlen in den Binärcoden, die bei dem be schriebenen Ausführungsbeispiel für die Zustände der pro grammgesteuerten Berechnungen und für den Einsatz bei den Berechnungen vorgesehen sind, wie dies insbesondere anhand der logischen Flußschemata nach den Fig. 3A und 3B er sichtlich ist.

Tabelle I Nomenklatur für die dem Ventil übergeordnete Logik

TA=Istwert für die Temperatur
TR=Sollwert für die Temperatur
D1=Differential der Temperatur
Kennzeichen 1 (Flag 1) ist (gesetzt)

Tabelle II

Tabelle III

Logik für die Grenzschalter (Anschluß B)

Das System ist mit einem Datenspeicher versehen, in den Konstante zum Bestimmen des Istwertes für die Temperatur, des Sollwertes für die Temperatur und die Grenzwerte für Temperaturen des strömenden Wassers, wie in Fig. 5 darge stellt, eingegeben werden. Die Istwerte für die Temperatur des heißen und des kalten Wassers und der Ventilwinkel wer den in den Computer eingegeben. Die Daten sind verfügbar und werden aufgerufen, wenn mit der Wasserströmung durch das Ventil, beispielsweise durch eine manuelle Einstellung, begonnen wird. Wenn sich der Computer im Betriebszustand befindet, überprüft er kontinuierlich die Stellung des Ven tils, die Einlaufwassertemperaturen und die Datenbank, in die über eine digitale Eingabe die Daten für den Betrieb des Ventilsystems eingegeben worden sind.

Nach dem Beginn der Strömung ist der Betrieb des Systems initialisiert und durch die beschriebenen Mittel werden die Daten dem Computer zugeführt, um die Ablauftemperatur zu bestimmen. Der Computer führt eine Reihe von Berechnungen anhand der Eingaben betreffend die Temperatur und die Ven tilstellung und anhand der Daten für die Grenzwerte der Temperaturen und den Sollwert für die Temperatur durch. Der Computer gibt dann zum Einstellen der Ablauftemperatur Sig nale zum Betätigen des Ventils aus.

Das logische Flußschema nach Fig. 6 veranschaulicht den Programmablauf des in dem Computer 125 gespeicherten Pro gramms zur Regelung der Wassertemperatur an dem Auslaß 113.

Das Programm wird durch das Anschließen an eine Leistungs quelle initialisiert, wie dies durch das Oval 141 veran schaulicht ist. Es wird dann die geforderte Temperatur bzw. der Sollwert von der Fernbedienung 124 eingelesen, dies wird durch das Parallelogramm 142 veranschaulicht. Der nächste Schritt besteht in dem Einlesen der Ventilstellung durch Einlesen der von dem Potentiometer 129 erfaßten Win kelstellung; dies ist durch das Parallelogramm 143 darge stellt. In dem nächsten Schritt werden die durch die Meß wertgeber 111a und 112a erfaßten Istwerte für die Wasser temperatur an den Einläufen 111 und 112 eingelesen; dies ist durch das Parallelogramm 144 dargestellt. Die Winkel stellung des Ventils 110 und die Einlaufwassertemperaturen an den Einlässen 111 und 112 werden durch den A/D Wandler 130 in digitale Informationen umgewandelt und durch den Computer 125 eingelesen. Der Winkel der Stellung des Ven tils 110 und die Einlaufwassertemperaturen werden zusammen mit vorab aus dem Datenspeicher in den Computer eingelese nen Daten in diesem zur Berechnung der Ablauftemperatur als Funktion der Gleichung

T_a-T_c=(T_h-T_c)f(R)

ermittelt.

Darin ist

T_a = die Ablauftemperatur
T_c = die Kaltwasserzulauftemperatur
T_h = die Heißwasserzulauftemperatur
R = die Winkelstellung des Ventils
f(R) = eine von den Kennwerten des eingesetzten Mischventils abhängige Funktion der Winkelstellung.

Dies wird durch den Block 145 dargestellt.

Nachdem ein Wert für das Ablaufwasser an dem Ablauf 113 be rechnet worden ist, stellt der Computer fest, ob der Ist wert für die Ablauftemperatur außerhalb eines Normalbe reichs mit beispielsweise 120°F liegt.

Dieser Entscheidungs- bzw. Verzweigungspunkt wird durch die Raute 146 dargestellt. Wenn der Istwert für die Temperatur größer ist als 120°F, dann wird über die Verzweigung 146 durch den Computer ein Notabschaltsignal abgegeben, wie dies später erläutert wird.

Ein nach der Erfindung möglicher Programmablauf tritt nach der verneinenden Verzweigung an der Verzweigungsstelle 146 auf. Dort wird programmgemäß der Absolutwert der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert durch Subtraktion er mittelt, wie dies durch den Block 147 dargestellt ist. Nach dieser Berechnung wird das Ergebnis einer durch eine Raute dargestellten Verzweigungsstelle 148 zugeführt. Dort wird abgefragt, ob die Differenz größer als 20°F ist. Die bejah ende Abzweigung der Verzweigung 148 veranlaßt das Programm eine Regelung mit Hochgeschwindigkeit durchzuführen, wie dies durch den Block 149 dargestellt ist.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten System wird während der Ausführung des, durch den Block 149 in Fig. 6 dargestell ten, Schrittes ein Signal erzeugt, um die Anweisung für die Betätigung mit Hochgeschwindigkeit an die Relais 117 und 118 zu übertragen. Der digitale Ausgang von dem Anschluß A des Wandlers 20 besteht an beiden Leitungen 136 und 137 aus Nullen. Die durch Berechnungen in dem Computer 125 gebilde te Funktion ergibt somit, daß das Ventil 110, aufgrund des erfaßten Istwertes für die Temperatur, mit Hochgeschwindig keit betätigt wird.

Die verneinende Abzweigung der Verzweigung 148 nach Fig. 6 veranlaßt das Programm zu überprüfen, ob die Differenz größer ist als 5°F; dies ist durch die Verzweigung 150 dar gestellt. Die bejahende Abzweigung der Verzweigung 150 ver anlaßt das Programm eine Steuerung mit mittlerer Geschwin digkeit durchzuführen, wie dies durch den Block 151 darge stellt ist. In dem durch den Block 151 dargestellten Schritt wird, bezugnehmend auf Fig. 4, ein Signal zum übertragen der Anweisung betreffend die mittlere Geschwin digkeit zu den Relais 117 und 118 nach Fig. 4 erzeugt. Der digitale Ausgangswert von dem Wandler 120 beträgt Null an der Leitung 137 und Eins an der Leitung 136. In dieser Funktion führen die in dem Computer durchgeführten Berech nungen somit dazu, daß das Ventil 120, als Antwort auf den erfaßten Istwert, mit mittlerer Geschwindigkeit betätigt wird.

Gemäß Fig. 6 führt die verneinende Abzweigung der Verzwei gung 150 dazu, daß in dem Programm ein Signal, zum Übertra gen der Anweisung für die niedrige Geschwindigkeit zu dem Relais 117 und 118 nach Fig. 11, erzeugt wird.

Der digitale Ausgangswert an dem Anschluß A des Wandlers 120 ist an beiden Leitungen 136 und 137 Eins. In dieser Funktion ergeben somit die in dem Computer 125 durchgeführ ten Berechnungen, daß das Ventil 110, als Antwort auf den erfaßten Istwert für die Temperatur, mit niedriger Ge schwindigkeit betätigt wird. Wie in Fig. 6 dargestellt, wird der logische Prozess zur Auswahl der Motorgeschwindig keiten für das in den Fig. 4 und 5 dargestellte Ausfüh rungsbeispiel anhand der in dem Computer 125 durchgeführten Überprüfungen an den Verzweigungspunkten 146, 148 und 150 durchgeführt; der Ausgang ist mit dem Anschluß X nach Fig. 6 verbunden.

Der Ablauf des logischen Prozesses, der durch das Programm erfolgenden Temperaturregelung beinhaltet als erstes eine Entscheidung darüber, ob der Istwert der Temperatur, inner halb eines vorgegebenen Fehlerbereichs, größer ist als der Sollwert für die Temperatur. Diese Entscheidung ist durch den, durch eine Raute dargestellten, Entscheidungs- bzw. Verzweigungspunkt 52 in Fig. 3A dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Anschluß X nach Fig. 6 mit dem Anschluß X′ nach der Fig. 3A verbunden. Die bejahende Ab zweigung des Verzweigungspunktes 152 veranlaßt das Programm, eine Anweisung an den Regler 116 nach Fig. 4 abzugeben, um den Motor 115 zum Vermindern der Ablaufwassertemperatur zu betätigen. Bei dem durch den Block 53 in 3B dargestellten Schritt, wird ein Signal, für die Übertragung einer Anwei sung zu dem Regler 116 nach Fig. 4, erzeugt. Der digitale Ausgangswert von dem Abschnitt A des Wandlers 120 beträgt Eins in der Leitung 136 und Eins in der Leitung 137. Durch diese in dem Computer 125 durchgeführten Berechnungen wird somit der Motor 115 freigegeben (enabling) und es kann die Antriebswelle 114 in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht werden; dadurch wird die Wassertemperatur gesenkt, indem durch das Ventil 110 die Strömung des heißen Wassers vermindert und diejenige des kalten Wassers vergrößert wird.

Die verneinende Abzweigung des Verzweigungspunktes 52 nach Fig. 3A veranlaßt das Programm zu beurteilen, ob der Ist wert für die Temperatur, innerhalb eines vorgegebenen Feh lerbereichs kleiner ist als der Sollwert für die Tempera tur. Diese Beurteilung ist durch den Verzweigungspunkt 54 dargestellt. Die bejahende Abzweigung des Verzweigungspunk tes 54 veranlaßt das Programm eine Anweisung 54 an das Steuergerät 116 nach Fig. 4 abzugeben, um den Motor 115 für eine Erhöhung der Wassertemperatur zu betätigen. Bei dem durch den Block 55 nach Fig. 3B dargestellten Schritt, wird ein Signal erzeugt, um eine Anweisung an das Steuerge rät 116 nach Fig. 4 zu übertragen. Der digitale Ausgangs wert an dem Anschluß A des Wandlers 120 beträgt Eins an der Leitung 136 und Null an der Leitung 137. Bei dieser Berech nung ermöglichen es somit die in dem Computer 25 durchge führten Berechnungen, daß der Motor 115 freigegeben wird (enabling) und daß die Ventilspindel 114 in Uhrzeigerrich tung gedreht wird, wodurch die Wassertemperatur dadurch er höht wird, daß durch das Ventil 112 die Strömung des Heiß wassers vergrößert und diejenige des Kaltwassers verklei nert wird.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, veranlaßt die verneinende Ab zweigung des Verzweigungspunktes 54, daß das Programm den Regler 116 nach Fig. 2 sperrt (disabling), denn es wird keine Anweisung betreffend den Motor 115 verlangt. Bei dem durch den Block 56 der Fig. 3B dargestellten Schritt, wird ein Signal für die Übertragung einer Anweisung an dem Reg ler 116 nach Fig. 4 erzeugt. Der digitale Ausgangswert von dem Anschluß A ist Null an der Leitung 136. Bei dieser Be rechnung ermöglichen es die in dem Computer 125 durchge führten Berechnungen, daß der Motor 115 gesperrt (disab ling) wird und daß in dem Ventil keine Veränderung statt findet.

Nach der Berechnung des Temperaturzustandes und der Anwei sungen für die Temperaturregelung des Wasserablaufs wird eine Beurteilung betreffend die Stellung des Mischventils, bezüglich seine Stellung bei völlig geöffnetem oder völlig geschlossenem Ventil, durchgeführt und es wird beurteilt, ob ein Abschaltbefehl an den D/D Wandler 120 durch die Fernbedienung 124 abgegeben worden ist. Auf die Logik be treffend den Grenzschalter ist in der Tabelle III Bezug ge nommen.

Die durch binäre Signale bewirkte Betätigung des Grenz schalters und der Abschalt-Logik ist auf der rechten Seite der Flußschemata nach den Fig. 3A und 3B dargestellt. In dem durch den Verzweigungspunkt 52 dargestellten Schritt veranlaßt die bejahende Abzweigung des Verzweigungspunktes 57 das Programm dazu, die durch die vorhergehenden Berechnungen ermittelten Anweisungen für eine Übertragung des Ausgangs von dem D/D Wandler 120 abzugeben, wenn sich das Ventil 112 in einer Zwischenstellung, in bezug auf seine Stellung in dem völlig geöffneten und dem völlig ge schlossenen Zustand befindet, und wenn kein Abschaltbefehl von der Fernbedienung 124 vorliegt. Die Schritte, die An weisungen folgen, die aus den vorherigen Berechnungen re sultieren, sind in der Fig. 3B durch Trapez 58 darge stellt.

Die verneinende Abzweigung des Verzweigungspunktes 57 führt das Programm zu den Betriebszuständen gemäß denen das Ven til völlig geöffnet oder völlig geschlossen ist und gemäß denen ein Abschaltbefehl gegeben wird. Wie im folgenden be schrieben, enthält das Programm eine Reihe von Feststellun gen, bezüglich der Abschaltbefehle und Ventilstellungen, anhand deren entschieden wird, ob die Wasserströmung be endet, oder die Heißwasserströmung vermindert wird.

Der Verzweigungspunkt 60 repräsentiert die Feststellung darüber, ob ein Abschaltbefehl bei völlig geschlossenem Ventil 112 vorliegt. Die bejahende Abzweigung des Verzwei gungspunktes 60 führt das Programm zu einer Anweisung zum Sperren (disable) des Steuergerätes 116, wie dies durch den Block 61 dargestellt ist. Dies ist mit einem Abbrechen des Betriebs des Motors 150 verbunden durch von dem Computer 125 durch das System, wie in Fig. 4 und 5 dargestellt, ausgegebene Anweisungen. Die verneinende Abzweigung veran laßt das Programm festzustellen, ob das Ventil 112 nach Fig. 4 völlig geschlossen ist, und ob der Motor 150 unter der Anweisung für ein weiteres Schließen in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn steht, wie dies durch den Ver zweigungspunkt 62 nach Fig. 3B dargestellt ist. Die bejah ende Abzweigung des Verzweigungspunktes 62 veranlaßt das Programm, die durch den Block 63 dargestellten Berechnungen durchzuführen, durch die, wie in Fig. 4 dargestellt, eine aus einer binären Null bestehende Anweisung über die Lei tung 136 an den Regler 116 gegeben wird. Die verneinende Abzweigung des Verzweigungspunktes 62 führt das Programm dazu festzustellen, ob das Ventil 112 völlig geöffnet ist und ob der Motor 115 unter der Anweisung für eine Betäti gung im Uhrzeigersinn steht, die zu einem weiteren Öffnen führt, wie dies durch den Verzweigungspunkt 64 dargestellt ist. Die bejahende Abzweigung des Verzweigungspunktes 64 führt das Programm zu den durch den Block 65 repräsentier ten Berechnungen, durch die eine an einer binären Null be stehende Anweisung an den Regler 116 über die Leitung 136 nach Fig. 4 gegeben wird. Dadurch wird das Steuergerät 116 gesperrt (disabled) und der Betrieb des Motors 115 wird be endet.

Die verneinende Abzweigung des Verzweigungspunktes 64 ver anlaßt das Programm dazu festzustellen, ob das System einen Abschaltbefehl erhalten hat, während sich das Ventil 112 entweder in einer Zwischenstellung gemäß dem Verzweigungs punkt 66 befand, oder ob es gemäß dem Verzweigungspunkt 68 voll geöffnet war. Eine Bejahung von einer dieser Feststel lungen führt dazu, daß das Programm die in dem Block 67 dargestellten Berechnungen durchzuführt, die zu Anweisungen führen, um das Ventil 112 mit mittlerer Geschwindigkeit zu schließen. Es ist leicht verständlich, daß wenn der Schließvorgang den in den Fig. 4 und 5 dargestellten Zu stand, mit einem Abschaltbefehl bei völlig geschlossenem Ventil 112, erreicht hat, der Prozessor des Computers 125 Signale gemäß der Logik des oben beschriebenen Verzwei gungspunktes 60 und des Blockes 61 nach der Fig. 3B er zeugt.

Die Ausgangssignale, die durch die, durch den Verzweigungs punkt 57 und Blöcke 61, 63, 65 und 67 dargestellte, Logik erzeugt werden, sind durch Trapeze 58, 59, hinsichtlich ihres Einwirkens auf die in den Fig. 4 und 5 dargestell ten Relais 117, 118 und den Regler 116, veranschaulicht.

Die Anwendung der durch die, durch den Block 69 dargestell te Logik erzeugten Ausgangssignale ist gleichfalls durch die Trapeze 58, 59 dargestellt. Der Block 69 stellt den Programmablauf dar, der dann erfolgt, wenn in den Verzwei gungspunkt 44 eine Feststellung darüber folgt, daß der Ist wert für die Temperatur außerhalb des normalen Bereiches liegt und beispielsweise einen Wert größer als 120°F hat. Die durch Berechnung in dem Computer 125 erzeugten Signale für eine Übertragung der Anweisung haben den Wert Null be treffend die Leitung 21 und die Werte Eins betreffend die Leitungen 136 und 137. Unter den Anweisungen, die von den Signalen kommen, die an der bejahenden Abzweigung des Verzweigungspunktes 44 erzeugt werden, wird der Regler 116 in die Lage versetzt, eine Drehung des Ventils 112 im Gegen uhrzeigersinn bzw. zum Schließen mit höchster Geschwindig keit zu bewirken.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird ein auf der Auslegung des Ventils basierendes Modell eingesetzt, das einen Vergleich ermöglicht zwischen der Ablauftempera tur anhand der erfaßten Daten von den Wassereinlässen und der Ventilstellung und einer vorgesehenen Ablauftemperatur oder dem erfaßten Sollwert für die Ablauftemperatur. Von während eines Kalibrierens des Ventils ermittelten Parame tern können Kenngrößen des Ventils, die zu der Ablauftempe ratur in Beziehung stehen, berechnet werden. Diese Daten werden in dem Computer 125 gespeichert und sie stellen die von der Ventilstellung abhängige Funktion in dem Ausdruck dar, durch den eine Ablauftemperatur ausgehend von an den Einlässen und betreffend die Ventilstellung erfaßten Daten berechnet werden kann; die Temperatur wird dabei in dem Computer 125 berechnet. Die Kombination der rechnerisch er mittelten, bekannten Funktion des Ventiles mit den Einlaß temperaturen führt über eine Berechnung zu einer Ablauftem peratur des Wassers an dem Ablauf.

Ein Beispiel für eine Funktion der Kenngröße einer Kon struktion eines, als Gleichdruckmischventil ausgebildeten, Mischventiles ist in der Fig. 7 dargestellt. Die Fig. 7 stellt dabei eine Kurve dar, betreffend die Beziehung zwi schen der Stellung des Mischventils 112, beispielsweise in Winkelgeraden und der, durch eine dimensionslose Variable dargestellten, Temperatur des Wassers an dem Ablaufauslaß. Die Ventilstellung ist auf der Abszisse angegeben, und durch Winkelgerade betreffend die Öffnung des Ventils in Bezug auf eine geschlossene oder abgeschaltete Stellung dargestellt. Das durch die Fig. 7 repräsentierte Ventil ist so ausgelegt, daß das relative Volumen der Heißwasser strömung mit einem Anwachsen der Winkelgerade gegenüber der Schließstellung vergrößert wird. Die relative Temperatur des Wassers an dem Ablaufauslaß ist auf der Ordinate dar gestellt; sie wird durch die dimensionslose Variable reprä sentiert und wächst in aufsteigender Richtung entlang der Ordinate an.

Die auf der in Fig. 7 dargestellten Kurve eingezeichneten Werte setzen die Ventilstellung in Beziehung mit der Tempe ratur des ablaufenden Wassers. Wie der Fig. 7 entnehmbar ist, entspricht einer höhere Winkelgrade aufweisenden Ven tilstellung ein höherer Wert für die die Ablaufwassertem peratur repräsentierende dimensionslose Variable, und um so höher ist die Wassertemperatur an dem Ablaufauslaß. Die po sitive Steigung der in Fig. 7 dargestellten Kurve zeigt, daß mit einer Vergrößerung der Winkelstellung des Ventils auch die Ablauftemperatur vergrößert wird; alle anderen Zu standsgrößen bleiben dabei unverändert.

Die Kurve wird jeweils für eine bestimmte Ventilkonstruk tion berechnet und steht unmittelbar mit der Ventilstellung in Beziehung. Als solches ist sie eine, sich entlang der Ordinate erstreckende, Funktion der, durch die dimensions lose Variable ausgedrückten Ventilstellung. Anhand des Aus druckes mit den Faktoren, die mit der Temperatur des ablau fenden Wassers und deren Regelung in Beziehung stehen ist ersichtlich, daß die Ablauftemperatur dadurch feststellbar ist, daß die entsprechenden Temperaturen an dem Heißwasser einlaß und dem Kaltwassereinlaß erfaßt werden und die Dif ferenz ermittelt wird. Diese Differenz wird dann mit der Funktion der Winkelstellung des Ventils multipliziert. Zu dem Produkt dieser Multiplikation wird dann die, an dem Kaltwassereinlaß erfaßte Temperatur des Kaltwassers ad diert. Das Ergebnis stellt eine Berechnung betreffend das Wasser an dem Ablaufauslaß dar.

In Fig. 7 sind Werte betreffend die Funktion der Winkel stellung des Ventils in Bezug auf unterschiedliche Ventil stellungen dargestellt. Diese Werte sind für die Ventilkon struktion empirisch ermittelt worden, um Sicherheit betref fend die Relation zwischen der Ventilstellung gemäß dem speziellen Ventilaufbau und den Einfluß, den diese Stellung auf die Temperatur des Ablaufwassers hat, zu erhalten. In der Fig. 7 sind durch tatsächliche Versuche ermittelte Werte dargestellt. Die durch den tatsächlichen Einsatz er mittelten Werte sind durch offene Quadrate dargestellt. Die Versuche wurden mit einer großen Vielzahl unterschiedlicher Einlaßtemperaturen und Drücke durchgeführt. Wie der Fig. 7 entnommen werden kann, stimmen die Punkte innerhalb des Be reichs experimentell bedingter Unsicherheiten überein.

Aufzeichnungen wurden über geeignete Meßwertaufnehmer vor genommen. Für das System ist es dabei wichtig, daß die Was sertemperatur so gesteuert wird, daß eine Analyse und eine Berechnung der Ablauftemperatur unter Verwendung des Mo dells für die Ventilkonstruktion, so wie das insbesondere in Fig. 7 dargestellt ist, ermöglicht wird.

Die Bestimmung der dimensionslosen Variablen für die Ven tilkonstruktion wird für eine vorgegebene Ventilkonstruk tion empirisch durchgeführt. Das Mischventil, wie bei spielsweise das Gleichdruckmischventil Speakman Mark II ge mäß Fig. 7, wird in einen Testaufbau so eingesetzt, daß die Wassertemperaturen an den Einlässen und dem Auslaß er faßt werden. Ein Goniometer ist auf der Ventilspindel be festigt und es werden Ablauftemperaturen unter veränderten Winkelstellungen des Ventils und veränderten Einlaßtempera turen erfaßt. Diese Daten werden in der oben genannten Gleichung bei der Bestimmung der Faktoren verwendet, um als Produkt die dimensionslose Variable zu erhalten. Dadurch wird die funktionelle Beziehung zwischen dem, die Ventil stellung betreffenden, Winkel und der Wassertemperatur er halten. In der Fig. 7 ist diese Beziehung für das Speakman Mark II Ventil dargestellt.

Es ist festzuhalten, daß bei Verwendung eines Gleichdruck mischventiles, wie beispielsweise dem Speakman Mark II Ven til, die Form der Kenngröße der Kurve nicht von der Einlaß wassertemperatur, dem Einlaßdruck oder einem Differential betreffend den Einlaßdruck abhängt.

Ein Gleichdruckmischventil, wie dasjenige auf das Bezug ge nommen worden ist, bezieht sich auf den ASSE Standard Nr. 1016, 1988 für Gleichdruckventile.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausfüh rungsbeispiel ist ein Meßwertgeber 10 in einem Strömungssy stem 11 angeordnet, das durch ein Standardgleichdruckmisch ventil 12 (Speakman Gleichdruckventil) strömt, welches über eine Vielzahl von Quellen durch geeignete Zuführleitungen 13a (Heißwasser) und 13b (Kaltwasser) mit Flüssigkeit ver sorgt werden kann. Als geeigneter Meßwertgeber ist ein Thermoelement einsetzbar. Das Ventil 12 wird über den An trieb 14 des Schrittmotors 15 (Hurts Modell ABS Schrittmo tor, ABS-3008-003) geregelt. Der Antrieb 14 betätigt das Ventil 12 über die Ventilspindel 14a. Der Schrittmotor 15 wird über einen Schrittmotorregler (Hurts Modell 220001 Schrittmotorregler) geregelt hinsichtlich der Geschwindig keit des Schrittmotors 15, der Drehrichtung (im Uhrzeiger sinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn) und des Abschaltens des Schrittmotors.

In der Gleichdruckvorrichtung des Ventils 12 werden die Strömungen des heißen und kalten Wassers unabhängig vonein ander reguliert, um einen im wesentlichen konstanten Durch fluß durch die gesamte Strömung zu erreichen. Die Einflüsse von Druck transienten für das Heiß- oder Kaltwasser werden durch den Gleichdruckmodul ausgeschaltet. Ein Druckwertge ber wird physikalisch durch Druckänderungen verschoben, die entweder an der heißen oder kalten, mit einem einstellbaren Ventil in Verbindung stehenden, Seite erfolgen. Die Be ziehung ist dabei derart, daß ein Ansteigen des erfaßten Druckes an einer Seite zu einer Reaktion des Ventiles da hingehend führt, daß der Druck an der gleichen Seite redu ziert wird. Dies führt zu einem Ausgleich des Druckes unter allen Betriebszuständen.

Die Regelung des Schrittmotors 15 und die Betätigung des Ventils 12 wird durch das Steuergerät 16, ein Hochgeschwin digkeitsrelais 17, ein Niedriggeschwindigkeitsrelais 18 (Potter + Brumfield R10 ElZZ-S800 Relais) und einen Span nungsteiler 19 mit Widerstandsbereichen 19a (500 Kilo-Ohm), 19b (100 Kilo-Ohm) und 19c (56 Kilo-Ohm) durchgeführt.

Digitale Ausgänge eines D/D Wandlers 20 (DSDI-160, Digital +/-10 Interface) auf der Leitung 21 zu dem Regler 16 und Leitungen 22 und 23 zu dem Hochgeschwindigkeitsrelais 17 und dem Niedriggeschwindigkeitsrelais 18 senden digitale Befehle an den Regler 16 und bestimmen somit die Betätigung des Ventiles 12.

Dem D/D Wandler 20 werden Signale von einer Fernbedienung 24, einem Computer 25 und einem Paar von Grenzschaltern 26 und 27 zugeführt. Die Fernbedienung 24 weist einen Satz von Schaltern auf, die an einer geeigneten Spannung, von bei spielsweise 5 Volt, anliegen. Die an der Ventilspindel 14a und dem Antrieb 14 angeordneten Grenzschalter 26 und 27 werden in geeigneter Weise abhängig von der Stellung des Ventils 12 betätigt. Der Schalter 26 ist geschlossen, wenn das Ventil 12 völlig geöffnet ist und der Schalter 27 ist geschlossen, wenn das Ventil 12 völlig geschlossen ist; binäre, diese Zustände anzeigende, Signale werden dem D/D Wandler 20 zugeführt.

Ein Überwachungsnetz weist den Meßwertgeber 10 auf, der Si gnale über eine Leitung 28 und einen Anzeigemesser (panel meter) 29 an einen A/D Wandler 30 führt. Nach der in dem Wandler 30 erfolgenden Umwandlung der analogen in digitale Signale werden diese dem Computer 25 zugeführt. Dort werden die erfaßten Istwerte für die Temperatur und die geforder ten Sollwerte für die Temperatur miteinander verglichen und anhand dieser Information werden Berechnungen durchgeführt und Entscheidungen getroffen, um Befehle für den D/D Wand ler 20 für eine Übertragung zu dem Wandler 20 und den Re lais 17 und 18 zu erhalten.

Solange der Computer in Betrieb ist können Temperaturen an gefordert werden und es kann das System durch Signale der Fernbedienung 24 eingeschaltet oder abgeschaltet werden. Ein digitales Signal zum Erhöhen der geforderten Wassertem peratur wird dem D/D Wandler 20 über die Leitung 33 zuge führt. Ein digitales Signal zum Verringern der geforderten Wassertemperatur wird dem D/D Wandler 20 über die Leitung 34 zugeführt und ein Signal zum Abschalten wird ausgehend von dem Schalter 35 der Fernbedienung 34 über die Leitung 36 zugeführt.

Die Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau des Regelsystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Dabei sind von den Grenzschaltern 26 und 27 kommende Leitungen 37 und 38 mit dem Anschluß B des Wandlers 20 verbunden. Die von der Fern bedienung 24 kommenden Leitungen 33, 34 und 36 sind über den Anschluß C mit dem Wandler 20 verbunden und mit dessen Anschluß A sind Leitungen 22 und 23 verbunden, die zu dem Relais 17 bzw. 18 führen. Als Verbindung mit dem Regler 16 ist eine Leitung 21a vorgesehen, die zu einem Sperrstift 39 (disable pin) führt, und es ist eine Leitung 21b zu einem Anschlußstift 40 für eine Regelung des Antriebs 14 vorge sehen. Der Wandler 20 ist mit dem Regler 16 über diese Lei tungen 21a, 21b, 22 und 23 verbunden, wobei binäre Signale in Form von Eins-Werten und Null-Werten übertragen werden. In den nachstehenden Tabellen ist die Nomenklatur betref fend die programmgesteuerten Berechnungen angegeben, die bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel während des Pro grammablaufes eingesetzt wird, wie dies insbesondere anhand der logischen Flußschemata nach den Fig. 3A und 3B her vorgeht.

Tabelle I Nomenklatur für die das Ventil betreffende Logik

TA=Istwert für die Temperatur
TR=Sollwert für die Temperatur
D1=Differential der Temperatur
Kennzeichen (Flag 1) ist (gesetzt)

Tabelle II

Tabelle III

Grenzschalter Logik (Anschluß B)

Das logische Flußschema nach Fig. 3 illustriert den Pro grammablauf des in dem Computer 25 gespeicherten Programmes für eine Steuerung der Wasserauslaßtemperatur.

Gemäß den Fig. 3A und 3B wird das Programm durch An schließen an eine Leistungsquelle initiiert, wie dies durch das Oval 41 der Fig. 3A dargestellt ist. Es wird dann die verlangte Temperatur von der Fernbedienung eingelesen; dies wird durch das Trapez 42 dargestellt. In dem nächsten Schritt wird der Istwert für die Temperatur TA mit dem durch das Trapez 43 dargestellten Befehl "READ TA" von dem Meßwertgeber 10 und dem Wandler 30 eingelesen.

Mit der ersten Berechnung wird festgestellt, ob der Istwert für die Temperatur außerhalb eines normalen Bereichs mit beispielsweise 120°F liegt. Dieser Entscheidungs- bzw. Ver zweigungspunkt ist durch die Raute 44 dargestellt. Wenn an dem Verzweigungsspunkt 44 der Istwert für die Temperatur größer ist als 120°F, dann gibt der Computer ein Notab schaltsignal aus. Dies wird detaillierter im folgenden be schrieben.

Die verneinende Abzweigung des Verzweigungspunktes 44 führt das Programm dazu, daß der absolute Wert für die Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert für die Temperatur durch Subtraktion des verlangten Sollwertes in dem Block 45 ermittelt wird. Nach dem Abschluß dieser Berechnung wird der Ausgang weitergegeben. Durch einen Verzweigungspunkt 46 dargestellt, wird beurteilt, ob die Differenz größer als 20°F. Die bejahende Abzweigung des Verzweigungspunktes 46 führt das Programm dazu, daß, wie dies durch den Block 48 dargestellt ist, eine Hochgeschwindigkeitsteuerung vorge sehen wird.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten System wird beim Ablauf des durch den Block 48 nach der Fig. 3A dargestellten Schrittes ein Signal für die Übertragung der Hochgeschwin digkeitsanweisung zu den Relais 17 und 18 erzeugt. Der di gitale Ausgang von dem Anschluß A des Wandlers 20 ist an beiden Leitungen 22 und 23 Null. Demzufolge wird durch die in dem Computer 25 durchgeführten Berechnungen bewirkt, daß das Ventil 12, als Antwort auf den erfaßten Istwert für die Temperatur, mit hoher Geschwindigkeit betätigt wird.

Der Fig. 3A entsprechend führt die verneinende Abzweigung des Verzweigungspunktes 46 das Programm zu einer Beurtei lung darüber, ob die Differenz größer ist als 5°F, wie dies durch den Verzweigungspunkt 49 dargestellt ist. Die be jahende Abzweigung des Verzweigungspunktes 49 führt das Programm dazu, daß, wie durch den Block 50 dargestellt, eine Regelung mit mittlerer Geschwindigkeit durchgeführt wird. Bei dem durch den Block 50 nach der Fig. 3A darge stellten Schritt wird, bezugnehmend auf die Fig. 2, ein Signal erzeugt für eine Übertragung der Anweisung, betref fend die mittlere Geschwindigkeit, zu den Relais 17 und 18. Der digitale Ausgang von dem Anschluß A des Wandlers 20 ist Null hat den Wert 0 an der Leitung 23 und Eins an der Lei tung 22. In dieser Funktion führen die durch den Computer 25 durchgeführten Berechnungen dazu, daß das Ventil 12, als Antwort auf den erfaßten Istwert für die Temperatur, mit mittlerer Geschwindigkeit betätigt wird.

Nach der Fig. 3A führt die verneinende Abzweigung des Ver zweigungspunktes 49 das Programm zu einem Schritt, gemäß dem ein Signal, zur Übertragung der Anweisung für eine niedrige Geschwindigkeit zu den in der Fig. 2 dargestell ten Relais 17 und 18 übertragen wird. Der digitale Ausgang des Anschlusses A ist an beiden Leitungen 22 und 23 Eins. In dieser Funktion führen die in dem Computer 25 durchge führten Berechnungen dazu, daß das Ventil 12, als Antwort für den erfaßten Istwert für die Temperatur, mit niedriger Geschwindigkeit betätigt wird. Durch die in der Fig. 3A dargestellte, in dem Computer 25 durchgeführte Beurteilung an den Verzweigungspunkten 44, 46 und 49, wird der logische Prozess betreffend die Auswahl der Motorgeschwindigkeit für das in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellte Ausführungsbei spiel, durchgeführt.

Claims

1. Verfahren zum Regeln eines Mischventils (12, 112), um mit Hilfe eines digitalen Computers (25, 125) einen Aus laß für eine Flüssigkeit zu schaffen, mit den Verfahrens schritten
der Computer (25, 125) wird mit einer Datenbasis für das Mischventil (12, 112) versehen, die eine Funktion ent hält, durch die Kenngrößen des Mischventils (12, 112) und eine geforderte Auslaßtemperatur definiert werden,
Initiieren eines Zeitgebers in dem Computer (25, 125),
Erfassen der Flüssigkeitstemperatur an je einem Ein laß zu dem Ventil (12, 112) für heiße und für kalte Flüs sigkeit,
Eingeben der an dem Einlaß für heiße Flüssigkeit und demjenige für kalte Flüssigkeit vorliegenden Temperaturen und von Daten betreffend die Funktion des Ventils (12) in den Computer (25),
Durchführen von Berechnungen in dem Computer (25) ba sierend auf den Daten betreffend die erfaßten Temperaturen und die Funktion des Ventils (12, 112) mit der Gleichung für die Auslaßtemperatur T_a-T_c=(T_h-T_c)f(R)worin die Formelzeichen folgende Bedeutung haben:
T_a Auslaßtemperatur,
T_c Temperatur der zugeführten kalten Flüssigkeit,
T_h Temperatur der zugeführten heißen Flüssigkeit,
R Winkelstellung des Mischventiles (12, 112),
f(R) Funktion der Winkelstellung des Ventils,Durchführen eines Vergleichs zwischen der berechneten und der geforderten Auslaßtemperatur und
Einstellen des Ventils (12), um die geforderte Aus laßtemperatur zu erreichen.

2. Verfahren zum Regeln der Temperatur einer aus ei nem Mischventil (12, 112) fließenden Strömung, um über einen Computer (25) eine geforderte Temperatur bereitzu stellen, und um über diesen einen Beginn und eine Beendi gung der Flüssigkeitsströmung zu ermöglichen, wobei das Mischventil (12, 112) einen Hauptschaft aufweist, der in Uhrzeiger- und in Gegenuhrzeigerrichtung drehbar ist, wenn das Ventil (12, 112) eingestellt wird, wobei das Ventil eine Antriebseinrichtung hat, mit der diese Drehung bewirkt und geregelt werden kann und wobei mit der An triebseinrichtung die folgenden Schritte durchführbar sind;
die Flüssigkeit wird als Strömung durch das Mischven til geführt,
die Temperatur der strömenden Flüssigkeit wird an dem Ablaufauslaß des Ventils (12) erfaßt,
es wird ein aus Binärzahlen bestehendes Signal er zeugt, das die Stellung des Hauptschaftes des Mischventils (12) während ausgewählter Momente während der Zeit anzeigt, während der das Mischventil (12, 112) betrieben wird, um eine ablaufende Flüssigkeitsströmung abzugeben,
es wird ein digitaler Computer (25, 125) mit Daten dieser erfaßten Werte und dem die Ventilstellung betreffen den Signal versorgt,
in dem Computer (25, 125) werden Berechnungen durch geführt,
es werden Anweisungen erzeugt, die darauf gerichtet sind, daß die Ventilstellung über den digitalen Computer (25, 125) eingestellt wird, der programmiert ist, um diese Anweisungen zu erzeugen ausgehend von Funktionen, die eine Beziehung zwischen der Stellung des Schaftes und der Ein richtung zum Regeln der Flüssigkeitstemperatur beschreiben, mit einem zwischen dem digitalen Computer und der Einrichtung zum Erzeugen und Steuern der Drehung gekoppel ten elektrischen Schaltkreis wird die Anweisung in ein Sig nal in der Form einer Binärzahl umgewandelt, wobei das Sig nal ein Indikator für die Betätigung der Einrichtung für eine mit der Anweisung übereinstimmende Drehung zum Ein stellen der Ventilstellung ist.

3. System zum Berechnen der Ablauftemperatur einer aus einem von einer Flüssigkeit durchströmten Mischventil (12) strömenden Flüssigkeit mit
einer Versorgungseinrichtung, die eine Flüssigkeit mit verschiedenen Temperaturen enthält, wobei eine Tempera tur wesentlich höher als die andere ist,
ein Mischregelventil um das Mischen der mindestens zwei verschiedene Temperaturen aufweisenden zugeführten Flüssigkeit mit variablen Anteilen einzustellen,
Meßwertaufnehmern an den Einlässen des Ventils (12), um die Temperatur der in das Ventil (12) aus einem Vorrats bereich strömenden Flüssigkeit zu erfassen und um Daten in Form digitaler Signale bereitzustellen, die mit den erfaß ten Temperaturen korrellieren,
einer Einrichtung zum Erfassen der Winkelstellung des Mischregelventils,
einer Einrichtung mit der in das System ein in binärer Form vorliegendes Signal zum Feststellen der Stel lung des Ventils (12) eingeführt wird,
einer Einrichtung zum Berechnen der Ablauftemperatur anhand der durch die Temperaturwerte und die Ventilstellung erzeugten Daten, wobei in dem Computer unter Verwendung der Daten betreffend die Einlaßtemperaturen und die Ventilstel lung Berechnungen mit der Gleichung T_a=T_c+(T_h-T_c)fRdurchgeführt werden, und die Formelzeichen folgende Bedeutung haben:T_a = Ablauftemperatur,
T_c = Temperatur der zugeführten kalten Flüssigkeit,
T_h = Temperatur der zugeführten heißen Flüssigkeit,
R = Winkelstellung des Mischventiles (25),
f(R) = Funktion der Winkelstellung des Ventils (25)und wobei in dem Computer (25) die geforderte Temperatur und das Ergebnis der obigen Gleichung verglichen werden, um die geforderte Temperatur für die ablaufende Flüssigkeit zu er reichen.

4. System zum Berechnen der Ablauftemperatur einer aus einem von einer Flüssigkeit durchströmten Mischventil (12) strömenden Flüssigkeit mit
einer Versorgungseinrichtung, die eine Flüssigkeit mit verschiedenen Temperaturen enthält, wobei eine Tempera tur wesentlich höher als die andere ist,
ein Mischsteuerventil um das Mischen der mindestens zwei verschiedene Temperaturen aufweisenden zugeführten Flüssigkeit mit variablen Verhältnissen einzustellen,
Meßwertaufnehmern an den Einlässen des Ventils (12), um die Temperatur der in das Ventil (12) aus einem Vorrats bereich strömenden Flüssigkeit zu beobachten und um Daten in Form digitaler Signale bereitzustellen, die mit den be obachteten Temperaturen korillieren,
einer Einrichtung zum Feststellen der Winkelstellung des Mischsteuerventils,
einer Einrichtung mit der in das System ein in binärer Form vorliegendes Signal zum Feststellen der Stel lung des Ventils (12) eingeführt wird,
einer Einrichtung zum Berechnen der Ablauftemperatur anhand der durch die Temperaturwerte und die Ventilstellung erzeugten Daten, wobei in dem Computer unter Verwendung der Daten betreffend die Einlaßtemperatur und die Ventilstel lung Berechnungen mit der Gleichung T_a = T_c + (T_h-T_c) f(R)durchgeführt werden, wobei die Formelzeichen folgende Bedeutung haben:T_a = Ablauftemperatur,
T_c = Temperatur der zugeführten kalten Flüssigkeit,
T_h = Temperatur der zugeführten heißen Flüssigkeit,
R = Winkelstellung des Mischventiles (25),
f(R) = Funktion der Winkelstellung des Ventils (25),mit einem Meßwertgeber für die Flüssigkeitstemperatur an dem Ablaufauslaß, wobei
in dem Computer ein Vergleich zwischen dem Ergebnis der Gleichung und der an dem Auslaß erfaßten Temperatur durchgeführt wird und
auf den berechneten und den erfaßten Ausgangswert an sprechende Signale zum Verändern der relativen Anteile der zugeführten unterschiedlichen Flüssigkeitsströmungen zu dem Mischregelventil übertragen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Flüssigkeit Wasser ist.

6. System nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Mischventil (12) ein Gleichdruck mischventil ist, und daß die Flüssigkeit Wasser ist.

7. System zum Berechnen der Ablauftemperatur einer aus einem von Wasser durchströmten Gleichdruckmischventil (12) strömendes Wasser mit
einer Versorgungseinrichtung, die Wasser mit ver schiedenen Temperaturen enthält, wobei eine Temperatur we sentlich höher als die andere ist,
ein Mischregelventil um das Mischen des mindestens zwei verschiedene Temperaturen aufweisenden zugeführten Wassers mit variablen Anteilen einzustellen,
Meßwertaufnehmern an den Einlässen des Ventils (12), um die Temperatur des in das Ventil (12) aus einem Vorrats bereich strömenden Wassers zu erfassen und um Daten in Form digitaler Signale bereitzustellen, die mit den beobachteten Temperaturen korrellieren,
einer Einrichtung zum Feststellen der Winkelstellung des Mischregelventils,
einer Einrichtung mit der in das System ein in binärer Form vorliegendes Signal zum Feststellen der Stel lung des Ventils (12) eingeführt wird,
einer Einrichtung zum Berechnen der Ablauftemperatur anhand der durch die Temperaturwerte und die Ventilstellung erzeugten Daten, wobei in dem Computer unter Verwendung der Daten betreffend die Einlaßtemperaturen und die Ventilstel lung Berechnungen mit der Gleichung T_a = T_c+(T_h-T_c)f(R)durchgeführt werden, und die Formelzeichen folgende Bedeutung haben:T_a = Ablauftemperatur,
T_c = Temperatur des zugeführten kalten Wassers,
T_h = Temperatur des zugeführten heißen Wassers,
R = Winkelstellung des Gleichdruckmischventiles (25),
f(R) = Funktion der Winkelstellung des Ventils (25),mit einem Meßwertgeber zum Erfassen der Wassertempe ratur an dem Ablaufauslaß, wobei
in dem Computer ein Vergleich zwischen dem Ergebnis der Gleichung und der an dem Auslaß erfaßten Temperatur durchgeführt wird, und
auf den berechneten und den erfaßten Ausgangswert an sprechende Signale zum Verändern der relativen Anteile der zugeführten unterschiedlichen Wasserströmungen zu dem Mischregelventil übertragen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Mischventil ein Gleichdruckmischventil (12) ist.

9. System nach einem der Ansprüche 3, 4, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bestimmen der Winkelstellung des Ventils einen Regler für einen Schrittmotor aufweist.

10. System nach einem der Ansprüche 3, 4, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bestimmen der Winkelstellung des Ventils ein Relais und einen Spannungsteiler aufweist.