DE9404896U1 - 2-point room temperature controller - Google Patents
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Description
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Joh. Vaillant GmbH & Co. GM 1240Vaillant GmbH & Co. GM 1240
Die Erfindung betrifft einen 2-Punkt-Raumtemperaturregler mit Überschwingungen reduzierender Rückführung, dessen Ausgangssignal einen Wärmeerzeuger, insbesondere ein Magnetventil eines gasbeheizten Wärmeerzeugers, beaufschlagt.The invention relates to a 2-point room temperature controller with overshoot-reducing feedback, the output signal of which acts on a heat generator, in particular a solenoid valve of a gas-fired heat generator.
Da Räume in der Regel sehr große Zeitkonstanten und Totzeiten aufweisen, ist bei 2-Punkt-Reglern eine Rückführung im Regler notwendig, um ein starkes Überschwingen der Raumtemperatur zu verhindern. Üblicherweise sind derartige Raumtemperaturregler für diesen Zweck mit thermischer Rückführung ausgestattet. Nachteile der bekannten Lösung sind vor allem die Abhängigkeit von thermischen Besonderheiten des betreffenden Raumes, die Abhängigkeit der Wirksamkeit von der Einbauiage der Bauelemente im Regler, die hohe Leistungsaufnahme des Reglers, wodurch ein Batteriebetrieb nicht möglich ist und die Notwendigkeit, anhand eines Testraumes den Abgleich einzustellen, das heißt, die Breite des P-Bandes zu ermitteln.Since rooms usually have very long time constants and dead times, feedback in the controller is necessary for 2-point controllers in order to prevent the room temperature from overshooting significantly. Such room temperature controllers are usually equipped with thermal feedback for this purpose. The disadvantages of the known solution are primarily the dependence on the thermal characteristics of the room in question, the dependence of the effectiveness on the installation position of the components in the controller, the high power consumption of the controller, which means that battery operation is not possible, and the need to set the adjustment using a test room, i.e. to determine the width of the P-band.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und einen 2-Punkt-Raumtemperaturregler anzugeben, bei dem die thermische Komponente der Rückführung entfällt.The invention is based on the object of avoiding the above-mentioned disadvantages and of providing a 2-point room temperature controller in which the thermal component of the feedback is eliminated.
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß eine elektronische Rückführung vorgesehen ist, deren Spannungs-/Zeit-Kennlinie im wesentlichen die Charakteristik einer e-Funktion aufweist. Auf diese Weise ergibt sich ein arbeitspunktabhängiges Taktverhältnis (ED) des 2-Punkt-RaumtemperaturregIers. Es wurde gefunden, daß der zeitliche Verlauf der Rückführspannung ähnlich einer e-Funktion den Erfordernissen bei der Berücksichtigung der Uberschwingproblematik nahezu exakt gerecht wird.The solution to the problem is that an electronic feedback is provided, whose voltage/time characteristic curve essentially has the characteristics of an e-function. This results in an operating point-dependent clock ratio (ED) of the 2-point room temperature controller. It was found that the temporal course of the feedback voltage, similar to an e-function, almost exactly meets the requirements when taking the overshoot problem into account.
Gemäß einer zu bevorzugenden Ausführungsform ist die Rückführung als gegengekoppelter Integrator ausgebildet, wobei ein Teil der Ausgangsspannung eines invertierenden Integrators, bestehend aus einem zweiten Operationsverstärker und einem RC-Glied, über einen invertierenden dritten Operationsverstärker und einen einstellbaren Gegenkopplungsfaktor G an dessen Eingang zurückgeführt ist und für dessen Zeitkonstante T gilt:According to a preferred embodiment, the feedback is designed as a negative feedback integrator, wherein a part of the output voltage of an inverting integrator, consisting of a second operational amplifier and an RC element, is fed back to its input via an inverting third operational amplifier and an adjustable negative feedback factor G, and for whose time constant T the following applies:
T = GxRxCT = GxRxC
mit R als Widerstandswert und C als Kapazitätswert des RC-Gliedes. Durch die Wahl des Gegenkopplungsfaktors G > 1, läßt sich eine sehr große Zeitkonstante erreichen, obwohl für die Bauelemente R und C kleine Widerstands- und Kapazitätswerte verwendet werden können. Bei der bekannten thermischen Rückführung konnte eine Zeitkonstante T von mehreren Minuten nur mit einem RC-Glied erreicht werden, wenn beispielsweise ein Elektrolytkondensator von über 10OwF mit einem Widerstand von einigen Ms> verwendet wurde. Widerstände > 1 MJl müssen aber als kritisch angesehen werden, da sie hohe Anforderungen an das Platinenmaterial stellen. Große Elektrolytkondensatoren können einen erheblichen Leckstrom aufweisen, wodurch beträchtliche Exemplarstreuungen verursacht sein können. Die beanspruchte Ausbildung der Rückführung als gegengekoppelter Integrator weist nicht nur den gewünschten Ausgangsspannungsveriauf nach Art einer e-Funktionwith R as the resistance value and C as the capacitance value of the RC element. By choosing the negative feedback factor G > 1, a very large time constant can be achieved, although small resistance and capacitance values can be used for the components R and C. With the known thermal feedback, a time constant T of several minutes could only be achieved with an RC element if, for example, an electrolytic capacitor of over 10OwF with a resistance of several Ms> was used. Resistances > 1 MJl must, however, be considered critical, as they place high demands on the board material. Large electrolytic capacitors can have a considerable leakage current, which can cause considerable variations between specimens. The claimed design of the feedback as a negative feedback integrator not only has the desired output voltage curve in the manner of an e-function
auf, sondern gestattet auch die Reduzierung der Widerstands- und Kapazitätswerte des RC-Rückkoppiungsschwingkreises.but also allows the reduction of the resistance and capacitance values of the RC feedback circuit.
Der Reglerausgang ist bevorzugt durch einen als Schmitt-Trigger geschalteten und von der Rückführung beaufschlagten ersten Operationsverstärker gebildet. Die Schaltpunkte des Schmitt-Triggers ergeben sich aus der Regelabweichung der Raumtemperatur und der Rückführspannung, die insbesondere durch einen gegengekoppelten Integrator erzeugt wird.The controller output is preferably formed by a first operational amplifier connected as a Schmitt trigger and acted upon by the feedback. The switching points of the Schmitt trigger result from the control deviation of the room temperature and the feedback voltage, which is generated in particular by a negative feedback integrator.
Bei einem derartigen Reglerausgang mit erstem Operationsverstärker ist bevorzugt vorgesehen, daß die Rückführung eine Diode aufweist, weiche dem ersten Operationsverstärker nachgeschaltet ist. Die Diode verhindert, daß sich die Spannung am Lade-Elektrolytkondensator umpolen kann, so daß die Verwendung eines gepolten Elektrolytkondensators möglich ist.In the case of such a controller output with a first operational amplifier, it is preferably provided that the feedback has a diode which is connected downstream of the first operational amplifier. The diode prevents the voltage at the charging electrolytic capacitor from being reversed, so that the use of a polarized electrolytic capacitor is possible.
Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, daß der Ausgang des dritten Operationsverstärkers über einen den Gegenkopplungsfaktor G bestimmenden Spannungsteiler mit einem Eingang des zweiten Operationsverstärkers verbunden ist und der zweite Operationsverstärker zwischen seinem Ausgang und seinem anderen Eingang mit dem RC-GIied beschaltet ist. Auf diese Weise ergibt sich ein einfacher und unempfindlicher Schaitungsaufbau des gegengekoppelten Integrators.Within the scope of the invention, according to a particularly advantageous embodiment, it is further provided that the output of the third operational amplifier is connected to an input of the second operational amplifier via a voltage divider that determines the negative feedback factor G, and the second operational amplifier is connected to the RC element between its output and its other input. This results in a simple and insensitive circuit structure of the negative feedback integrator.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in einer Zeichnungsfigur veranschaulichten Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an embodiment illustrated in a drawing figure.
Die Figur zeigt die Schaltung eines mit einem gegengekoppelten Integrator als Rückführung versehenen 2-Punkt-TemperaturregIers.The figure shows the circuit of a 2-point temperature controller equipped with a negative feedback integrator as feedback.
Die Regeleinrichtung besteht zunächst - wie üblich - aus einem NTC-Fühler 1, zur Ermittlung einer Ist-Raumtemperatur, einem Soll-Wert-Steller 2 und einem Vergleicher 3, dem die Ausgangssignale des NTC-Fühlers 1 und des Soll-Wert-Stellers 2 zugeführt sind und dessen die Regelabweichung charakterisierendes Ausgangssignal einem ersten Eingang 4 eines als Schmitt-Trigger geschalteten ersten Operationsverstärkers 5 zugeführt ist. Der zweite Eingang 6 des Schmitt-Triggers ist mit einem festen Schwellwert beaufschlagt, welcher durch einen Spannungsteiler R10/R11 7/8 gebildet ist. Außerdem ist an den zweiten Eingang 6 des Schmitt-Triggers die Rückführspannung einer einen gegengekoppelten Integrator 9 bildenden Rückführung gelegt. Die Rückführspannung weist annähernd den Verlauf einer e-Funktion auf. Dieser Rückführspannung wird am zweiten Eingang 6 der Schwellwert R10/R11 7/8 überlagert. Die Schaltpunkte des Schmitt-Triggers ergeben sich demgemäß aus der Regelabweichung am ersten Eingang 4, dem festen Schwellwert R10/R11 8/9 und der Rückführspannung.The control device initially consists - as usual - of an NTC sensor 1 for determining an actual room temperature, a setpoint adjuster 2 and a comparator 3, to which the output signals of the NTC sensor 1 and the setpoint adjuster 2 are fed and whose output signal characterizing the control deviation is fed to a first input 4 of a first operational amplifier 5 connected as a Schmitt trigger. The second input 6 of the Schmitt trigger is supplied with a fixed threshold value, which is formed by a voltage divider R10/R11 7/8. In addition, the feedback voltage of a feedback forming a negative feedback integrator 9 is connected to the second input 6 of the Schmitt trigger. The feedback voltage has approximately the shape of an e-function. The threshold value R10/R11 7/8 is superimposed on this feedback voltage at the second input 6. The switching points of the Schmitt trigger are therefore determined from the control deviation at the first input 4, the fixed threshold value R10/R11 8/9 and the feedback voltage.
Der gegengekoppelte Integrator 9 besteht im wesentlichen aus einem zweiten und einem dritten Operationsverstärker 10 und 11 sowie einem RC-GIied R16/C1 12/13. Der Kondensator C1 13 ist dabei als Lade-Elektrolytkondensator ausgebildet. Der zweite Operationsverstärker 10 ist als invertierender Integrator geschaltet, dessen Zeitkonstante durch das RC-GIied R16/C1 12/13 gebildet wird und dessen Ausgang 14 über den als invertierenden Verstärker geschalteten dritten Operationsverstärker und einen Spannungsteiler R18/R19 17/18 auf den Eingang 16 des zweiten Operationsverstärkers 10 wirkt und die Spannung über einen Widerstand R16 12 verringert. Bei dieser Anordnung ergibt sich die Zeitkonstante T aus:The negative feedback integrator 9 essentially consists of a second and a third operational amplifier 10 and 11 as well as an RC element R16/C1 12/13. The capacitor C1 13 is designed as a charging electrolytic capacitor. The second operational amplifier 10 is connected as an inverting integrator, the time constant of which is formed by the RC element R16/C1 12/13 and the output 14 of which acts on the input 16 of the second operational amplifier 10 via the third operational amplifier connected as an inverting amplifier and a voltage divider R18/R19 17/18 and reduces the voltage via a resistor R16 12. In this arrangement, the time constant T results from:
T=(2 + R19/R18)xR16xC1T=(2 + R19/R18)xR16xC1
In Parallelschaltung zu den beiden Eingängen 15 und 16 des zweiten Operationsverstärkers 10 ist ein weiterer Widerstand R17 19 angeordnet, welcher die Ein-In parallel to the two inputs 15 and 16 of the second operational amplifier 10, another resistor R17 19 is arranged, which
gangswiderstände R16 und R18 12 und 17 seriell verbindet. Die Rückführungsspannung Ua errechnet sich folgendermaßen: resistors R16 and R18 12 and 17 are connected in series. The feedback voltage U a is calculated as follows:
Ua=(1 +R19/R18)xUR17 U a =(1 +R19/R18)xU R17
Die Spannung Ur-J7, die über den Widerstand R17 19 abfällt, wird dabei zeitvariabefvon dem Lade-ElektrolytkondensatorC1 13 aufgebaut. Eine Eingangsdiode D4 20 des gegengekoppelten Integrators 7, die dem Ausgang des als Schmitt-Trigger geschalteten ersten Operationsverstärkers 5 unmittelbar nachgeordnet ist, verhindert, daß sich die Spannung am Lade-Elektrolytkondensator C1 13 umpolen kann.The voltage Ur-J 7 , which drops across the resistor R17 19 , is built up in a time-variable manner by the charging electrolytic capacitor C1 13 . An input diode D4 20 of the negative feedback integrator 7 , which is arranged immediately downstream of the output of the first operational amplifier 5 connected as a Schmitt trigger, prevents the voltage at the charging electrolytic capacitor C1 13 from being reversed.
Es ist ersichtlich, daß die elektronische Rückführung mittels des gegengepolten Integrators 9 auch große Zeitkonstanten und Totzeiten aufzuheizender Räume berücksichtigt, wobei eine sich auf einer e-Funktion ändernde Spannung Ua erzeugt wird, deren Änderungsrichtung von dem momentanen Reglerausgangszustand abhängig ist. Die Schaltpunkte des Schmitt-Triggers ergeben ein arbeitspunktabhängiges Taktverhältnis (ED).It is clear that the electronic feedback by means of the oppositely polarized integrator 9 also takes into account large time constants and dead times of rooms to be heated, whereby a voltage U a is generated which changes on an e-function and whose direction of change depends on the current controller output state. The switching points of the Schmitt trigger result in an operating point-dependent clock ratio (ED).
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorstehend angegebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die auch bei grundsätzlich anders gearteter Realisierung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen. Insbesondere ist der Ersatz analoger Schaltelemente durch integrierter Schaltkreise möglich.The invention is not limited to the embodiment described above. Rather, a number of variants are conceivable that make use of the features of the invention even in a fundamentally different implementation. In particular, the replacement of analog switching elements with integrated circuits is possible.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9404896U DE9404896U1 (en) | 1993-03-22 | 1994-03-22 | 2-point room temperature controller |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4309204 | 1993-03-22 | ||
| AT0056093A AT399405B (en) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | Two-point room temperature regulator |
| DE9404896U DE9404896U1 (en) | 1993-03-22 | 1994-03-22 | 2-point room temperature controller |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9404896U1 true DE9404896U1 (en) | 1994-05-26 |
Family
ID=25593154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9404896U Expired - Lifetime DE9404896U1 (en) | 1993-03-22 | 1994-03-22 | 2-point room temperature controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9404896U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4409856A1 (en) * | 1993-03-22 | 1994-09-29 | Vaillant Joh Gmbh & Co | Electric room temperature controller |
-
1994
- 1994-03-22 DE DE9404896U patent/DE9404896U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4409856A1 (en) * | 1993-03-22 | 1994-09-29 | Vaillant Joh Gmbh & Co | Electric room temperature controller |
| DE4409856C2 (en) * | 1993-03-22 | 2000-03-23 | Vaillant Joh Gmbh & Co | Electric room temperature controller |
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