EP1396681B1 - Burner controller and method of setting a burner controller - Google Patents

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EP1396681B1
EP1396681B1 EP02019917A EP02019917A EP1396681B1 EP 1396681 B1 EP1396681 B1 EP 1396681B1 EP 02019917 A EP02019917 A EP 02019917A EP 02019917 A EP02019917 A EP 02019917A EP 1396681 B1 EP1396681 B1 EP 1396681B1
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EP
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burner
fuel
control element
monitor
energy content
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Rainer Dr. Lochschmied
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Siemens Schweiz AG
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Priority to DE50205205T priority patent/DE50205205D1/en
Priority to US10/654,152 priority patent/US20050250061A1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F23N1/022—Regulating fuel supply conjointly with air supply using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F23N5/123—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
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    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods

Definitions

  • the invention relates to a burner controller according to the preamble of Claim 1.
  • a burner controller ensures, among other things, that in a burner the ratio of the amount of air to the amount of fuel, air ratio or lambda, in entire range of services is tuned.
  • lambda should be slightly above the stoichiometric value 1, for example 1.3.
  • the air ratio is regulated, for which it needs a sensor that the Combustion process observed directly or indirectly.
  • This burner controller allows a precise air flow control, which In particular, it can react quickly to dynamic changes.
  • Burner systems usually equipped with an atmospheric burner are the control accuracy by the above problem of Changes in flame shape and size affected.
  • EPC EP 1 293 727 A describes some methods for using such a burner controller calibrate.
  • the calibration causes the burner controller to adjust the setpoint curve of the burner Ionisationssignals to any changed circumstances, such as an unexpected Contamination or bending of the ionisation electrode, adapts.
  • the Adjustment of the setpoint curve over the power range changing size on which size through the burner controller as a function of measurement results is determined.
  • the required function constants are in advance in one Setting procedure has been determined and stored in the burner controller. Thus arises the setpoint curve of the ionization signal new.
  • the invention has for its object to propose a burner controller, which allows a reliable and accurate control of the air ratio.
  • the named The object is achieved by the features of claim 1.
  • the burner controller determines inventively first the current Fuel energy content. For example, this is done with the help of an additional sensor. In an advantageous embodiment of the invention, however, a measure of the momentary Used actuator position, the burner controller comfortable anyway already a controlled variable is known. From a comparison with pre-stored Actuator positions for different fuel energy contents then results approximately the current energy content. By the way, these are stored Actuator settings for the burner type or burner system concerned once in a setting procedure, as already shown in EP-A-1'154'202, in such a way that with the different fuel energy contents in each case the desired air ratio was created.
  • the burner controller determines the then applicable nominal value for the signal of the combustion sensor. This can be done in different ways. For example, the burner controller iteratively adjusts the setpoint in small, predefined steps until an additional combustion sensor returns to the determines optimal air ratio.
  • the burner controller In an advantageous embodiment of the invention, however, are Data about desired signals of the combustion sensor at different Fuel energy content detected in advance and stored in the burner controller Service. In normal operation, the burner controller processes this data, for example in that he keeps running these wanted signals, the current one detected Fuel energy content added accordingly weighted. The result is the Setpoint for the combustion sensor signal.
  • FIG. 1 shows schematically the functional principle of an ionization evaluator 14 in a burner controller according to the invention.
  • a flame 1 is represented by a diode 1 a and a resistor 1 b.
  • an AC voltage of, for example, 230V is applied. If a flame 1 is present, because of the flame diode 1 a flows through a blocking capacitor 3 in the positive half-wave, a larger current than in the negative half-wave.
  • a positive DC voltage U B is formed on the blocking capacitor 3 between L and a resistor 2 mounted for the purpose of contact protection.
  • a direct current flows from N to the blocking capacitor 3.
  • the amount of direct current depends on U B and thus directly from the flame resistance 1 b.
  • the flame resistance 1 b also influences the alternating current through the Entkoppelwiderstand 4, but to varying degrees compared to the direct current.
  • Through the resistor 4 thus flows a direct current and an alternating current as described above.
  • the resistor 4 are now followed by a high pass 5 and a low pass 6.
  • the high-pass 5 the alternating current is filtered out and the DC component blocked.
  • the low-pass filter 6 b dependent on the flame resistance 1 b DC component is filtered out and the AC is blocked substantially.
  • the alternating current flowing from the high-pass filter 5 is amplified and a reference voltage U Ref is added.
  • the direct current flowing from the high-pass filter 6 is amplified with possibly small alternating current components and the reference voltage U Ref is added.
  • a comparator 9 emerging from the amplifier 7 AC voltage and emerging from the amplifier 8 DC voltage compared with each other and generates a pulse width modulated (PWM) signal. change If the amplitude of the mains voltage changes, alternating voltage and DC voltage in the same ratio, the PWM signal does not change.
  • PWM pulse width modulated
  • the monoflop 11 is triggered so that the output from the comparator 10 Pulse train is faster than the pulse duration of the monoflop. Thereby If no flame is present, it will appear constant at the output of the monoflop a 1. If a flame is present, the monoflop will not be triggered and on Output appears permanently a 0.
  • the retriggerable monoflop 11 thus forms a "missing pulse detector", which converts the dynamic on / off signal into a static on / off signal converts.
  • Both signals, the PWM signal and the flame signal can now be separated be further processed or linked by means of an OR gate 12.
  • the output of the OR gate 12 is a PWM signal when the flame is present. whose duty cycle is a measure of the flame resistance 1b.
  • the PWM signal forms an ionisation signal 13, which corresponds to a regulator 26 shown in FIG is supplied. If there is no flame, the output of the OR gate 12 permanently on 1.
  • the lonisationssignal 13 can via a not shown Optocouplers are transmitted to a protective separation between the network side and to reach the protective low voltage side.
  • FIG. 2 shows schematically a block diagram of a burner controller 15 according to the Invention, which largely as a part of the program to run in a microprocessor can be designed.
  • the burner system is a performance requirement 22, which provides a certain Air supply corresponds.
  • the air supply is a measure of the Burner output.
  • To accurately provide this air supply measure a non-illustrated Control circuit with a differential pressure sensor over an air resistance in the exhaust duct the burner system the air volume flow. Due to a resulting Differential pressure signal 20, the control circuit, the engine speed of an air blower 19th Because the differential pressure signal 20 is an accurate measure of the instantaneous air supply It is also used as an input parameter for the airflow control. you also had a controlled speed of the blower motor, a measured Valve position, or choose another controlled variable. Finally, the Supply of a fuel gas to the burner adapted to the current air supply, that the air ratio is correct. For this purpose, the burner controller 15 generates a control signal 18, the directly or indirectly, for example via an engine, a gas valve 17 provides. Usually in the gas supply channel still a mechanical pressure regulator is present.
  • the differential pressure signal 20 is passed through a filter 21 to a control unit 23.
  • control signal 24 and 25 for a lean, or a fat gas.
  • a regulator 26 weighted and adds the two control signals and thus determines the control signal 18. This Processing of the control signals depends on the Ionisationssignal 13, with his the desired air ratio as possible corresponding to the desired value is compared.
  • the ionization signal 13 of an ionization electrode 16 inserted in the flame 1 is generated by the ionization evaluator 14. It will be started by the controller 26 first smoothed by a low-pass filter 27, to glitches and flickering suppress. A comparison unit 28 then subtracts one by one Correction unit 29 delayed setpoint signal 30. In the next step, generate a downstream proportional controller 31 and a parallel integrating unit 32 a internal control value x for the weighting of the two control signals 24 and 25. About the Control signal 18 causes the internal control value x that the difference between Ionisationssignal 13 and its setpoint signal 30 is zeroed out.
  • the control value x also makes a good Measure of the energy content of the currently fed gas there, that of its Composition and pressure depends, with the lean and the fat gas of the two control signals 24 and 25 form the reference.
  • the control unit 23 data about the desired ionisation signals, also in the form of two characteristics as a function of the differential pressure signal 20th
  • the control unit 23 generates the present Differential pressure two reference signals from which the setpoint signal 30 is formed.
  • the Reference signals by a proportional measure of its energy content, namely the Control value x, weighted and added up.
  • the Beeriereregelung contains two feedbacks and must therefore by appropriate choice of the settings of the proportional controller 31 and the Integrating unit 32 have a dynamic damping, thus a oscillation-friendly behavior is avoided.
  • the control value x is also fed to a calibration unit 36.
  • the calibration unit 36 includes a clock that triggers calibrations at regular intervals. When it is again So far, the calibration unit 36 brings first the glossangive 22 and thus the input parameter of the air ratio control to fixed, preset values. Then In a first step, it raises the setpoint signal 30 to put the system in sensitive work area slightly closer to the stochastic combustion point with the Air ratio equal to 1 to bring. Thereafter, the calibration unit 36 detects the value x1 of steady control value x.
  • the calibration unit 36 increases the Reference signal 30 again.
  • the controller 26 regulates the actuating signal 18 Reduce the control value x to a somewhat richer combustion.
  • 16 seconds when the control value x has settled again its new value x2 is recorded.
  • the calibration unit 36 also calculates one Expected value 40 for the new value x2, namely from a polynomial winding third order of the value x1, their constants in a setting method for the Burner type determined and stored as characteristics in the burner controller. Of the Expected value 40 is subtracted from the actually detected value x2.
  • a possible Difference is an indication that the air ratio in normal operation is not theirs desired value and the combustion was too lean or too rich.
  • the Calibration unit 36 indicate an emergency operation, or even the burner operation switch off.
  • the calibration unit 36 also averages by an exponential weighting the difference value with the mean of the difference values from the earlier ones Calibrations, so that the younger weigh heavier than the older. If the newly created average exceeds a low threshold, then the Calibration unit 36, the generation of the reference signals in the control unit 23, in they each with the two characteristic curves over the entire differential pressure range small value is added or subtracted. As a result, the higher shifts Characteristic more than the lower up, or down. After that should the combustion in normal operation a little fatter, or designed leaner be. Repeated calibration causes the air ratio to become iterative during normal operation move to their desired value.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einem Brennerkontroller gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein Brennerkontroller sorgt unter anderem dafür, dass in einem Brenner das Verhältnis der Luftmenge zur Brennstoffmenge, Luftzahl oder Lambda genannt, im gesamten Leistungsbereich abgestimmt ist. In der Regel soll Lambda leicht über dem stöchiometrischen Wert 1 sein, zum Beispiel 1,3.The invention relates to a burner controller according to the preamble of Claim 1. A burner controller ensures, among other things, that in a burner the ratio of the amount of air to the amount of fuel, air ratio or lambda, in entire range of services is tuned. In general, lambda should be slightly above the stoichiometric value 1, for example 1.3.

Vorteilhaft wird die Luftzahl geregelt, wozu es einen Sensor braucht, der den Verbrennungsprozess direkt oder indirekt beobachtet. Bekanntlich werden Durchflusssensoren in den Zufuhrkanälen, ein Gassensor im Abgaskanal, ein Temperatursensor an der Brennkammerwand, ein Strahlungssensor in der Brennkammer, oder aber eine Ionisationselektrode in der Flamme hierfür eingesetzt. Unter Umständen wird jedoch die Regelungsgenauigkeit wegen Änderungen der Flammenform und -größe, die auch bei konstanter Brennerleistung auftreten können, beeinträchtigt.Advantageously, the air ratio is regulated, for which it needs a sensor that the Combustion process observed directly or indirectly. Be known Flow sensors in the supply channels, a gas sensor in the exhaust duct, a Temperature sensor on the combustion chamber wall, a radiation sensor in the Combustion chamber, or an ionization electrode used in the flame for this purpose. However, under certain circumstances, the control accuracy due to changes in Flame shape and size, which can occur even at constant burner power, impaired.

Insbesondere Ionisationselektroden sind für solche Flammenänderungen empfindlich. Durch speziellen Elektrodegestaltungen hat man versucht, das Problem zu lösen. In 1983 wurde mit JP-A-58 099614 eine spiralförmige Überwachungselektrode veröffentlicht. DE-C-195 02 900 zeigte in 1996 verschiedene Elektrodeformen, die zudem der Luftzahlregelung gewidmet sind.In particular, ionization electrodes are sensitive to such flame changes. Special electrode designs have tried to solve the problem. In In 1983, JP-A-58099614 became a spiral monitoring electrode released. DE-C-195 02 900 showed in 1996 various electrodeforms, the are also dedicated to the Luftzahlregelung.

Neulich ist aus EP-A-1'154'202 ein Brennerkontroller gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Als Verbrennungssensor wird ebenso eine Ionisationselektrode benutzt. Das lonisationssignal wird mit seinem Sollwert verglichen, der einem bei der momentanen Leistung erwünschten lonisationssignal entspricht. Zur Festlegung einer Sollwertkurve ist während einem Einstellverfahren ein; über das ganze Leistungsbereich erwünschtes Verhalten des Ionisationssignals festgestellt und im Brennerkontroller gespeichert worden. In der Absicht das Ionisationssignal auf seinen Sollwert abzuregeln, stellt der Brennerkontroller ein Stellglied, zum Beispiel ein modulierendes Ventil im Gaszufuhrkanal.Recently, from EP-A-1'154'202 a burner controller according to the preamble of Claim 1 known. As a combustion sensor is also an ionization used. The lonisationssignal is compared with its setpoint, the one in the current power desired ionization signal corresponds. To establish a Setpoint curve is on during a setting procedure; over the whole Performance range desired behavior of the ionization signal detected and in Burner controller has been saved. With the intention of ionizing the signal on his To adjust setpoint, the burner controller adjusts an actuator, for example modulating valve in the gas supply channel.

Dieser Brennerkontroller ermöglicht eine genaue Luftzahlregelung, welche insbesondere schnell auf dynamische Änderungen reagieren kann. In gewissen Brenneranlagen jedoch, die meist mit einem atmosphärischen Brenner ausgestattet sind, wird die Regelungsgenauigkeit durch das obengenannte Problem von Änderungen der Flammenform und -größe beeinträchtigt.This burner controller allows a precise air flow control, which In particular, it can react quickly to dynamic changes. In certain Burner systems, however, usually equipped with an atmospheric burner are the control accuracy by the above problem of Changes in flame shape and size affected.

Die unter Art. 54(3) EPÜ als Stand der Technik zu berückziehende EP 1 293 727 A beschreibt einige Methoden, um einen solchen Brennerkontroller zu kalibrieren. Die Kalibrierung bewirkt, dass der Brennerkontroller die Sollwertkurve des Ionisationssignals an etwaig geänderte Umstände, wie an eine unerhoffte Verschmutzung oder Verbiegung der Ionisationselektrode, anpasst. Fakultativ weist die Anpassung der Sollwertkurve eine über den Leistungsbereich sich verändernde Größe auf, welche Größe durch den Brennerkontroller als Funktion von Messergebnissen bestimmt wird. Die dazu benötigten Funktionskonstanten sind vorab in einem Einstellverfahren ermittelt und im Brennerkontroller gespeichert worden. Somit entsteht die Sollwertkurve des lonisationssignals neu.The prior art under Art. 54 (3) EPC EP 1 293 727 A describes some methods for using such a burner controller calibrate. The calibration causes the burner controller to adjust the setpoint curve of the burner Ionisationssignals to any changed circumstances, such as an unexpected Contamination or bending of the ionisation electrode, adapts. Optionally, the Adjustment of the setpoint curve over the power range changing size on which size through the burner controller as a function of measurement results is determined. The required function constants are in advance in one Setting procedure has been determined and stored in the burner controller. Thus arises the setpoint curve of the ionization signal new.

Obwohl die Kalibrierung die obengenannten Genauigkeitsbeeinträchtigungen in regelmäßigen Abständen korrigiert kann sie dies nicht ständig tun.Although the calibration has the above accuracy impairments in corrected at regular intervals, she can not do this constantly.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brennerkontroller vorzuschlagen, welche eine zuverlässige und genaue Regelung der Luftzahl ermöglicht. Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The invention has for its object to propose a burner controller, which allows a reliable and accurate control of the air ratio. The named The object is achieved by the features of claim 1.

Es hat sich herausgestellt, dass der momentane Energieinhalt des Brennstoffgemisches die eingangsgenannten Genauigkeitsbeeinträchtigungen maßgebend bestimmt, obwohl auch andere Umstände eine Rolle spielen dürfen. Vermutlich verändern sich mit dem Energieinhalt die Strömungsverhältnisse.It has been found that the current energy content of the Fuel mixture the aforementioned accuracy impairments determined, although other circumstances may play a role. Presumably, the flow conditions change with the energy content.

Der Brennerkontroller ermittelt erfindungsgemäß zuerst den momentanen Brennstoffenergieinhalt. Zum Beispiel erfolgt dies mit Hilfe eines zusätzlichen Sensors. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird jedoch ein Maß für die momentane Stellgliedstellung benutzt, die dem Brennerkontroller bequemlich sowieso schon als eine Regelgröße bekannt ist. Aus einem Vergleich mit vorab gespeicherten Stellgliedstellungen für unterschiedliche Brennstoffenergieinhalte resultiert dann annäherungsweise der momentane Energieinhalt. Übrigens sind diese gespeicherten Stellgliedstellungen für den betroffenen Brennertyp oder die betroffene Brenneranlage einmal in einem Einstellverfahren ermittelt worden, wie es EP-A-1'154'202 schon zeigt, und zwar so, dass bei den unterschiedlichen Brennstoffenergieinhalten jeweils die erwünschte Luftzahl entstand.The burner controller determines inventively first the current Fuel energy content. For example, this is done with the help of an additional sensor. In an advantageous embodiment of the invention, however, a measure of the momentary Used actuator position, the burner controller comfortable anyway already a controlled variable is known. From a comparison with pre-stored Actuator positions for different fuel energy contents then results approximately the current energy content. By the way, these are stored Actuator settings for the burner type or burner system concerned once in a setting procedure, as already shown in EP-A-1'154'202, in such a way that with the different fuel energy contents in each case the desired air ratio was created.

Diese Ermittlung des momentanen Brennstoffenergieinhaltes ausgehend von der momentanen Stellgliedstellung hat sich als weitgehend unabhängig von sich häufig ändernden Bedingungen, wie Leistung, Luftdruck und Luftfeuchte, erwiesen.This determination of the instantaneous fuel energy content starting from the momentary actuator position has been largely independent of itself changing conditions, such as power, air pressure and humidity.

Kennt der Brennerkontroller ungefähr den momentanen Brennstoffenergieinhalt, so bestimmt er erfindungsgemäß zunächst den dann zutreffenden Sollwert für das Signal des Verbrennungssensors. Dies kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Beispielsweise passt der Brennerkontroller iterativ den Sollwert in kleinen, vordefinierten Schritten an, bis ein zusätzlicher Verbrennungssensor wieder die optimale Luftzahl feststellt. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung jedoch sind Daten über erwünschte Signale des Verbrennungssensors bei unterschiedlichen Brennstoffenergieinhalten im Voraus erfasst und im Brennerkontroller gespeichert worden. Im Normalbetrieb verarbeitet der Brennerkontroller diese Daten beispielsweise dadurch, dass er laufend diese erwünschten Signale, dem ermittelten momentanen Brennstoffenergieinhalt entsprechend gewichtet aufaddiert. Das Ergebnis ist der Sollwert für das Signal des Verbrennungssensors.If the burner controller knows about the instantaneous fuel energy content, then so According to the invention, it first determines the then applicable nominal value for the signal of the combustion sensor. This can be done in different ways. For example, the burner controller iteratively adjusts the setpoint in small, predefined steps until an additional combustion sensor returns to the determines optimal air ratio. In an advantageous embodiment of the invention, however, are Data about desired signals of the combustion sensor at different Fuel energy content detected in advance and stored in the burner controller Service. In normal operation, the burner controller processes this data, for example in that he keeps running these wanted signals, the current one detected Fuel energy content added accordingly weighted. The result is the Setpoint for the combustion sensor signal.

Somit wird eine hohe Regelungsgenauigkeit beibehalten, auch wenn sich bei konstanter Leistung die Flammenform und -größe verändern. Obwohl einige der anfangs genannten Typen von Verbrennungssensoren eingesetzt werden können, sieht eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung die Verbindung mit einer Ionisationselektrode vor. Wie oben beschrieben wurde, ist man seit langem durch speziellen Elektrodegestaltungen das Problem entgegengekommen. Großen Anklang haben diese Spezialelektroden noch nicht gefunden. Daher geht die vorliegende Erfindung einen neuen Weg, der den Einsatz von eher üblichen Ionisationselektroden ermöglicht.Thus, a high control accuracy is maintained, even if at constant power to change the flame shape and size. Although some of the initially mentioned types of combustion sensors can be used, sees an advantageous embodiment of the invention, the connection with a Ionization before. As described above, one has been through for a long time special electrode designs have dealt with the problem. Great response have not yet found these special electrodes. Therefore, the present goes Invention a new way, the use of more common ionization allows.

Die Erfindung betrifft auch ein Einstellverfahren für einen solchen Brennerkontroller, in dem man einen Brenner mit einem Verbrennungssensor, einem Stellglied, einem Brennerkontroller und mit einem Testsensor zur Feststellung der Qualität der Verbrennung ausstattet. Beim Brennerbetrieb mit zwei oder mehr Brennstoffarten ermittelt man die erwünschten Signalwerte des Verbrennungssensors bei den jeweiligen Brennstoffenergieinhalten. Diese Daten werden dann in einen Brennerkontroller gespeichert. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren bei unterschiedlichen Werten der nicht vom Stellglied beeinflussten Zufuhr durchgeführt. Diese Luft- oder Brennstoffzufuhr bildet im Normalbetrieb ein genaues Maß für die Brennerleistung. Somit können für eine oder mehr Brennstoffarten einige von der Leistung abhängigen Verhalten des Verbrennungssensors in einem Brennerkontroller gespeichert werden.

  • Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines lonisationsauswerters in einem Brennerkontroller gemäss der Erfindung und
  • Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Brennerkontrollers gemäss der Erfindung,
    • The invention also relates to a method of adjusting such a burner controller, comprising equipping a burner with a combustion sensor, an actuator, a burner controller and a test sensor for determining the quality of the combustion. In burner operation with two or more fuel types, one obtains the desired signal values of the combustion sensor at the respective fuel energy contents. This data is then stored in a burner controller. In an advantageous embodiment of the invention, the method according to the invention is carried out at different values of the feed not influenced by the actuator. This air or fuel supply is an accurate measure of burner performance during normal operation. Thus, for one or more types of fuel, some performance-dependent behavior of the combustion sensor may be stored in a burner controller.
  • 1 shows a block diagram of an ionisationsauswerters in a burner controller according to the invention and
  • FIG. 2 shows a block diagram of a burner controller according to the invention,

    • Figur 1 zeigt schematisch das Funktionsprinzip eines lonisationsauswerters 14 in einem Brennerkontroller gemäss der Erfindung. In einer Ersatzschaltung ist eine Flamme 1 durch eine Diode 1 a und einen Widerstand 1 b dargestellt. Über L und N ist eine Wechselspannung von beispielsweise 230V angelegt. Wenn eine Flamme 1 vorhanden ist, fließt wegen der Flammendiode 1 a durch einen Blockkondensator 3 in der positiven Halbwelle ein größerer Strom als in der negativen Halbwelle. Dadurch bildet sich zwischen L und einem zum Zweck des Berührschutzes angebrachten Widerstandes 2 eine positive Gleichspannung UB am Blockkondensator 3 aus.FIG. 1 shows schematically the functional principle of an ionization evaluator 14 in a burner controller according to the invention. In an equivalent circuit, a flame 1 is represented by a diode 1 a and a resistor 1 b. About L and N, an AC voltage of, for example, 230V is applied. If a flame 1 is present, because of the flame diode 1 a flows through a blocking capacitor 3 in the positive half-wave, a larger current than in the negative half-wave. As a result, a positive DC voltage U B is formed on the blocking capacitor 3 between L and a resistor 2 mounted for the purpose of contact protection.

    Durch einen Entkopplungswiderstand 4 fließt daher ein Gleichstrom von N zum Blockkondensator 3. Die Höhe des Gleichstromes hängt dabei von UB und damit direkt vom Flammenwiderstand 1 b ab. Der Flammenwiderstand 1 b beeinflusst ebenfalls den Wechselstrom durch den Entkoppelwiderstand 4, allerdings in unterschiedlichem Maß gegenüber dem Gleichstrom. Durch den Widerstand 4 fließt somit ein Gleichstrom und ein Wechselstrom wie oben beschrieben.By a decoupling resistor 4, therefore, a direct current flows from N to the blocking capacitor 3. The amount of direct current depends on U B and thus directly from the flame resistance 1 b. The flame resistance 1 b also influences the alternating current through the Entkoppelwiderstand 4, but to varying degrees compared to the direct current. Through the resistor 4 thus flows a direct current and an alternating current as described above.

    Dem Widerstand 4 sind nun ein Hochpass 5 und ein Tiefpass 6 nachgeschaltet. Durch den Hochpass 5 wird der Wechselstrom ausgefiltert und der Gleichspannungsanteil abgeblockt. Durch den Tiefpass 6 wird der vom Flammenwiderstand 1 b abhängige Gleichspannungsanteil ausgefiltert und der Wechselstrom im wesentlichen abgeblockt. In einem Verstärker 7 wird der aus dem Hochpass 5 fließende Wechselstrom verstärkt und eine Referenzspannung URef zuaddiert. In einem Verstärker 8 wird der aus dem Hochpass 6 fließende Gleichstrom mit eventuell geringen Wechselstromanteilen verstärkt und die Referenzspannung URef zuaddiert.The resistor 4 are now followed by a high pass 5 and a low pass 6. Through the high-pass 5, the alternating current is filtered out and the DC component blocked. By the low-pass filter 6 b dependent on the flame resistance 1 b DC component is filtered out and the AC is blocked substantially. In an amplifier 7, the alternating current flowing from the high-pass filter 5 is amplified and a reference voltage U Ref is added. In an amplifier 8, the direct current flowing from the high-pass filter 6 is amplified with possibly small alternating current components and the reference voltage U Ref is added.

    Die Referenzspannung URef kann beliebig, zum Beispiel URef = 0 gewählt werden, sie wird jedoch vorzugsweise so gewählt, dass die Verstärker und Komparatoren nur eine Versorgung benötigen.The reference voltage U Ref can be chosen arbitrarily, for example U Ref = 0, but it is preferably chosen so that the amplifiers and comparators only need one supply.

    An einem Komparator 9 werden die aus dem Verstärker 7 austretende Wechselspannung und die aus dem Verstärker 8 austretende Gleichspannung miteinander verglichen und ein pulsweitenmoduliertes (PWM) Signal erzeugt. Ändert sich die Amplitude der Netzspannung, so ändern sich Wechselspannung und Gleichspannung im gleichen Verhältnis, das PWM-Signal ändert sich nicht. Der Signalhub des PWM-Signals kann mittels der Verstärker 7 und 8 in einem weiten Bereich zwischen τ = 0 und τ = 50% Tastverhältnis eingestellt werden.At a comparator 9 emerging from the amplifier 7 AC voltage and emerging from the amplifier 8 DC voltage compared with each other and generates a pulse width modulated (PWM) signal. change If the amplitude of the mains voltage changes, alternating voltage and DC voltage in the same ratio, the PWM signal does not change. Of the Signal swing of the PWM signal can by means of the amplifier 7 and 8 in a wide Range between τ = 0 and τ = 50% duty cycle can be set.

    Der Gleichspannungsanteil U= wird in einem Komparator 10 mit der Referenzspannung URef verglichen. Ist eine Flamme vorhanden, ist der Gleichspannungsanteil größer als die Referenzspannung (U= > URef) und der Komparatorausgang des Komparators 10 schaltet auf 0. Ist keine Flamme vorhanden, so ist der Gleichspannungsanteil ungefähr gleich der Referenzspannung (U= ≈ URef). Wegen dem, dem Gleichspannungsanteil überlagerten, geringen Wechselspannungsanteil, den der Tiefpass 6 nicht ausfiltert, unterschreitet der Gleichspannungsanteil kurzzeitig die Referenzspannung und am Komparatorausgang des Komparators 10 erscheinen Impulse. Diese Impulse werden auf ein nachtriggerbares Monoflop 11 gegeben.The DC voltage component U = is compared in a comparator 10 with the reference voltage U Ref . If a flame is present, the DC component is greater than the reference voltage (U => U Ref ) and the comparator output of the comparator 10 switches to 0. If no flame is present, the DC component is approximately equal to the reference voltage (U = ≈ U Ref ). Because of the, the DC voltage component superimposed, low AC voltage component that the low-pass filter 6 does not filter out, the DC component briefly falls short of the reference voltage and appear at the comparator output of the comparator 10 pulses. These pulses are applied to a retriggerable monoflop 11.

    Das Monoflop 11 wird so getriggert, dass die aus dem Komparator 10 ausgegebene Impulsfolge schneller kommt als die Impulsdauer des Monoflops ist. Dadurch erscheint, wenn keine Flamme vorhanden ist, am Ausgang des Monoflops konstant eine 1. Ist eine Flamme vorhanden, so wird das Monoflop nicht getriggert und am Ausgang erscheint permanent eine 0. Das nachtriggerbare Monoflop 11 bildet somit einen "missing pulse detector", welcher das dynamische Ein-/Aus-Signal in ein statisches Ein-/Aus-Signal umwandelt.The monoflop 11 is triggered so that the output from the comparator 10 Pulse train is faster than the pulse duration of the monoflop. Thereby If no flame is present, it will appear constant at the output of the monoflop a 1. If a flame is present, the monoflop will not be triggered and on Output appears permanently a 0. The retriggerable monoflop 11 thus forms a "missing pulse detector", which converts the dynamic on / off signal into a static on / off signal converts.

    Beide Signale, das PWM-Signal und das Flammensignal können nun separat weiterverarbeitet werden oder aber mittels eines Oder-Gliedes 12 verknüpft werden. Als Ausgang des Oder-Gliedes 12 zeigt sich bei vorhandener Flamme ein PWM-Signal, dessen Tastverhältnis ein Maß für den Flammenwiderstand 1b ist. Das PWM-Signal bildet ein lonisationssignal 13, das einem in Figur 2 gezeigten Regler 26 zugeführt wird. Ist keine Flamme vorhanden, ist der Ausgang des Oder-Gliedes 12 permanent auf 1. Das lonisationssignal 13 kann über einen nicht dargestellten Optokoppler übertragen werden, um eine Schutztrennung zwischen der Netzseite und der Schutzkleinspannungsseite zu erreichen.Both signals, the PWM signal and the flame signal can now be separated be further processed or linked by means of an OR gate 12. The output of the OR gate 12 is a PWM signal when the flame is present. whose duty cycle is a measure of the flame resistance 1b. The PWM signal forms an ionisation signal 13, which corresponds to a regulator 26 shown in FIG is supplied. If there is no flame, the output of the OR gate 12 permanently on 1. The lonisationssignal 13 can via a not shown Optocouplers are transmitted to a protective separation between the network side and to reach the protective low voltage side.

    Figur 2 zeigt schematisch ein Blockschaltbild eines Brennerkontrollers 15 gemäss der Erfindung, welche weitgehend als Programmteil zum Ablauf in einem Mikroprozessor gestaltet werden kann.Figure 2 shows schematically a block diagram of a burner controller 15 according to the Invention, which largely as a part of the program to run in a microprocessor can be designed.

    Der Brenneranlage wird eine Leistungsanforderung 22 gestellt, die eine gewisse Luftzufuhr entspricht. Während dem Brennerbetrieb ist die Luftzufuhr ein Maß für die Brennerleistung. Um diese Luftzufuhr genau zu erbringen, messt ein nicht-dargestellter Regelkreis mit einem Differenzdrucksensor über einem Luftwiderstand im Abgaskanal der Brenneranlage den Luftvolumenstrom. Aufgrund eines resultierenden Differenzdrucksignals 20 stellt der Regelkreis die Motordrehzahl eines Luftgebläses 19. Weil das Differenzdrucksignal 20 ein genaues Maß für die momentane Luftzufuhr bildet, wird es zudem als Eingabeparameter für die Luftzahlregelung verwendet. Man hätte auch eine gesteuerte Drehzahl des Gebläsemotors, eine gemessene Ventilstellung, oder eine sonstige Regelgröße wählen können. Schließlich wird die Zufuhr eines Brenngases zum Brenner an der momentanen Luftzufuhr so angepasst, dass die Luftzahl stimmt. Dazu erzeugt der Brennerkontroller 15 ein Stellsignal 18, das auf direkte oder indirekte Weise, zum Beispiel über einen Motor, ein Gasventil 17 stellt. Üblich ist im Gaszufuhrkanal noch ein mechanischer Druckregler vorhanden.The burner system is a performance requirement 22, which provides a certain Air supply corresponds. During burner operation, the air supply is a measure of the Burner output. To accurately provide this air supply, measure a non-illustrated Control circuit with a differential pressure sensor over an air resistance in the exhaust duct the burner system the air volume flow. Due to a resulting Differential pressure signal 20, the control circuit, the engine speed of an air blower 19th Because the differential pressure signal 20 is an accurate measure of the instantaneous air supply It is also used as an input parameter for the airflow control. you also had a controlled speed of the blower motor, a measured Valve position, or choose another controlled variable. Finally, the Supply of a fuel gas to the burner adapted to the current air supply, that the air ratio is correct. For this purpose, the burner controller 15 generates a control signal 18, the directly or indirectly, for example via an engine, a gas valve 17 provides. Usually in the gas supply channel still a mechanical pressure regulator is present.

    Das Differenzdrucksignal 20 wird über ein Filter 21 zu einer Steuereinheit 23 geführt. The differential pressure signal 20 is passed through a filter 21 to a control unit 23.

    Dort sind Kenndaten gespeichert, welche die Kennlinien zweier Steuersignale 24 und 25 festlegen, für ein mageres, beziehungsweise ein fettes Gas. Ein Regler 26 gewichtet und addiert die beide Steuersignale und ermittelt so das Stellsignal 18. Diese Verarbeitung der Steuersignale hängt vom lonisationssignal 13 ab, das mit seinem der erwünschten Luftzahl möglichst entsprechenden Sollwert verglichen wird.There characteristic data are stored, which the characteristics of two control signals 24 and 25, for a lean, or a fat gas. A regulator 26 weighted and adds the two control signals and thus determines the control signal 18. This Processing of the control signals depends on the Ionisationssignal 13, with his the desired air ratio as possible corresponding to the desired value is compared.

    Das Ionisationssignal 13 einer in der Flamme 1 steckenden Ionisationselektrode 16 ist durch den lonisationsauswerter 14 erzeugt worden. Es wird vom Regler 26 zuerst mittels eines Tiefpassfilters 27 geglättet, um Störimpulse und Flackern zu unterdrücken. Eine Vergleichseinheit 28 subtrahiert dann ein durch eine Korrektureinheit 29 verzögertes Sollwertsignal 30. Im nächsten Schritt erzeugen ein nachgeschalteter Proportionalregler 31 und eine parallele Integriereinheit 32 einen internen Regelwert x für die Gewichtung der beiden Steuersignale 24 und 25. Über das Stellsignal 18 bewirkt der interne Regelwert x, dass die Differenz zwischen lonisationssignal 13 und seinem Sollwertsignal 30 auf Null hin abgeregelt wird.The ionization signal 13 of an ionization electrode 16 inserted in the flame 1 is generated by the ionization evaluator 14. It will be started by the controller 26 first smoothed by a low-pass filter 27, to glitches and flickering suppress. A comparison unit 28 then subtracts one by one Correction unit 29 delayed setpoint signal 30. In the next step, generate a downstream proportional controller 31 and a parallel integrating unit 32 a internal control value x for the weighting of the two control signals 24 and 25. About the Control signal 18 causes the internal control value x that the difference between Ionisationssignal 13 and its setpoint signal 30 is zeroed out.

    In einem stabilen, eingeschwungenen Zustand stellt der Regelwert x zudem ein gutes Maß für den Energieinhalt des momentan eingespeisten Gases da, der von seiner Zusammenstellung und Druck abhängt, wobei das magere und das fette Gas der beiden Steuersignale 24 und 25 die Referenz bilden. Für dieselben Referenzgase sind in der Steuereinheit 23 Daten über die erwünschten lonisationssignale gespeichert, ebenso in der Gestalt zweier Kennlinien als Funktion des Differenzdrucksignals 20. Anhand von diesen Daten erzeugt die Steuereinheit 23 beim vorliegenden Differenzdruck zwei Referenzsignale, aus denen das Sollwertsignal 30 entsteht. Damit das Sollwertsignal 30 dem momentan eingespeisten Gastyp entspricht, werden die Referenzsignale durch ein proportionales Maß für dessen Energieinhalt, nämlich der Regelwert x, gewichtet und aufaddiert. Äquivalent kann man die beide Referenzsignale zuerst durch je eine Vergleichseinheit 28 vom lonisationssignal 13 subtrahieren, und erst dann durch den Regelwert x gewichten und aufaddieren. Hier wird der Sollwert in der komplexen Gestalt zweier Referenzsignale und eines Gewichtungsfaktors dem Vergleich mit dem lonisationssignal 13 angeboten. Weitere Alternativen sind möglich.In a stable, steady state, the control value x also makes a good Measure of the energy content of the currently fed gas there, that of its Composition and pressure depends, with the lean and the fat gas of the two control signals 24 and 25 form the reference. For the same reference gases are stored in the control unit 23 data about the desired ionisation signals, also in the form of two characteristics as a function of the differential pressure signal 20th On the basis of these data, the control unit 23 generates the present Differential pressure two reference signals from which the setpoint signal 30 is formed. In order to the setpoint signal 30 corresponds to the currently fed gas type, the Reference signals by a proportional measure of its energy content, namely the Control value x, weighted and added up. Equivalent one can the both reference signals first subtract each by a comparison unit 28 from lonisationssignal 13, and only then weight and add up by the control value x. Here is the setpoint in the complex shape of two reference signals and a weighting factor the Comparison with the Ionisationssignal 13 offered. Other alternatives are possible.

    Die Luftzahlregelung enthält zwei Rückkopplungen und muss deswegen durch angemessene Wahl der Einstellungen des Proportionalreglers 31 und der integriereinheit 32 eine dynamische Bedämpfung aufweisen, damit ein schwingungsfreudiges Verhalten vermieden wird.The Luftzahlregelung contains two feedbacks and must therefore by appropriate choice of the settings of the proportional controller 31 and the Integrating unit 32 have a dynamic damping, thus a oscillation-friendly behavior is avoided.

    Der Regelwert x wird zudem einer Kalibriereinheit 36 zugeführt. Die Kalibriereinheit 36 umfasst eine Uhr, die in regelmäßiger Periode Kalibrierungen auslöst. Wann es wieder so weit ist, bringt die Kalibriereinheit 36 zuerst die Leistungsanförderung 22 und somit den Eingabeparameter der Luftzahlregelung auf feste, vorgegebene Werte. Dann erhöht sie in einem ersten Schritt das Sollwertsignal 30, um das System in ein empfindliches Arbeitsgebiet leicht näher am stochastischen Verbrennungspunkt mit der Luftzahl gleich 1 zu bringen. Danach erfasst die Kalibriereinheit 36 den Wert x1 des eingeschwungenen Regelwertes x.The control value x is also fed to a calibration unit 36. The calibration unit 36 includes a clock that triggers calibrations at regular intervals. When it is again So far, the calibration unit 36 brings first the Leistungsanförderung 22 and thus the input parameter of the air ratio control to fixed, preset values. Then In a first step, it raises the setpoint signal 30 to put the system in sensitive work area slightly closer to the stochastic combustion point with the Air ratio equal to 1 to bring. Thereafter, the calibration unit 36 detects the value x1 of steady control value x.

    In einem zweiten, vorgegebenen Schritt erhöht die Kalibriereinheit 36 das Sollwertsignal 30 nochmals. Folglich regelt der Regler 26 das Stellsignal 18 durch Reduzieren des Regelwertes x auf einem noch etwas fetteren Verbrennung aus. Nach beispielsweise 16 Sekunden, wenn der Regelwert x wieder eingeschwungen ist, wird sein neuer Wert x2 erfasst. Die Kalibriereinheit 36 berechnet jedoch auch einen Erwartungswert 40 für den neuen Wert x2, und zwar aus einer Polynomentwicklung dritter Ordnung des Wertes x1, deren Konstanten in einem Einstellverfahren für den Brennertyp ermittelt und als Kenndaten im Brennerkontroller gespeichert wurden. Der Erwartungswert 40 wird vom tatsächlich erfassten Wert x2 subtrahiert. Eine etwaige Differenz ist ein Indiz dafür, dass die Luftzahl im Normalbetrieb nicht ihren erwünschten Wert hatte und die Verbrennung zu mager oder zu fett war.In a second predetermined step, the calibration unit 36 increases the Reference signal 30 again. As a result, the controller 26 regulates the actuating signal 18 Reduce the control value x to a somewhat richer combustion. To For example, 16 seconds when the control value x has settled again its new value x2 is recorded. However, the calibration unit 36 also calculates one Expected value 40 for the new value x2, namely from a polynomial winding third order of the value x1, their constants in a setting method for the Burner type determined and stored as characteristics in the burner controller. Of the Expected value 40 is subtracted from the actually detected value x2. A possible Difference is an indication that the air ratio in normal operation is not theirs desired value and the combustion was too lean or too rich.

    Sollte die so bestimmte Differenz gewisse Schwellwerte überschreiten, so wird die Kalibriereinheit 36 einen Notbetrieb anzeigen, oder sogar den Brennerbetrieb abschalten. Die Kalibriereinheit 36 mittelt zudem durch eine exponentielle Gewichtung den Differenzwert mit dem Mittelwert der Differenzwerte aus den früheren Kalibrierungen, und zwar so dass die jüngere schwerer mitwiegen als die ältere. Überschreitet der neu entstandene Mittelwert einen tiefen Schwellwert, dann passt die Kalibriereinheit 36 die Erzeugung der Referenzsignale in der Steuereinheit 23 an, in dem sie bei den beiden Kennlinien über dem ganzen Differenzdruckbereich je einen kleinen Wert aufaddiert oder aber subtrahiert. Im Ergebnis verschiebt sich die höhere Kennlinie mehr als die tiefere nach oben, beziehungsweise nach unten. Nachher soll die Verbrennung im Normalbetrieb ein wenig fetter, beziehungsweise magerer gestaltet sein. Durch Wiederholte Kalibrierung wird sich die Luftzahl im Normalbetrieb iterativ auf ihren erwünschten Wert hin bewegen.If the difference so determined exceeds certain thresholds, then the Calibration unit 36 indicate an emergency operation, or even the burner operation switch off. The calibration unit 36 also averages by an exponential weighting the difference value with the mean of the difference values from the earlier ones Calibrations, so that the younger weigh heavier than the older. If the newly created average exceeds a low threshold, then the Calibration unit 36, the generation of the reference signals in the control unit 23, in they each with the two characteristic curves over the entire differential pressure range small value is added or subtracted. As a result, the higher shifts Characteristic more than the lower up, or down. After that should the combustion in normal operation a little fatter, or designed leaner be. Repeated calibration causes the air ratio to become iterative during normal operation move to their desired value.

    Claims (8)

    1. Burner monitor (15), which evaluates the signal from a combustion sensor and sets a control element for the fuel supply or for the air supply by comparison of the signal with its nominal value,
      with the burner monitor determining the nominal value on the basis of a measure of the instantaneous burner power,
      characterized in that
      the burner monitor (15) determines the nominal value at least additionally on the basis of a measure of the instantaneous fuel energy content.
    2. Burner monitor according to Claim 1,
      characterized in that
      the burner monitor (15) determines the nominal value at least additionally by processing of data via desired signals from the combustion sensor for different fuel energy contents on the basis of the measure for the instantaneous fuel energy content.
    3. Burner monitor according to one of the preceding claims,
      characterized in that
      the burner monitor (15) derives the measure for the instantaneous fuel energy content from a measure for the instantaneous control element setting and from data relating to desired control element settings for different fuel energy contents.
    4. Burner monitor according to one of the preceding claims,
      characterized in that
      the combustion sensor is an ionization electrode (16) which is immersed in the flame.
    5. Adjustment method for a burner monitor according to Claim 2,
      characterized in that
      a burner is equipped with a combustion sensor, a control element, a burner monitor (15) and with a test sensor for detection of the quality of the combustion,
      the burner is operated with a first fuel with a specific energy content in each case with different control element states, with the test sensor results being used to obtain a desired signal value from the combustion sensor, and detecting data relating to this,
      the burner is operated with a second fuel with a different energy content in each case with different control element states, with the test sensor results being used to obtain a desired signal value from the combustion sensor, detecting data relating to this, and the detected data being stored in a burner monitor (15).
    6. Adjustment method according to Claim 5,
      characterized in that
      at least some of the burner operations are repeated with different values by the supply which is not influenced by the control element.
    7. Adjustment method according to one of Claims 5 and 6,
      characterized in that
      the specific energy content of one fuel is at least 7% higher than that of a different fuel.
    8. Adjustment method according to one of Claims 5, 6 and 7,
      characterized in that
      at least some of the burner operations are carried out such that the test sensor results are also used to obtain a desired setting value of the control element, and to record data relating to this.
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