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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Diagnosesysteme für einen
Wohnraum-Ofen. Insbesondere betrifft die Erfindung sowohl ein Verfahren zum
Messen, Abspeichern, Ausgeben und Analysieren von diagnostischen
Ofen-Informationen als auch elektronische Schaltungen und Software,
die zur Ausführung
eines derartigen Verfahrens geeignet sind.
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Die
Komplexität
moderner Heizungssysteme hat die Diagnose und Reparatur von Fehlern,
an denen solche Systeme leiden können,
komplizierter gemacht. Eine Fehldiagnose und der Austausch der falschen
Komponenten ist sowohl teuer als auch zeitaufwendig und kann zu
einem für
alle Beteiligten beträchtlichen
Mißstand
führen.
Einerseits sieht sich der Hauseigentümer einer anhaltenden Fehlfunktion des
Heizungssystems ausgesetzt und er muß wiederholte Service-Anrufe
tätigen.
Andererseits muß der
Service-Anbieter Zeit und Mühe
aufbringen, um wiederholt Personal in den Außendienst zu entsenden, um
das Problem herauszufinden, während
der Hersteller des Ofens aufgefordert werden kann, für den Austausch
von Komponenten zu sorgen, die tatsächlich fehlerfrei und absolut
betriebsbereit sind.
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Früher wurde
ein leichter Fortschritt darin erzielt, einen umfassenderen analytischen
Ansatz für den Betrieb
von Ofensystemen zu erleichtern und es dadurch zu ermöglichen,
daß Probleme
schneller und effizienter diagnostiziert und die zugrunde liegenden
Fehler korrekt identifiziert werden. Dies hat sowohl die Modifikation
von Ofen-Konfigurationen umfasst, um die aktive Überwachung verschiedener Funktionen
vorzusehen, als auch die Entwicklung von externen analytischen Instrumenten,
welche dazu geeignet sind, den Betrieb von bestehenden Ofensystemen
zu untersuchen. Keiner der früher
bekannten Ansätze
hat jedoch ein adäquat
umfassendes System zur Verfügung
gestellt, welches alle der derzeit verfügbaren Instrumente nutzt, um
es dadurch zu ermöglichen,
daß Probleme
so schnell und so genau wie möglich
identifiziert werden.
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Bei
bestimmten früher
bekannten Systemen wurden Überwachungs-
und Diagnose-Systeme innerhalb eines Ofens integriert, um dadurch
eine Datensammlung und Speichermöglichkeit
zu schaffen. Fehlfunktionen einschließende Betriebsdaten werden
registriert und auf diese kann von einem Service-Techniker zugegriffen
werden, der eine tragbare, fest verdrahtete Daten-Ausleseeinheit
verwendet.
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Die
US 5 612 904 offenbart eine
Vorrichtung zur Überwachung
des Betriebs eines Ölbrenners
zur Ermöglichung
der bequemen Diagnose von Brenner-Problemen. Die Vorrichtung weist
zwei Hauptkomponenten auf: Eine ständig befestigte oder integrierte
Daten-Sammeleinheit, welche mit entscheidenden Punkten im Ölbrenner
verbunden ist, sowie eine tragbare Daten-Ausleseeinheit. Die Daten-Sammeleinheit nimmt
Informationen betreffend die Schlüsselfunktionen, welche den
Betrieb eines Ölbrenners
wiedergeben, auf und speichert diese. Wenn ein Fehler auftritt,
erzeugt die Vorrichtung ein Signal, um einem nachgeschalteten Mikroprozessor, falls
ein solcher angeschlossen ist, anzuzeigen, daß ein Problem aufgetreten ist.
Der Techniker des Ölbrenners
stellt unter Verwendung der tragbaren Daten-Ausleseeinheit eine
Verbindung mit der Daten-Sammeleinheit unter Zugriff auf die in
der Daten-Sammeleinheit gespeicherten, die Ursache des Problems
betreffenden Informationen her.
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Die
DE 198 06 112 offenbart
die Einstellung eines Heizgeräts,
wobei eine Bedarfswert-Spezifikation in einer Steuerung erfolgt.
Das Verfahren umfasst die Verwendung einer elektronischen Steuerung,
deren Temperatur-Bedarfswert der Steuerung direkt als ein Digitalwert über eine
bestehende Datenleitung oder einen Kabelbaum unter Verwendung eines
bestehenden Heizgerät
Diagnose-Steuerungsprogramms übermittelt.
Eine bidirektionale Funkverbindung ist zwischen einem stationären Teil
des Heizgerätes
und einer entfernt vorgesehenen, vorzugsweise mobilen Steuerung
bereitgestellt. Der Digitalwert wird direkt über die Datenleitung oder den
Kabelbaum an die Steuerung übertragen.
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Es
wurden weitere Systeme konzipiert, bei denen eine integrierte elektronische
Ofen-Steuerungs-Anordnung die Funktion eines Selbsttests einschließt, welcher
den Ofen abschaltet, wenn das Ereignis irgendeines aus einer Vielzahl
von möglicherweise
erfassten Fehlern eintritt. Dieses System überprüft Ofen-Sensoren auf falsche
Anzeigen sowohl während
der Sensor einen bestimmten Brenner-Parameter detektieren sollte
als auch, wenn der Sensor diesen Parameter nicht abfragen sollte,
und führt beim
Auftreten einer Unstimmigkeit eine Sicherheits-Unterbrechung und
ein Verriegelungs-Kommando aus, um den Ofen abzuschalten. Zusätzliche Merkmale,
die vorliegen können,
schließen
eine Vielzweckanzeige zur se lektiven Darstellung von Komponenten
wiedergebenden Fehlercodes, Temperatur-Reduzierungs-Tabellen, der
Tageszeit und des Wochentages ein.
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Es
wurden Systeme beschrieben, welche ein Steuerungssystem für einen
Gasbrenner mit Direktzündung
umfassen, welches einen Mikrocomputer und einen zugehörigen Schaltkreis
zur Kontrolle der Stromversorgung der Zündvorrichtung und von Ventilen
und für
viele Überprüfungen der
Unversehrtheit der Komponenten des Systems verwendet. Derartige Systeme
können
einen Zündungssteuerungs-Prozessor
aufweisen, welcher codierte Datensignale an ein tragbares Anzeigemodul über eine
festverdrahtete Leitungsverbindung übermittelt. Das tragbare Anzeigemodul
enthält
einen Prozessor, um die von dem Zündungssteuerungs-Prozessor
empfangene Signale zu verarbeiten, und zur Steuerung einer Anzeigeeinrichtung,
um die ausgewählten
Betriebsmoden und die letzen bekannten Fehlerbedingungen in einer von
Menschen lesbaren Form anzuzeigen. Es sind außerdem Verwaltungssysteme für Haushaltsgeräte und Kommunikationssysteme
bekannt, welche ein Schnittstellenmodul aufweisen, welches an jedem Haushaltsgerät installiert
ist. Im Falle eines Ofens arbeitet das Schnittstellenmodul mit dem
Mikroprozessor des Ofens zusammen und meldet den Status der Ofenkomponenten
sowie Fehler an eine zentrale Steuerung.
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Obwohl
derartige Systeme die Diagnose bestimmter Fehler, an denen ein Ofen
laborieren kann, unterstützen,
ermöglicht
es jedoch keines der früher beschriebenen
Systeme einem Techniker, in den Genuss des vollen Vorteils einer
computergestützten Analyse
sowohl in Echtzeit als auch historischer Daten zukommen. Es besteht
Bedarf an einem System, bei welchem derartige Fähigkeiten gleichzeitig auf ein
bestimmtes Problem angewendet werden können, so daß es möglich ist, einen zugrunde liegenden Fehler schnell
und genau zu identifizieren. Ein derartiges System muß nicht
nur während
seines Betriebs effizient sein, sondern muß auch einfach zu transportieren
und einfach an seinem Einsatzort zu verwenden sein.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung
zum Erhalten, Ausgeben und Analysieren von diagnostischen Informationen
für Öfen zur
Verfügung,
um eine Fehlersuche- und beseitigung sowie eine Reparatur zu unterstützen. Die
Erfindung ist mit der Erkenntnis formuliert, daß eine Vielzahl von unterschiedlichen
Faktoren zu einer Fehldiagnose beitragen können, was das Unvermögen eines
Technikers einschließt,
verschiedene Funktionen eines Systems schnell und einfach zu überprüfen, um
dadurch Fehler in Echtzeit zu identifizieren. Zusätzlich,
falls eine bestimmte Fehlerart periodisch auftritt, kann ein Unvermögen, vorhergehende
Fehlfunktionen betreffende Umstände
wieder abzurufen, eine positive Identifizierung des Problems verhindern.
Die Unkenntnis des Technikers über
den Fehler und die Instandhaltungs-Historie der bestimmten Einheit
abhängig
von der Fehlfunktion kann zusätzlich
eine schnelle und genaue Diagnose verhindern. Schließlich können sowohl
das Unvermögen,
einen bestimmten Satz von Symptomen im Zusammenhang mit der vergangenen
Historie des individuellen Heizungssystems schnell und genau zu analysieren
als auch der gesamte Bestand derartiger Systeme Bemühungen vereiteln,
ein bestimmtes Problem genau zu diagnostizieren und als Folge schnell
und effizient zu beheben.
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Die
vorliegende Erfindung wendet sich an alle der oben beschriebenen
Quellen oder Ursachen einer Fehldiagnose. Außerdem ermöglicht es die Erfindung einem
Techniker, alle relevanten Daten von dem Ofen schnell und einfach
zu erzeugen und wiederzuerlangen, und nutzt die Erfindung die Analyseleistung
von entfernt angeordneten Diagnoseeinrichtungen zur Analyse der
Daten. Als solches weist das erfindungsgemäße System verschiedene Sensoren auf,
welche überall
in einem Ofen eingebaut sind und dessen verschiedene Funktionen überwachen,
und ist dazu fähig,
die von derartigen Sensoren erzeugten Daten abzuspeichern, so daß eine Fehler-Historie
erzeugt und es einem Techniker ermöglicht wird, auf derartige
Daten mittels eines entfernt angeordneten Handgeräts zuzugreifen.
Das Handgerät
ermöglicht es
dem Techniker zusätzlich,
verschiedene Funktionen des Systems zu steuern und dadurch, für dessen Betrieb
einschlägige
Zeit-Daten zu erzeugen. Das Handgerät dient dazu, die Daten zu
analysieren, so daß das
zugrundeliegende Problem diagnostiziert wird. Schließlich ermöglicht es
das System, daß Daten
an eine enfernt angeordnete zentrale Computereinrichtung zur weiteren
Verarbeitung übertragen werden.
Eine derartige zentrale Einrichtung ist dazu fähig, eine große Datenmenge
abzuspeichern, welche den Betrieb und die Fehler-Historie des gesamten
Bestandes individueller Ofensysteme in der Umgebung betreffen. Die
Möglichkeit,
auf eine derartige Datenbank zurückzugreifen,
schafft außerdem
eine Unterstützung
für den
Techniker, so daß es
diesem ermöglicht
ist, einen bestimmten Satz von Echtzeit- und/oder historischen Daten
schneller und genauer mit einem zugrundeliegenden Fehler in Beziehung
zu setzen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ofendiagnosesystem zur
Verfügung gestellt,
wie es in Anspruch 1 wiedergegeben ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur
Unterstützung eines
Service-Technikers bei der Diagnose von Fehlern in einem Ofen während dessen
Betriebs zur Verfügung
gestellt, wie es in Anspruch 9 wiedergegeben ist.
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Vorzugsweise
wird ein Software-System zur Verfügung gestellt, welches an einem
Mikrocontroller sitzt und mit dem elektronischen Schaltkreis zusammenarbeitet,
um auf die erhaltenen Diagnose-Informationen zuzugreifen und um
außerdem
mit einem tragbaren Handgerät
zusammenzuarbeiten, so daß die
Informationen einem Benutzer des Systems zur Verfügung gestellt
werden.
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Vorzugsweise
wird ein elektronischer Schaltkreis und eine Software bereitgestellt,
welche dazu fähig
sind, den Betrieb des Ofens betreffende Daten für einen späteren Zugriff auf sie abzuspeichern.
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Vorzugsweise
besteht die Erfindung aus einer auf einem Mikrocontroller basierenden Ofen-Steuerung
für einen
Wohnraum-Ofen mit verschiedenen Sensoren und einem drahtlosen Hand-Anzeigengerät (wie einer
PalmOSTM-Einrichtung).
Sowohl auf die Echtzeit-Daten als auch auf die gespeicherten historischen
Daten ist für
eine Analyse mittels des Handgerätes
zuzugreifen. Die Erfindung fasst dadurch detaillierte Diagnose-Informationen und
die neueste Computer-Technologie zum Vorteil des Service-Technikers zusammen.
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Die
Erfindung erlaubt dem Techniker, den Betrieb des Ofens über das
Handgerät
zu steuern und dadurch Echtzeit-Datenpunkte zu erzeugen, ohne einen
physikalischen Zugriff auf die Schaltkreise der Ofensteuerung zu
haben.
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Die
Erfindung stellt die Speicherung von und den Zugriff auf Leistungs-/Fehler-Daten
eines Bestandes gleicher Ofensysteme in einer zentralisierten Datenbank
bereit, um die Diagnosefähigkeit
des Systems weiter zu erhöhen.
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Diese
und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
ersichtlich, welche in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung die Prinzipien
der Erfindung beispielhaft veranschaulichen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines Ofendiagnosesystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
ein logisches Steuerdiagramm, welches im wesentlichen das Verfahren
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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3 zeigt
ein Flußdiagramm
des ZÜNDUNGS-Abschnitts
des Steuerdiagramms in 2;
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4 zeigt
ein Flußdiagramm
des BRENNER-Abschnitts des Steuerdiagramms in 3;
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5 zeigt
ein Flußdiagramm
des KÜHLUNGS-Abschnitts
des Steuerdiagramms in 2;
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6 zeigt
ein Flußdiagramm
des VERRIEGELUNGS-Abschnitts des Steuerdiagramms in 2;
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7 zeigt
ein elektronisches Schaltkreis-Diagramm, welches ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
einer Einrichtung zur Ausführung
der Funktionen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
und
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8A-M
zeigen die verschiedenen Verriegelungs-Codes und zugehörige Diagnose-Meldungen, die
dem Benutzer angezeigt werden, einschließlich möglicher von dem Benutzer durchzuführender Maßnahmen
in Verbindung mit dem VERRIEGELUNGS-Steuerdiagramm in 6.
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Ausführliche Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
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Die
vorliegende Erfindung offenbart ein neues Verfahren zur Übermittlung
von Steuerungen und sowohl historischen als auch Echtzeit-Diagnoseinformationen
zwischen einer Steuerung eines Wohnraum-Ofens und einem von einem
Service-Techniker getragenen tragbaren Handgerät. Das System stellt ein Verfahren
zur Verfügung,
den Ofen während
des Betriebs abzufragen, sowohl die Echtzeit-Informationen als auch gespeicherte
historische Daten über
die Vorgänge
des Ofens zu diagnostizieren, Komponenten des Ofens zu steuern und
die resultierende Reaktion in Echtzeit zu überwachen sowie dem Service-Techniker
schnell eine auf Kenntnissen basierende Fehlersuch- und -beseitigungs-Unterstützung zur
Verfügung
zu stellen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens sieht Infrarot-Kommunikationsanschlüsse an der
Ofensteuerung und dem Handgerät
vor, um physikalische Anschlüsse
an dem Ofen zu erübrigen.
Eine drahtlose Verbindung führt nicht
nur dazu, daß der
Zugriff schneller und bequemer erfolgt, sondern ermöglicht auch
einen Zugriff auf elek tronische Steuerungen ohne das Risiko einer versehentlichen
Einflußnahme
auf den Betrieb des Steuerschaltkreises des Ofens mit physikalischen Anschlüssen, was
möglicherweise
die Ursache einer Fehlfunktion überdecken
kann. Das Handgerät
mit einem Mikrocontroller, einer Anzeige und einem Tastenfeld, stellt
die Logik zur Verfügung,
welche die Diagnoseinformationen von dem Ofen auswertet und den
Außendienst-Techniker
mit Instruktionen zur Fehlersuche und -beseitigung und zum schnellen
Beheben von Fehlfunktionen versorgt. Das System ermöglicht es
außerdem,
daß auf
eine zentrale Computereinrichtung mit einer Leistungs-/Fehler-Datenbank betreffend
einen Gesamtbestand derartiger Ofensysteme zugegriffen werden kann,
so daß die
Diagnosefähigkeit
des Systems weiter erhöht
wird.
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Somit
ist die vorliegende Erfindung bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
wie in 1 gezeigt, gerichtet auf ein elektronisches Steuersystem 10 und
zugehörige
Software zur Verwendung als Diagnoseinstrument bei einer Anwendung
eines Wohnraum-Ofens mit anvisierten 100 000 BthU ("British Thermal Unit"), Wohnraum-Öfen mit
80 % Wirkungsgrad. Die Erfindung stellt die Fähigkeit einer genauen Diagnose
bei einer im Ofen 20 installierten Steuerung 30 eines
Wohnraum-Ofens zur Verfügung.
Während des üblichen
Betriebs arbeitet die Ofensteuerung 30 mit einem Thermostat 50 zusammen,
um manuelle Ofensteuerungs-Signale zu empfangen, und arbeitet außerdem mit
Ofensteuerungs-Elementen und Sensoren zusammen, um den erforderlichen
Betrieb bereitzustellen. Während
Fehlersuch- und Diagnose-Vorgängen
arbeitet ein Infrarot-Kommunikationsanschluß 31 an der Ofensteuerung über eine
Infrarotverbindung mit einem Infrarot-Kommunikationsanschluß 41 an
dem Handgerät 40 des
Service-Technikers zusammen. Unter Verwendung der Infrarotverbindung
hat der Service-Techniker die Möglichkeit, auf
der Anzeige 42 des Handgeräts 40 Fehlersuch- und
-Beseitigungs-Anweisungen auszulesen und Kommandos unter Verwendung
des Tastenfelds 43 des Handgeräts 40 zur gleichen
Zeit auszugeben, in der der Ofen 20 in Betrieb ist. Das
Handgerät 40 verwendet
eine Informationsdatenbank, um die aufgefundenen Fehlertypen in
Beziehung zueinander zu setzen, und macht dem Techniker Vorschläge, wo etwa
die Suche nach Problemen zu beginnen ist. Dies hilft dabei, zu identifizieren,
an welchem Punkt im Steuerkreis ein Fehler vorliegt und welche Komponente
oder welches Teilsystem die Ursache sein könnte. Das System weist zusätzlich eine
zentralisierte Computereinrichtung 45 auf, auf welche über Modem 60 zugegriffen
werden kann. Eine derartige Einrichtung weist sowohl eine Datenbank
der Fehler-Historie des gesamten Bestandes gleicher Öfen als
auch fortschrittliche Diagnosefähigkeiten
auf, um dadurch die Diagnosefähigkeiten
des Handgeräts
zu erweitern. Wie in den 2-6 gezeigt
ist, stellt das System folgende Diagnosehilfe zur Verfügung:
- – Ofensteuerungs-Status:
Die Ofensteuerung 30 überträgt den aktuellen
Status des Steuerungssystems an das Handgerät 40.
- – Echtzeit-Hilfe:
Das Handgerät 40 setzt
den aktuellen Status des Steuerungssystems mit den zweckdienlich
wahrscheinlichen Problemursachen innerhalb des Fehler-Suchschemas in Beziehung.
- – Vorverdichter-Funktion:
Zusätzlich
zu der automatischen Überwachung
kann der Techniker das Gebläse
des Vorverdichters einschalten und den Status des Druckschalters "sehen", wenn dies die Steuerung
tut.
- – Zündvorrichtungs-Funktion:
Zusätzlich
zu der automatischen Überwachung
kann der Techniker die Heißglühzündungs-Einrichtung
einschalten und die Menge aufgenommenen Stroms "sehen".
- – Verteiler-Druck:
Zusätzlich
zu der automatischen Überwachung
kann der Techniker die Größenordnung
des Verteiler-Gasdruckes überwachen.
- – Filter-Differentialdruck:
Zusätzlich
zu der automatischen Überwachung
kann der Techniker den Differentialdruck durch den Filter hindurch
zur Identifizierung eines zugesetzten Filters überwachen.
- – Zündungs-Funktion:
Zusätzlich
zu der automatischen Überwachung
kann der Techniker eine Zündungsfrequenz
starten, um Ereignisse zu beobachten oder eine bestimmte Komponente
auf Fehler zu untersuchen.
- – Umwälz-Funktion:
Zusätzlich
zu der automatischen Überwachung
kann der Techniker die verschiedenen Geschwindigkeiten des Umwälzgebläses einschalten,
um eine Fehlersuche am Motor zu unterstützen.
- – Auslesen
von Thermostat-Signalen: Zusätzlich zu
der automatischen Überwachung
kann der Techniker diejenigen Signale überprüfen, welche die Ofensteuerung 30 von
dem Termostaten 50 "sieht".
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Unter
Bezugnahme auf 7 zeigt der elektronische Schaltplan
das bevorzugte Ausführungsbeispiel
einer Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens Erfindung.
Die Steuerung weist eine 24V-Gleichstromder Erfindung. Die Steuerung weist
eine 24V-Gleichstrom- Energieversorgung
auf, die eine Diode CR1 und einen Kondensator C1 umfasst. Die 24V-Gleichstrom-Energieversorgung
stellt den Relais Energie zur Verfügung. Die Steuerung weist außerdem eine
5V-Gleichstrom-Energieversorgung auf, welche eine Diode CR2, einen
5V-Regulator U11 mit drei Anschlüssen
und einen Kondensator C2 umfasst. Die 5V-Gleichstrom-Energieversorgung stellt
dem Rest des Schaltkreises Energie zur Verfügung.
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Ein
Relaistreiber, U3, wird dazu verwendet, die Relais auf Erdungsniveau
herunterzuziehen. Um einen zusätzlichen
Schutz vor einem Fehler zu geben, der das Gasventil-Relais K6 freigibt,
ist ein 1kHz-Signal an einen Integrator angelegt, so daß der Relaistreiber
des Gasventils vorbelastet ist. Der Integrator besteht aus den Kondensatoren
C6 und C7, den Dioden CR3 und CR4 sowie den Widerständen R30
und R31. Dieser Integrator, in Verbindung mit einem von dem Mikroprozessor
U1 über
den Widerstand R13 zur Basis des Transistors Q1 angelegten Dauersignals,
stellt den Erdungszweig zu dem Gasventil-Relais K6 zur Verfügung. Ein
weiteres einzigartiges und neues Merkmal dieses Schaltkreises ist
die Fähigkeit,
den Zustand des Transistors Q1 und des Relaistreibers U3 zu überprüfen. Dies
wird dadurch zustande gebracht, daß ein 2,5V-Gleichstrom-Referenzsignal über den
Widerstand R34 und die Referenzdiode CR13 bereitgestellt ist. Dieses 2,5V-Gleichstrom-Signal
wird dem Netz zwischen dem Emitter von Q1 und dem geöffneten
Kollektor-Ausgang von U3 über
den Widerstand R33 zugeführt.
Das Signal wird außerdem
zu einem analogen Eingang des Mikroprozessors U1 zurückgeführt. Wenn
beide dieser Treiber aus sind, kann das 2,5V-Gleichstrom-Signal von dem Mikroprozessor ausgelesen
und als Kalibrierung für
den Analog-Digital-Wandler verwendet werden. Das Signal wird auf annähernd 5V-Gleichstrom
an steigen, wenn der Transistor Q1 eingeschaltet ist. Wenn der Relaistreiber,
U3, angeschaltet wird, indem dem Integrator ein 1kHz-Signal zugeführt wird,
wird das Signal am Mikroprozessor auf annähernd 0,7V-Gleichstrom verringert.
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Der
Transformator T1, die Diode CR11, die Kondensatoren C4 und C5 sowie
die Widerstände R54
und R55 erzeugen eine Spannung, welche proportional zu dem Strom
der Zündvorrichtung
ist. Diese Spannung wird dem Mikroprozessor in einem analogen Eingang
zugeführt.
Dies ermöglicht
es dem Mikroprozessor, den Strom der Zündvorrichtung zu messen.
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Der
Schaltkreis nutzt außerdem
eine einzigartige Methode, den Flammenstrom zu messen. Der Flammenabtast-Schaltkreis
besteht aus Kondensatoren C8 und C9, Widerständen R23, R24, R25, R26, R27
und R28 sowie Transistoren Q2 und Q3. Ein Wechselstrom-Signal wird
dem Flammenabtast-Schaltkreis über
den Kondensator C8 zugeführt. Bei
Vorhandensein einer Flamme wird an dem Flammenabtast-Eingang ein
negativer Gleichstrom angelegt. Dieser Gleichstrom reicht aus, um
den Kondensator C9 zu entladen, bis er ausreichend niedrig ist, um
die Vorspannung des FET Q3 zu beenden, was somit das Vorhandensein
einer Flamme anzeigt. Der Schaltkreis wird durch den Puls-Transistor
Q2 des Mikroprozessors automatisch an seine maximale Empfindlichkeit
herauf und herunter geregelt. Wenn der Transistor Q2 angeschaltet
ist, wird der Kondensator C9 auf 5V Gleichstrom aufgeladen. Die
Impulsbreite des zu dem Transistor Q2 führenden Signals beginnt bei
einem 50%igen Arbeitszyklus. Wenn keine Flamme detektiert wird,
wird der Arbeitszyklus so lange wiederholt um einen Faktor 2 verringert,
bis eine Flamme detektiert wird. Dann wird der Puls-Arbeitszyklus
all mählich
vergrößert, bis
C9 ausreichend entladen ist, um den FET Q3 vorzubelasten, und eine
Flammen-Abtastung nicht länger
detektiert wird. Die Impulsbreite kurz bevor eine Flammen-Abtastung
nicht länger
detektiert wird ist direkt proportional zum Flammenstrom.
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Der
Schaltkreis weist außerdem
zwei Druckwandler auf, welche mit dem Mikroprozessor U1 verbunden
sind. Diese Druckwandler, U6 und U7, sind über U2 und verschiedene Verstärkungs-Widerstände verstärkt, so
daß eine
analoge Spannung an dem Mikroprozessor zur Verfügung steht, die proportional zu
den gemessenen Drücken
ist.
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Der
standardmäßige externe
Thermostat 50 hat Kontakte R, W, Y, und G. Diese werden überwacht,
um zu ermitteln, ob der Thermostat zu einer Aufheizung oder Abkühlung auffordert,
oder ob ein manuelles Gebläse
eingeschaltet ist. Die Eingangs-Anschlüsse von den Thermostat-Kontakten sind
durch Widerstände
geteilt und an den 5V-Gleichstrom- und Erdungsniveaus über das
Dioden-Array U8 festgeklemmt. Der Schaltkreis überwacht außerdem den Hochlimit-Thermostaten, Überschlags-Schalter
und einen Druckschalter. Diese Eingänge sind ebenfalls durch Widerstände aufgeteilt und
an 5V-Gleichstrom und Erde mittels des Dioden-Arrays U8 und der
Dioden CR12 und CR13 festgeklemmt.
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Innerhalb
der Ofensteuerung 30 sind die Schaltungen zur Kontrolle
und Überwachung
von Funktionen, wie die Auf heiz- und Abkühl-Geschwindgkeit des Luft-Umwälzgebläses und
der Geschwindigkeit des manuellen Gebläses, der Zündvorrichtung, des Gasventils
sowie des induzierten Luftstrom-Gebläses, mit Klemmleisten oder
-Anschlüssen
zur einfachen Verbindung mit einem Ofen verbunden. Ein 4-Stellungs-DIP-Schalter
wird verwendet, um verschiedene Gebläse-Anschalt- und -Ausschalt-Verzögerungen
auszuwählen.
Der Schaltkreis umfasst außerdem
einen Anschluß für eine Flash-Programmierung.
Dies ermöglicht
es, daß der Mikroprozessor
umprogrammiert wird, während
er im Schaltkreis angeordnet ist.
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Der
Schaltkreis schließt
außerdem
Verfahren zur Kommunikation mit anderen Computern ein. Das erste
Verfahren erfolgt über
ein IRDA-Interface. Die seriellen Eingangs- und Ausgangsleitungen
des Mikroprozessors werden über
einen analogen zweiseitigen Schalter U9 zu der Infrarot-Kommunikations-HSDL-7001-Steuerung
U4 geführt.
U4 verbindet dann mit HSDL-3610, einem Infrarot-Transolver, welcher
den Infrarot-Eingang und -Ausgang des Schaltkreises zur Verfügung stellt.
Dieser Infrarot-Kommunikationsanschluß ist in 1 als
Element 31 gezeigt. Ein anderes Verfahren externer Kommunikationen
erfolgt über
ein RS232-Interface. Eine DCE RS232-Verbindung ist ausgebildet,
indem die seriellen Eingangs- und Ausgangsleitungen des internen UART
des Mikropozessors genommen werden und diese über den analogen zweiseitigen
Schalter U9 mit dem MAX232E, U10, übergeleitet werden. Die RS232-Spannungsniveaus
werden über
U10 und Kondensatoren C10, C11, C12 und C13 erreicht. Diese Signale
werden dann zu dem SUB-D9-Verbindungsglied geführt. Dieser Anschluß ist in 1 als Element 32 gezeigt
und kann dazu verwendet werden, eine Verbindung mit einem Modem 60 herzustellen,
so daß historische
Daten auch über
eine Telefonleitung oder über
das Internet eingeholt werden können.
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Die
oben vorgesehenen Fähigkeiten
zur Kommunikation sind eines der wichtigen neuen Merkmale des Verfahrens
und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung und ermöglichen
es, daß auf die
Steuerungs-Einrichtung entweder über
das IRDA-Interface 31 oder das RS232-Interface 32 zugegriffen
wird. Dieser Zugriff versetzt den Service-Techniker in die Lage,
die Ofensteuerung 30 auf Fehler zu untersuchen und verschiedene
Parameter zu messen, ohne einen der Schaltkreise zu berühren. Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist ein Software-Interface in ein Handgerät 40 eingebunden,
welches es dem Techniker ermöglicht,
sowohl Abschnitte des Schaltkreises der Ofensteuerung nach Bedarf abzuarbeiten
als auch mögliche
Probleme über
verschiedene Diagnose-Meldungen zu identifizieren, die auf der Anzeige 42 des
Handgeräts
angezeigt werden, wie es in 8A-M gezeigt ist. Dies
steigert die Möglichkeit
des Technikers enorm, Fehler zu suchen und zu diagnostizieren, was
mit dem Schaltkreis nicht simmt. Die Software ermöglicht es
dem Techniker außerdem,
eine Aufforderung zum Aufheizen zu erzeugen, wobei in diesem Fall
die Steuerung 30 so arbeitet, als ob der Thermostat 50 höhergedreht
wurde und eine Aufforderung zum Aufheizen erzeugt wurde.
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Das
Zwei-Wege-Interface stellt außerdem Echtzeit-Daten über die
Zustände
innerhalb der Vorrichtung (z. B. des Ofens) zur Verfügung. Der
Strom der Zündvorrichtung,
der Strom der Flammenabtastung, der Verteilerdruck der Zuleitungsdruck
etc. können
in Echtzeit ausgelesen werden. Wenn eine Aufforderung zum Aufheizen
erzeugt wird, kann das Handgerät 40 alle
gemessenen Informationen in Echtzeit anzeigen.
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Der
Mikroprozessor U1 der Steuerung 30 speichert außerdem historische
Daten. Die historischen Daten werden dann an das Handgerät 40 übertragen.
Diese Daten können
dann archiviert werden, um Informationen über die Historie der Steuerung
zur Verfügung
zu stellen.
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Daten,
wie die Anzahl von Zyklen, die Anzahl von erfolgreichen Zündungszyklen
beim ersten Versuch, zweiten Versuch, dritten Versuch und Zeitzahlen
verschiedener Verriegelungen, des Verlustes der Flammabtastung,
etc. werden für
einen späteren
Abruf gespeichert. Die Steuerung gibt diese Daten über die
Lebensdauer der Steuerung hinweg und ab der letzten Abfrage durch
das Handgerät 40 aus.
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Das
Nachstehende ist eine Zusammenfassung der Software-Merkmale:
- 1. Die Software ist für sicherheitskritische Anwendungen
ausgestaltet und wird in Übereinstimmung
mit der Spezifikation für
Software-Sicherheit
von Underwriters Laboratory (UL), 1998, Tabelle 7, stehen. Andere
Merkmale sind weit über UL
1998 hinausgehend hinzugefügt,
um Zuverlässigkeit
und eine stabile Leistung sicherzustellen.
- – Software-Wiederherstellung
von Störungen
und Einschwingvorgängen.
Dies ermöglicht
ein Wiederherstellen, wenn möglich
ohne ein vollständiges
Reset.
- 2. Die Software ist als Standvorrichtung ausgestaltet, welche
alle Phasen der Gaszündung
bei Ofen-Anwendungen
steuert.
- – Wartephase
- – Vorspülphase
- – Aufwärmphase
- – Zündphase
- – Brennphase
- – Zwischenspülphase
- – Nachspülphase
- – Abkühlphase
- 3. Der Software-Kernel ist generisch ausgestaltet, damit er
bei vielen Hardware-Konfigurationen funktioniert.
- – Jeder
I/O-Anschluß im
Haupt-Kernelprogramm ist generisch, um eine Abstraktionsebene zu
Anschluß-Definitionen
hinzuzufügen.
- – Es
werden Software-Bibliotheks-Routinen verwendet, um Anschluß-Definitionen
bestimmten Produkten zuzuweisen. Dies ermöglicht es, daß neue Produkte
ohne Änderung
der Haupt-Kernel-Software
hinzugefügt
werden können.
- – Alle
Konfigurations-Informationen werden aus EEPROM ausgelesen, damit
das Haupt-Kernel-Programm generisch bleibt.
- 4. Die Software ist derart ausgestaltet, daß sie einem Handgerät 40 über einen
Infrarot-Anschluß die
nachstehenden Diagnose-Fähigkeiten
zur Verfügung
stellt:
- – Verfügbarkeit
von Echtzeitdaten auf der Anzeige 41 des Handgeräts.
- – Phase
und Zeiteinstellungen des Systems.
- – Strom
der Zündvorrichtung
- – Flammenstrom
- – Druck
des Gaseinlasses
- – Differentialdruck
des Gasventils
- – Verteilerdruck
- – Differentialdruck
des Luftfilters
- – Fähigkeit
zur einfachen Systemaktivierung von dem Handgerät 40 zur Fehlersuche.
- – ACB
manuelles Gebläse
An/Aus
- – ACB-Aufheizgeschwindigkeit
An/Aus
- – ACB-Abkühlgeschwindigkeit
An/Aus
- – Vorverdichter-Gebläse An/Aus
mit Druckschalter Offen/Geschlossen-Rückmeldung
- – Zündvorrichtung
An/Aus mit Auslesen der Stromstärke
- – Historische
Daten werden an dem Handgerät 40 zur
Verfügung
stehen. Dies wird Daten einschließen, welche sich auf alle kritischen
Aspekte der Ofensteuerung und -Instandhaltung über einen Zeitraum hinweg beziehen.
- – Anzahl
der Zyklen von Aufheizen, Abkühlen
und des manuellen Gebläses.
- – Anzahl
von ersten, zweiten und dritten Zündungsversuchen.
- – Anzahl
der einem Flammenverlust nachfolgenden Neuversuche
- – Verriegelungen
und zugehörige
Fehlerursachen
-
Der
hierzu beigefügte
Anhang A umfasst eine Liste des Quellcodes für das oben beschriebene Softwaresystem.
Insbesondere umfasst das HEADER-Programm Konfigurationsdaten zum
Einbinden des Verfahrens der Erfindung in einen Atmel-Mikrocontroller,
MAIN den Funktionscode zum Betrieb des Systems, PROTO Funktionsprototypen,
die von dem Compiler verwendet werden, um dem Compiler zu definieren,
welche Funktionen er compilieren soll. RF2001 umfasst anwendungsspezifische
Definitionen, wie welche Stifte des Mikrocontrolers welcher Funktion
innerhalb des Systems zugeordnet sind, und SERIAL umfasst den Code,
der für
die Infrarot- und RS232-Kommunikation des Systems notwendig ist.
-
Obwohl
eine bestimmte Ausgestaltung der Erfindung veranschaulicht und beschrieben
wurde, wird es Fachleuten darüber
hinaus ersichtlich sein, daß verschiedene
Modifikationen durchgeführt
werden können,
ohne sich von dem Gedanken und dem Gegenstand der Erfindung zu entfernen.
Dem gemäß ist es
nicht beabsichtigt, daß die
Erfindung eingeschränkt
wird, ausgenommen durch die beigefügten Ansprüche.