EP1351019B1 - Verfahren zur Uberprüfung der Funktion eines Steuerungs-/Regelungssystems eines Heizungsbrenners - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and an apparatus for carrying out the method.
- Atmospheric gas burners without air number adjustment are generally designed for intermittent operation, wherein the sizes of the fuel and air flow are determined in response to a power request signal so that the respective desired performance is provided.
- the power request signal can be generated by a temperature controller, for example.
- the air volume flow intended for the combustion is here in general not continuously tracked, i. that the amount of air is approximately constant and is usually designed for the maximum burner output.
- the air volume flow can be monitored, for example by means of a pressure switch.
- the pressure switch can be switched parallel to an air resistance in the air duct.
- the pressure switch measures the pressure difference across the air resistance and thus the air flow in the channel.
- the pressure switch thus functions as an air flow tester whose contacts are closed with sufficient air flow. It is important that the pressure switch works reliably and failsafe.
- the publication DE-A1-4429157 shows the monitoring of a generally applicable regulation.
- the signal change of the control sensor is monitored as a result of a controlled, fixed change of an actuator in the control loop.
- EP-A-909 922 discloses a combustion chamber with an air pressure sensor therein, the signal of which is a measure of the aeration.
- the sensor signal is regulated down to a desired signal, which is generated by a higher-level flame quality control by means of measurement on an ionization electrode.
- the flame quality control based on the ionization electrode could determine the resulting deviation of the air ratio and adapt the desired signal in accordance with an optimization of the flame quality.
- the settings of the flame quality control would indirectly depend on the sensor signal again, whereby any external influences could still affect the flame quality and air flow to a certain extent.
- EP-A-1130320 discloses a method for testing the operation of a control system for a heating burner in which the vacuum in the combustion chamber is monitored by a differential pressure switch.
- the invention is therefore based on the object without monitoring the flame signal or the fan speed to allow a reliable and accurate verification of the function of the control / regulation system in a heating burner.
- the method according to the invention is based on putting the air control loop into operation before the actual burner start-up in which a control setpoint is set which is at least the maximum value or the maximum value of the normal operating range of the burner.
- the resulting control result e.g. the adjusting volumetric flow size is queried by means of a differential pressure switch and evaluated for correctness. Only when this check has taken place, the burner is released for normal operation.
- all components of the control loop can be checked in a simple manner during start-up of the burner with regard to their perfect function.
- the phase control of the fan, the blower itself, the pressure sensor, the modulator stage, for example, designed as a gas actuator and the pressure switch may be mentioned here.
- the switch-off point of the pressure switch should preferably be above the chimney draft maximally adjusting air volume flow.
- the proper function of the pressure switch is checked by the rest position (pressure switch off) is detected before the air control loop, i. the fan is switched on. If the pressure switch is not in the idle position, the blower is switched on and the burner remains out of operation.
- the single figure shows schematically an atmospheric gas burner with a combustion chamber 1, in which a blower 2 is arranged.
- An air adjusting signal 3 controls the speed of the fan drive via an air actuator 4 and thus influences the air volume flow in an exhaust duct 5.
- an air resistance 6, e.g. in the form of a throttle member, as well as upstream or downstream of the throttle member pressure relief points are provided, which are connected to a pressure sensor 8 and an air flow tester, for example in the form of a pressure switch 7, which is connected in parallel to the pressure sensor 8.
- the pressure switch 7 generates an air test signal 9 and the pressure sensor 8 an air sensor signal 10th
- the air test signal 9 and the air sensor signal 10 are fed to a control device 11 which generates therefrom the air control signal 3 for the blower 2 and a fuel control signal 12 for the fuel actuator 14.
- the fuel actuator 14 controls the fuel flow in a gas line 13 by means of a modulated gas valve 15.
- the control device 11 can generate an enable signal 16, which opens a safety valve 17 in the gas line 13.
- the control device 11 generates the release signal 16, for example by means of a safety device 21, e.g. may be included in an automatic burner, not shown.
- the monitoring of the air volume flow according to the invention takes place each time the burner is started up.
- the safety device 21 before release of the fuel, the safety device 21 generates a control setpoint value 23 which, for example, amounts to 120% of the maximum air volume flow in normal operation of the burner.
- the pressure switch 7 will close because of the pressure drop over the air resistance 6.
- the safety device 21 compares the air test signal 9 with a reference value corresponding to the closed state of the pressure switch 7. When the pressure switch is closed or turned on, this is detected by the safety device 21, whereby the test is completed and the burner can be released for operation.
- the safety device 21 can monitor, after previous closure of the pressure switch 7, whether the pressure switch 7 opens again during the subsequent shutdown of the rotational speed of the blower 2. As a result, the function of the pressure switch can be checked.
- the control device 11 Only when the abovementioned processes proceed without errors does the control device 11 start an ignition method for starting up the burner.
- the gas line 13 is released for a fuel flow.
- the functional test is carried out before normal operation, ie before opening the valve 17 and only when the functional test is completed without errors, the fuel valve 17 is then opened, and the burner can then be moved to normal operation.
- a power request signal 20 which may originate, for example, from a higher-level temperature controller, the safety device 21 to open the throttle valve 15 via the fuel control signal 12 accordingly.
- the safety device 21 provides an air setpoint signal 23 via a correspondingly stored characteristic curve 22.
- the air setpoint signal 23 is fed to an air regulator 24, which then adjusts the air sensor signal 10 by generating the air adjusting signal 3.
- the air regulator 24 may perform PI / PID control.
- a pump 18 then transports the water to be heated through a heat exchanger 19 arranged in the combustion chamber 1.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
- Atmosphärische Gasbrenner ohne Luftzahlanpassung sind im allgemeinen für den intermittierenden Betrieb ausgelegt, wobei die Grössen der Brennstoff- und Luftströmung in Abhängigkeit von einem Leistungsanforderungssignal so bestimmt werden, dass die jeweils gewünschte Leistung erbracht wird. Das Leistungsanforderungssignal kann hierbei beispielsweise von einem Temperaturregler erzeugt werden. Der für die Verbrennung vorgesehene Luftvolumenstrom wird hierbei im allgemeinen nicht kontinuierlich nachgeführt, d.h. dass die Luftmenge annähernd konstant ist und normalerweise für die maximale Brennerleistung ausgelegt wird.
- Bei solchen Brennern kann der Luftvolumenstrom beispielsweise mittels eines Druckschalters überwacht werden. Der Druckschalter kann hierbei parallel zu einem Luftwiderstand im Luftkanal geschaltet werden. Der Druckschalter misst die Druckdifferenz über den Luftwiderstand und somit die Luftströmung im Kanal. Der Druckschalter funktioniert somit als Luftströmungsprüfer, dessen Kontakte bei ausreichendem Luftvolumenstrom geschlossen sind. Dabei ist es wichtig, dass der Druckschalter zuverlässig und fehlersicher arbeitet.
- Bei Brennern mit einer Luftzahlanpassung wird der Luftvolumenstrom der Brennstoffmenge so nachgeführt, dass sich eine optimale Verbrennung ergibt.Dabei kann die Beeinflussung des Luftvolumenstroms durch ein Stellglied z.B. mittels einer Luftklappe oder durch Variation der Drehzahl eines Abgas- oder Frischluftgebläses erfolgen. Auch bei solchen Brennern können Fremdeinwirkungen beispielsweise aufgrund von Verschmutzung, Korrosion oder eines Fremdkörpers im Abgaskanal, den Luftvolumenstrom und damit die geforderte Leistung und Luftzahl verfälschen. Durch Steuerung bzw. Regelung der Gebläsedrehzahl können solche Fremdeinflüsse nur bedingt kompensiert werden. Daher ist eine Überwachung des tatsächlichen Luftvolumenstroms zu bevorzugen.
- Die Druckschrift
DE-A1-4429157 zeigt die Überwachung einer generell einsetzbaren Regelung. Dazu wird die Signaländerung des Regelsensors infolge einer angesteuerten, festen Änderung eines Aktors im Regelkreis überwacht. - Die Druckschrift
EP-A-909922 - Die Druckschrift
EP-A-1130320 offenbart ein Verfahren zur Funktionsüberprüfung eines Regelungssystems für einen Heizungsbrenner, bei dem das Vakuum in der Verbrennungskammer durch einen Differenz- Druckschalter überwacht wird. - Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ohne Überwachung des Flammensignals bzw. der Gebläsedrehzahl, eine zuverlässige und genaue Überprüfung der Funktion des Steuerungs-/Regelungssystem bei einem Heizungsbrenner zu ermöglichen.
- Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
- Mit anderen Worten beruht das erfindungsgemässe Verfahren darauf, vor der eigentlichen Brennereinschaltung den Luftregelkreis in Betrieb zu nehmen, in dem ein Regelsollwert aufgegeben wird, der wenigstens dem Maximalwert oder über dem Maximalwert des normalen Betriebsbereiches des Brenners liegt. Das daraufhin sich einstellende Regelungsergebnis, z.B. die sich einstellende Volumenstromgrösse, wird mittels eines Differenzdruckschalters abgefragt und hinsichtlich seiner Korrektheit bewertet. Erst wenn diese Überprüfung stattgefunden hat, wird der Brenner für den Normalbetrieb freigegeben.
- Durch das erfindungsgemässe Verfahren können alle Komponenten des Regelkreises auf einfache Weise beim Anlauf des Brenners hinsichtlich ihrer einwandfreien Funktion überprüft werden. Beispielsweise seien hier die Phasenanschnittssteuerung des Gebläses, das Gebläse selbst, der Drucksensor, die Modulatorstufe, beispielsweise ausgeführt als Gasstellglied und der Druckschalter genannt.
- Funktionsfehler, die während des Normalbetriebs auftreten, werden bei der nächsten Inbetriebnahme des Brenners festgestellt.
- Damit der Brenner auch bei natürlichem Kaminzug starten kann, sollte der Ausschaltpunkt des Druckschalters vorzugsweise oberhalb des bei Kaminzug sich maximal einstellenden Luftvolumenstroms liegen. Dadurch dass die Luftvolumenströmungsüberwachung durch einen parallel zum Drucksensor geschalteten Druckschalter erfolgt, kann die Überwachung des Luftvolumenstroms in einfacher Weise, d.h. ohne dass ein Drehzahlsignal bzw. ein Flammensignal benötigt wird, erfolgen.
- Vorzugsweise wird vor der Inbetriebnahme des Brenners bzw. vor der Inbetriebnahme des Gebläses die einwandfreie Funktion des Druckschalters überprüft, indem die Ruhelage (Druckschalter ausgeschaltet) festgestellt wird, bevor der Luftregelkreis, d.h. das Gebläse eingeschaltet wird. Befindet sich der Druckschalter nicht in der Ruhelage so unterbleibt die Einschaltung des Gebläses und der Brenner bleibt ausser Betrieb.
- Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figur und aus den Patentansprüchen.
- Die einzige Figur zeigt schematisch einen atmosphärischen Gasbrenner mit einer Verbrennungskammer 1, in der ein Gebläse 2 angeordnet ist. Ein Luftstellsignal 3 steuert über ein Luftstellglied 4 die Drehzahl des Gebläseantriebs und beeinflusst somit den Luftvolumenstrom in einem Abgaskanal 5. Im Abgaskanal 5 ist ein Luftwiderstand 6, z.B. in Form eines Drosselglieds vorhanden, sowie stromaufwärts bzw. stromabwärts des Drosselgliedes sind Druckentnahmestellen vorgesehen, die mit einem Drucksensor 8 und einem Luftströmungsprüfer,beispielsweise in Form eines Druckschalters 7, der parallel zu dem Drucksensor 8 geschaltet ist, verbunden sind. Der Druckschalter 7 erzeugt ein Luftprüfungssignal 9 und der Drucksensor 8 ein Luftsensorsignal 10.
- Das Luftprüfungssignal 9 und das Luftsensorsignal 10 werden einer Regeleinrichtung 11 zugeführt, die daraus das Luftstellsignal 3 für das Gebläse 2 und ein Brennstoffstellsignal 12 für das Brennstoffstellglied 14 erzeugt. Das Brennstoffstellglied 14 steuert hierbei die Brennstoffströmung in einer Gasleitung 13 mittels eines modulierten Gasventils 15.
- Die Regeleinrichtung 11 kann ein Freigabesignal 16 erzeugen, das ein Sicherheitsventil 17 in der Gasleitung 13 öffnet.
- Die Regeleinrichtung 11 erzeugt das Freigabesignal 16 beispielsweise mittels einer Sicherheitseinrichtung 21, die z.B. in einem nicht dargestellten Feuerungsautomaten enthalten sein kann.
- Die erfindungsgemässe Überwachung des Luftvolumenstroms findet jedesmal beim Aufstarten des Brenners statt. Dazu erzeugt noch vor Freigabe des Brennstoffes die Sicherheitseinrichtung 21 einen Regelsollwert 23, der beispielsweise 120 % des maximalen Luftvolumenstroms im Normalbetrieb des Brenners beträgt.
Bei einem fehlerfrei funktionierenden Luftregelkreis und störungsfreier Durchlüftung wird jetzt der Druckschalter 7 wegen des Druckabfalls über dem Luftwiderstand 6 schliessen. Währenddessen vergleicht die Sicherheitseinrichtung 21 das Luftprüfungssignal 9 mit einem Referenzwert, der dem geschlossenen Zustand des Druckschalters 7 entspricht. Wenn der Druckschalter geschlossen bzw. eingeschaltet ist, wird dies durch die Sicherheitseinrichtung 21 erfasst, womit die Prüfung abgeschlossen ist und der Brenner zum Betrieb freigegeben werden kann. - Weiterhin kann die Sicherheitseinrichtung 21 nach vorhergehender Schliessung des Druckschalters 7 überwachen, ob der Druckschalter 7 beim anschliessenden Herunterfahren der Drehzahl des Gebläses 2 wieder öffnet. Dadurch kann auch die Funktion des Druckschalters überprüft werden.
- Nur wenn die oben genannten Vorgänge fehlerlos ablaufen, startet die Regeleinrichtung 11 ein Zündverfahren zur Inbetriebnahme des Brenners. Hierzu wird die Gasleitung 13 für eine Brennstoffströmung freigegeben.
Vorzugsweise erfolgt der Funktionstest vor dem Normalbetrieb, d.h. vor Öffnen des Ventils 17 und nur wenn der Funktionstest fehlerfrei abgeschlossen ist wird dann das Brennstoffventil 17 geöffnet, und der Brenner kann dann in den Normalbetrieb gefahren werden. - Im Normalbetrieb des Brenners veranlasst ein Leistungsanforderungssignal 20, das beispielsweise von einem übergeordneten Temperaturregler stammen kann, die Sicherheitseinrichtung 21 dazu, über das Brennstoffstellsignal 12 das Gasventil 15 entsprechend zu öffnen. Zudem stellt die Sicherheitseinrichtung 21 über eine entsprechend gespeicherte Kennlinie 22 ein Luftsollsignal 23 bereit.
Das Luftsollsignal 23 wird einem Luftregler 24 zugeführt, der durch Erzeugung des Luftstellsignals 3 das Luftsensorsignal 10 daraufhin abregelt. Der Luftregler 24 kann beispielsweise eine PI-/PID-Regelung ausführen. - Während des Normalbetriebs des Brenners transportiert dann eine Pumpe 18 das zu heizende Wasser durch einen im Verbrennungsraum 1 angeordneten Wärmetauscher 19.
Claims (6)
- Verfahren zur Funktionsüberprüfung eines Steuerungs-/Regelungssystems eines Heizungsbrenners mit einer Verbrennungskammer (1), die über ein steuerbares Gebläse (2) mit einem Luftkanal (5) verbunden ist, wobei im Normalbetrieb die Verbrennungskammer (1) über ein steuerbares Brennstoffstellglied (14) mit Brennstoff versorgt wird und mit einem Differenzdrucksensor (8) und einem dazu parallel geschalteten Druckschalter (7), wobei der Differenzdrucksensor (8) ein Luftsensorsignal (10) und der Druckschalter (7) ein Luftprüfungssignal (9) erzeugt, die einer elektronischen Regeleinrichtung (11) zugeführt werden, die daraus ein Luftstellsignal (3) für das Gebläse und ein Brennstoffstellsignal (12) zur Betätigung des Brennstoffstellgliedes (14) erzeugt, wobei die Funktionsüberprüfung dadurch erfolgt, dass die Regeleinrichtung (11) mit einem Regelsollwert beaufschlagt wird, der wenigstens dem beim Normalbetrieb sich einstellenden maximalen Luftvolumenstrom entspricht oder grösser als der maximale Luftvolumenstrom ist, und dass der in einer Ruhestellung befindliche Druckschalter (7) daraufhin überwacht wird, ob dieser geschaltet hat und dass die Freigabe des Brennstoffstellgliedes (14) erst nach dem Schalten des Druckschalters (7) erfolgt, wodurch der Brenner in Betrieb genommen werden kann.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor Inbetriebnahme des Gebläses (2) durch eine Sicherheitseinrichtung (21) überprüft wird, ob der Druckschalter (7) sich in seiner Ruhestellung befindet und nach Inbetriebnahme des Gebläses die Sicherheitseinrichtung (21) eine Rückmeldung abgibt, ob der Druckschalter (7) in die Arbeitsstellung geschaltet hat.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung (21) bei fehlerfreiem Ablauf der Prüfvorgänge ein Freigabesignal (16) erzeugt, wodurch ein Sicherheitsventil (17) den Brennstoff für den Brenner freigegibt.
- Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1 bis 3 mit einem Luftstellglied (4) mittels dem die Drehzahl eines Gebläses (2) gesteuert wird, wobei das Gebläse (2) mit einem Luftkanal (5) verbunden ist und einem Brennstoffstellglied (14), mittels dem im Normalbetrieb die Brennstoffzufuhr zu einer Verbrennungskammer (1) gesteuert wird und dass der Luftkanal (5) mit einem Differenzdrucksensor (8) und einem dazu parallel geschalteten Druckschalter (7) verbunden ist, wobei der Differenzdrucksensor (8) ein Luftsensorsignal (10) und der Druckschalter (7) ein Luftprüfungssignal (9) erzeugt, die einer elektronischen Regeleinrichtung (11) zugeführt werden, die daraus ein Luftstellsignal (3) für das Gebläse (2) und ein Brennstoffstellsignal (12) zur Betätigung des Brennstoffstellgliedes (14) erzeugen, wobei zur Funktionsüberprüfung die Regeleinrichtung (11) mit einem Regelsollwert beaufschlagt wird, der wenigstens dem bei Normalbetrieb sich einstellenden Maximalvolumenstrom entspricht oder grösser als dieser ist, und dass der in einer Ruhestellung sich befindliche Druckschalter (7) daraufhin überwacht wird, ob dieser geschaltet hat und dass die Freigabe des Brennstoffstellgliedes (14) erst nach dem Schalten des Druckschalters (7) erfolgt, wodurch der Brenner in Betrieb genommen werden kann.
- Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor Inbetriebnahme des Gebläses (2) durch eine Sicherheitseinrichtung (21) überprüft wird, ob der Druckschalter (7) sich in seiner Ruhestellung befindet und nach Inbetriebnahme des Gebläses die Sicherheitseinrichtung (21) eine Rückmeldung abgibt,ob der Druckschalter (7) geschaltet hat.
- Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung (21) bei fehlerfreiem Ablauf der Prüfvorgänge ein Freigabesignal (16) erzeugt, wodurch ein Sicherheitsventil (17) den Brennstoff für den Brenner freigibt.
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