EP2218967B1 - Method and device for regulating the running time of a burner - Google Patents
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- EP2218967B1 EP2218967B1 EP10153430.3A EP10153430A EP2218967B1 EP 2218967 B1 EP2218967 B1 EP 2218967B1 EP 10153430 A EP10153430 A EP 10153430A EP 2218967 B1 EP2218967 B1 EP 2218967B1
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- F24H15/355—Control of heat-generating means in heaters
- F24H15/36—Control of heat-generating means in heaters of burners
Definitions
- the invention relates to a method and a device for regulating the running time of a burner, which is suitable for supplying heat to a boiler, hereinafter referred to as heat.
- the invention relates to a method for controlling the life of a burner, which is suitable, a thermal medium, for.
- a thermal medium for.
- Such burners are known in the art, for. As gas or oil burners in heating systems and are e.g. as a sole heat generator or as a heat generator from a plurality of heat generators, e.g. used in bivalent heating systems.
- gas and oil burners are known in the prior art which can be controlled in a mode in which an output burner power P Br can be continuously modulated to give a predetermined, determined or set burner power value P Br and thus equal or close the boiler temperature to keep the setpoint T SOLL .
- the output power P Br may not be continuously down-modulated down to zero, so that the burner is controlled by clocking (burner cycles) when a heat demand, for example, depending on a building load below a minimum burner capacity of Brenners occurs.
- the burner is switched on at a boiler temperature below the setpoint T SOLL to increase the boiler temperature above the setpoint T SOLL . If the boiler temperature is above the setpoint T SOLL , the burner is switched off again.
- the Brenner clocks will thus alternately supply and shut down, the boiler temperature can be maintained near the setpoint T set, even if the burner capacity required for this purpose is below the minimum burner power or the minimum modulated burner power.
- the so-called two-step control method with hysteresis is known in the prior art.
- a so-called turn-on difference value and a so-called turn-off difference value are set. If it is now determined that the control deviation is greater than the specified switch-on difference, the burner is switched on, since the boiler temperature is then more than the specified switch-on difference below the setpoint T SOLL . When the burner is switched on, the boiler temperature is then increased by supplying heat to the boiler until it can be determined that the absolute value of the control deviation reaches or exceeds the specified switch-off difference (the switch-off difference is defined as positive). Then the burner is switched off again. This cycle is executed repeatedly so that the boiler temperature value fluctuates by cyclically switching the burner on and off by the setpoint T SOLL .
- Very short burner run times between burner startup and shutdown often occur in the two-point controller method described above, even if relatively high turn-on and turn-off differential values are set.
- the burner run times in a control according to the two-point control method can sometimes be less than 1 minute.
- many switching cycles result in the two-point control method, which may in some cases comprise more than 100 switching on and off operations of the burner per day.
- Fig. 1 shows the actual boiler temperature T IST as a function of the time t of a boiler, the heat is temporarily supplied by a burner, the burner is controlled by the known in the art two-step control method with hysteresis. Additionally shows Fig. 1 the time course of the burner power P Br according to the boiler temperature actual value T IST shown as a function of time t.
- a boiler temperature setpoint T SOLL is set and a switch-off or switch-on difference is set.
- the switch-off difference results from the difference between a specified temperature maximum value T MAX and the boiler temperature setpoint T SOLL .
- the switch-off difference results from the difference between the boiler temperature setpoint T SOLL and a set minimum temperature value T MIN .
- the current boiler temperature actual value T IST is determined in each case in order to determine a control deviation between the boiler temperature actual value T IST and the boiler temperature target value T SOLL .
- the burner When the burner is switched on, heat is supplied to the boiler and the boiler temperature or the boiler temperature actual value T IST increases over time. If it is determined that the boiler temperature actual value T IST rises above the set maximum temperature value T MAX , the burner is switched off. In other words, if the determined control deviation between the actual boiler temperature T IST and the boiler temperature setpoint T SOLL in absolute value increases above the setpoint above the switch-off difference for boiler temperatures, the burner is switched off. As a result, the boiler temperature drops until it first drops below the setpoint T SOLL and then below the set minimum temperature value T MIN .
- the two-point controller method leads to a cyclic switching on and off of the burner, whereby the boiler temperature varies by the set target value T SOLL .
- the respective on and off times of the burner are in Fig. 1 represented by the dashed vertical lines.
- the burner power P Br is shown as a function of time. In a period between switching off the burner and turning on the burner again, the burner power P Br is equal to zero (or at a low standby value).
- the burner power P Br increases to a high burner starting power and is then modulated down to a lower value. This leads to a rapid rise in temperature in the boiler due to the high burner start-up power, which eventually drops again before it rises continuously due to a burner power P Br below the high burner start-up performance.
- the prior art control methods for controlling a burner are known in which the two-point controller method is extended such that in addition a variable minimum pause time, z. 4 minutes, is set or set.
- a variable minimum pause time z. 4 minutes
- the cycle times of the burner can be increased or the number of cycles per day can be reduced.
- such a method can cause the boiler temperature to drop too much if the boiler temperature deviation falls below the set switch-on difference before the minimum pause time has elapsed.
- DE 34 26 937 C1 describes a device for determining the on and off periods of a burner which heats a heat exchanger of a hot water heating system.
- the heat exchanger is in series with a circulation pump and parallel to an overflow line.
- a temperature sensor measures the measuring temperature of the water leaving the heat exchanger.
- An integrator is supplied with the difference between a reference temperature and the measured temperature measured by the temperature sensor.
- a hysteresis switch causes the burner to be turned on when the integration value reaches one threshold of the hysteresis switch, and the burner is turned off when the integration value reaches the other limit.
- DE 196 49 157 A1 describes a device for heating control with a burner which heats a heating medium, resulting in a time course of an actual temperature, which depends on the heating power, the thermal behavior of the system and the building to be heated.
- a controller operates the burner via a switch, the switching time being dependent on a measure of an area which is influenced by the time profile of the actual temperature.
- DE 33 30 990 A1 describes a method for regulating boiler systems when setting a target output temperature and comparing the actual output temperature as a control variable Integration of the formed control difference for controlling a burner, wherein the integration of the control difference is made digital.
- An object of the present invention is to avoid the disadvantages and problems of the known control methods of a burner and to optimize a runtime control of a burner.
- Another object of the invention is to provide a method and apparatus for controlling a burner capable of supplying heat to a boiler to enable a lower number of cycles of the burner per day, and the problems of frequent turning on and off of the burner, such as. B. to avoid increased emissions, a reduced efficiency and increased wear.
- the inventive method described above for controlling a burner uses a new approach, in which the burner is not connected via rigid temperature limits, but via the determination of a connection integral by integral formation as a function of the determined control deviation, in particular over one Temperature parameter (as a function of time), which differs by a first constant temperature difference from the determined deviation error (as a function of time t), or on the determined deviation error (as a function of time t) itself.
- the invention takes advantage of the fact that a lack of inertia on the generator side (heat generation) can be supplemented by inertia on the consumer side. Furthermore, the invention takes advantage of the fact that it is crucial for the comfort of a consumer, what amount of energy is fed, and what temperature level prevails, and not the actual instantaneous performance of the burner.
- the inventive method allows longer cycle times and a lower number of cycles of the burner per day, since it is not regulated by means of rigid temperature limits.
- longer burner run times and break times result, whereby lower emission values, a higher energy saving and additionally a reduced maintenance requirement can be achieved.
- the invention thus offers over the prior art thus an optimized control of a burner with an optimized burner runtime.
- integral formation is carried out as a function of the determined control deviation, in particular via a temperature parameter (as a function of time), the temperature difference around the first constant temperature difference or a second constant temperature difference (as a function of the control deviation) Time t) deviates, or on the determined deviation error (as a function of time t) itself.
- the runtime control can be further optimized by, in addition to the turning on of the burner, the subsequent shutdown of the burner in the Burner cycles based on an integral as a function of the control deviation .DELTA.T (t) over the time t is regulated and not based on rigid temperature limits. Furthermore, a further reduction in the number of cycles of the burner per day is made possible, when on and off integrals are determined for controlling the switching on and off of burner clocking. This results in even longer burner running and break times, which means that even lower emission values, even greater energy savings and, in addition, even lower maintenance costs can be achieved.
- At least the steps of supplying heat, determining the cut-off integral, switching off the burner, determining a turn-on integral and switching on the burner are repeated cyclically.
- the first threshold value SW 1 can be set manually or under process control, and the method according to the invention preferably also comprises the step of setting the first threshold value SW 1 .
- the first threshold value that is to say the switch-off integral threshold value SW 1 , to be parametrizable, for example to a desired or required system behavior.
- the cut-off integral I AB (t) is determined by integration up to a third time t 3 , at which the boiler temperature actual value T ACT (t) reaches or falls below the boiler temperature setpoint T SOLL after switching off the burner, and wherein the second threshold value SW 2 is preferably set according to the value I AB (t 3 ) of the turn-off integral I AB (t) at the third time t 3 , so that the second time t 2 is preferably the time at which the absolute value
- the invention thus preferably makes use of the fact that the value of the turn-off integral at this time t 3 is a measure of the too much introduced energy since, after the burner was switched off after exceeding the first threshold SW 1 , as long as further integrated until the boiler temperature is less than or equal to the setpoint.
- the burner preferably remains switched off until a connection integral formed analogously to the previously determined switch-off integral achieves the same value as the previously determined switch-off integral.
- a connection integral formed analogously to the previously determined switch-off integral achieves the same value as the previously determined switch-off integral.
- the method according to the invention further comprises a method step of setting a control deviation limit ⁇ T MAX , wherein the burner preferably reaches or exceeds a control deviation limit ⁇ T MAX at the first time t 1 or at a fourth time t 4 at which the absolute value of the system deviation ⁇ T (t) reaches or exceeds a control deviation limit ⁇ T MAX , is switched off before the first time t 1 .
- a high overshoot of the setpoint T SOLL can be avoided by the burner is switched off when the control deviation exceeds the control deviation limit .DELTA.T MAX .
- the amplitudes of the control deviation can then be additionally limited by temperature values. High temperature amplitudes can thus be avoided even if the switch-off integral has not yet reached or exceeded the first threshold value SW 1, for example due to a rapid increase in temperature, although a very high control deviation already exists.
- high temperature amplitudes can be avoided, for example in the case of a lack of volume flow of the thermal storage medium in a heating system.
- a second control deviation limit ⁇ T MAX; 2 can be set, so that the burner is not only switched on when the connection integral reaches the second threshold SW 2 , but preferably also at a control deviation at which the boiler temperature Actual value T IST is below the boiler temperature setpoint T SOLL by more than ⁇ T MAX; 2 .
- the inventive method further comprises the step of defining a temperature range around the boiler temperature setpoint T SOLL by setting a first temperature range value T 1 that is greater than the boiler temperature setpoint T SOLL , and a second temperature range value T 2 , which is smaller than the boiler temperature setpoint T SOLL , wherein the cut-off integral I AB (T) is preferably determined only if the determined current boiler temperature actual value T IST is greater than the first temperature range value T 1 , and / or wherein the Zuschaltintegral I ZU (t) is preferably determined only if the determined current boiler temperature actual value T IST is smaller than the second temperature range value T 2 .
- a first temperature parameter is integrated as a function of the determined deviation which deviates from the determined control deviation by a first constant temperature difference, in particular preferably according to the difference between the first temperature range value T 1 and the boiler temperature setpoint T SOLL deviates, and preferably this is further integrated in the integration for the integral formation of the Zuschaltintegrals a second temperature parameter as a function of the determined deviation difference, the hysteresis difference from the determined deviation by a second constant temperature difference, in particular preferably according to the difference between the boiler temperature setpoint T SOLL and the second temperature range value T 2 , deviates.
- the method according to the invention further comprises the step of resetting the determined switch-off integral I AB (t) to zero when the boiler temperature actual value T IST falls below the boiler temperature setpoint T SOLL when the burner is switched on.
- the device according to the invention for regulating the running time of a burner which is suitable for supplying heat to a boiler is described, which is suitable for carrying out the method according to the invention.
- the advantages are not discussed in detail since they correspond to the advantages of the method.
- the device according to the invention is characterized in that it comprises a control deviation integral determining means for determining an integral by integral formation as a function of the control deviation ⁇ T (t) over the time t.
- the control deviation integral determining means preferably determines a switch-off integral I AB (t) when the boiler temperature actual value T IST is greater than the boiler temperature target value T SOLL .
- the burner is preferably turned off by the burner control means at a first time t 1 at which the value I AB (t 1 ) of the turn-off integral I AB (t) reaches a first threshold SW 1 for supplying heat to finish by the burner.
- control deviation integral determining means preferably determines a turn-on integral I ZU (t) when the boiler temperature actual value T IST is smaller than the boiler temperature target value T SOLL , and the burner is preferably switched on by the burner control means at a second time t 2 at which the value I ZU (t 2 ) of the connection integral I ZU (t) reaches a second threshold value SW 2 in order to supply heat to the boiler through the burner.
- the device according to the invention further comprises a threshold value setting means for setting the first threshold value SW 1 .
- the control deviation integral determining means determines the cut-off integral I AB (t) by integral formation as a function of the control deviation .DELTA.T (t) until a third time t 3 at which the actual boiler temperature T IST reaches the boiler temperature setpoint T SOLL after switching off the burner or below, and preferably, the burner control means sets the second threshold SW 2 corresponding to the value I AB (t 3 ) of the turn-off integral I AB (t) at the third time t 3 , so that the second time t 2 is preferably the time in that the absolute value of the turn-on integral I ZU (t) reaches or exceeds the absolute value of the turn-off integral I AB (t) at the third time t 3 .
- the apparatus for controlling the running time of a burner further comprises a control deviation limit setting means for setting a control deviation limit ⁇ T MAX , the burner preferably at the first time t 1 or at a fourth time t 4 , at which the absolute value of the control deviation difference .DELTA.T (t) reaches or exceeds a control deviation threshold ⁇ T MAX before the first time t 1 is turned off by the burner control means.
- a control deviation limit setting means for setting a control deviation limit ⁇ T MAX , the burner preferably at the first time t 1 or at a fourth time t 4 , at which the absolute value of the control deviation difference .DELTA.T (t) reaches or exceeds a control deviation threshold ⁇ T MAX before the first time t 1 is turned off by the burner control means.
- control deviation limit setting means is further adapted to set a second control deviation limit ⁇ T MAX; 2 so that the burner can be switched on analogously when the control deviation difference ⁇ T (t) reaches or exceeds a control deviation threshold ⁇ T MAX; 2 before the injection integral becomes the second threshold SW 2 reached.
- the device according to the invention further comprises a temperature range defining means for defining a temperature range around the boiler temperature setpoint T SOLL by setting a first temperature range value T 1 , which is preferably greater than the boiler temperature setpoint T SOLL , and a second temperature range value T 2 , preferably less than the boiler temperature setpoint T SOLL , wherein the cut-off integral I AB (t) is preferably determined by the control deviation integral determining means only when the determined current boiler temperature actual value T IST is greater than the first temperature range T 1 , and the Zuschaltintegral I ZU (t) preferably only then determined by the control deviation integral determining means when the determined instantaneous boiler temperature actual value T IST is smaller than the second temperature range value T 2 .
- a temperature range defining means for defining a temperature range around the boiler temperature setpoint T SOLL by setting a first temperature range value T 1 , which is preferably greater than the boiler temperature setpoint T SOLL , and a second temperature range value T 2 , preferably less than the boiler
- a first temperature parameter is integrated as a function of the determined deviation which deviates from the determined control deviation by a first constant temperature difference, in particular preferably according to the difference between the first temperature range value T 1 and the boiler temperature setpoint T SOLL deviates, and preferably this is further integrated in the integration for the integral formation of the Zuschaltintegrals a second temperature parameter as a function of the determined deviation difference, the hysteresis difference from the determined deviation by a second constant temperature difference, in particular preferably according to the difference between the boiler temperature setpoint T SOLL and the second temperature range value T 2 , deviates.
- the apparatus of the invention further comprises an integral reset means for resetting an integral determined by the error integral integral determining means to zero, the integral resetting means resetting the determined disable integral I AB (t) to zero, preferably, when the actual temperature of the boiler T is below the boiler temperature setpoint T SOLL with the burner switched on.
- the integral reset means may preferably also be suitable for resetting the determined switch-off integral I AB (t) to zero when the boiler temperature actual value T IST falls below the first temperature range value T 1 when the burner is switched on.
- Fig. 2 shows a burner 10, a boiler 20 and a device 30 for controlling the burner 10, in a schematic representation.
- the burner 10 is adapted to a thermal storage medium, for. As water or oil to supply heat in the boiler 20, wherein the burner 10 is controlled by the device 30 for controlling a burner 10.
- the kettle 20 is in this case e.g. an independent boiler, z. As a water boiler, or a to a heating system z. B. a building connected boiler.
- the burner 10 may be e.g. to trade a gas or oil burner.
- a control method according to the invention is not limited to the regulation of gas or oil burners, and may generally be applied to any device capable of being switched on and off to temporarily supply heat to a boiler.
- Fig. 3 shows a flowchart of a method for controlling a burner according to a first embodiment of the present invention.
- the method includes the steps S31 Adjust kettle temperature set point T set, S32 connection of the torch 10, S33 supplying heat, S34 determining the boiler temperature actual value T (t), S35 determining the deviation difference .DELTA.T (t), S36 determining the Abschaltintegrals I AB (t), S37 Turning off the burner 10, and S38 determining the Zuschaltintegrals I ZU (t).
- step S31 setting the boiler temperature target value T SOLL a set value of the boiler temperature is set, based on which the control of the burner 10 is executed according to the control method of the present invention.
- the following describes the method for controlling a burner 10 based on a one-time setting of the boiler temperature setpoint T SOLL .
- the present invention is not limited to the one-time setting of the boiler temperature target value T SOLL .
- a new boiler temperature setpoint T SOLL can be set.
- step S32 connecting the burner 10 the switched-off burner 10 is switched on in order to supply heat to the boiler 20 in step S33.
- S34 determining the actual value of the boiler temperature T (t) is determined the boiler temperature as a function of time t in step.
- a current boiler temperature, or the instantaneous boiler temperature actual value T IST either continuously or repeatedly or periodically determined.
- the actual boiler temperature T IST can be determined directly as a function of the time t. If the boiler temperature actual value T IST is repeated or periodically z. B. always determined after the expiration of a set time interval .DELTA.t, the boiler temperature actual value T IS is determined as a step function of the time t.
- the boiler temperature actual value T IST is in this case determined such that an integral formation by integration of the boiler temperature actual value T IST with the time t is possible.
- the switch-off integral can be determined as the sum of the determined values (step function values) multiplied by ⁇ t (determination of an area below a step function).
- the switch-off integral I AB (t) is thus determined by integration of the control deviation ⁇ T (t) over the time t when the actual boiler temperature T IST is above the boiler temperature setpoint T SOLL . Since in the definition of the control deviation difference .DELTA.T above above the nominal temperature T of the boiler, a desired value is set negative value is determined, wherein determining the Abschaltintegrals I AB (t) is the absolute value of the deviation difference .DELTA.T (t) is determined to determine a positive Abschaltintegral I AB (t).
- the present invention is not limited to this determination of the turn-off integral I AB (t) and can also be determined without absolute value formation, possibly by simultaneously adapting the signs of threshold values.
- the determined switch-off integral I AB (t) rises to a set first threshold value SW 1 , so that according to the invention it is ascertained that the burner 10 is to be switched off at the time t 1 , since the certain cut-off integral I AB at this time t 1 has reached or exceeds the threshold SW 1 .
- the burner 10 is thus not switched off when the boiler temperature actual value T IST exceeds a maximum value T MAX , but when the particular turn-off integral I AB , determined by integration of the control deviation difference .DELTA.T, reaches a threshold SW 1 or exceeds.
- step S37 switching off the burner causes the heat supply of the burner 10 to the boiler 20 to be ended by switching off the burner 10. This is followed by the boiler temperature, since the boiler 20 no heat is supplied through the burner 10 more.
- control deviation ⁇ T e.g negative threshold values
- the determined value of the Zuschaltintegrals I ZU (t) increases and reaches a second at a time t 2 Threshold SW 2 . If it is determined that the connection integral I ZU (t) reaches or exceeds the second threshold value SW 2 , the burner is switched on again in step S 32, switching on the burner in order to re-supply heat to the boiler 20.
- the connection integral I ZU (t) reaches or exceeds the second threshold value SW 2 .
- the steps S32 to S38 are repeated cyclically, so that the burner is switched on cyclically when the particular turn-on integral I ZU (t) reaches or exceeds the second threshold SW 2 , to be switched off, respectively, when the determined turn-off integral I AB (t) reaches or exceeds the first threshold SW 1 .
- the method comprises the steps S401 setting the boiler temperature setpoint T SOLL , S402 setting the first threshold SW 1 , S403 defining the temperature range (dead zone), S404 setting the control deviation limit ⁇ T MAX , S405 Switching on the burner, S406 Supplying heat, S407 Determining the boiler temperature actual value T IST (t), S408 Determining the control deviation difference ⁇ T (t), S409 Determining the switch-off integral I AB (t), S410 Switching off the burner 10, S411 Determining the switch-off integral I AB (t), and S412 determining the turn-on integral I ZU (t).
- step S401 setting of the boiler temperature target value T SOLL is made in analogy with step S31 in FIG Fig. 3 set a boiler temperature setpoint T SOLL .
- a first threshold value SW 1 is set, which analogously to the exemplary embodiment in FIG Fig. 3 represents a threshold value for the turn-off integral I AB (t) in order to indicate from which value of the turn-off integral I AB (t) the burner 10 is to be switched off according to the invention.
- a temperature range around the set boiler temperature setpoint T SOLL is defined by setting a first temperature range value T 1 greater than the boiler temperature setpoint T SOLL and setting a second temperature range value T 2 less than the set boiler temperature setpoint T SHOULD .
- the step S403 defining the temperature range, or the so-called dead zone may be performed by individually setting the first and second temperature range values T 1 and T 2 , or by setting a half width of the dead zone so that the first temperature range value T 1 and the second Temperature range value T 2 each lie around the half-value of the dead zone above or below the set boiler temperature setpoint T SOLL .
- step S404 setting of the control deviation limit value ⁇ T MAX , a maximum control deviation limit value ⁇ T MAX is set in order to limit large temperature amplitudes or large temperature fluctuations of the boiler temperature by the boiler temperature setpoint T SOLL, in addition to limiting the closing and closing integrals, additionally by absolute temperature values.
- the burner 10 may be switched on or off if the control deviation ⁇ T exceeds the set control deviation limit value ⁇ T MAX , although a specific switch-on integral has not yet reached the first or the second threshold value.
- two different control deviation limits can be set to limit a control deviation above and / or below the threshold independently of each other.
- steps S405 of connecting the burner and S406 supplying heat analogously to steps S32 and S33 in FIG Fig. 3 ,
- Step S407 determine the boiler temperature actual value T IST (t)
- steps S408 determine the control deviation difference ⁇ T (t). Both the boiler temperature actual value T IST and the control deviation difference ⁇ T are analogous to the method in Fig. 3 determined as a function of time t.
- the boiler temperature By supplying heat, the boiler temperature first exceeds the boiler temperature setpoint T SOLL and, shortly thereafter, the first temperature range value T 1 , so that the control deviation difference ⁇ T becomes smaller than the difference T SOLL ⁇ T 1 .
- the determination of the turn-off integral I AB (t) begins in step S409, determining the turn-off integral I AB (t).
- the switch-off integral I AB (t) was determined from a time ⁇ 0 at which the boiler temperature exceeds the boiler temperature setpoint T SOLL
- the switch-off integral I AB (t) is determined from a time ⁇ AB in this exemplary embodiment of the method, at which the boiler temperature leaves the defined temperature range, or the dead zone, by the boiler temperature setpoint T SOLL :
- I FROM t ⁇ ⁇ FROM t ⁇ ⁇ T ⁇ - T 1 - T SHOULD ⁇ d ⁇
- a surface area below the time profile of the boiler temperature actual value T IST is formed up to the first temperature range value T 1 , so that an area between the temperature range value T 1 and the boiler temperature setpoint T SOLL remains unconsidered.
- the present invention is not limited to such integral formation, and it is possible to provide embodiments of the invention in which integral formation is performed over the entire control deviation .DELTA.T, wherein the integral formation only begins at a time at which the boiler temperature actual value T IST defined temperature range or the dead zone leaves.
- step S410 of turning off the burner 10 the burner 10 is turned off when the value of the cut-off integral I AB (t) reaches or exceeds the set first threshold SW 1 , or if previously the absolute value of the control deviation ⁇ T exceeds the set maximum value for the control deviation ⁇ T MAX reaches or exceeds.
- a heat supply from the burner 10 to the boiler 20 is changed, so that the boiler temperature begins to decrease.
- the shutdown integral I AB (t) is still determined in step S411 after switching off the burner.
- the switch-off integral I AB (t) is determined at least until a point in time at which the decreasing boiler temperature reaches or falls below the first temperature range value T 1 .
- the switch-off integral I AB (t) is further determined until a time t 3 at which the boiler temperature actual value T IST reaches or falls below the first temperature range value T 1 .
- the steps S405 to S412 are repeated cyclically, so that the boiler temperature actual value T IST fluctuates around the boiler temperature setpoint T SOLL .
- FIG. 12 shows a cycle of a burner, which according to the method for controlling a burner after the in Fig. 4 described second embodiment of the present invention is regulated.
- Fig. 5 shows the temperature profile of the boiler temperature as a function of time t and the corresponding time course of the burner power P Br as a function of time t.
- the set setpoint T SOLL for the boiler temperature is represented by a horizontal line.
- Above and below the set target value T SOLL are two more horizontal Lines are shown, which define the dead zone or the defined temperature range around the boiler temperature setpoint T SOLL and represent the first and second temperature range values T 1 and T 2 .
- another horizontal line represents the set maximum control deviation ⁇ T MAX .
- the burner 10 is switched on, represented by the increase of the burner power at the time t 0 (S405).
- the boiler temperature rises due to the connection of the burner 10 and reaches or exceeds the boiler temperature setpoint T SOLL and shortly thereafter at a time ⁇ AB the first temperature range value T 1 .
- the determination of the turn-off integral I AB (t) starts in step S409.
- the determined value of the cut-off integral I AB (t) reaches the set first threshold value SW 1 , so that the burner is switched off at this time t 1 , represented by the decrease in the burner power P Br at the time t 1 (S410).
- the Abschaltintegral I AB (t) will now be further determined in step S411 until the actual boiler temperature T, at a time t 3 reaches the first temperature range T 1 value and below.
- the hatched area below the course of the boiler temperature as a function of the time t between the times ⁇ AB and t 3 corresponds to the value of the turn-off integral I AB (t 3 ) at the time t 3 .
- This value is set as the new second threshold value SW 2 for the next addition integral I ZU (t) to be determined.
- Fig. 6 illustrates the operation of the set control deviation maximum value ⁇ T MAX .
- the boiler temperature rises after switching on the burner 10 at a time t 0 .
- the boiler temperature exceeds the first temperature range value T 1 and the determination of the switch-off integral I AB (t) begins.
- the control deviation increases Connecting the burner 10 so fast that the boiler temperature T actual at a time t 4 reaches a value at which the absolute value of the determined instantaneous control deviation .DELTA.T (t 4 ) reaches the set control deviation maximum value .DELTA.T MAX .
- the burner is turned off at this time t 4 , although the value of the turn-off integral I AB (t 4 ) at this time t 4 has not yet reached or exceeded the first threshold SW 1 Has.
- a temperature range, or a dead zone (eg, 1 K) is defined, with no turn-on integrals formed within the dead zone. Within this dead zone the integration is stopped.
- the value of the cut-off integral I AB (t) is additionally reset even if the boiler temperature actual value T IST falls below the boiler temperature setpoint T SOLL when the burner is in operation.
- the Abschaltintegral is reset to the value zero, or the time at which the boiler temperature actual value T IST exceeds the boiler temperature setpoint T SOLL again used as a new starting time for the determination of the Abschaltintegrals I AB (t).
- a long-running burner is switched off in a modulating operation by accumulating small control deviations.
- modulating operation a small fluctuation in the boiler temperature within the defined dead zone may also occur, in which, according to the second embodiment of the present invention, no turn-off and turn-on integrals are also formed.
- no cumulation occurs in the determination of the ab- or Zuschaltintegrale on, so that small deviations within the dead zone can not lead to unnecessary or undesirable switching on and off of the burner 10.
- Fig. 7 shows an apparatus for controlling a burner according to an embodiment of the present invention, which is adapted to perform at least one of the inventive method according to the above-described embodiments of the present invention.
- the apparatus 30 for controlling a burner 10 according to an embodiment of the present invention comprises a boiler temperature target value setting means 31, a boiler temperature actual value determining means 32, a control deviation determining means 33, a burner control means 34, a control deviation integral determining means 35, a threshold value Adjustment means 36, a deviation control limit setting means 37, and a temperature range defining means 38.
- the boiler temperature target value setting means 31 is adapted to set a target value for the boiler temperature, that is, the above-described boiler temperature target value T SOLL for the control of the burner 10.
- the boiler temperature actual value determining means 32 is suitable for determining the instantaneous value of the boiler temperature, that is to say the boiler temperature actual value T ACT, in at least one part of the boiler.
- the boiler temperature actual value determining means 32 comprises for this purpose at least one means for measuring the boiler temperature in a region of the boiler or a plurality of means for determining boiler temperatures at different points of the boiler, the boiler temperature actual value determining means 32 being optionally suitable for determine and further process boiler temperature values determined by the multiplicity of means, if appropriate by weighted or unweighted averaging, in order to determine an actual value T IST .
- the boiler temperature actual value determining means 32 is adapted to determine the actual value of the boiler temperature continuously or repeatedly or periodically.
- the boiler temperature T IST can be determined as a function of time t.
- the control deviation determining means 33 is suitable for determining a control deviation ⁇ T between the set boiler temperature setpoint T SOLL and the currently determined boiler temperature actual value T IST .
- the control deviation integral determining means 35 is adapted to integrate the control deviations ⁇ T (t) continuously or repeatedly determined by the control deviation determining means 33 over the time t, to determine integrals as a function of the control deviation and / or the absolute value of a specific integral over time t form.
- the burner control means 34 is adapted to turn on and off the burner 10 based on the determined turn-on and turn-on integrals determined by the control deviation integral determining means 35.
- the temperature range defining means 38 is adapted to define a temperature range, or a dead zone, to define the set boiler temperature setpoint T SOLL .
- the temperature range defining means 38 is adapted to set a first temperature range value T 1 greater than the boiler temperature target value T SOLL and a second temperature range value T 2 smaller than the boiler temperature target value T SOLL or to define a temperature range around the boiler temperature target value T SOLL by setting a Temperature range half width, which defines half the width of the temperature range to be defined, wherein the boiler temperature setpoint T SOLL is in the center of the defined temperature range.
- the threshold value setting means 36 is adapted to set a first threshold value SW 1 and / or a second threshold value SW 2 as threshold values for the determined turn-on and turn-on integrals determined by the control deviation integral determining means 35.
- the burner control means 34 is suitable for switching off the burner 10 when a certain switch-off integral I AB (t) reaches or exceeds the first threshold value SW 1 , and to switch off the burner 10 when a switch-on integral I ZU (t) determined by the control deviation integral determining means 35 reaches or exceeds the second threshold SW 2 .
- the control deviation threshold setting means 37 is adapted to set a maximum value for the control deviation as the control deviation threshold ⁇ T MAX , so that large temperature amplitudes can be avoided by the burner control means 34 turning off the burner when the control deviation determined by the control deviation determining means 33 ⁇ T or the absolute value thereof reaches the set control deviation threshold ⁇ T MAX before a turn-on integral determined by the control deviation integral determining means 35 reaches or exceeds a predetermined threshold value.
- the apparatus 30 for controlling a burner 10 further comprises integral reset means 39, which is adapted to reset an integral determined by the control deviation integral determining means 35 to the value zero when the actual boiler temperature T IST falls within the defined temperature range Zone) penetrates, in particular, when the boiler temperature actual value T ACT falls back to the defined temperature range when the burner is switched on.
- a control method of a burner is thus provided in which further loss of comfort for a user is avoided.
- the over-supply or under-supply occurring only briefly within one cycle can be compensated by the inertia on the consumer side.
- a desired behavior long run times or low temperature amplitudes desired
- a single parameter eg the first threshold SW 1
- the second threshold value SW 2 for the turn-on integral is determined on the basis of the previously determined turn-off integral
- the method according to the invention is suitable both for gas burners and for oil burners, as well as for other burner types which are clocked for loads below a minimum modulatable burner output.
- the method is suitable for heating systems for all building types and design temperatures and offers a high level of robustness due to the integral approach, according to which the burner shutdown and connection times are determined in a cycle not on the basis of rigid temperature limits, but on the basis of an integral of the control deviation over time t.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln der Laufzeit eines Brenners, der geeignet ist, einem Kessel Wärmeenergie, im Folgenden kurz Wärme genannt, zuzuführen.The invention relates to a method and a device for regulating the running time of a burner, which is suitable for supplying heat to a boiler, hereinafter referred to as heat.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Regeln der Laufzeit eines Brenners, der geeignet ist, einem thermischen Medium, z. B. Wasser oder Öl, in einem Kessel oder Wärmespeicher Wärme zuzuführen, um die Temperatur des thermischen Speichermediums im Kessel durch Wärmezufuhr zu erhöhen, basierend auf der Vorgabe eines Kesseltemperatur-Sollwerts TSOLL.In particular, the invention relates to a method for controlling the life of a burner, which is suitable, a thermal medium, for. As water or oil to supply heat in a boiler or heat storage to increase the temperature of the thermal storage medium in the boiler by supplying heat, based on the specification of a boiler temperature setpoint T SOLL .
Derartige Brenner sind dem Stand der Technik bekannt, z. B. als Gas- oder Ölbrenner in Heizungsanlagen und werden z.B. als einziger Wärmeerzeuger oder als ein Wärmeerzeuger aus einer Mehrzahl von Wärmeerzeugern, z.B. in bivalenten Heizanlagen, genutzt.Such burners are known in the art, for. As gas or oil burners in heating systems and are e.g. as a sole heat generator or as a heat generator from a plurality of heat generators, e.g. used in bivalent heating systems.
Ferner sind dem Stand der Technik Gas- und Ölbrenner bekannt, die in einer Betriebsart geregelt werden können, bei der eine abgegebene Brennerleistung PBr kontinuierlich moduliert werden kann, um einen vorbestimmten, bestimmten oder eingestellten Brennerleistungswert PBr abzugeben und somit die Kesseltemperatur gleich oder nahe dem Sollwert TSOLL zu halten. Jedoch kann bei derartig geregelten Gas- und Ölbrennern die abgegebene Leistung PBr gegebenenfalls nicht kontinuierlich bis auf Null heruntermoduliert werden, so dass der Brenner durch Taktung geregelt wird (Brennertakten), wenn ein Wärmezufuhrbedarf, z.B. in Abhängigkeit einer Gebäudelast, unterhalb einer minimalen Brennerleistung des Brenners auftritt.Furthermore, gas and oil burners are known in the prior art which can be controlled in a mode in which an output burner power P Br can be continuously modulated to give a predetermined, determined or set burner power value P Br and thus equal or close the boiler temperature to keep the setpoint T SOLL . However, in such controlled gas and oil burners, the output power P Br may not be continuously down-modulated down to zero, so that the burner is controlled by clocking (burner cycles) when a heat demand, for example, depending on a building load below a minimum burner capacity of Brenners occurs.
Hierbei wird der Brenner bei einer Kesseltemperatur unter dem Sollwert TSOLL eingeschaltet, um die Kesseltemperatur über den Sollwert TSOLL zu erhöhen. Bei einer Kesseltemperatur über dem Sollwert TSOLL wird der Brenner wieder abgeschaltet. Indem der Brenner taktet, also abwechselnd zu- und abgeschaltet wird, kann die Kesseltemperatur nahe dem Sollwert TSOLL gehalten werden, selbst wenn die dazu benötigte Brennerleistung unterhalb der minimalen Brennerleistung oder der minimalen modulierbaren Brennerleistung liegt.In this case, the burner is switched on at a boiler temperature below the setpoint T SOLL to increase the boiler temperature above the setpoint T SOLL . If the boiler temperature is above the setpoint T SOLL , the burner is switched off again. By the Brenner clocks, will thus alternately supply and shut down, the boiler temperature can be maintained near the setpoint T set, even if the burner capacity required for this purpose is below the minimum burner power or the minimum modulated burner power.
Als ein Verfahren zum Regeln eines derartigen Gas- oder Ölbrenners ist dem Stand der Technik die sogenannte Zweipunktreglermethode mit Hysterese bekannt. In der Zweipunktreglermethode wird eine Regelabweichung ΔT der Kesseltemperatur von dem Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL ermittelt durch Differenzbildung des Kesseltemperatur-Sollwerts TSOLL mit einer momentan bestimmten Kesseltemperatur, dem sogenannten Kesseltemperatur-Istwert TIST:
Wird hierbei eine Regelabweichung ΔT größer Null ermittelt, liegt die Kesseltemperatur unter dem Sollwert TSOLL und andernfalls, bei einem ermittelten ΔT kleiner Null, liegt die Kesseltemperatur momentan oberhalb dem Sollwert TSOLL.If a control deviation ΔT greater than zero is determined here, the boiler temperature is below the setpoint T SOLL and otherwise, with a determined ΔT less than zero, the boiler temperature is currently above the setpoint T SOLL .
Nach der Zweipunktreglermethode mit Hysterese wird ein sogenannter Einschaltdifferenzwert und ein sogenannter Ausschaltdifferenzwert festgelegt. Wird nun ermittelt, dass die Regelabweichung größer der festgelegten Einschaltdifferenz ist, wird der Brenner zugeschaltet, da die Kesseltemperatur dann mehr als die festgelegte Einschaltdifferenz unterhalb des Sollwerts TSOLL liegt. Bei zugeschaltetem Brenner wird die Kesseltemperatur dann durch Zuführung von Wärme zu dem Kessel solange erhöht, bis ermittelt werden kann, dass der Absolutwert der Regelabweichung die festgelegte Ausschaltdifferenz erreicht oder übersteigt (hierbei ist die Ausschaltdifferenz positiv definiert). Dann wird der Brenner wieder ausgeschaltet. Dieser Zyklus wird wiederholt ausgeführt, so dass der Kesseltemperaturwert durch zyklisches Ein- und Ausschalten des Brenners um den Sollwert TSOLL schwankt.According to the two-step control method with hysteresis, a so-called turn-on difference value and a so-called turn-off difference value are set. If it is now determined that the control deviation is greater than the specified switch-on difference, the burner is switched on, since the boiler temperature is then more than the specified switch-on difference below the setpoint T SOLL . When the burner is switched on, the boiler temperature is then increased by supplying heat to the boiler until it can be determined that the absolute value of the control deviation reaches or exceeds the specified switch-off difference (the switch-off difference is defined as positive). Then the burner is switched off again. This cycle is executed repeatedly so that the boiler temperature value fluctuates by cyclically switching the burner on and off by the setpoint T SOLL .
In der vorhergehend beschriebenen Zweipunktreglermethode treten oftmals sehr kurze Brennerlaufzeiten zwischen Zu- und Abschalten des Brenners auf, selbst wenn relativ hohe Ein- und Ausschaltdifferenzwerte festgelegt werden. Die Brennerlaufzeiten in einer Regelung nach der Zweipunktreglermethode können teilweise unter 1 Minute liegen. Da der Brenner aber gegebenenfalls nur kurze Zeit danach wieder zugeschaltet werden muss, und somit gegebenenfalls eine kurze Periodendauer vorliegt, ergeben sich in der Zweipunktreglermethode sehr viele Schaltzyklen, die teilweise über 100 Ein- und Ausschaltvorgänge des Brenners pro Tag umfassen können.Very short burner run times between burner startup and shutdown often occur in the two-point controller method described above, even if relatively high turn-on and turn-off differential values are set. The burner run times in a control according to the two-point control method can sometimes be less than 1 minute. However, since the burner may only have to be switched on again after a short time, and thus possibly has a short period duration, many switching cycles result in the two-point control method, which may in some cases comprise more than 100 switching on and off operations of the burner per day.
Weiterhin entsteht eine hohe dynamische Belastung des Kessels durch schnellen Temperaturanstieg und daraufhin folgenden schnellen Temperaturabfall bei kurzer Periodendauer und hoher Anzahl von Schaltzyklen pro Tag.Furthermore, a high dynamic loading of the boiler due to rapid increase in temperature and subsequent rapid drop in temperature with a short period and high number of switching cycles per day.
Weiterhin treten bei den kurzen Zykluszeiten oder Periodendauern, bzw. bei der hohen Zyklusanzahl pro Tag durch häufiges Ein- und Ausschalten des Brenners weitere Probleme auf. So ergeben sich z. B. schlechte Emissionswerte des Brenners, ein reduzierter Nutzungsgrad und auch erhöhter Verschleiß.Furthermore occur in the short cycle times or periods, or in the high number of cycles per day by frequent switching on and off of the burner more problems. So z. B. poor emission levels of the burner, a reduced efficiency and increased wear.
Bei Ölbrennern tritt zusätzlich gegebenenfalls eine starke Verschmutzung eines Wärmetauschers durch Ruß aufgrund der schlechten Emissionswerte auf.Additionally, in oil burners, heavy soiling of a heat exchanger by soot may occur due to poor emission levels.
Nach der Zweipunktreglermethode mit Hysterese wird ein Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL eingestellt und eine Ausschalt- bzw. Einschaltdifferenz festgelegt. Die Ausschaltdifferenz ergibt sich aus der Differenz eines festgelegten Temperaturmaximalwerts TMAX und dem Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL. Die Ausschaltdifferenz ergibt sich aus der Differenz des Kesseltemperatur-Sollwerts TSOLL und einem eingestellten Mindesttemperaturwert TMIN. Im zeitlichen Verlauf wird jeweils der momentane Kesseltemperatur-Istwert TIST bestimmt, um eine Regelabweichung zwischen dem Kesseltemperatur-Istwert TIST und dem Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL zu ermitteln.After the two-point control method with hysteresis, a boiler temperature setpoint T SOLL is set and a switch-off or switch-on difference is set. The switch-off difference results from the difference between a specified temperature maximum value T MAX and the boiler temperature setpoint T SOLL . The switch-off difference results from the difference between the boiler temperature setpoint T SOLL and a set minimum temperature value T MIN . In the course of time, the current boiler temperature actual value T IST is determined in each case in order to determine a control deviation between the boiler temperature actual value T IST and the boiler temperature target value T SOLL .
Bei eingeschaltetem Brenner wird dem Kessel Wärme zugeführt und die Kesseltemperatur bzw. der Kesseltemperatur-Istwert TIST erhöht sich im zeitlichen Verlauf. Wird nun ermittelt, dass der Kesseltemperatur-Istwert TIST über den eingestellten Maximaltemperaturwert TMAX steigt, wird der Brenner abgeschaltet. Mit anderen Worten, wenn die ermittelte Regelabweichung zwischen dem Kesseltemperatur-Istwert TIST und dem Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL im Absolutwert bei Kesseltemperaturen über dem Sollwert über die Ausschaltdifferenz steigt, wird der Brenner abgeschaltet. Daraufhin sinkt die Kesseltemperatur, bis sie zuerst unter den Sollwert TSOLL sinkt und daraufhin unter den eingestellten Mindesttemperaturwert TMIN.When the burner is switched on, heat is supplied to the boiler and the boiler temperature or the boiler temperature actual value T IST increases over time. If it is determined that the boiler temperature actual value T IST rises above the set maximum temperature value T MAX , the burner is switched off. In other words, if the determined control deviation between the actual boiler temperature T IST and the boiler temperature setpoint T SOLL in absolute value increases above the setpoint above the switch-off difference for boiler temperatures, the burner is switched off. As a result, the boiler temperature drops until it first drops below the setpoint T SOLL and then below the set minimum temperature value T MIN .
Wird nun festgestellt, dass der Kesseltemperatur-Istwert TIST unter die Mindesttemperatur TMIN gefallen ist, also mit anderen Worten die Regelabweichung unterhalb des Sollwerts die eingestellte Einschaltdifferenz übersteigt, wird der Brenner wieder zugeschaltet, so dass dem Kessel Wärme zugeführt wird und die Kesseltemperatur wieder steigt.If it is determined that the boiler temperature actual value T IST has fallen below the minimum temperature T MIN , ie in other words the control deviation below the setpoint exceeds the set switch-on difference, the burner is switched on again so that heat is supplied to the boiler and the boiler temperature again increases.
Wie in
Wird der Brenner zu einem bestimmten Zeitpunkt eingeschaltet, erhöht sich die Brennerleistung PBr auf eine hohe Brennerstartleistung und wird dann auf einen niedrigeren Wert heruntermoduliert. Dies führt zu einem schnellen Temperaturanstieg im Kessel aufgrund der hohen Brennerstartleistung, die gegebenenfalls erst wieder sinkt, bevor sie kontinuierlich aufgrund einer Brennerleistung PBr unterhalb der hohen Brennerstartleistung steigt.If the burner is turned on at a certain time, the burner power P Br increases to a high burner starting power and is then modulated down to a lower value. This leads to a rapid rise in temperature in the boiler due to the high burner start-up power, which eventually drops again before it rises continuously due to a burner power P Br below the high burner start-up performance.
Jedoch kann es vorkommen, dass der starke Temperaturanstieg aufgrund der hohen Brennerstartleistung ohne große Verzögerung über den eingestellten Temperaturmaximalwert TMAX steigt, wodurch in der Zweipunktreglermethode mit Hysterese der Brenner wieder ausgeschaltet wird. Dies kann zu einer sehr kurzen Brennerzeit führen, in der der Kessel durch die schnellen Temperaturschwankungen und hohen Temperaturamplituden dynamisch belastet wird, und zusätzlich kann dies zu einer Verbrennung mit hohen Emissionswerten führen. Eine derartige vorzeitige Brennerabschaltung durch einen Temperaturüberschwinger aufgrund der hohen Brennerstartleistung ist in
Um die vorangehend beschriebenen Probleme der Zweipunktreglermethode zu vermeiden, ist es im Stand der Technik bekannt, hohe Ein- und Ausschaltdifferenzwerte zu wählen, z. B. eine Einschaltdifferenz von 6 K (Kelvin) und eine Ausschaltdifferenz von ca. 8 K. Hierdurch können die Zykluszeiten des Brenners verlängert werden, bzw. die Anzahl der Zyklen pro Tag verringert werden. Allerdings ergibt sich nach diesem Verfahren das weitere Problem, dass die Amplituden der Temperaturschwankung der Kesseltemperatur um den Sollwert TSOLL bei hohen Ein- und Ausschaltdifferenzwerten ansteigen. Dies kann gegebenenfalls zu einem eingeschränkten Nutzungsvermögen des Brenners führen. So ist es bekannt, dass hohe Ein- und Ausschaltdifferenzen ungeeignet sind für eine Vielzahl von Heizungsanlagen, z. B. Niedertemperatur-Fußboden-Heizungsanlagen, in denen der Kessel direkt, also ohne Mischer, an einen Heizkreis, z. B. die Fußbodenheizung, angeschlossen ist.In order to avoid the problems of the two-way controller method described above, it is known in the art to select high turn-on and turn-off differential values, e.g. B. a switch-on difference of 6 K (Kelvin) and a switch-off of about 8 K. This allows the cycle times of the burner can be extended, and the number of cycles per day can be reduced. However, according to this method, the further problem arises that the amplitudes of the temperature fluctuation of the boiler temperature increase by the desired value T SOLL at high switch-on and switch-off difference values. This may possibly lead to a limited utilization capacity of the burner. So it is known that high switching on and off are unsuitable for a variety of heating systems, eg. B. Low-temperature floor heating systems in which the boiler directly, so without mixer, to a heating circuit, eg. B. the underfloor heating, is connected.
Mit den oben genannten Beispielwerten für die Einschaltdifferenz (6 K) und die Ausschaltdifferenz (8 K) ergibt sich bei einer Kesselsolltemperatur von z. B. 26 ° C ein Zyklus, in dem ein Brenner erst zugeschaltet wird, wenn die Kesseltemperatur unter 20 °C fällt, und weiterhin wird der Brenner erst wieder ausgeschaltet, wenn die Kesseltemperatur bei 34 °C liegt. Dies führt zu dem Problem, dass ein Gebäude erst vollständig auskühlt, bevor der Brenner wieder startet. Danach, wenn der Brenner läuft, wird das Gebäude allerdings überheizt. Bei einer Periodendauer, die in der Praxis mehrere Tage dauern kann, bedeutet dies, dass eine Wohntemperatur in dem Gebäude einen Tag zu kalt und einen Tag zu warm ist.With the above-mentioned example values for the switch-on difference (6 K) and the switch-off difference (8 K), a boiler setpoint temperature of approx. B. 26 ° C a cycle in which a burner is switched on only when the boiler temperature falls below 20 ° C, and continue the burner is switched off again when the boiler temperature is 34 ° C. This leads to the problem that a building only completely cools down before the burner starts again. After that, when the burner is running, however, the building is overheated. With a period that can take several days in practice, this means that a living temperature in the building is one day too cold and one day too warm.
Weiterhin sind dem Stand der Technik Regelungsmethoden zur Regelung eines Brenners bekannt, bei denen die Zweipunktreglermethode derart erweitert ist, dass zusätzlich eine variable Mindestpausenzeit, z. B. 4 Minuten, festgelegt oder eingestellt wird. Zusätzlich zu dem Einschaltkriterium für den Brenner anhand des Vergleichs der Regelabweichung mit dem festgelegten Einschaltdifferenzwert wird dann überprüft, ob die festgelegte Mindestpausenzeit seit dem letzten Abschalten des Brenners verstrichen ist.Furthermore, the prior art control methods for controlling a burner are known in which the two-point controller method is extended such that in addition a variable minimum pause time, z. 4 minutes, is set or set. In addition to the switch-on criterion for the burner based on the comparison of the control deviation with the specified switch-on differential value, it is then checked whether the specified minimum pause time has elapsed since the last switch-off of the burner.
Hierdurch können die Zykluszeiten des Brenners erhöht werden, bzw. die Anzahl der Zyklen pro Tag verringert werden. Jedoch kann eine solche Methode dazu führen, dass die Kesseltemperatur zu stark fällt, wenn die Regelabweichung der Kesseltemperatur die festgelegte Einschaltdifferenz vor Ablauf der Mindestpausenzeit unterschreitet.As a result, the cycle times of the burner can be increased or the number of cycles per day can be reduced. However, such a method can cause the boiler temperature to drop too much if the boiler temperature deviation falls below the set switch-on difference before the minimum pause time has elapsed.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile und Probleme der bekannten Regelungsverfahren eines Brenners zu vermeiden und eine Laufzeitregelung eines Brenners zu optimieren.An object of the present invention is to avoid the disadvantages and problems of the known control methods of a burner and to optimize a runtime control of a burner.
Insbesondere ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile und Probleme der bekannten Zweipunktreglermethode mit Hysterese und der erweiterten Zweipunktreglermethode mit einer zusätzlichen Mindestpausenzeit des Brenners zu vermeiden.In particular, it is a further object of the invention to avoid the above-described disadvantages and problems of the known two-step controller method with hysteresis and the extended two-point controller method with an additional minimum break time of the burner.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln eines Brenners, der geeignet ist, einem Kessel Wärme zuzuführen, bereitzustellen, um eine niedrigere Schaltzyklenzahl des Brenners pro Tag zu ermöglichen, und um die Probleme eines häufigen Ein- und Ausschaltens des Brenners, wie z. B. erhöhte Emissionswerte, einen reduzierten Nutzungsgrad und einen erhöhten Verschleiß, zu vermeiden.Another object of the invention is to provide a method and apparatus for controlling a burner capable of supplying heat to a boiler to enable a lower number of cycles of the burner per day, and the problems of frequent turning on and off of the burner, such as. B. to avoid increased emissions, a reduced efficiency and increased wear.
Zur Lösung der vorangehend beschriebenen Aufgaben der Erfindung wird ein Verfahren zum Regeln der Laufzeit eines Brenners nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung zum Regeln der Laufzeit eines Brenners nach Anspruch 7 vorgeschlagen. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.To solve the above-described objects of the invention, a method for controlling the running time of a burner according to
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zum Regeln der Laufzeit eines Brenners, der geeignet ist, einem Kessel Wärme zuzuführen umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
- Einstellen eines Kesseltemperatur-Sollwerts TSOLL, der einen Sollwert der Kesseltemperatur angibt,
- Zuführen von Wärme durch den Brenner zu dem Kessel,
- kontinuierliches oder wiederholtes Ermitteln eines momentanen Kesseltemperatur-Istwerts TIST, der von einer momentanen Temperatur in zumindest einem Teil des Kesselvolumens abhängt, zum Bestimmen des Kesseltemperatur-Istwerts TIST(t) als Funktion der Zeit t, und
- kontinuierliches oder wiederholtes Bestimmen einer momentanen Regelabweichungsdifferenz ΔT, die eine Differenz zwischen dem eingestellten Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL und dem bestimmten momentanen Kesseltemperatur-Istwert TIST angibt, zum Bestimmen der Regelabweichungsdifferenz ΔT(t) als Funktion der Zeit t.
- Setting a boiler temperature setpoint T SOLL , which specifies a boiler temperature setpoint,
- Supplying heat through the burner to the boiler,
- continuously or repeatedly determining a current boiler temperature actual value T actual , which depends on a current temperature in at least a part of the boiler volume, for determining the boiler temperature actual value T actual (t) as a function of the time t, and
- continuously or repeatedly determining a current control deviation difference ΔT indicating a difference between the set boiler temperature setpoint T SOLL and the determined current boiler temperature actual value T IST , for determining the control deviation difference ΔT (t) as a function of the time t.
Weiterhin umfasst das Verfahren zum Regeln der Laufzeit eines Brenners nach der vorliegenden Erfindung die Verfahrensschritte:
- Bestimmen eines Abschaltintegrals IAB(t) durch Integralbildung in Abhängigkeit der Regelabweichungsdifferenz ΔT(t) über die Zeit t, wenn der Kesseltemperatur-Istwert TIST größer ist als der Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL,
- Abschalten des Brenners zu einem ersten Zeitpunkt t1, an dem der Wert IAB(t1) des Abschaltintegrals IAB(t) einen ersten Schwellwert SW1 erreicht, um das Zuführen von Wärme durch den Brenner zu beenden.
- Determining a switch-off integral I AB (t) by integral formation as a function of the control deviation difference ΔT (t) over the time t when the boiler temperature actual value T IST is greater than the boiler temperature setpoint T SOLL ,
- Turning off the burner at a first time t 1 , at which the value I AB (t 1 ) of the Abschaltintegrals I AB (t) reaches a first threshold SW 1 , to stop the supply of heat through the burner.
In dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zum Regeln eines Brenners wird im Gegensatz zum Stand der Technik ein neuer Ansatz verwendet, in dem das Zuschalten des Brenners nicht über starre Temperaturgrenzen, sondern über die Bestimmung eines Zuschaltintegrals durch Integralbildung in Abhängigkeit der ermittelten Regelabweichung, insbesondere über einen Temperaturparameter (als Funktion der Zeit), der um eine erste konstante Temperaturdifferenz von der ermittelten Regelabweichungsdifferenz (als Funktion der Zeit t) abweicht, oder über die ermittelte Regelabweichungsdifferenz (als Funktion der Zeit t) selbst ausgeführt wird.In contrast to the prior art, the inventive method described above for controlling a burner uses a new approach, in which the burner is not connected via rigid temperature limits, but via the determination of a connection integral by integral formation as a function of the determined control deviation, in particular over one Temperature parameter (as a function of time), which differs by a first constant temperature difference from the determined deviation error (as a function of time t), or on the determined deviation error (as a function of time t) itself.
Die Erfindung macht sich den Umstand zunutze, dass eine fehlende Massenträgheit auf der Erzeugerseite (Wärmeerzeugung) durch Massenträgheit auf der Verbraucherseite ergänzt werden kann. Weiterhin macht sich die Erfindung den Umstand zunutze, dass es für den Komfort seitens eines Verbrauchers entscheidend ist, welche Energiemenge eingespeist wird, und welches Temperaturniveau herrscht, und nicht die tatsächliche momentane Leistung des Brenners.The invention takes advantage of the fact that a lack of inertia on the generator side (heat generation) can be supplemented by inertia on the consumer side. Furthermore, the invention takes advantage of the fact that it is crucial for the comfort of a consumer, what amount of energy is fed, and what temperature level prevails, and not the actual instantaneous performance of the burner.
Des Weiteren ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren längere Zykluszeiten und eine niedrigere Anzahl Zyklen des Brenners pro Tag, da nicht anhand starrer Temperaturgrenzen geregelt wird. Es ergeben sich somit erfindungsgemäß längere Brennerlauf- und Pausenzeiten, wodurch geringere Emissionswerte, eine höhere Energieeinsparung und zusätzlich ein reduzierter Wartungsaufwand erreicht werden kann. Die Erfindung bietet gegenüber dem Stand der Technik somit eine optimierte Regelung eines Brenners mit einer optimierten Brennerlaufzeit.Furthermore, the inventive method allows longer cycle times and a lower number of cycles of the burner per day, since it is not regulated by means of rigid temperature limits. Thus, according to the invention, longer burner run times and break times result, whereby lower emission values, a higher energy saving and additionally a reduced maintenance requirement can be achieved. The invention thus offers over the prior art thus an optimized control of a burner with an optimized burner runtime.
Weiterhin umfasst das Verfahren zum Regeln der Laufzeit eines Brenners nach der vorliegenden Erfindung die weiteren Verfahrensschritte:
- Bestimmen eines Zuschaltintegrals IIU(t) durch Integralbildung in Abhängigkeit der Regelabweichungsdifferenz ΔT(t) über die Zeit t, wenn der Kesseltemperatur-Istwert TIST kleiner ist als der Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL, und/oder
- Zuschalten des Brenners zu einem zweiten Zeitpunkt t2, an dem der Wert IZU(t2) des Zuschaltintegrals IZU(t) einen zweiten Schwellwert SW2 erreicht, um dem Kessel Wärme durch den Brenner zuzuführen.
- Determining a Zuschaltintegrals I IU (t) by integral formation as a function of the control deviation difference .DELTA.T (t) over the time t when the boiler temperature actual value T IST is smaller than the boiler temperature setpoint T SOLL , and / or
- Connecting the burner at a second time t 2 at which the value I ZU (t 2 ) of the Zuschaltintegrals I ZU (t) reaches a second threshold SW 2 to supply heat to the boiler through the burner.
Wie vorstehend in Bezug auf das Abschaltintegral beschrieben wird hierbei eine Integralbildung in Abhängigkeit der ermittelten Regelabweichung durchgeführt, insbesondere über einen Temperaturparameter (als Funktion der Zeit), der um die erste konstante Temperaturdifferenz oder um eine zweite konstante Temperaturdifferenz von der ermittelten Regelabweichungsdifferenz (als Funktion der Zeit t) abweicht, oder über die ermittelte Regelabweichungsdifferenz (als Funktion der Zeit t) selbst.As described above with respect to the turn-off integral, integral formation is carried out as a function of the determined control deviation, in particular via a temperature parameter (as a function of time), the temperature difference around the first constant temperature difference or a second constant temperature difference (as a function of the control deviation) Time t) deviates, or on the determined deviation error (as a function of time t) itself.
Somit kann die Laufzeitregelung weiter optimiert werden, indem zusätzlich zu dem Zuschalten des Brenners auch das darauffolgende Abschalten des Brenners bei dem Brennertakten anhand eines Integrals in Abhängigkeit der Regelabweichung ΔT(t) über die Zeit t geregelt wird und nicht anhand starrer Temperaturgrenzen. Des Weiteren wird eine weitere Reduktion der Anzahl der Zyklen des Brenners pro Tag ermöglicht, wenn Zu- und Abschaltintegrale zum Regeln des Zu- und Abschaltens bei Brennertaktung bestimmt werden. Es ergeben sich somit noch längere Brennerlauf- und Pausenzeiten, wodurch noch geringere Emissionswerte, eine noch höhere Energieeinsparung und zusätzlich ein noch niedrigerer Wartungsaufwand erreicht werden kann.Thus, the runtime control can be further optimized by, in addition to the turning on of the burner, the subsequent shutdown of the burner in the Burner cycles based on an integral as a function of the control deviation .DELTA.T (t) over the time t is regulated and not based on rigid temperature limits. Furthermore, a further reduction in the number of cycles of the burner per day is made possible, when on and off integrals are determined for controlling the switching on and off of burner clocking. This results in even longer burner running and break times, which means that even lower emission values, even greater energy savings and, in addition, even lower maintenance costs can be achieved.
Vorzugsweise werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest die Schritte des Zuführens von Wärme, des Bestimmens des Abschaltintegrals, des Abschaltens des Brenners, des Bestimmen eines Zuschaltintegrals und des Zuschaltens des Brenners zyklisch wiederholt.Preferably, in the method according to the invention, at least the steps of supplying heat, determining the cut-off integral, switching off the burner, determining a turn-on integral and switching on the burner are repeated cyclically.
Somit wird ermöglicht, dass der Kesseltemperaturwert nahe dem eingestellten Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL durch zyklisches Ein- und Ausschalten des Brenners gehalten werden kann.This makes it possible to keep the boiler temperature value close to the set boiler temperature setpoint T SOLL by cyclically switching the burner on and off.
Vorzugsweise ist der erste Schwellwert SW1 manuell oder prozessgesteuert einstellbar und vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin den Schritt des Einstellens des ersten Schwellwerts SW1.Preferably, the first threshold value SW 1 can be set manually or under process control, and the method according to the invention preferably also comprises the step of setting the first threshold value SW 1 .
Somit wird ermöglicht, dass der erste Schwellwert, also der Abschaltintegral-Schwellwert SW1, parametrisierbar ist, z.B. auf ein gewünschtes oder erforderliches Anlagenverhalten.This makes it possible for the first threshold value, that is to say the switch-off integral threshold value SW 1 , to be parametrizable, for example to a desired or required system behavior.
Weiterhin wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren das Abschaltintegral IAB(t) bestimmt durch Integration bis zu einem dritten Zeitpunkt t3, an dem der Kesseltemperatur-Istwert TIST(t) den Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL nach Abschalten des Brenners erreicht oder unterschreitet, und wobei der zweite Schwellwert SW2 vorzugsweise entsprechend dem Wert IAB(t3) des Abschaltintegrals IAB(t) zu dem dritten Zeitpunkt t3 festgelegt wird, so dass der zweite Zeitpunkt t2 vorzugsweise der Zeitpunkt ist, an dem der Absolutwert |ZU(t)| des Zuschaltintegrals IZU(t) den Absolutwerte |IAB(t3)| des Abschaltintegrals IAB(t) zu dem dritten Zeitpunkt t3 erreicht oder überschreitet.Furthermore, in the method according to the invention, the cut-off integral I AB (t) is determined by integration up to a third time t 3 , at which the boiler temperature actual value T ACT (t) reaches or falls below the boiler temperature setpoint T SOLL after switching off the burner, and wherein the second threshold value SW 2 is preferably set according to the value I AB (t 3 ) of the turn-off integral I AB (t) at the third time t 3 , so that the second time t 2 is preferably the time at which the absolute value | ZU (t) | of the integration integral I ZU (t) the absolute values | I AB (t 3 ) | of the turn-off integral I AB (t) reaches or exceeds at the third time t 3 .
Somit wird eine dynamische Zuschaltintegralschwelle SW2 ermöglicht. Die Erfindung macht sich somit vorzugsweise den Umstand zunutze, dass der Wert des Abschaltintegrals zu diesem Zeitpunkt t3 ein Maß für die zuviel eingebrachte Energie ist, da, nachdem der Brenner nach Überschreiten des ersten Schwellwerts SW1 abgeschaltet wurde, solange weiter integriert wird, bis die Kesseltemperatur kleiner oder gleich dem Sollwert ist.Thus, a dynamic Zuschaltintegralschwelle SW 2 is possible. The invention thus preferably makes use of the fact that the value of the turn-off integral at this time t 3 is a measure of the too much introduced energy since, after the burner was switched off after exceeding the first threshold SW 1 , as long as further integrated until the boiler temperature is less than or equal to the setpoint.
Des Weiteren bleibt der Brenner vorzugsweise solange ausgeschaltet, bis ein analog dem vorangehend bestimmten Abschaltintegral gebildetes Zuschaltintegral den gleichen Wert erreicht, wie das vorhergehend bestimmte Abschaltintegral. Somit wird es ermöglicht, dass bei einem Stillstand des Brenners (bei ausgeschaltetem Brenner) im selben Maße unterversorgt wird, wie zuvor überversorgt wurde. Es entsteht somit im zeitlichen Mittel weder eine Über- noch Unterversorgung. Die nur kurzfristigen Über- und Unterversorgungen erzeugen keine Komforteinbußen, da diese im Wesentlichen nur innerhalb eines Brennerzyklus auftreten und somit durch die Trägheit der gesamten Anlage ausgeglichen werden.Furthermore, the burner preferably remains switched off until a connection integral formed analogously to the previously determined switch-off integral achieves the same value as the previously determined switch-off integral. Thus, it is possible that at a standstill of the burner (when the burner is off) is undersupplied to the same extent as was oversupplied before. Thus, there is no over-supply or under-supply on a timely basis. The only short-term over- and under-supplies do not cause any loss of comfort, as these occur essentially only within a burner cycle and thus be compensated by the inertia of the entire system.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin einen Verfahrensschritt des Einstellens eines Regelabweichungsgrenzwerts ΔTMAX, wobei der Brenner vorzugsweise zu dem ersten Zeitpunkt t1 oder zu einem vierten Zeitpunkt t4, an dem der Absolutwert der Regelabweichungsdifferenz ΔT(t) einen Regelabweichungsgrenzwert ΔTMAX erreicht oder überschreitet, vor dem ersten Zeitpunkt t1 abgeschaltet wird.Preferably, the method according to the invention further comprises a method step of setting a control deviation limit ΔT MAX , wherein the burner preferably reaches or exceeds a control deviation limit ΔT MAX at the first time t 1 or at a fourth time t 4 at which the absolute value of the system deviation ΔT (t) reaches or exceeds a control deviation limit ΔT MAX , is switched off before the first time t 1 .
Somit kann eine hohe Überschreitung des Sollwerts TSOLL vermieden werden, indem der Brenner abgeschaltet wird, wenn die Regelabweichung den Regelabweichungsgrenzwert ΔTMAX überschreitet. Die Amplituden der Regelabweichung können dann zusätzlich durch Temperaturwerte begrenzt werden. Hohe Temperaturamplituden können somit vermieden werden, selbst wenn das Abschaltintegral den ersten Schwellwert SW1 zum Beispiel bedingt durch einen schnellen Temperaturanstieg noch nicht erreicht oder überschritten hat, obwohl schon eine sehr hohe Regelabweichung vorliegt. Somit können hohe Temperaturamplituden z.B. bei einem fehlendem Volumenstrom des thermischen Speichermediums in einer Heizungsanlage vermieden werden.Thus, a high overshoot of the setpoint T SOLL can be avoided by the burner is switched off when the control deviation exceeds the control deviation limit .DELTA.T MAX . The amplitudes of the control deviation can then be additionally limited by temperature values. High temperature amplitudes can thus be avoided even if the switch-off integral has not yet reached or exceeded the first threshold value SW 1, for example due to a rapid increase in temperature, although a very high control deviation already exists. Thus, high temperature amplitudes can be avoided, for example in the case of a lack of volume flow of the thermal storage medium in a heating system.
Analog kann vorzugsweise in einem weiteren Verfahrensschritt des Verfahrens ein zweiter Regelabweichungsgrenzwert ΔTMAX;2 eingestellt werden, so dass der Brenner nicht nur zugeschaltet wird, wenn das Zuschaltintegral den zweiten Schwellwert SW2 erreicht, sondern vorzugsweise auch bei einer Regelabweichung, bei der der Kesseltemperatur-Istwert TIST den Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL um mehr als ΔTMAX;2 unterschreitet.Analogously, preferably in a further method step of the method, a second control deviation limit ΔT MAX; 2 can be set, so that the burner is not only switched on when the connection integral reaches the second threshold SW 2 , but preferably also at a control deviation at which the boiler temperature Actual value T IST is below the boiler temperature setpoint T SOLL by more than ΔT MAX; 2 .
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin den Verfahrensschritt des Definierens eines Temperaturbereichs um den Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL durch Einstellen eines ersten Temperaturbereichswerts T1, der größer ist als der Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL, und eines zweiten Temperaturbereichswerts T2, der kleiner ist als der Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL, wobei das Abschaltintegral IAB(T) vorzugsweise nur dann bestimmt wird, wenn der bestimmte momentane Kesseltemperatur-Istwert TIST größer als der erste Temperaturbereichswert T1 ist, und/oder wobei das Zuschaltintegral IZU(t) vorzugsweise nur dann bestimmt wird, wenn der bestimmte momentane Kesseltemperatur-Istwert TIST kleiner als der zweite Temperaturbereichswert T2 ist.Preferably, the inventive method further comprises the step of defining a temperature range around the boiler temperature setpoint T SOLL by setting a first temperature range value T 1 that is greater than the boiler temperature setpoint T SOLL , and a second temperature range value T 2 , which is smaller than the boiler temperature setpoint T SOLL , wherein the cut-off integral I AB (T) is preferably determined only if the determined current boiler temperature actual value T IST is greater than the first temperature range value T 1 , and / or wherein the Zuschaltintegral I ZU (t) is preferably determined only if the determined current boiler temperature actual value T IST is smaller than the second temperature range value T 2 .
Somit wird um den Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL eine sogenannte Tote Zone mit einer Temperaturbreite von z. B. 1 K definiert (d.h. T1 □T2 = 1 K), wobei weder ein Zu- und noch ein Abschaltintegral gebildet wird, wenn die Regelabweichung ΔT oder die Amplituden der Regelabweichung ΔT so klein sind, dass der Kesseltemperatur-Istwert TIST innerhalb der Toten Zone liegt oder schwankt. Solange TIST innerhalb der Toten Zone liegt, wird die Integration vorzugsweise nicht ausgeführt, bzw. vorzugsweise angehalten. Dies verhindert ein Zu- bzw. Abschalten des Brenners, wenn der Kesseltemperatur-Istwert TIST nur geringfügig, nämlich innerhalb der Toten Zone, um den Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL schwankt. Somit können unnötige Ein- und Ausschaltvorgänge des Brenners verhindert werden.Thus, to the boiler temperature set point T set a so-called dead zone having a temperature width of z. B. 1 K defined (ie T 1 □ T 2 = 1 K), with neither a supply and a shutdown integral is formed when the control deviation .DELTA.T or the amplitudes of the control deviation .DELTA.T are so small that the boiler temperature actual value T ACT lies within the dead zone or wavers. As long as T IST is within the dead zone, the integration is preferably not performed, or preferably stopped. This prevents the burner from being switched on or off when the actual boiler temperature T IST fluctuates only slightly, namely within the dead zone, by the boiler temperature setpoint T SOLL . Thus, unnecessary turning on and off operations of the burner can be prevented.
Vorzugsweise wird hierbei bei der Integration für die Integralbildung des Abschaltintegrals über einen ersten Temperaturparameter in Abhängigkeit der ermittelten Regelabweichungsdifferenz integriert, der von der ermittelten Regelabweichungsdifferenz um eine erste konstante Temperaturdifferenz, insbesondere vorzugsweise entsprechend der Differenz zischen dem ersten Temperaturbereichswert T1 und dem Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL abweicht, und vorzugsweise wird hierbei weiterhin bei der Integration für die Integralbildung des Zuschaltintegrals über einen zweiten Temperaturparameter in Abhängigkeit der ermittelten Regelabweichungsdifferenz integriert, der von der ermittelten Regelabweichungsdifferenz um eine zweite konstante Temperaturdifferenz, insbesondere vorzugsweise entsprechend der Differenz zischen dem Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL und dem zweiten Temperaturbereichswert T2, abweicht.Preferably, during the integration for the integral formation of the switch-off integral, a first temperature parameter is integrated as a function of the determined deviation which deviates from the determined control deviation by a first constant temperature difference, in particular preferably according to the difference between the first temperature range value T 1 and the boiler temperature setpoint T SOLL deviates, and preferably this is further integrated in the integration for the integral formation of the Zuschaltintegrals a second temperature parameter as a function of the determined deviation difference, the hysteresis difference from the determined deviation by a second constant temperature difference, in particular preferably according to the difference between the boiler temperature setpoint T SOLL and the second temperature range value T 2 , deviates.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin den Verfahrensschritt des Zurücksetzens des bestimmten Abschaltintegrals IAB(t) auf den Wert Null, wenn der Kesseltemperatur-Istwert TIST den Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL bei zugeschaltetem Brenner unterschreitet.Preferably, the method according to the invention further comprises the step of resetting the determined switch-off integral I AB (t) to zero when the boiler temperature actual value T IST falls below the boiler temperature setpoint T SOLL when the burner is switched on.
Bei einer Regelung des Brenners im modulierten Betrieb (z. B. im Winter) kann es auftreten, dass die Kesseltemperatur den Sollwert TSOLL gegebenenfalls selbst dann unterschreitet, wenn der Brenner dem Kessel Wärme zuführt. Steigt die Kesseltemperatur danach leicht über den Sollwert und fällt gegebenenfalls kurz darauf wieder usw., kann ohne Zurücksetzen des Abschaltintegrals auf den Wert Null eine Kumulation dieser kleinen Regelabweichungen gegebenenfalls dazu führen, dass ein bestimmtes Abschaltintegral den Schwellwert SW1 erreicht, obwohl ein Ausschalten des Brenners nicht empfehlenswert ist. Ein solches Ausschalten des Brenners kann dadurch vermieden werden, dass das Abschaltintegral auf den Wert Null zurückgesetzt wird, wenn die Kesseltemperatur den Sollwert oder den ersten Temperaturbereichsparameter T1 bei in Betrieb befindlichem Brenner unterschreitet.In a control of the burner in the modulated mode (for. Example in winter), it may occur that the boiler temperature setpoint T set optionally even below, if the burner supplies heat to the boiler. If the boiler temperature rises then slightly above the setpoint and falls back shortly thereafter, etc., if necessary, without accumulating the Abschaltintegrals to the value zero, an accumulation of these small deviations may cause a certain Abschaltintegral reaches the threshold SW 1 , although turning off the burner is not recommended , Such a switching off of the burner can be avoided by resetting the cut-off integral to the value zero when the boiler temperature falls below the setpoint or the first temperature range parameter T 1 when the burner is in operation.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Regeln der Laufzeit eines Brenners, der geeignet ist, einem Kessel Wärme zuzuführen, beschrieben, die dazu geeignet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Hierbei wird nicht im Detail auf die Vorteile eingegangen, da diese den Vorteilen des Verfahrens entsprechen.In the following, the device according to the invention for regulating the running time of a burner which is suitable for supplying heat to a boiler is described, which is suitable for carrying out the method according to the invention. In this case, the advantages are not discussed in detail since they correspond to the advantages of the method.
Eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zum Regeln der Laufzeit eines Brenners umfasst:
- ein Kesseltemperatur-Sollwert-Einstellungsmittel zum Einstellen eines Kesseltemperatur-Sollwerts TSOLL, der einen Sollwert der Kesseltemperatur angibt,
- ein Kesseltemperatur-Istwert-Ermittelungsmittel zum kontinuierlichen oder wiederholten Ermitteln eines momentanen Kesseltemperatur-Istwerts TIST, der eine momentane Temperatur in zumindest einem Teil des Kesselvolumens angibt, zum Bestimmen des Kesseltemperatur-Istwerts TIST(t) als Funktion der Zeit t,
- ein Regelabweichungs-Bestimmungsmittel zum kontinuierlichen oder wiederholten Bestimmen einer momentanen Regelabweichungsdifferenz ΔT, die eine Differenz zwischen dem eingestellten Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL und dem bestimmten momentanen Kesseltemperatur-Istwert TIST angibt, zum Bestimmen der Regelabweichungsdifferenz ΔT(t) als Funktion der Zeit t, und/oder
- ein Brennersteuerungsmittel zum Zu- und Abschalten des Brenners.
- a boiler temperature target value setting means for setting a boiler temperature target value T SOLL indicative of a set value of the boiler temperature,
- a boiler temperature actual value determining means for continuously or repeatedly determining a current boiler temperature actual value T actual , which indicates a current temperature in at least a part of the boiler volume, for determining the boiler temperature actual value T actual (t) as a function of the time t,
- a control deviation determining means for continuously or repeatedly determining a current control deviation difference ΔT indicating a difference between the set boiler temperature setpoint T SOLL and the determined current boiler temperature actual value T IST , for determining the control deviation difference ΔT (t) as a function of the time t, and or
- a burner control means for turning on and off the burner.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Regelabweichungsintegral-Bestimmungsmittel zum Bestimmen eines Integrals durch Integralbildung in Abhängigkeit der Regelabweichung ΔT(t) über die Zeit t umfasst.The device according to the invention is characterized in that it comprises a control deviation integral determining means for determining an integral by integral formation as a function of the control deviation ΔT (t) over the time t.
Erfindungsgemäß bestimmt das Regelabweichungsintegral-Bestimmungsmittel vorzugsweise ein Abschaltintegral IAB(t), wenn der Kesseltemperatur-Istwert TIST größer ist als der Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL. Der Brenner wird vorzugsweise durch das Brennersteuerungsmittel zu einem ersten Zeitpunkt t1 abgeschaltet, an dem der Wert IAB(t1) des Abschaltintegrals IAB(t) einen ersten Schwellwert SW1 erreicht, um das Zuführen von Wärme durch den Brenner zu beenden. Weiterhin bestimmt das Regelabweichungsintegral-Bestimmungsmittel vorzugsweise ein Zuschaltintegral IZU(t), wenn der Kesseltemperatur-Istwert TIST kleiner ist als der Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL, und der Brenner wird vorzugsweise durch das Brennersteuerungsmittel zu einem zweiten Zeitpunkt t2 zugeschaltet, an dem der Wert IZU(t2) des Zuschaltintegrals IZU(t) einen zweiten Schwellwert SW2 erreicht, um dem Kessel Wärme durch den Brenner zuzuführen.According to the invention, the control deviation integral determining means preferably determines a switch-off integral I AB (t) when the boiler temperature actual value T IST is greater than the boiler temperature target value T SOLL . The burner is preferably turned off by the burner control means at a first time t 1 at which the value I AB (t 1 ) of the turn-off integral I AB (t) reaches a first threshold SW 1 for supplying heat to finish by the burner. Furthermore, the control deviation integral determining means preferably determines a turn-on integral I ZU (t) when the boiler temperature actual value T IST is smaller than the boiler temperature target value T SOLL , and the burner is preferably switched on by the burner control means at a second time t 2 at which the value I ZU (t 2 ) of the connection integral I ZU (t) reaches a second threshold value SW 2 in order to supply heat to the boiler through the burner.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin ein Schwellwert-Einstellungsmittel zum Einstellen des ersten Schwellwerts SW1.Preferably, the device according to the invention further comprises a threshold value setting means for setting the first threshold value SW 1 .
Vorzugsweise bestimmt das Regelabweichungsintegral-Bestimmungsmittel das Abschaltintegral IAB(t) durch Integralbildung in Abhängigkeit der Regelabweichung ΔT(t) bis zu einem dritten Zeitpunkt t3, an dem der Kesseltemperatur-Istwert TIST den Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL nach Abschalten des Brenners erreicht oder unterschreitet, und vorzugsweise legt das Brennersteuerungsmittel den zweiten Schwellwert SW2 entsprechend dem Wert IAB(t3) des Abschaltintegrals IAB(t) zu dem dritten Zeitpunkt t3 fest, so dass der zweite Zeitpunkt t2 vorzugsweise der Zeitpunkt ist, an dem der Absolutwert des Zuschaltintegrals IZU(t) den Absolutwert des Abschaltintegrals IAB(t) zu dem dritten Zeitpunkt t3 erreicht oder überschreitet.Preferably, the control deviation integral determining means determines the cut-off integral I AB (t) by integral formation as a function of the control deviation .DELTA.T (t) until a third time t 3 at which the actual boiler temperature T IST reaches the boiler temperature setpoint T SOLL after switching off the burner or below, and preferably, the burner control means sets the second threshold SW 2 corresponding to the value I AB (t 3 ) of the turn-off integral I AB (t) at the third time t 3 , so that the second time t 2 is preferably the time in that the absolute value of the turn-on integral I ZU (t) reaches or exceeds the absolute value of the turn-off integral I AB (t) at the third time t 3 .
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung zum Regeln der Laufzeit eines Brenners weiterhin ein Regelabweichungsgrenzwert-Einstellungsmittel zum Einstellen eines Regelabweichungsgrenzwerts ΔTMAX, wobei der Brenner vorzugsweise zu dem ersten Zeitpunkt t1 oder zu einem vierten Zeitpunkt t4, an dem der Absolutwert der Regelabweichungsdifferenz ΔT(t) einen Regelabweichungsgrenzwert ΔTMAX erreicht oder überschreitet, vor dem ersten Zeitpunkt t1 durch das Brennersteuerungsmittel abgeschaltet wird.Preferably, the apparatus for controlling the running time of a burner further comprises a control deviation limit setting means for setting a control deviation limit ΔT MAX , the burner preferably at the first time t 1 or at a fourth time t 4 , at which the absolute value of the control deviation difference .DELTA.T (t) reaches or exceeds a control deviation threshold ΔT MAX before the first time t 1 is turned off by the burner control means.
Vorzugsweise ist das Regelabweichungsgrenzwert-Einstellungsmittel weiterhin zum Einstellen eines zweiten Regelabweichungsgrenzwerts ΔTMAX;2 geeignet, so dass der Brenner analog zugeschaltet werden kann, wenn die Regelabweichungsdifferenz ΔT(t) einen Regelabweichungsgrenzwert ΔTMAX;2 erreicht oder überschreitet, bevor das Zuschaltintegral den zweiten Schwellwert SW2 erreicht.Preferably, the control deviation limit setting means is further adapted to set a second control deviation limit ΔT MAX; 2 so that the burner can be switched on analogously when the control deviation difference ΔT (t) reaches or exceeds a control deviation threshold ΔT MAX; 2 before the injection integral becomes the second threshold SW 2 reached.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin ein Temperaturbereichs-Definitionsmittel zum Definieren eines Temperaturbereichs um den Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL durch Einstellen eines ersten Temperaturbereichswerts T1, der vorzugsweise größer ist als der Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL, und eines zweiten Temperaturbereichswerts T2, der vorzugsweise kleiner ist als der Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL, wobei das Abschaltintegral IAB(t) vorzugsweise nur dann von dem Regelabweichungsintegral-Bestimmungsmittel bestimmt wird, wenn der bestimmte momentane Kesseltemperatur-Istwert TIST größer als der erste Temperaturbereichswert T1 ist, und das Zuschaltintegral IZU(t) vorzugsweise nur dann von dem Regelabweichungsintegral-Bestimmungsmittel bestimmt wird, wenn der bestimmte momentane Kesseltemperatur-Istwert TIST kleiner als der zweite Temperaturbereichswert T2 ist.Preferably, the device according to the invention further comprises a temperature range defining means for defining a temperature range around the boiler temperature setpoint T SOLL by setting a first temperature range value T 1 , which is preferably greater than the boiler temperature setpoint T SOLL , and a second temperature range value T 2 , preferably less than the boiler temperature setpoint T SOLL , wherein the cut-off integral I AB (t) is preferably determined by the control deviation integral determining means only when the determined current boiler temperature actual value T IST is greater than the first temperature range T 1 , and the Zuschaltintegral I ZU (t) preferably only then determined by the control deviation integral determining means when the determined instantaneous boiler temperature actual value T IST is smaller than the second temperature range value T 2 .
Vorzugsweise wird hierbei bei der Integration für die Integralbildung des Abschaltintegrals über einen ersten Temperaturparameter in Abhängigkeit der ermittelten Regelabweichungsdifferenz integriert, der von der ermittelten Regelabweichungsdifferenz um eine erste konstante Temperaturdifferenz, insbesondere vorzugsweise entsprechend der Differenz zischen dem ersten Temperaturbereichswert T1 und dem Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL abweicht, und vorzugsweise wird hierbei weiterhin bei der Integration für die Integralbildung des Zuschaltintegrals über einen zweiten Temperaturparameter in Abhängigkeit der ermittelten Regelabweichungsdifferenz integriert, der von der ermittelten Regelabweichungsdifferenz um eine zweite konstante Temperaturdifferenz, insbesondere vorzugsweise entsprechend der Differenz zischen dem Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL und dem zweiten Temperaturbereichswert T2, abweicht.Preferably, during the integration for the integral formation of the switch-off integral, a first temperature parameter is integrated as a function of the determined deviation which deviates from the determined control deviation by a first constant temperature difference, in particular preferably according to the difference between the first temperature range value T 1 and the boiler temperature setpoint T SOLL deviates, and preferably this is further integrated in the integration for the integral formation of the Zuschaltintegrals a second temperature parameter as a function of the determined deviation difference, the hysteresis difference from the determined deviation by a second constant temperature difference, in particular preferably according to the difference between the boiler temperature setpoint T SOLL and the second temperature range value T 2 , deviates.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin ein Integral-Zurücksetzungsmittel zum Zurücksetzen eines von dem Regelabweichungsintegral-Bestimmungsmittel bestimmten Integrals auf den Wert Null, wobei das Integral-Zurücksetzungsmittel das bestimmte Abschaltintegral IAB(t) vorzugsweise auf den Wert Null zurücksetzt, wenn der Kesseltemperatur-Istwert TIST den Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL bei zugeschaltetem Brenner unterschreitet. Das Integral-Zurücksetzungsmittel ist kann vorzugsweise auch dazu geeignet sein, das bestimmte Abschaltintegral IAB(t) bereits auf den Wert Null zurückzusetzen, wenn der Kesseltemperatur-Istwert TIST den ersten Temperaturbereichswert T1 bei eingeschaltetem Brenner unterschreitet.Preferably, the apparatus of the invention further comprises an integral reset means for resetting an integral determined by the error integral integral determining means to zero, the integral resetting means resetting the determined disable integral I AB (t) to zero, preferably, when the actual temperature of the boiler T is below the boiler temperature setpoint T SOLL with the burner switched on. The integral reset means may preferably also be suitable for resetting the determined switch-off integral I AB (t) to zero when the boiler temperature actual value T IST falls below the first temperature range value T 1 when the burner is switched on.
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Fig. 1 zeigt einen Verlauf eines Kesseltemperatur-Istwerts TIST als Funktion der Zeit t nach der im Stand der Technik bekannten Zweipunktregelungsmethode mit Hysterese und den dazugehörigen Verlauf der Brennerleistung PBr als Funktion der Zeit t.Fig. 1 shows a profile of a boiler temperature actual value T IST as a function of time t after the known in the prior art two-step control method with hysteresis and the associated curve of the burner power P Br as a function of time t. -
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Brenners, des Kessels und der Vorrichtung zum Regeln des Brenners nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.Fig. 2 shows a schematic representation of the burner, the boiler and the apparatus for controlling the burner according to an embodiment of the present invention. -
Fig. 3A undFig. 3B zeigen ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Regeln eines Brenners nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.Fig. 3A andFig. 3B show a flowchart of a method for controlling a burner according to a first embodiment of the present invention. -
Fig. 4A ,Fig. 4B undFig. 4C zeigen ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Regeln eines Brenners nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.Fig. 4A .Fig. 4B andFig. 4C show a flowchart of a method for controlling a burner according to a second embodiment of the present invention. -
Fig. 5 zeigt einen Verlauf eines Kesseltemperatur-Istwerts TIST als Funktion der Zeit t nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und den dazugehörigen Verlauf der Brennerleistung PBr als Funktion der Zeit t.Fig. 5 shows a curve of a boiler temperature actual value T IST as a function of time t according to a second embodiment of the present invention and the associated curve of the burner power P Br as a function of time t. -
Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt eines Diagramms nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und den dazugehörigen Verlauf der Brennerleistung PBr als Funktion der Zeit t.Fig. 6 shows a section of a diagram according to a third embodiment of the present invention and the associated course of the burner power P Br as a function of time t. -
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Regeln eines Brenners nach der vorliegenden Erfindung.Fig. 7 shows a schematic representation of an embodiment of the apparatus for controlling a burner according to the present invention.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung detailliert anhand von Ausführungsbeispielen des Verfahrens zum Regeln eines Brenners nach der vorliegenden Erfindung, sowie eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Regeln eines Brenners nach der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren beschrieben.In the following, the present invention will be described in detail with reference to embodiments of the method for controlling a burner according to the present invention, and an embodiment of an apparatus for controlling a burner according to the present invention with reference to the figures.
Der Kessel 20 ist hierbei z.B. ein unabhängiger Kessel, z. B. eines Wasserboilers, oder ein an eine Heizungsanlage z. B. eines Gebäudes angeschlossener Heizkessel. Bei dem Brenner 10 kann es sich z.B. um einen Gas- oder Ölbrenner handeln. Ein Regelungsverfahren nach der Erfindung ist jedoch nicht auf das Regeln von Gas- oder Ölbrennern eingeschränkt und kann generell auf jede Vorrichtung angewendet werden, die dazu geeignet ist zu- und abgeschaltet zu werden, um einem Kessel zeitweise Wärme zuzuführen.The
In Schritt S31 Einstellen des Kesseltemperatur-Sollwerts TSOLL wird ein Sollwert der Kesseltemperatur eingestellt, anhand dessen die Regelung des Brenners 10 nach dem Regelungsverfahren der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. Im Folgenden wird das Verfahren zum Regeln eines Brenners 10 anhand eines einmaligen Einstellens des Kesseltemperatur-Sollwerts TSOLL beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf das einmalige Einstellen des Kesseltemperatur-Sollwerts TSOLL beschränkt. Je nach Bedarf ist ein neuer Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL einstellbar.In step S31 setting the boiler temperature target value T SOLL , a set value of the boiler temperature is set, based on which the control of the
Im Schritt S32 Zuschalten des Brenners 10 wird der abgeschaltete Brenner 10 zugeschaltet, um dem Kessel 20 im Schritt S33 Wärmeenergie zuzuführen.In step S32 connecting the
Weiterhin wird im Schritt S34 Ermitteln des Kesseltemperatur-Istwerts TIST(t) die Kesseltemperatur als Funktion der Zeit t ermittelt. Hierzu wird eine momentane Kesseltemperatur, bzw. der momentane Kesseltemperatur-Istwert TIST, entweder kontinuierlich oder wiederholt bzw. periodisch ermittelt. Durch kontinuierliches Ermitteln der Kesseltemperatur kann der Kesseltemperatur-Istwert TIST direkt als Funktion der Zeit t ermittelt werden. Wird der Kesseltemperatur-Istwert TIST wiederholt bzw. periodisch z. B. immer nach Ablauf eines eingestellten Zeitintervalls Δt ermittelt, wird der Kesseltemperatur-Istwert TIST als Stufenfunktion der Zeit t ermittelt. Der Kesseltemperatur-Istwert TIST wird hierbei derart ermittelt, dass eine Integralbildung durch Integration des Kesseltemperatur-Istwerts TIST mit der Zeit t möglich ist.Further, S34 determining the actual value of the boiler temperature T (t) is determined the boiler temperature as a function of time t in step. For this purpose, a current boiler temperature, or the instantaneous boiler temperature actual value T IST , either continuously or repeatedly or periodically determined. By continuously determining the boiler temperature, the actual boiler temperature T IST can be determined directly as a function of the time t. If the boiler temperature actual value T IST is repeated or periodically z. B. always determined after the expiration of a set time interval .DELTA.t, the boiler temperature actual value T IS is determined as a step function of the time t. The boiler temperature actual value T IST is in this case determined such that an integral formation by integration of the boiler temperature actual value T IST with the time t is possible.
Im Schritt S35 Bestimmen der Regelabweichungsdifferenz ΔT(t) wird die Regelabweichungsdifferenz zwischen dem Kesseltemperatur-Istwert TIST und dem Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL ermittelt:
wodurch die Regelabweichungsdifferenz ΔT(t) als Funktion der Zeit t anhand des Kesseltemperatur-Istwerts TIST(t) als Funktion der Zeit t und dem Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL gebildet werden kann:
whereby the control deviation difference ΔT (t) can be formed as a function of the time t on the basis of the actual boiler temperature T IST (t) as a function of the time t and the boiler temperature setpoint T SOLL :
Durch das Zuführen von Wärme steigt der Kesseltemperatur-Istwert über den Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL zu einem Zeitpunkt τo. Wird nun festgestellt, dass der Kesseltemperatur-Istwert den Kesseltemperatur-Sollwert übersteigt, wird in Schritt S36 Bestimmen des Abschaltintegrals IAB(t) ein Abschaltintegral IAB(t) bestimmt:
Wird der Kesseltemperatur-Istwert TIST periodisch nach jedem Zeitintervall Δt ermittelt, kann das Abschaltintegral als Summe der ermittelten Werte (Stufenfunktionswerte) multipliziert mit Δt ermittelt werden (Bestimmung einer Fläche unterhalb einer Stufenfunktion).If the boiler temperature actual value T IST is determined periodically after each time interval Δt, the switch-off integral can be determined as the sum of the determined values (step function values) multiplied by Δt (determination of an area below a step function).
Das Abschaltintegral IAB(t) wird somit bestimmt durch Integration der Regelabweichungsdifferenz ΔT(t) über die Zeit t, wenn sich der Kesseltemperatur-Istwert TIST oberhalb des Kesseltemperatur-Sollwerts TSOLL befindet. Da bei der oben angegebenen Definition der Regelabweichungsdifferenz ΔT oberhalb der Kesselsolltemperatur TSOLL ein negativer Wert bestimmt wird, wird bei Bestimmung des Abschaltintegrals IAB(t) der Absolutwert der Regelabweichungsdifferenz ΔT(t) ermittelt, um ein positives Abschaltintegral IAB(t) zu bestimmen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Bestimmung des Abschaltintegrals IAB(t) beschränkt und kann auch ohne Absolutwertbildung bestimmt werden, ggf. durch gleichzeitige Anpassung der Vorzeichen von Schwellwerten.The switch-off integral I AB (t) is thus determined by integration of the control deviation ΔT (t) over the time t when the actual boiler temperature T IST is above the boiler temperature setpoint T SOLL . Since in the definition of the control deviation difference .DELTA.T above above the nominal temperature T of the boiler, a desired value is set negative value is determined, wherein determining the Abschaltintegrals I AB (t) is the absolute value of the deviation difference .DELTA.T (t) is determined to determine a positive Abschaltintegral I AB (t). However, the present invention is not limited to this determination of the turn-off integral I AB (t) and can also be determined without absolute value formation, possibly by simultaneously adapting the signs of threshold values.
Zu einem Zeitpunkt t1 steigt das bestimmte Abschaltintegral IAB(t), das auch eine Funktion der Zeit t darstellt, einen eingestellten ersten Schwellwert SW1, so dass erfindungsgemäß festgestellt wird, dass der Brenner 10 zum Zeitpunkt t1 abzustellen ist, da das bestimmte Abschaltintegral IAB zu diesem Zeitpunkt t1 den Schwellwert SW1 erreicht hat oder übersteigt. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Zweipunktreglermethode mit Hysterese wird der Brenner 10 somit nicht abgeschaltet, wenn der Kesseltemperatur-Istwert TIST einen Maximalwert TMAX übersteigt, sondern wenn das bestimmte Abschaltintegral IAB, bestimmt durch Integration der Regelabweichungsdifferenz ΔT, einen Schwellwert SW1 erreicht oder übersteigt.At a time t 1 , the determined switch-off integral I AB (t), which is also a function of the time t, rises to a set first threshold value SW 1 , so that according to the invention it is ascertained that the
Erfindungsgemäß führt dies zum Zeitpunkt t1 im Schritt S37 Abschalten des Brenners dazu, dass die Wärmezufuhr des Brenners 10 zu dem Kessel 20 beendet wird, indem der Brenner 10 abgeschaltet wird. Hierauf fällt die Kesseltemperatur, da dem Kessel 20 keine Wärme durch den Brenner 10 mehr zugeführt wird.According to the invention, at time t 1, in step S37, switching off the burner causes the heat supply of the
Sinkt die Kesseltemperatur zu einem Zeitpunkt T0' unter den eingestellten Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL, wird erneut über die Regelabweichung ΔT integriert, um im Schritt S38 Bestimmen des Zuschaltintegrals IZU(t) ein Zuschaltintegral zu bilden. Da die Regelabweichung ΔT bei Kesseltemperaturen unterhalb des Kesseltemperatur-Sollwerts TSOLL nach der obigen Definition positiv ist, wird bei dem erfindungsgemäßen Bestimmen des Zuschaltintegrals IZU nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung auf Absolutwertbildung verzichtet:
Jedoch kann es erforderlich sein, eine Absolutwertbildung auszuführen, wenn eine andere Definition der Regelabweichung ΔT oder der Schwellwerte (z. B. negative Schwellwerte) vorliegt.However, it may be necessary to perform absolute value formation if there is another definition of the control deviation ΔT or the threshold values (eg negative threshold values).
Solange die Kesseltemperatur unterhalb des Kesseltemperatur-Sollwerts TSOLL liegt, steigt der bestimmte Wert des Zuschaltintegrals IZU(t) und erreicht zu einem Zeitpunkt t2 einen zweiten Schwellwert SW2. Wird nun festgestellt, dass das Zuschaltintegral IZU(t) den zweiten Schwellwert SW2 erreicht oder übersteigt, wird der Brenner im Schritt S32 Zuschalten des Brenners erneut zugeschaltet, um dem Kessel 20 erneut Wärme zuzuführen. Nach dem vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Regeln eines Brenners 10 in
Ein bevorzugtes zweites Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Regeln eines Brenners 10 nach der vorliegenden Erfindung wird in dem Ablaufdiagramm in
Im Schritt S401 Einstellen des Kesseltemperatur-Sollwerts TSOLL wird analog zu Schritt S31 in
Im Schritt S402 Einstellen des ersten Schwellwerts SW1 wird ein erster Schwellwert SW1 eingestellt, der analog zu dem Ausführungsbeispiel in
Im Schritt S403 Definieren des Temperaturbereichs (Tote Zone) wird ein Temperaturbereich um den eingestellten Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL definiert durch Einstellen eines ersten Temperaturbereichswerts T1 größer dem Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL und Einstellen eines zweiten Temperaturbereichswerts T2 kleiner dem eingestellten Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL. Hierbei kann der Schritt S403 Definieren des Temperaturbereichs, bzw. der sogenannten Toten Zone, ausgeführt werden, indem der erste und zweite Temperaturbereichswert T1 und T2 einzeln eingestellt werden, oder durch Einstellen einer Halbbreite der Toten Zone, so dass der erste Temperaturbereichswert T1 und der zweite Temperaturbereichswert T2 jeweils um den Halbwert der Toten Zone oberhalb bzw. unterhalb des eingestellten Kesseltemperatur-Sollwerts TSOLL liegen.In step S403, defining the temperature range (dead zone), a temperature range around the set boiler temperature setpoint T SOLL is defined by setting a first temperature range value T 1 greater than the boiler temperature setpoint T SOLL and setting a second temperature range value T 2 less than the set boiler temperature setpoint T SHOULD . Herein, the step S403 defining the temperature range, or the so-called dead zone, may be performed by individually setting the first and second temperature range values T 1 and T 2 , or by setting a half width of the dead zone so that the first temperature range value T 1 and the second Temperature range value T 2 each lie around the half-value of the dead zone above or below the set boiler temperature setpoint T SOLL .
Im Schritt S404 Einstellen des Regelabweichungsgrenzwerts ΔTMAX wird ein maximaler Regelabweichungsgrenzwert ΔTMAX festgelegt, um große Temperaturamplituden bzw. große Temperaturschwankungen der Kesseltemperatur um den Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL neben einer Begrenzung der Zu- und Abschaltintegrale zusätzlich durch absolute Temperaturwerte zu begrenzen.In step S404, setting of the control deviation limit value ΔT MAX , a maximum control deviation limit value ΔT MAX is set in order to limit large temperature amplitudes or large temperature fluctuations of the boiler temperature by the boiler temperature setpoint T SOLL, in addition to limiting the closing and closing integrals, additionally by absolute temperature values.
Dies bedeutet, dass der Brenner 10 gegebenenfalls zu- bzw. abgeschaltet wird, wenn die Regelabweichung ΔT den eingestellten Regelabweichungsgrenzwert ΔTMAX übersteigt, obwohl ein bestimmtes Zu- bzw. Abschaltintegral den ersten bzw. den zweiten Schwellwert noch nicht erreicht hat. Gegebenenfalls können auch zwei verschiedene Regelabweichungsgrenzwerte eingestellt werden, um eine Regelabweichung ober- und/oder unterhalb des Schwellwerts unabhängig voneinander zu begrenzen.This means that the
Weiterhin umfasst das Verfahren nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in
Analog zu den Schritten S34 und S35 in
Durch die Zufuhr von Wärme übersteigt die Kesseltemperatur zuerst den Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL und kurz darauf den ersten Temperaturbereichswert T1, so dass die Regelabweichungsdifferenz ΔT kleiner gleich der Differenz TSOLL □T1 wird. Zu diesem Zeitpunkt τAB beginnt die Bestimmung des Abschaltintegrals IAB(t) im Schritt S409 Bestimmen des Abschaltintegrals IAB(t). Im Gegensatz zu dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach
Des Weiteren wird bei der Integration in diesem Ausführungsbeispiel, wie an der vorstehend angegebenen Formel ersichtlich ist, ein Flächenbereich unterhalb des zeitlichen Verlaufs des Kesseltemperatur-Istwerts TIST bis zu dem ersten Temperaturbereichswert T1 gebildet, so dass eine Fläche zwischen dem Temperaturbereichswert T1 und dem Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL unberücksichtigt bleibt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine derartige Integralbildung beschränkt und es ist möglich Ausführungsbeispiele der Erfindung bereitzustellen, in denen eine Integralbildung über die gesamte Regelabweichung ΔT ausgeführt wird, wobei die Integralbildung erst zu einem Zeitpunkt beginnt, an dem der Kesseltemperatur-Istwert TIST den definierten Temperaturbereich bzw. die tote Zone verlässt.Furthermore, in the integration in this embodiment, as can be seen from the formula given above, a surface area below the time profile of the boiler temperature actual value T IST is formed up to the first temperature range value T 1 , so that an area between the temperature range value T 1 and the boiler temperature setpoint T SOLL remains unconsidered. However, the present invention is not limited to such integral formation, and it is possible to provide embodiments of the invention in which integral formation is performed over the entire control deviation .DELTA.T, wherein the integral formation only begins at a time at which the boiler temperature actual value T IST defined temperature range or the dead zone leaves.
Solange die Kesseltemperatur, bzw. der Kesseltemperatur-Istwert TIST, oberhalb des ersten Temperaturbereichswerts T1 bleibt, wird der Wert des Abschaltintegrals IAB(t) bestimmt.As long as the boiler temperature, or the actual boiler temperature T IST , remains above the first temperature range value T 1 , the value of the switch-off integral I AB (t) is determined.
Im Schritt S410 Abschalten des Brenners 10 wird der der Brenner 10 abgeschaltet, wenn der Wert des Abschaltintegrals IAB(t) den eingestellten ersten Schwellwert SW1 erreicht oder übersteigt, oder wenn zuvor der Absolutbetrag der Regelabweichungsdifferenz ΔT den eingestellten Maximalwert für die Regelabweichungsdifferenz ΔTMAX erreicht oder übersteigt. Durch das Abschalten des Brenners wird eine Wärmezufuhr von dem Brenner 10 zu dem Kessel 20 geändert, so dass die Kesseltemperatur zu sinken beginnt.In step S410 of turning off the
Selbst bei ausgeschaltetem Brenner wird im Schritt S411 nach Abschalten des Brenners weiterhin das Abschaltintegral IAB(t) bestimmt. Hierbei wird das Abschaltintegral IAB(t) mindestens bis zu einem Zeitpunkt bestimmt, zu dem die abnehmende Kesseltemperatur den ersten Temperaturbereichswert T1 erreicht oder unterschreitet. Schließlich wird das Abschaltintegral IAB(t) bis zu einem Zeitpunkt t3 weiter bestimmt, an dem der Kesseltemperatur-Istwert TIST den ersten Temperaturbereichswert T1 erreicht oder unterschreitet. Zu diesem Zeitpunkt wird das Bestimmen des Abschaltintegrals IAB(t) beendet und der bis dahin bestimmte Wert IAB(t3) als neuer Wert für den zweiten Schwellwert SW2 festgelegt:
Sinkt die Kesseltemperatur weiter, so dass die Regelabweichungsdifferenz ΔT größer gleich der Differenz der Kesseltemperatur-Solltemperatur TSOLL mit dem zweiten Temperaturbereichswert T2 an einem Zeitpunkt τZU wird, beginnt in Schritt S412 Bestimmen des Zuschaltintegrals IZU(t) die Integration zum Bestimmen des Zuschaltintegrals IZU(t):
Erreicht oder unterschreitet das bestimmte Zuschaltintegral IZU(t) den zweiten Schwellwert SW2, der entsprechend dem Wert des Abschaltintegrals IAB(t3) zum Zeitpunkt t3 festgelegt ist, wird der Brenner im Schritt S405 wieder zugeschaltet, um den Kessel 20 im Schritt S406 wieder Wärme zuzuführen. Des Weiteren wird der Brenner 10 durch eine erweiterte Regelung auch dann zugeschaltet, wenn die Regelabweichung ΔT bei sinkendem Kesseltemperatur-Istwert unterhalb des Sollwerts eine maximale Regelabweichung ΔTMAX erreicht oder überschreitet, obwohl das bestimmte Zuschaltintegral IZU(t) den zweiten Schwellwert SW2 = IAB(t3) noch nicht erreicht hat.If the specific connection integral I ZU (t) reaches or falls below the second threshold value SW 2 , which is set according to the value of the turn-off integral I AB (t 3 ) at the time t 3 , the burner is switched on again in step S405 in order to start the
Die Schritte S405 bis S412 werden zyklisch wiederholt, so dass der Kesseltemperatur-Istwert TIST um den Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL schwankt.The steps S405 to S412 are repeated cyclically, so that the boiler temperature actual value T IST fluctuates around the boiler temperature setpoint T SOLL .
Durch das Festlegen des zweiten Schwellwert SW2 = IAB(t3), kann sichergestellt werden, dass der Kessel innerhalb eines Zyklus im gleichen Maße unterversorgt wird, wie er direkt zuvor mit Wärmeenergie überversorgt wurde. Der Grund hierfür ist, dass das Abschaltintegral vom Zeitpunkt τAB bis zum Zeitpunkt t1 im Wesentlichen dem Wert der zuviel eingebrachten Wärmeenergie entspricht, und es wird sichergestellt, dass der Brenner innerhalb des Zyklus solange ausgeschaltet bleibt, bis ein analog gebildetes Zuschaltintegral den gleichen Wert erreicht wie das zuvor gebildete Abschaltintegral, das im Wesentlichen einer Überversorgung an Wärmeenergie entspricht. Innerhalb eines Zyklus ist somit sichergestellt, dass der Kessel weder über- noch unterversorgt wird.By setting the second threshold SW 2 = I AB (t 3 ), it can be ensured that the boiler is undersupplied within a cycle to the same extent as it was directly over-supplied with thermal energy. The reason for this is that the turn-off integral from the time τ AB to the time t 1 substantially corresponds to the value of the excess heat energy introduced, and it is ensured that the burner remains turned off within the cycle until an analog integral Zuschaltintegral the same value achieved as the previously formed Abschaltintegral, which essentially corresponds to an oversupply of heat energy. Within one cycle, this ensures that the boiler is neither over- nor undersupplied.
Zu einem Zeitpunkt t0 wird der Brenner 10 zugeschaltet, dargestellt durch den Anstieg der Brennerleistung zum Zeitpunkt t0 (S405). Die Kesseltemperatur steigt aufgrund des Zuschaltens des Brenners 10 und erreicht bzw. überschreitet den Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL und kurz daraufhin zu einem Zeitpunkt τAB den ersten Temperaturbereichswert T1. Zu diesen Zeitpunkt τAB beginnt das Bestimmen des Abschaltintegrals IAB(t) im Schritt S409. Zu einem Zeitpunkt t1 erreicht der bestimmte Wert des Abschaltintegrals IAB(t) den eingestellten ersten Schwellwert SW1, so dass der Brenner zu diesem Zeitpunkt t1 abgeschaltet wird, dargestellt durch den Abfall der Brennerleistung PBr zum Zeitpunkt t1 (S410).At a time t 0 , the
Das Abschaltintegral IAB(t) wird nun im Schritt S411 weiter bestimmt, bis der Kesseltemperatur-Istwert TIST zu einem Zeitpunkt t3 den ersten Temperaturbereichswert T1 erreicht und unterschreitet. Die schraffierte Fläche unterhalb des Verlaufs der Kesseltemperatur als Funktion der Zeit t zwischen den Zeitpunkten τAB und t3 entspricht dem Wert des Abschaltintegrals IAB(t3) zum Zeitpunkt t3. Dieser Wert wird als neuer zweiter Schwellwert SW2 für das nächste zu bestimmende Zuschaltintegral IZU(t) festgelegt.The Abschaltintegral I AB (t) will now be further determined in step S411 until the actual boiler temperature T, at a time t 3 reaches the first temperature range T 1 value and below. The hatched area below the course of the boiler temperature as a function of the time t between the times τ AB and t 3 corresponds to the value of the turn-off integral I AB (t 3 ) at the time t 3 . This value is set as the new second threshold value SW 2 for the next addition integral I ZU (t) to be determined.
Nach dem Zeitpunkt t3 fällt die Kesseltemperatur bei abgeschaltetem Brenner 10 weiter, bis sie kurz darauf unter die definierte Tote Zone, also unter den ersten Temperaturbereichswert T2 fällt. Zu diesem Zeitpunkt τZU beginnt das Bestimmen des Zuschaltintegrals IZU(t) im Schritt S412.After the time t 3 , the boiler temperature continues to fall when the
Zu einem Zeitpunkt t2 erreicht der Wert des Zuschaltintegrals IZU(t2) den zweiten Schwellwert SW2 = IAB(t3), so dass der Brenner 10 zum Zeitpunkt t2 im Schritt S405 erneut zugeschaltet wird. Ab- und Zuschaltintegralwerte, die bisher bestimmt wurden, und/oder der zweite Schwellwert SW2 werden zurückgesetzt, so dass ein weiterer Brennerzyklus anhand der Regelungsmethode nach der vorliegenden Erfindung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel erneut erfolgen kann.At a time t 2 , the value of the connection integral I ZU (t 2 ) reaches the second threshold value SW 2 = I AB (t 3 ), so that the
Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Regeln eines Brenners nach der vorliegenden Erfindung wird der Brenner zu diesem Zeitpunkt t4 abgeschaltet, obwohl der Wert des Abschaltintegrals IAB(t4) zu diesem Zeitpunkt t4 noch nicht den ersten Schwellwert SW1 erreicht oder überschritten hat.According to the second embodiment of the method for controlling a burner according to the present invention, the burner is turned off at this time t 4 , although the value of the turn-off integral I AB (t 4 ) at this time t 4 has not yet reached or exceeded the first threshold SW 1 Has.
Somit können auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem das Ein- und Ausschalten des Brenners anhand der Bestimmung von Ab- und Zuschaltintegralen bestimmt wird, zu hohe Temperaturamplituden bei schnellem Anstieg oder Fall der Kesseltemperatur vermieden werden, indem die Regelabweichung zusätzlich zu den bestimmten Regelabweichungsintegralen begrenzt wird, d. h. bei einer sehr hohen Überschreitung des Kesseltemperatur-Sollwerts TSOLL wird der Brenner ebenfalls abgeschaltet, gegebenenfalls unabhängig von dem bestimmten Abschaltintegral.Thus, even in the inventive method in which the switching on and off of the burner is determined by determining Ab- and Zuschaltintegralen, too high temperature amplitudes with rapid increase or drop in the boiler temperature can be avoided by limiting the control deviation in addition to the specific control deviation integrals is, ie at a very high excess of the boiler temperature setpoint T SOLL the burner is also switched off, possibly independent of the particular shutdown integral.
Weiterhin wird in dem Regelungsverfahren eines Brenners nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Temperaturbereich, bzw. eine Tote Zone (z. B. 1 K) definiert, wobei innerhalb der Toten Zone weder Zu- noch Abschaltintegrale gebildet werden. Innerhalb dieser Toten Zone wird die Integration also angehalten.Furthermore, in the control method of a burner according to the second embodiment of the present invention, a temperature range, or a dead zone (eg, 1 K) is defined, with no turn-on integrals formed within the dead zone. Within this dead zone the integration is stopped.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Regeln eines Brenners nach der vorliegenden Erfindung wird der Wert des Abschaltintegrals IAB(t) zusätzlich auch zurückgesetzt, wenn der Kesseltemperatur-Istwert TIST den Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL bei in Betrieb befindlichem Brenner unterschreitet. In diesem Falle wird das Abschaltintegral auf den Wert Null zurückgesetzt, bzw. der Zeitpunkt, zu dem der Kesseltemperatur-Istwert TIST den Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL erneut überschreitet als neuer Startzeitpunkt für die Bestimmung des Abschaltintegrals IAB(t) verwendet.In a further embodiment of the method for controlling a burner according to the present invention, the value of the cut-off integral I AB (t) is additionally reset even if the boiler temperature actual value T IST falls below the boiler temperature setpoint T SOLL when the burner is in operation. In this case, the Abschaltintegral is reset to the value zero, or the time at which the boiler temperature actual value T IST exceeds the boiler temperature setpoint T SOLL again used as a new starting time for the determination of the Abschaltintegrals I AB (t).
Somit kann vermieden werden, dass ein lange laufender Brenner in einem modulierenden Betrieb durch Kumulation kleiner Regelabweichungen abgeschaltet wird. Bei modulierendem Betrieb kann auch eine kleine Schwankung der Kesseltemperatur innerhalb der definierten Toten Zone auftreten, in der nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ebenfalls keine Ab- und Zuschaltintegrale gebildet werden. Somit tritt bei kleinen Regelabweichungen innerhalb der Toten Zone keine Kumulation beim Bestimmen der Ab- oder Zuschaltintegrale auf, so dass kleine Regelabweichungen innerhalb der Toten Zone nicht zu unnötigem oder unerwünschtem Ein- und Ausschalten des Brenners 10 führen können.Thus, it can be avoided that a long-running burner is switched off in a modulating operation by accumulating small control deviations. In the case of modulating operation, a small fluctuation in the boiler temperature within the defined dead zone may also occur, in which, according to the second embodiment of the present invention, no turn-off and turn-on integrals are also formed. Thus, with small deviations within the dead zone, no cumulation occurs in the determination of the ab- or Zuschaltintegrale on, so that small deviations within the dead zone can not lead to unnecessary or undesirable switching on and off of the
Das Kesseltemperatur-Sollwert-Einstellungsmittel 31 ist geeignet, einen Sollwert für die Kesseltemperatur, also den oben beschriebenen Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL für die Regelung des Brenners 10, einzustellen.The boiler temperature target value setting means 31 is adapted to set a target value for the boiler temperature, that is, the above-described boiler temperature target value T SOLL for the control of the
Das Kesseltemperatur-Istwert-Ermittelungsmittel 32 ist dazu geeignet, den momentanen Wert der Kesseltemperatur, also den Kesseltemperatur-Istwert TIST in zumindest einem Teil des Kessels zu ermitteln. Das Kesseltemperatur-Istwert-Ermittelungsmittel 32 umfasst hierzu zumindest ein Mittel zum Messen der Kesseltemperatur in einem Bereich des Kessels oder eine Vielzahl von Mitteln zum Ermitteln von Kesseltemperaturen an verschiedenen Stellen des Kessels, wobei das Kesseltemperatur-Istwert-Ermittelungsmittel 32 gegebenenfalls dazu geeignet ist, die von der Vielzahl von Mitteln ermittelten Kesseltemperaturwerte festzustellen und weiterzuverarbeiten, gegebenenfalls durch gewichtete oder ungewichtete Mittelwertbildung, um einen Istwert TIST zu bestimmen.The boiler temperature actual value determining means 32 is suitable for determining the instantaneous value of the boiler temperature, that is to say the boiler temperature actual value T ACT, in at least one part of the boiler. The boiler temperature actual value determining means 32 comprises for this purpose at least one means for measuring the boiler temperature in a region of the boiler or a plurality of means for determining boiler temperatures at different points of the boiler, the boiler temperature actual value determining means 32 being optionally suitable for determine and further process boiler temperature values determined by the multiplicity of means, if appropriate by weighted or unweighted averaging, in order to determine an actual value T IST .
Weiterhin ist das Kesseltemperatur-Istwert-Ermittelungsmittel 32 dazu geeignet, den Istwert der Kesseltemperatur kontinuierlich oder wiederholt bzw. periodisch zu ermitteln. Somit kann die Kesseltemperatur TIST als Funktion der Zeit t ermittelt werden.Furthermore, the boiler temperature actual value determining means 32 is adapted to determine the actual value of the boiler temperature continuously or repeatedly or periodically. Thus, the boiler temperature T IST can be determined as a function of time t.
Das Regelabweichungs-Bestimmungsmittel 33 ist dazu geeignet, eine Regelabweichung ΔT zwischen dem eingestellten Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL und dem momentan ermittelten Kesseltemperatur-Istwert TIST zu bestimmen. Hierzu ist das Regelabweichungs-Bestimmungsmittel 33 zumindest geeignet, eine Differenz ΔT = TSOLL □TIST zu bestimmen.The control
Das Regelabweichungsintegral-Bestimmungsmittel 35 ist dazu geeignet, die kontinuierlich oder wiederholt von dem Regelabweichungs-Bestimmungsmittel 33 bestimmten Regelabweichungen ΔT(t) über die Zeit t zu integrieren, Integrale in Abhängigkeit der Regelabweichung zu bestimmen und/oder den Absolutwert eines bestimmten Integrals über die Zeit t zu bilden.The control deviation integral determining
Das Brennersteuerungsmittel 34 ist dazu geeignet, den Brenner 10 zu- und abzuschalten anhand der bestimmten Zu- und Abschaltintegrale, die durch das Regelabweichungsintegral-Bestimmungsmittel 35 bestimmt werden.The burner control means 34 is adapted to turn on and off the
Das Temperaturbereichs-Definitionsmittel 38 ist dazu geeignet, einen Temperaturbereich, bzw. eine Tote Zone, um den eingestellten Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL zu definieren. Das Temperaturbereichs-Definitionsmittel 38 ist dazu geeignet, einen ersten Temperaturbereichswert T1 größer dem Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL und einen zweiten Temperaturbereichswert T2 kleiner dem Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL einzustellen oder einen Temperaturbereich um den Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL zu definieren durch Einstellen einer Temperaturbereichshalbbreite, die eine halbe Breite des zu definierenden Temperaturbereichs definiert, wobei der Kesseltemperatur-Sollwert TSOLL im Mittelpunkt des definierten Temperaturbereichs liegt.The temperature range defining means 38 is adapted to define a temperature range, or a dead zone, to define the set boiler temperature setpoint T SOLL . The temperature range defining means 38 is adapted to set a first temperature range value T 1 greater than the boiler temperature target value T SOLL and a second temperature range value T 2 smaller than the boiler temperature target value T SOLL or to define a temperature range around the boiler temperature target value T SOLL by setting a Temperature range half width, which defines half the width of the temperature range to be defined, wherein the boiler temperature setpoint T SOLL is in the center of the defined temperature range.
Das Schwellwert-Einstellungsmittel 36 ist dazu geeignet, einen ersten Schwellwert SW1 und/oder zweiten Schwellwert SW2 als Schwellwerte für die bestimmten Zu- und Abschaltintegrale, die durch das Regelabweichungsintegral-Bestimmungsmittel 35 bestimmt werden, einzustellen. Das Brennersteuerungsmittel 34 ist dazu geeignet den Brenner 10 abzuschalten, wenn ein bestimmtes Abschaltintegral IAB(t) den ersten Schwellwert SW1 erreicht oder überschreitet, und den Brenner 10 abzuschalten, wenn ein von dem Regelabweichungsintegral-Bestimmungsmittel 35 bestimmtes Zuschaltintegral IZU(t) den zweiten Schwellwert SW2 erreicht oder überschreitet.The threshold value setting means 36 is adapted to set a first threshold value SW 1 and / or a second threshold value SW 2 as threshold values for the determined turn-on and turn-on integrals determined by the control deviation integral determining
Das Regelabweichungsgrenzwert-Einstellungsmittel 37 ist dazu geeignet, einen Maximalwert für die Regelabweichung als Regelabweichungsgrenzwert ΔTMAX einzustellen, so dass große Temperaturamplituden vermieden werden können, indem das Brennersteuerungsmittel 34 den Brenner ab- bzw. zuschaltet, wenn die von dem Regelabweichungs-Bestimmungsmittel 33 bestimmte Regelabweichung ΔT oder der Absolutwert davon den eingestellten Regelabweichungsgrenzwert ΔTMAX erreicht, bevor ein von dem Regelabweichungsintegral-Bestimmungsmittel 35 bestimmtes Zu- oder Abschaltintegral einen festgelegten Schwellwert erreicht oder überschreitet.The control deviation threshold setting means 37 is adapted to set a maximum value for the control deviation as the control deviation threshold ΔT MAX , so that large temperature amplitudes can be avoided by the burner control means 34 turning off the burner when the control deviation determined by the control
Schließlich umfasst die Vorrichtung 30 zum Regeln eines Brenners 10 weiterhin ein Integral-Zurücksetzungsmittel 39, das dazu geeignet ist, ein von dem Regelabweichungsintegral-Bestimmungsmittel 35 bestimmtes Integral auf den Wert Null zurückzusetzen, wenn der Kesseltemperatur-Istwert TIST in den definierten Temperaturbereich (Tote Zone) eindringt, insbesondere, wenn der Kesseltemperatur-Istwert TIST bei eingeschaltetem Brenner zurück in den definierten Temperaturbereich fällt.Finally, the
Durch die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele des Verfahrens zum Regeln eines Brenners 10 nach der vorliegenden Erfindung und die beschriebene bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Regeln eines Brenners 10 nach der vorliegenden Erfindung wird eine deutliche Optimierung der Regelung eines Brenners ermöglicht, wenn der Brenner unterhalb einer minimal modulierbaren Brennerleistung getaktet wird. Dies ermöglicht eine deutliche Erhöhung der Brennerlaufzeiten, wodurch dynamische Belastungen durch Temperaturschwankungen des Kessels vermieden werden und eine emissionsärmere Verbrennung im Brenner ermöglicht wird.By the above-described embodiments of the method of controlling a
Durch das Festlegen des zweiten Schwellwert SW2 anhand des bestimmten Abschaltintegrals IAB(t) bis zu einem Zeitpunkt, an dem die Kesseltemperatur bei abgeschaltetem Brenner unter den eingestellten Sollwert TSOLL fällt, wird ermöglicht, dass der Kessel oder eine an den Kessel angeschlossene Heizanlage für ein Gebäude bei einem Stillstand des Brenners im selben Maße unterversorgt wird, wie im selben Zyklus kurz vor überversorgt wurde. Im zeitlichen Mittel wird somit eine Über- oder Unterversorgung an Wärmeenergie vermieden.By setting the second threshold SW 2 on the basis of the determined switch-off integral I AB (t) until a time at which the boiler temperature falls below the set setpoint T SOLL with the burner switched off, it is possible that the boiler or a heating system connected to the boiler for a building is undersupplied at a standstill of the burner to the same extent as was oversupplied in the same cycle. On average over-supply or under-supply of heat energy is thus avoided.
Erfindungsgemäß wird somit eine Regelungsmethode eines Brenners bereitgestellt, bei der weiterhin Komforteinbußen für einen Nutzer vermieden werden. Die nur kurzzeitig innerhalb eines Zyklus auftretende Über- bzw. Unterversorgung kann durch die Trägheit auf der Verbraucherseite ausgeglichen werden.According to the invention, a control method of a burner is thus provided in which further loss of comfort for a user is avoided. The over-supply or under-supply occurring only briefly within one cycle can be compensated by the inertia on the consumer side.
Weiterhin wird ermöglicht, dass ein gewünschtes Verhalten (lange Laufzeiten oder geringe Temperaturamplituden gewünscht) einfach über einen einzigen Parameter (z.B. der erste Schwellwert SW1) eingestellt werden kann, wenn der zweite Schwellwert SW2 für das Zuschaltintegral anhand des zuvor bestimmten Abschaltintegrals bestimmt wird.Furthermore, it is possible that a desired behavior (long run times or low temperature amplitudes desired) can be easily set via a single parameter (eg the first threshold SW 1 ) when the second threshold value SW 2 for the turn-on integral is determined on the basis of the previously determined turn-off integral.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist hierbei sowohl für Gas- als auch Ölbrenner geeignet, sowie für weitere Brennerarten, die für Lasten unterhalb einer minimal modulierbaren Brennerleistung getaktet werden. Das Verfahren ist für Heizungsanlagen für alle Gebäudetypen und Auslegungstemperaturen geeignet und bietet eine hohe Robustheit aufgrund des Integralansatzes, nach dem die Ab- und Zuschaltzeitpunkte des Brenners in einem Zyklus nicht anhand starrer Temperaturgrenzen, sondern anhand eines Integrals der Regelabweichung über die Zeit t bestimmt werden.The method according to the invention is suitable both for gas burners and for oil burners, as well as for other burner types which are clocked for loads below a minimum modulatable burner output. The method is suitable for heating systems for all building types and design temperatures and offers a high level of robustness due to the integral approach, according to which the burner shutdown and connection times are determined in a cycle not on the basis of rigid temperature limits, but on the basis of an integral of the control deviation over time t.
Claims (11)
- A method for controlling the runtime of a burner (10) which is adapted to feed heat to a boiler (20), wherein said method comprises the method steps:- adjusting (S31; S401) a boiler temperature target value TSOLL, indicating a target value of the boiler temperature,- feeding (S33; S406) heat through said burner (10) to said boiler (20),- continuously or repeatedly detecting (S34; S407) an instantaneous boiler temperature actual value TIST depending on an instantaneous temperature at least in a part of the boiler volume in order to determine the boiler temperature actual value TIST(t) as a function of time t,- continuously or repeatedly determining (S35; S408) an instantaneous control deviation difference ΔT which is a difference between said adjusted boiler temperature target value TSOLL and said determined instantaneous boiler temperature actual value TIST in order to determine the control deviation difference ΔT(t) as a function of time t,- determining (S36; S409, S411) a turn-off integral IAB(t) by calculating an integral depending on said control deviation difference ΔT(t) over time t if the boiler temperature actual value TIST is larger than the boiler temperature target value TSOLL,- turning-off (S37; S410) said burner (10) at a first point of time t1, at which the value IAB(t1) of said turn-off integral IAB(t) reaches a first threshold value SW1 in order to stop feeding heat to said burner (10),- determining (S38; S412) a turn-on integral Izu(t) by calculating an integral depending on said control deviation difference ΔT(t) over time t if said boiler temperature actual value TIST is smaller than said boiler temperature target value TSOLL,- turning-on (S32; S405) said burner (10) at a second point of time t2 at which the value IZU(t2) of said turn-on integral Izu(t) reaches a second threshold value SW2 in order to feed heat through said burner (10) to said boiler (20),characterized in that said turn-off integral IAB(t) is determined up to a third point of time t3 at which the boiler temperature actual value TIST(t) reaches or deceeds the boiler temperature target value TSOLL or a predetermined first temperature range value T1 after turning off said burner (10), wherein said second threshold value SW2 is set in accordance with the value IAB(t3) of said turn-off integral IAB(t) at the third point of time t3 at which the absolute value |IZU(t)| of said turn-on integral Izu(t) reaches or exceeds the absolute value |IAB(t)| of said turn-off integral IAB(t) at the third point of time t3.
- The method according to claim 1, characterized by repeatedly performing the steps of feeding (S33; S406) heat, determining (S36; S409, S411) said turn-off integral IAB(t), turning-off (S37; S410) said burner (10), determining (S38; S412) a turn-on integral Izu(t) and turning-on (S32; S405) said burner (10).
- The method according to claim 1 or 2, characterized by the further method step of adjusting (S402) said first threshold value SW1.
- The method according to at least one of the claims 1 to 3, characterized by that method step of adjusting (S404) a control deviation limit value ΔTMAX,
wherein said burner (10) is turned off before said first point of time t1 at the point of time t1 or at a fourth point of time t4 at which the absolute value |ΔT(t4)| of said control deviation difference ΔT(t) reaches or exceeds a control deviation limit value ΔTMAX. - The method according to at least one of the claims 1 to 4, characterized by the method step of defining (S403) a temperature range around said boiler temperature target value TSOLL by adjusting a first temperature range value T1 which is larger than said boiler temperature target value TSOLL and a second temperature range value T2 which is smaller than said boiler temperature target value TSOLL,
wherein said turn-off integral IAB(t) is determined only if the determined instantaneous boiler temperature actual value TIST is larger than that first temperature range value T1, and
wherein said turn-on integral Izu(t) is determined only if the determined instantaneous boiler temperature actual value TIST is smaller than that second temperature range value T2. - The method according to at least one of the claims 1 to 5, characterized by the further method step of resetting said determined turn-off integral IAB(t) to the value zero if the boiler temperature actual value TIST deceeds the boiler temperature target value TSOLL while said burner (10) is turned on.
- An apparatus for controlling the runtime of burner (10) which is adapted to feed heat to a boiler (20), comprising:- a boiler temperature target value adjusting means (31) for adjusting a boiler temperature target value TSOLL indicating a target value of the boiler temperature,- a boiler temperature actual value detecting means (32) for continuously or repeatedly detecting an instantaneous boiler temperature actual value TIST which is an instantaneous temperature at least in a part of the boiler volume in order to determine the boiler temperature actual value TIST(t) as a function of time t,- a control deviation determining means (33) for continuously or repeatedly determining an instantaneous control deviation difference ΔT which indicates the difference between the adjusted boiler temperature target value TSOLL and said determined instantaneous boiler temperature actual value TIST in order to determine the control deviation difference ΔT(t) as a function of time t,- a burner control means (34) for turning on and off said burner (10),- a control deviation integral determining means (35) for determining an integral by calculating an integral depending on said control deviation ΔT(t) over time t,wherein said control deviation integral determining means (35) determines a turn-off integral if the boiler temperature actual value TIST is larger than the boiler temperature target value TSOLL,
said burner control means (34) turns off said burner (10) to a first point of time t1 at which the value IAB(t1) of said turn-off integral IAB(t) reaches a first threshold value SW1 in order to stop feeding heat to said burner (10),
said control deviation integral determining means (35) determines a turn-on integral Izu(t) if the boiler temperature actual value TIST is smaller than the boiler temperature target value TSOLL, and
said burner control means (34) turns on said burner (10) to a second point of time t2 at which the value IZU(t2) of said turn-on integral Izu(t) reaches the second threshold value SW2 in order to feed heat through said burner (10) to said boiler (20),
characterized in that
said control deviation integral determining means (35) determines said turn-off integral IAB(t) by integrating up to a third point of time t3 at which the boiler temperature actual value TIST reaches or deceeds said boiler temperature target value TSOLL or a first temperature range value T1 after turning off said burner (10), and
said burner control means (34) sets said second threshold value SW2 in accordance with the value IAB(t3) of said turn-off integral IAB(t) at the third point of time t3 such that the second point of time t2 is the point of time at which the absolute value |IZU(t)| of said turn-on integral Izu(t) reaches or exceeds the absolute value |IAB(t)| of said turn-off integral IAB(t) at the third point of time t3. - The apparatus according to claim 7, characterized by a threshold value adjusting means (36) for adjusting said first threshold value SW1.
- The apparatus according to claim 7 or 8 characterized by
control deviation limit value adjusting means (37) for adjusting a control deviation limit value ΔTMAX,
wherein said burner (10) is turned off before said first point of time t1 by said burner control means (34) at the first point of time t1 or at a fourth point of time t4 at which the absolute value |ΔT(t4)| of said control deviation difference ΔT(t) reaches or exceeds a control deviation limit value ΔTMAX. - The apparatus according to at least one of the claims 7 to 9, characterized by
a temperature range defining means (38) for defining a temperature range around said boiler temperature target value TSOLL by adjusting a first temperature range value T1 which is larger than said boiler temperature target value TSOLL and a second temperature range value T2 which is smaller than said boiler temperature target value TSOLL,
wherein said turn-off integral IAB(t) is determined by said control deviation integral determining means (35) only if the determined instantaneous boiler temperature actual value TIST is smaller than the second temperature range value T2. - The apparatus according to at least one of the claims 7 to 10, characterized by
an integral resetting means (39) for resetting an integral determined by said control deviation integral determining means (35) to the value zero,
wherein said integral resetting means (39) resets said determined turn-off integral IAB(t) to the value zero if the boiler temperature actual value TIST deceeds said boiler temperature target value TSOLL while said burner (10) is turned on.
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