IT201800007911A1 - Metodo di controllo dell’alimentazione di un elemento generatore di calore elettrico, unità di controllo per l’attuazione del detto metodo e Sistema di generazione di calore provvisto di detta unità di controllo ed operante secondo detto metodo - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'Invenzione Industriale dal titolo: “Metodo di controllo dell’alimentazione di un elemento generatore di calore elettrico, unità di controllo per l’attuazione del detto metodo e Sistema di generazione di calore provvisto di detta unità di controllo ed operante secondo detto metodo”

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un metodo di controllo dell’alimentazione di un riscaldatore elettrico in particolare un riscaldatore operante secondo l’effetto Joule, il quale metodo prevede i passi di:

impostare un valore nominale della temperatura di lavoro dell’elemento generatore di calore od una temperatura correlata a questa;

misurare ad intervalli di tempo prestabiliti secondo una prestabilita sequenza temporale la temperatura effettiva dell’elemento generatore di calore od una temperatura correlata a questa;

comparare il valore nominale della detta temperatura di lavoro impostata e della detta temperatura effettiva misurata in ciascun istante temporale della detta sequenza temporale prestabilita;

variare uno o più parametri del segnale di alimentazione in funzione del segnale di controllo in modo da ridurre la differenza fra temperatura effettiva misurata e temperatura nominale di lavoro impostata.

La suddetta combinazione di passi descrive in sostanza l’essenza di un metodo di controllo in retroazione che determina l’errore fra un valore desiderato della temperatura ed il valore realmente ottenuto e verificato mediante la misurazione. Ad intervalli definiti secondo una sequenza temporale che può essere a frequenza costante o può prevedere distanze temporali diverse e quindi variabili fra un evento di misurazione ed il successivo, il metodo di retroazione modifica uno o più parametri del segnale di alimentazione secondo una funzione di minimizzazione della differenza fra il valore preimpostato e desiderato e quello effettivamente rilevato. Ogni iterazione del processo verifica le modifiche introdotte al passo precedente e di conseguenza apporta a seconda delle differenze rilevate eventuali ulteriori variazioni del segnale di alimentazione necessarie per avvicinarsi al valore nominale preimpostato.

Diversi tipi di metodi di controllo in retroazione sono noti allo stato dell’arte.

In particolare allo stato dell’arte sono noti metodi di controllo cosiddetti PID (Proporzionale-Integrale-derivativo). Si tratta di un metodo di controllo in retroazione negativa ampiamente impiegato nei sistemi di controllo (senza azione derivativa). Nel suddetto metodo PID, sulla base del valore attuale misurato, il processo reagisce ad un eventuale errore positivo o negativo tendendo verso il valore 0. La reazione all'errore segue determinate funzioni i cui parametri possono essere variati e modificati, nelle impostazioni del processo. Il segnale di misurazione acquisito viene confrontato con un valore di riferimento e viene determinata la differenza fra questi valori che è definita segnale di “errore”. Questo segnale viene utilizzato per determinare il valore della variabile di uscita del controllore, che è la variabile manipolabile del processo ed in questo caso è uno o più dei parametri che definiscono il segnale di alimentazione dell’elemento generatore di calore.

Il processo denominato PID, regola la variabile di uscita in base a tre diversi criteri che possono essere previsti sia separatamente l’uno dall’altro sia in qualsivoglia combinazione fra loro e cioè:

Azione proporzionale: il segnale di uscita è proporzionale al valore del segnale di errore;

Azione integrale: il segnale di uscita è funzione anche dei valori passati del segnale di errore;

Azione derivativa: viene utilizzato quale valore di uscita la derivata rispetto al tempo del valore del segnale di errore, od una approssimazione della stessa, ovvero un valore indicativo di quanto velocemente il segnale di errore varia.

La taratura dei parametri che regolano le varie azioni avviene di solito attraverso semplici regole empiriche. Un esempio è costituito dal noto metodo di Ziegler-Nichols.

Allo stato dell’arte, è noto di modificare la potenza di un segnale elettrico grazie ad una modulazione a larghezza di impulsi, denominata in gergo PWM (Pulse Width Modulation). Questo tipo di modulazione permette di ottenere una tensione media variabile dipendente dal rapporto tra la durata dell'impulso positivo e di quello negativo. La grandezza che permette di esprimere in termini numerici il detto rapporto è denominata duty cycle od anche ciclo di lavoro o ciclo di lavoro utile ed è definita formalmente come la frazione di tempo che un'entità passa in uno stato attivo in proporzione al tempo totale considerato. Un ciclo di lavoro utile pari a 0% indica un impulso di durata nulla, in pratica assenza di segnale, mentre un valore del 100% indica che l'impulso termina nel momento in cui ha inizio il successivo. Con un duty cycle pari a zero la potenza trasferita è nulla, mentre al 100% la potenza corrisponde al valore massimo trasferito nel caso non sia presente il circuito di modulazione. Ogni valore intermedio determina una corrispondente fornitura di potenza.

In particolare negli elementi generatori di calore elettrici di tipo resistivo, ovvero che operano una conversione dell’energia elettrica in calore per effetto Joule, gli elementi resistivi hanno una certa inerzia termica, ovvero la capacità di un elemento resistivo di mantenere il calore anche in assenza di corrente elettrica di alimentazione.

Tale effetto ha durate molto brevi, generalmente dell’ordine di grandezza dei millisecondi.

L’invenzione si basa sul problema di migliorare l’efficienza di un elemento generatore di calore di tipo elettrico in modo tale da ridurre sensibilmente il consumo di energia elettrica a parità sostanziale di energia termica generata, ovvero senza dover sottostare a cali nella produzione di energia termica.

In particolare l’invenzione si basa sul problema di sfruttare l’inerzia termica degli elementi generatori di calore alimentati ad energia elettrica per ridurre drasticamente od almeno sensibilmente i consumi di energia elettrica a parità di prestazioni in produzione di energia termica.

Secondo un primo aspetto, l’invenzione risolve i suddetti problemi con un metodo di controllo dell’alimentazione di un riscaldatore elettrico in particolare un riscaldatore operante secondo l’effetto Joule, il quale metodo prevede i passi di:

a) impostare un valore nominale di riferimento della temperatura di lavoro dell’elemento generatore di calore od una temperatura correlata a questa;

b) misurare ad intervalli di tempo prestabiliti secondo una prestabilita sequenza temporale il valore effettivo della temperatura di lavoro dell’elemento generatore di calore od una temperatura correlata a questa;

c) comparare il valore nominale della detta temperatura di lavoro impostata con il valore effettivo misurato della detta temperatura di lavoro in ciascun istante temporale della detta sequenza temporale prestabilita;

d) variare uno o più parametri del segnale di alimentazione in funzione del risultato della comparazione in modo da ridurre la differenza fra il valore misurato ed il valore nominale di riferimento impostato della temperatura di lavoro, ed in cui e) il segnale di alimentazione è un segnale generato mediante modulazione PWM (modulazione d’ampiezza d’impulsi)

f) la comparazione fra il valore nominale di riferimento della detta temperatura di lavoro e ed il valore effettivo misurato della temperatura di lavoro in ciascun istante temporale della detta sequenza temporale prestabilita di eventi di misurazione e comparazione è realizzata secondo un processo di retroazione denominato PID

g) ed il segnale di uscita del detto processo di retroazione PID modifica almeno un parametro della modulazione ad ampiezza di impulsi, preferibilmente il ciclo di lavoro (duty cycle) per variare il segnale di alimentazione in modo da ridurre la differenza fra valore nominale di riferimento impostato della temperatura di lavoro ed il valore effettivo misurato della temperatura di lavoro da ciascun evento di misurazione e comparazione della sequenza di eventi di misurazione e comparazione.

Secondo una forma esecutiva viene misurata la temperatura dell’elemento generatore di calore per contatto con lo stesso e/o la temperatura nelle immediate vicinanze dello stesso od in un ambiente confinato che contiene il detto elemento generatore di calore.

In alternativa od in combinazione è possibile prevedere di misurare la temperatura ad una certa distanza dall’elemento generatore di calore in un ambiente soggetto al condizionamento termico da parte del detto generatore di calore, essendo prevista una funzione empirica, come una tabella o simili od un polinomio di approssimazione od una funzione analitica di trasferimento della temperatura generata dal calore prodotto dal generatore di calore in funzione della distanza e posizione relativa di un sensore di temperatura rispetto al generatore di calore alla temperatura corrispondente sul corpo del generatore e/o nelle immediate vicinanze e/o in un ambiente confinato che contiene detto elemento generatore di calore.

Secondo una ulteriore forma esecutiva, il metodo prevede i passi di

disattivare il controllo in retroazione sul segnale di alimentazione mediante un processo PID; impostare in modo fisso i parametri del segnale di alimentazione, preferibilmente il ciclo di lavoro (duty cycle) della modulazione PWM del detto segnale di lavoro con cui viene alimentato l’elemento riscaldatore;

misurare la temperatura dell’elemento riscaldatore ad intervalli di tempo secondo una sequenza temporale prestabilita e confrontare la temperatura misurata con il valore nominale preimpostato della stessa;

attivare il controllo in retroazione sul segnale di alimentazione mediante un processo PID ed eseguire i passi da a) a g) quando la temperatura effettiva misurata raggiunge un valore uguale o maggiore di quello nominale di riferimento impostato per la detta temperatura di lavoro.

Grazie a questa combinazione di passi, prima di esercitare il controllo in retroazione con un metodo del tipo PID, è prevista una fase di riscaldamento inziale del generatore di calore, ovvero di raggiungimento del punto di lavoro a regime del detto generatore di calore, la quale fase non gestisce in retroazione il segnale di alimentazione, ma la modulazione PWM è applicata in modo fisso secondo parametri preimpostati e definiti ad esempio mediante test sperimentali. Tali parametri sono selezionati fra quelli per i quali il processo di risaldamento alla temperatura di lavoro risulta più efficiente.

I criteri di efficienza possono essere scelti in modo diverso. Secondo una variante esecutiva un criterio prevede di selezionare i parametri del segnale di alimentazione fra quelli che determinano una durata minima di questa fase di riscaldamento.

Una volta raggiunta la temperatura di lavoro o una volta superata la temperatura di lavoro, il metodo prevede di attivare il controllo in retroazione che agisce sui parametri di impostazione della modulazione di ampiezza ed in special modo e preferibilmente sul duty cycle.

Secondo ancora una ulteriore forma esecutiva, del metodo secondo la presente invenzione è prevista una fase intermedia fra il termine della fase di riscaldamento iniziale così come definita in precedenza e l’inizio della fase in cui il controllo in retroazione è attivato.

Secondo questa forma esecutiva prima del passo di attivare il controllo in retroazione sul segnale di alimentazione mediante un processo PID ed eseguire i passi da a) a g), quando la temperatura effettiva misurata raggiunge un valore uguale o maggiore di quello nominale di riferimento impostato per la detta temperatura di lavoro viene applicata una fase di variazione dei parametri di modulazione PWM del segnale di alimentazione secondo step di variazione del segnale di alimentazione ed in particolare di riduzione dei detti parametri di grandezza prestabilita,

venendo i detti passi di variazione applicati fintanto che la temperatura di lavoro effettiva misurata abbia raggiunto un valore corrispondente, nell’ambito di prestabilite tolleranze, il valore nominale di riferimento preimpostato.

Secondo una variante esecutiva, durante questa fase di variazione a passi di variazione fissi, prestabiliti, il metodo prevede di

misurare ad intervalli di tempo il valore effettivo della temperatura di lavoro e confrontare tale valore con il valore nominale di riferimento, determinare la differenza fra i valori della temperatura misurata ed il valore nominale di riferimento della temperatura;

confrontare il detto valore misurato della temperatura con un valore misurato della temperatura ad un passo precedente e determinarne la differenza;

applicare un primo passo di variazione dei parametri di modulazione PWM del segnale di alimentazione;

applicare un ulteriore passo variazione dei parametri di modulazione PWM del segnale di alimentazione quando il valore effettivo misurato è maggiore del valore nominale di riferimento ed anche maggiore del valore effettivo misurato in un passo di misurazione precedente;

applicare la variazione di uno o più dei parametri della modulazione PWM precedentemente applicata quando il valore effettivo misurato è maggiore del valore nominale di riferimento e minore del valore effettivo misurato in un passo di misurazione precedente;

attivare il controllo in retroazione sul segnale di alimentazione mediante un processo PID ed eseguire i passi da a) a g), quando la temperatura effettiva misurata raggiunge un valore uguale o maggiore di quello nominale di riferimento impostato per la detta temperatura di lavoro.

Secondo una forma esecutiva, la variazione dei parametri di modulazione PWM del segnale di alimentazione è relativa ad una variazione del duty cycle.

In questa forma esecutiva specifica, la fase intermedia prevede che i suddetti passi di variazione dei parametri della modulazione PWM del segnale di alimentazione siano eseguiti come segue:

applicare una prima variazione pari ad una prestabilita percentuale del duty cycle della modulazione PWM del segnale di alimentazione;

applicare un ulteriore passo variazione di una prestabilita percentuale aggiuntiva al passo di prima variazione del duty cycle del segnale di alimentazione quando il valore effettivo misurato è maggiore del valore nominale di riferimento ed anche maggiore del valore effettivo misurato in un passo di misurazione precedente;

mantenere lo stesso valore del duty cycle del segnale di alimentazione utilizzato in un precedente passo o nel primo passo di variazione quando il valore effettivo misurato è maggiore del valore nominale di riferimento e minore del valore effettivo misurato in un passo di misurazione precedente.

Secondo un ulteriore aspetto la presente invenzione ha per oggetto una unità di controllo dell’alimentazione di un elemento generatore di calore elettrico per l’attuazione del metodo secondo una o più delle forme esecutive e delle varianti sopra descritte.

Secondo un primo esempio esecutivo, la detta unità di controllo è destinata ad operare in combinazione con almeno un elemento generatore di calore alimentato ad energia elettrica e comprende:

- una unità di alimentazione con almeno una uscita per un segnale di alimentazione e con almeno una entrata di controllo per un segnale di controllo, il quale segnale di controllo comanda l’impostazione o la modifica di parametri del segnale di alimentazione fornito alla detta uscita;

- almeno un sensore di temperatura posizionato a contatto dell’elemento generatore di calore e/o immediatamente vicino allo stesso e/o all’interno di un ambiente confinato in cui il detto elemento generatore di calore è alloggiato;

- una unità di retroazione del tipo PID con almeno un ingresso a cui è collegato il detto sensore di temperatura ed attraverso il quale ingresso l’unità di retroazione PID riceve i segnali di misurazione del sensore di temperatura e con almeno una uscita per un segnale di controllo la quale uscita è collegata l’entrata di controllo dell’unità di alimentazione, la detta unità di retroazione PID essendo configurata per generare una sequenza temporale di segnali di controllo in funzione dei segnali di misurazione del sensore della temperatura misurati secondo una corrispondente sequenza di misurazione; la detta unità di controllo comprendendo ulteriormente una interfaccia di input di almeno un valore nominale di riferimento della temperatura e di parametri di configurazione delle funzioni di generazione dei segnali di controllo in funzione dei valori effettivi di misurazione della temperatura e del valore nominale di riferimento della temperatura.

Secondo la presente invenzione,

l’unità di alimentazione è costituita da una unità di modulazione di un segnale di alimentazione a larghezza d’impulso, ovvero del tipo denominato PWM;

l’unità di retroazione PID è configurata per generare un segnale di controllo dei parametri di modulazione del segnale di alimentazione, fra cui almeno del ciclo di lavoro (duty cycle) del segnale di alimentazione in funzione del valore effettivo misurato dal sensore di temperatura e del valore nominale di riferimento impostato della temperatura.

Secondo una forma esecutiva,

l’unità di controllo comprende una ulteriore sezione di generazione di un secondo segnale di controllo dei parametri di modulazione del segnale di alimentazione, fra cui almeno il ciclo di lavoro (duty cycle) del segnale di alimentazione in funzione del valore effettivo misurato dal sensore di temperatura e del valore nominale di riferimento impostato della temperatura;

la detta sezione di generazione del secondo segale di controllo comprendendo una entrata per una sequenza temporale di segnali di misurazione della temperatura effettiva collegata al detto almeno un sensore di temperatura e/o ad un ulteriore sensore di temperatura;

una interfaccia di immissione di un valore nominale di riferimento della temperatura ed una memoria di memorizzazione dello stesso;

la detta sezione di generazione del secondo segnale di controllo operando indipendentemente dall’unità di retroazione;

la detta sezione di generazione del secondo segnale di controllo essendo provvista di una uscita per detto secondo segnale di controllo che è collegata all’ingresso di controllo dell’unità di alimentazione a cui è collegata l’unità di retroazione PID o ad una ulteriore entrata di controllo dedicata;

- l’unità logica di controllo essendo ulteriormente provvista di una sezione di sincronizzazione della fornitura alternativa all’unità di alimentazione del segnale di controllo dell’unità di retroazione PID e del secondo segnale di controllo della sezione di generazione dello stesso,

la quale sezione di sincronizzazione comanda l’abilitazione o l’interdizione dell’uno o dell’altro dei detti segnali di controllo in funzione del valore effettivo misurato della temperatura e del valore nominale di riferimento della stessa.

Grazie a questa forma esecutiva, è possibile prevedere ed alternare cicli di lavoro dell’elemento generatore di calore che sono comandati secondo logiche fisse e prestabilite e che sono controllate dall’unità di controllo direttamente sulla base di funzioni prestabilite a cicli di lavoro nei quali l’alimentazione del generatore di calore viene controllata dall’unità di retroazione PID secondo le logiche di retroazione tipiche del controllo PID.

La forma esecutiva attuativa delle suddette unità e sezioni può essere di tipo qualsivoglia.

Secondo una prima variante, l’unità logica di controllo può essere integralmente costituita sotto forma di hardware, la cui configurazione implementa in modo stabile le logiche di funzionamento e quindi le funzioni di generazione del segnale di controllo e di modifica dei parametri della modulazione PWM del segnale di alimentazione in funzione dei segnali di controllo.

Una variante alternativa prevede che l’unità logica di controllo sia costituita da un hardware di elaborazione generico che comprende le periferiche di memoria, immissione dati e comandi, visualizzazione e le interfacce di comunicazione con uno o più sensori di temperatura, nonché con uno o più elementi di generazione di calore ed il quale hardware di elaborazione generico comprende almeno un processore che esegue un programma di controllo caricato nella detta memoria ed il quale programma di controllo contiene le istruzioni per configurare il detto processore e una o più delle unità periferiche a svolgere almeno le funzioni dell’unità di retroazione PID, dell’unità di alimentazione con modulazione PWM, della sezione di generazione del secondo segnale di controllo e della sezione di sincronizzazione dell’abilitazione/interdizione della fornitura alternativa del primo e del secondo segnale di controllo.

Secondo ancora una variante esecutiva è possibile che una parte dei componenti dell’unità logica di controllo siano realizzati sotto forma di hardware dedicato in cui sono implementate in modo stabile le funzioni dei detti componenti e la restante parte è sotto forma di generico hardware di elaborazione con le corrispondenti periferiche come sopra definito e che esegue un programma in cui sono codificate le istruzioni per svolgere le funzioni dei detti restanti componenti della unità di controllo.

Secondo una forma esecutiva applicabile al tutte le tre suddette varianti esecutive di architettura dell’unità di controllo, le funzioni stabilmente implementate nell’hardware e/o il programma di controllo sono corrispondenti all’esecuzione dei passi del metodo di controllo secondo una o più delle forme esecutive o delle varianti più sopra descritte con riferimento al detto metodo.

Una ulteriore forma esecutiva che può essere prevista in combinazione con qualsivoglia delle precedenti, prevede che la sezione di sincronizzazione della fornitura alternativa all’unità di alimentazione del segnale di controllo dell’unità di retroazione PID e del secondo segnale di controllo della sezione di generazione, comprenda un controllore di attivazione/disattivazione dell’unità di retroazione in funzione del valore misurato della temperatura e del valore nominale di riferimento impostato per la stessa.

Una variante alternativa prevede che l’uscita del segnale di controllo della unità di retroazione PID e l’uscita della sezione di generazione del secondo segnale di controllo sono collegate alla od alle corrispondenti entrate della unità di alimentazione per mezzo di un commutatore controllato dalla sezione di sincronizzazione.

Ancora secondo una ulteriore forma esecutiva è possibile prevedere due o più sensori di temperatura disposti in posizioni diverse fra loro rispetto al od agli elementi riscaldatori almeno alcuni dei quali sono collegati alla unità di retroazione PID e/o alla sezione di generazione del secondo segnale di controllo, venendo il segnale di controllo della unità di retroazione PID ed il secondo segnale di controllo generati in funzione dei valori di temperatura misurati dai detti uno o più sensori e da almeno un valore nominale di riferimento della temperatura e/o da più valori nominali di riferimento della temperatura ciascuno dei quali è relativo al valore di temperatura misurato da un corrispondente sensore di temperatura o da un sottogruppo dei detti sensori di temperatura.

Secondo un aspetto, l’invenzione ha per oggetto un metodo di riscaldamento di ambienti mediante uno o più elementi generatori di calore alimentati ad energia elettrica, ed il quale metodo prevede un controllo del segnale di alimentazione del o dei generatori elettrici in base alla differenza fra un valore di temperatura misurato ed un valore nominale di riferimento per la detta temperatura.

Secondo la presente invenzione il suddetto controllo è realizzato con un metodo di controllo secondo una o più delle forme e delle varianti esecutive più sopra descritte.

Vantaggiosamente il metodo di riscaldamento di ambienti prevede un ulteriore anello di controllo della temperatura il quale anello di controllo opera sulla base dell’errore, ovvero della differenza prevista fra il valore di temperatura misurato nel detto ambiente da riscaldare ed un valore nominale di riferimento per la detta temperatura ed il quale anello opera in parallelo od in serie al metodo di controllo secondo una o più delle forme esecutive e/o delle varianti esecutive precedentemente descritte per il metodo di controllo stesso.

Diverse sono le possibilità di combinazione di questo ulteriore anello di controllo con quello costituito dall’anello di retroazione PID ed il tecnico del ramo ha a sua disposizione diverse scelte che fanno parte del suo bagaglio tecnico di base.

Secondo un ulteriore aspetto la presente invenzione, ha per oggetto un sistema di generazione del calore, comprendente

- almeno un generatore di calore disposto in un ambiente da riscaldare, il quale generatore di calore è di tipo alimentato da energia elettrica ed

- almeno una unità di controllo del detto generatore di calore, comprendente almeno una entrata di collegamento di almeno un sensore di temperatura ed almeno una entrata di immissione di un valore nominale di riferimento della temperatura e la quale unità di controllo modifica il segnale di alimentazione dell’elemento generatore di calore in funzione del valore effettivo di temperatura misurato e del valore nominale di riferimento impostato per la detta temperatura al fine di raggiungere e mantenere un valore effettivo della temperatura il più vicino possibile al valore nominale di riferimento.

Secondo la presente invenzione, l’unità di controllo è realizzata secondo una o più delle forme esecutive e/o delle varianti esecutive sopra descritte.

Ancora secondo una ulteriore caratteristica l’unità di controllo comprende almeno una entrata per un sensore di temperatura che misura la temperatura nell’ambiente da riscaldare, almeno un generatore di un terzo segnale di controllo che genera il detto terzo segnale di controllo sulla base del detto valore misurato di temperatura ambientale e di un valore nominale di riferimento per detto valore ambientale, detto valore nominale di riferimento della temperatura ambientale essendo impostabile e memorizzabile nel sistema e

il detto terzo segnale di controllo operando quale segnale di comando della sezione di sincronizzazione dell’unità di retroazione PID e della sezione di generazione del secondo segnale di controllo dell’unità di alimentazione.

In questo caso, risulta possibile che il terzo segnale di controllo operi anche una selezione od una impostazione dei parametri che definiscono il segnale di controllo dell’unità di retroazione o il secondo segnale di controllo stesso in funzione di un criterio di priorità dell’effetto di riscaldamento sull’ambiente da condizionare.

Ulteriori caratteristiche sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Queste ed altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla seguente descrizione di alcuni esempi esecutivi illustrati nei disegni allegati in cui:

La fig.1 mostra uno schema a blocchi di alto livello di un primo esempio esecutivo di una unità di controllo secondo la presente invenzione.

La fig. 2 mostra uno schema a blocchi di una forma esecutiva più dettagliata dell’unità di controllo secondo la presente invenzione.

Le figura 3 mostra una ulteriore forma esecutiva perfezionata di una unità di controllo secondo la presente invenzione.

La fig. 4 mostra un diagramma di flusso di una forma esecutiva del processo di controllo del segnale di alimentazione di un elemento generatore di calore secondo la presente invenzione.

Le figure 1 a 3 mostrano alcune forme esecutive di possibili architetture dell’unità di controllo che si riferiscono a diversi livelli di perfezionamento dell’invenzione.

Con riferimento alla figura 1, lo schema a blocchi mostra una forma esecutiva essenziale della presente invenzione. L’unità di controllo presenta un anello di retroazione per il controllo del segnale di alimentazione modulato in PWM di un generatore di calore ad alimentazione elettrica, come ad esempio, ma non limitativamente il generatore ad effetto Joule 100 illustrato.

L’anello di retroazione è composto da almeno un sensore di temperatura 110 che fornisce il segnale di misurazione ad una entrata di una unità 120 di retroazione che opera secondo una modalità denominata PID. Unità di retroazione PID (Proporzionale, Integrativo, Derivativo sono note allo stato dell’altre e largamente utilizzate e generano in uscita 121 un segnale di controllo che è determinato con una funzione di minimizzazione della differenza fra un valore di riferimento impostato dall’utente ed il valore di temperatura fornito dal o dai sensori di temperatura 110 (denominata anche nel gergo tecnico errore). L’unità PID consente di operare generando il segnale di retroazione secondo tre funzioni diverse una che genera un segnale di controllo proporzionale alla detta differenza, una che considera quale differenza una integrazione dei valori di differenza nel tempo, con riferimento ad una prestabilita finestra temporale durante la quale l’unità di controllo ha acquisito le misurazioni del sensore 110 ed una in cui la funzione di determinazione del segnale di controllo prevede la valutazione della velocità di variazione del valore misurato, nel tempo e quindi, in sostanza, la derivata rispetto al tempo dell’andamento lungo una prestabilita finestra temporale dei valori misurati dal sensore 110.

Tipicamente, nelle applicazioni dell’arte nota, il segnale di controllo in uscita dall’unità 120 di retroazione è un segnale addizionale al segnale controllato, in questo caso al segnale di alimentazione oppure è il detto segnale di alimentazione.

Come indicato nella figura 1, nella unità di controllo secondo la presente invenzione, il segnale di controllo comanda una unità 130 di alimentazione che comprende un modulatore a larghezza di impulsi di un segnale di potenza alimentato alla stessa in funzione del segnale di controllo fornito dall’unità 120 di retroazione PID.

Il segnale di controllo comanda l’unità di alimentazione PWM 130 nel senso di modificare le impostazioni di almeno uno o più dei parametri del segnale di alimentazione, selezionabili fra frequenza, ampiezza, ciclo di lavoro (duty cycle).

Nel caso della presente invenzione, una soluzione preferita prevede che il segnale di controllo fornito alla unità 130 di alimentazione PWM modifichi il ciclo di lavoro. Tale variazione del duty cycle è eseguita in modo da minimizzare l’errore, ovvero la differenza fra il valore effettivo misurato dal sensore 110 ed il valore di riferimento impostato.

L’impostazione del valore di riferimento della temperatura e di altri parametri di taratura delle funzioni di determinazione del segnale di controllo in funzione del valore effettivo misurato della temperatura e del valore di riferimento impostato per la stessa possono venire immesse nell’unità di retroazione PID 120 per mezzo di una interfaccia di input 140 con cui l’utente può interagire con l’unità di controllo e quindi con l’unità di retroazione.

Il principio su cui si basa la presente invenzione consiste nel fatto di modificare la potenza del segnale di alimentazione del generatore 100 in funzione dell’errore determinato dall’unità di retroazione PID agendo sulla variazione del duty cycle.

In particolare, l’unità di controllo è provvista di un orologio che genera una base tempi che controlla l’esecuzione di una sequenza temporale di passi di acquisizione del valore misurato della temperatura e di generazione del corrispondente segnale di controllo del segnale di alimentazione, cioè di uno o più parametri della funzione di modulazione PWM.

Opzionalmente l’unità di controllo può presentare anche una interfaccia 150 di output di notifiche o segnalazioni o di visualizzazione di informazioni delle funzionalità e delle impostazioni dell’unità di controllo, come ad esempio una interfaccia utente grafica. Questa interfaccia grafica può integrare anche l’interfaccia di input 140 essendo ad esempio del tipo touch.

Le impostazioni da immettere nell’unità di controllo e/ le notifiche od informazioni all’utente trasmesse dall’unità di controllo possono essere immesse e ricevute direttamente dall’utente oppure ciò può avvenire anche attraverso terminali remoti o mobili collegati o collegabili alle dette interfacce 140, 150 attraverso reti cablate o wireless.

Secondo una ulteriore forma esecutiva relativa allo schema a blocchi della figura 2.

In questo caso, l’unità di controllo può operare alternativamente od anche eventualmente in parallelo sia generando un segnale di controllo sulla base delle funzioni previste nell’unità di retroazione PID 120, sia generando in una sezione di generazione aggiuntiva 220 un secondo segnale di controllo.

Mentre le funzioni ed i corrispondenti algoritmi che l’unità 120 di retroazione PID prevedono di determinare i parametri del segnale di controllo e quindi di generare un segnale di controllo che è funzione dell’errore, cioè della differenza fra valore effettivo, misurato della temperatura e valore nominale di riferimento impostato per la stessa, nel caso della sezione di generazione 220 il secondo segnale di controllo è generato con caratteristiche definite a priori, e il segnale relativo al valore effettivo della temperatura misurato dal sensore 110 viene utilizzato quale valore di riferimento per selezionare le funzioni precedentemente impostate e memorizzate nella sezione di generazione del secondo segnale di controllo.

Anche il secondo segnale di controllo generato dalla sezione di generazione 220 è fornito e comanda l’unità di alimentazione PWM 130, nel senso di modificare uno o più dei parametri che definiscono la funzione di modulazione ed in particolare almeno il ciclo di lavoro (duty cycle).

Secondo una forma esecutiva della presente invenzione, il valore misurato della temperatura viene ulteriormente utilizzato per abilitare/disabilitare la trasmissione del segnale di controllo o del secondo segnale di controllo alla unità di alimentazione.

Sono possibili diverse alternative che nell’esempio esecutivo della figura 2 sono sintetizzate nella unità di sincronizzazione 200.

Secondo una prima alternativa, l’unità di sincronizzazione 200 ha la funzione di commutatore che collega l’uscita 121 della unità 120 di retroazione PID e l’uscita della sezione di generazione 221 alternativamente od in combinazione alla porta 231 di entrata per il segnale di controllo dell’unità 130 di alimentazione PWM.

Il criterio di comando del commutatore per collegare alternativamente l’unità 120 di retroazione PID o la sezione 220 di generazione del secondo segnale di controllo alla entrata 231 dell’unità 130 di alimentazione PWM può essere scelto fra diverse opzioni, fra cui ad esempio una opzione in cui il commutatore è comandato da un temporizzatore che commuta il collegamento dell’uno e dell’altro segnale o di entrambi insieme in base ad intervalli di tempo ed istanti di tempo prestabiliti e impostabili preventivamente dall’utente.

Una seconda alternativa è costituita dal fatto che la commutazione dell’uno o dell’altro segnale di controllo o dei due segnali di controllo insieme è realizzata in funzione del valore della differenza fra il valore misurato e quello di riferimento della temperatura.

In questo caso la sezione di sincronizzazione può comprendere un comparatore od essere configurata per eseguire anche la funzione di comparatore e riceve anch’essa il segnale di misurazione da almeno un sensore 110 di temperatura.

E’ possibile prevedere anche di combinare le due varianti sopra descritte definendo una priorità di comando secondo cui una delle varianti è prioritaria rispetto all’altra, ad esempio per evitare sovraccarichi dell’unità di alimentazione e/o del generatore di calore 100.

Secondo una forma esecutiva alternativa, l’unità di sincronizzazione 200 può operare nel senso di attivare/disattivare alternativamente od insieme l’unità 120 di retroazione PID e la sezione 220 di generazione del secondo segnale di controllo.

Anche in questo caso sono possibili diverse varianti di criteri di comando della condizione di abilitazione/disabilitazione e ad esempio sono possibili i criteri delle due varianti descritte per la prima forma esecutiva di unità di sincronizzazione qui sopra descritta o combinazioni di queste.

Secondo ancora una variante esecutiva illustrata con linee e tratto e punto, l’unità 130 di alimentazione PWM può presentare due entrate rispettivamente dedicate l’una 231 al segnale di controllo della unità 120 di retroazione PID e l’altra 232 al secondo segnale di controllo della sezione di generazione 220.

Secondo una forma esecutiva il collegamento a queste due entrate dei corrispondenti segnali è comandato dalla unità 200 di sincronizzazione secondo un a delle varianti sopra descritte.

Una forma esecutiva può preveder che l’unità di sincronizzazione 200 presenti uscite separate rispettivamente 201 e 202 per i detti segnali.

Anche se non esplicitamente mostrato, l’esempio della figura 2 comprende analogamente al precedente esempio una interfaccia di input 140 con cui l’utente può interagire con l’unità di controllo per immettere le varie impostazioni ed una interfaccia di output con la quale l’unità di controllo può visualizzare o trasmettere notifiche od informazioni all’utente direttamente od a terminali collegati o collegabili alla stessa attraverso reti cablate o wireless.

Le impostazioni da immettere nell’unità di controllo e/ le notifiche od informazioni all’utente trasmesse dall’unità di controllo possono essere immesse e ricevute direttamente dall’utente oppure ciò può avvenire anche attraverso terminali remoti o mobili collegati o collegabili alle dette interfacce di input e di output attraverso reti cablate o wireless.

Con riferimento all’unità di sincronizzazione 200, questa può essere di tipo configurabile, cioè adatta ad operare secondo ambedue le diverse varianti sopra descritte, essendo previsti comandi di selezione ed attivazione di una fra queste diverse varianti.

Vantaggiosamente ciò è possibile quando l’unità di sincronizzazione è costituita da un hardware generico che esegue un programma in cui sono codificate le istruzioni per configurare l’hardware generico in modo da svolgere le funzioni previste per la detta unità di configurazione. In questo caso il programma può prevedere una interfaccia di impostazione che consente una scelta fra le varie varianti.

Con riferimento all’unità di controllo della figura 2, questa unità di controllo consente di eseguire il controllo del segnale di alimentazione del generatore di calore secondo diverse modalità a seconda delle diverse esigenze o di diversi protocolli di controllo del generatore di calore.

La figura 4 mostra una forma esecutiva di un metodo di controllo eseguito da una unità realizzata secondo la figura 2.

Secondo questa forma esecutiva al passo 400 viene impostato un valore per una temperatura di riferimento (setpoint) che viene memorizzata.

Il passo 400 può prevedere l’impostazione di eventuali ulteriori parametri come di attivazione di orologi per la generazione di sequenze temporali in base alle quali eseguire le misurazioni delle temperature e quindi la generazione dei segnali d controllo dell’unità di alimentazione e/o altri parametri come anche i parametri relativi alle funzioni di determinazione dei segnali di controllo sulla base dei valori misurati della temperatura.

Al passo 401 viene inizializzata la fase di alimentazione e quindi di riscaldamento del generatore di calore. Tale inizializzazione comprende la disattivazione del controllo in retroazione PID come indicato al passo 403.

Al passo 403 l’unità logica di controllo assume la funzione di generare un segnale di controllo attraverso la sezione di generazione 220 del secondo segnale di controllo, bloccando il segnale della unità 120 di retroazione PID, o disattivando questa unità o combinando il secondo segnale di controllo al segnale di controllo generato dall’unità 120 di retroazione PID. Questo segnale comanda l’unità 130 di alimentazione in modo tale che il segnale di alimentazione sia impostato per ottenere una rampa di salita della temperatura del generatore 100 di calore il più ripida possibile al fine di raggiungere il più rapidamente possibile la temperatura di riferimento impostata.

Il od i sensori di temperatura 110 rilevano ad intervalli di tempo prestabiliti la temperatura effettiva e forniscono i segnali su questi valori effettivi misurati all’unità logica di controllo 300 in cui questi valori vengono confrontati con il valore di riferimento. L’esito del confronto come indicato al passo 404 può avere due risultati. In caso il valore effettivo misurato della temperatura sia inferiore, al di fuori di prestabilite tolleranze rispetto al valore di riferimento, la modulazione del segnale di alimentazione viene iniziata al passo 403 viene proseguita fino al prossimo ciclo di misurazione della temperatura e di confronto.

Se l’esito del confronto mostra che il valore della temperatura misurato è identico al valore di riferimento o ricade nel range definito da prestabilite tolleranze rispetto al valore di riferimento, il processo di controllo prosegue con una successiva fase che è mostrata dai passi 405 a 408.

Si inizia una rampa di riduzione dell’energia fornita al generatore di calore che prevede al passo 405 un primo salto di riduzione del duty cycle pari ad una percentuale di riduzione X prestabilita.

Dopo un prestabilito tempo delta t dall’istante della riduzione del duty cycle del segnale di alimentazione, viene misurata la temperatura come indicato con 406 ed al passo 407 viene confrontato il valore misurato con quello di riferimento.

Al passo 408 viene valutato l’esito del confronto ed in particolare se il valore misurato della temperatura è maggiore del valore di riferimento e se questo valore misurato è maggiore di quello acquisito con la misurazione precedente, ovviamente sempre tenendo conto di prestabilite tolleranze.

Qualora l’esito è positivo ed ambedue le condizioni sono vere, il processo ritorna al passo 405 e ripete i passi fino al 408 applicando un ulteriore salto di riduzione del duty cycle del segnale di alimentazione pari al valore percentuale X prestabilito.

Se dopo un certo numero di iterazioni, le condizioni del passo 408 non sono vere ambedue il metodo prevede di passare al passo 409 in cui si verifica se l’esito del confronto del passo 407 fornisce un valore di temperatura misurato che è maggiore del valore di riferimento, e se questo valore misurato è inferiore del valore misurato al passo di misurazione precedente.

Se l’esito è positivo ed ambedue le condizioni sono vere, allora il processo mantiene il precedente salto di riduzione, cioè non applica ulteriori riduzioni del duty cycle come indicato al passo 411, mentre continua la sequenza di passi di misurazione della temperatura come indicato al passo 412 ed il confronto di ciascun valore misurato con il valore di riferimento come indicato al passo 413, il risultato ottenuto venendo sottoposto ogni volta alla sequenza di passi 408 a 409.

Se le due condizioni del passo 409 non sono vere ambedue, viene eseguita la verifica se il valore misurato della temperatura è identico, nell’ambito di prestabilite tolleranze al valore di riferimento. Se ciò è vero come indica il passo 414 si da inizio al controllo del segnale di alimentazione del generatore di calore 100 per mezzo dell’unità 120 di retroazione PID che opera applicando il segnale di controllo quale comando di variazione dei parametri di modulazione PWM del segnale di alimentazione ed in particolare almeno del duty cycle.

Se l’esito al passo 414 è negativo e la condizione non è vera, allora si procede ritornando a a ripetere i passi 408 a 414 reiterando le sequenze ad alternative più sopra descritte, fintanto che la condizione 414 risulta vera.

In combinazione con questi passi che si limitano a modificare solo il duty cycle del segnale di alimentazione è anche possibile variare la frequenza di misurazione della temperatura e di confronto di queste misurazioni con il valore di riferimento, e tale variazione di frequenza di esecuzione può essere controllata in funzione dell’ampiezza delle differenze fra valore misurato della temperatura e valore di riferimento e/o in funzione del gradiente della curva di riscaldamento o di raffreddamento misurata.

In combinazione con quanto sopra è anche possibile prevedere passi che rilevano se o meno il sistema converga verso il valore di riferimento e con quale velocità e che blocchi il processo di alimentazione del generatore di calore qualora un certo tempo massimo sia stato superando, eventualmente segnalando una condizione di errore o di funzionamento anomalo o la richiesta di intervento dell’utente per modificare i settaggi.

Grazie alle caratteristiche della presente invenzione, unendo i due elementi costituiti dal controllo in retroazione PID e della modulazione in PWM del segnale di alimentazione, è possibile creare un treno di impulsi dinamico, ovvero è possibile modificare dinamicamente il DutyCycle del PWM. In pratica, prendendo come esempio un ciclo da 30ms il 100% comporterebbe un segnale di alimentazione con livello alto, ovvero ON per tutto il tempo. Modificando il duty cycle, per esempio al 50%, per 15ms si avrà un segnale a livello alto, ovvero ON e per 15ms un segnale a livello basso, ovvero corrente a OFF.

Il controllo PID andrà a pilotare queste variazioni di Duty Cycle regolandole in base alla temperatura impostata da raggiungere.

Come indicato nella descrizione con riferimento alla figura 4, alla fase classica di controllo in retroazione PID è stata ottimizzata la fase iniziale, andando a cercare una correzione sulla rampa di salita il più rapida possibile, sfruttando il concetto di non attivare il controllo in retroazione PID fino al raggiungimento della temperatura di set point. Successivamente, prima di attivare il controllo in retroazione PID si inizia una fase costituita da un ciclo iterativo di controllo della caduta della temperatura con un check ogni secondo che punta a definire quale sia il duty cycle migliore per rimanere sul setpoint, cioè per mantenere i valori effettivi di temperatura identici al valore di riferimento (setpoint) entro il range di tolleranze ammissibili e/o previste dall’utente.

Un esempio pratico del metodo prevede che la logica di controllo utilizzi un duty cycle al 100% fino al raggiungimento del setpoint. Una volta raggiunto il duty cycle viene ridotto del 5% con un check di temperatura ogni secondo. Se la temperatura misurata è in diminuzione ma sopra al valore di set setpoint viene mantenuto il duty cycle precedente per un ulteriore ciclo, se il valore misurato della temperatura è ancora in salita, il duty cycle viene diminuito di un ulteriore 5% e ciò viene ripetuto fino a che non incontro il punto migliore, cioè fino a quando la differenza fra valore misurato della temperatura e valore di set point non raggiunge un minimo. A questo punto l’unità di controllo cambia logica e si attiva il controllo in retroazione PID che con la sua azione tende a mantenere la temperatura effettiva il più stabile possibile entro le tolleranze di differenza dal valore del setpoint.

Il ciclo continua con lo stesso processo fino a che non viene resettata la memoria, messo in pausa il sistema o spento e riacceso. Quando inevitabilmente bisogno ripartire da zero.

Nell’ambito delle prove sperimentali eseguite, questa modalità di configurazione del controllo in retroazione PID in uno stato avanzato e non all’inizio del ciclo ha permesso una ottimizzazione del tempo che il controllo in retroazione PID stesso impiegava per arrivare al suo punto di lavoro ideale.

La figura 3 mostra l’integrazione dell’unità di controllo secondo una o più delle precedenti forme esecutive in un sistema di controllo di un impianto di riscaldamento comprendente almeno un generatore di calore 100 alimentato ad energia elettrica e destinato a riscaldare un ambiente delimitato ad esempio da pareti.

La forma esecutiva illustrata nella figura 3, prevede ad esempio per l’unità di sincronizzazione e per la sezione di generazione del secondo segnale di controllo della figura 2 che le stesse siano sotto forma di software eseguito da un elaboratore che esegue il detto software, essendo nel detto software contenute le istruzioni per configurare l’unità di elaborazione e le periferiche della stessa ad eseguire le funzioni previste per la detta unità di sincronizzazione e per la detta sezione di generazione del secondo segnale di controllo.

Nella forma esecutiva secondo la figura 3, si è scelto di mantenere l’unità di retroazione PID 120 e l’unità di alimentazione PWM 130 come hardware indipendente, analogamente agli esempi esecutivi delle figure 1 e 2. Tuttavia anche in relazione a queste unità è possibile che le funzioni delle stesse siano eseguite dall’hardware generico dell’elaboratore configurato da un corrispondente software che contiene le istruzioni per configurare il detto elaboratore e le sue periferiche in modo da svolgere le funzioni corrispondenti a quelle delle dette unità.

In via più generale una prima variante, dell’unità di controllo o del sistema di controllo di un impianto di riscaldamento, questi possono essere integralmente realizzati sotto forma di hardware, la cui configurazione implementa in modo stabile le logiche di funzionamento e quindi le funzioni di generazione del segnale di controllo e di modifica dei parametri della modulazione PWM del segnale di alimentazione in funzione dei segnali di controllo.

Una variante alternativa prevede che l’unità logica di controllo e/o il sistema di controllo di un impianto di riscaldamento siano costituiti da un hardware di elaborazione generico che comprende le periferiche di memoria, immissione dati e comandi, visualizzazione e le interfacce di comunicazione con uno o più sensori di temperatura, nonché con uno o più elementi di generazione di calore ed il quale hardware di elaborazione generico comprende almeno un processore che esegue un programma di controllo caricato nella detta memoria ed il quale programma di controllo contiene le istruzioni per configurare il detto processore e una o più delle unità periferiche a svolgere almeno le funzioni dell’unità di retroazione PID, dell’unità di alimentazione con modulazione PWM, della sezione di generazione del secondo segnale di controllo e della sezione di sincronizzazione dell’abilitazione/interdizione della fornitura alternativa del primo e del secondo segnale di controllo.

Secondo ancora una variante esecutiva è possibile che una parte dei componenti dell’unità logica di controllo e/o del sistema di controllo di un impianto di riscaldamento siano realizzati sotto forma di hardware dedicato in cui sono implementate in modo stabile le funzioni dei detti componenti e la restante parte è sotto forma di generico hardware di elaborazione con le corrispondenti periferiche come sopra definito e che esegue un programma in cui sono codificate le istruzioni per svolgere le funzioni dei detti restanti componenti della unità di controllo e/o del sistema di controllo di un impianto di riscaldamento.

Secondo una forma esecutiva applicabile a tutte le tre suddette varianti esecutive di architettura dell’unità di controllo, le funzioni stabilmente implementate nell’hardware e/o il programma di controllo sono corrispondenti all’esecuzione dei passi del metodo di controllo secondo una o più delle forme esecutive o delle varianti di cui a seguito verranno descritti alcuni esempi.

Nell’esempio della figura 3, è presente una sezione logica di controllo 300 sotto forma di elaboratore e che comprende un processore 301 il quale è destinato ad eseguire uno o più programmi il cui codice contiene le istruzioni per eseguire le diverse funzioni almeno dell’unità di sincronizzazione della sezione di generazione del secondo segnale di controllo e delle varie interfacce e delle memorie descritte a seguito.

Una memoria 302 è gestita dal processore 301 e nella stessa sono memorizzati i programmi sopra descritti, gli algoritmi per la generazione del segnale di controllo, i valori di misurazione e gli istanti di acquisizione degli stessi di almeno un sensore di temperatura che misura la temperatura di funzionamento del o dei generatori 100 di calore ed almeno un sensore di misurazione della temperatura nell’ambiente da riscaldare.

Il processore 301 controlla anche le interfacce di Input e di output 140, 150 nonché le interfacce 303 di comunicazione con il od i sensori 110 e 310 e le interfacce di comando 304, 305 rispettivamente dell’unità di retroazione 120 PID e dell’unità di alimentazione PWM 350.

In relazione a questa forma esecutiva, il metodo di controllo eseguito è essenzialmente identico a quello descritto con riferimento all’esempio della figura 2. A questo si aggiunge però la misurazione della temperatura nell’ambiente da riscaldare ed in combinazione con questa misurazione, l’impostazione di un valore di riferimento per l’ambiente.

Il sistema secondo la figura 3 prevede un ulteriore anello di controllo che si basa sulla retroazione in base alla differenza fra valore misurato della temperatura ambiente e valore di riferimento della temperatura ambiente.

In questo caso, questo anello può generare segnali di controllo dell’unità di controllo del generatore 100 di calore che operano sull’unità di controllo stessa e ne controllano il funzionamento.

Secondo un esempio, in base alla differenza fra valore misurato della temperatura ambiente e valore di riferimento della stessa, è possibile controllare le funzioni dell’unità di controllo del segnale di alimentazione del generatore 100 di calore mantenendo attiva la fase di riscaldamento inziale definita dai passi 401, 402, 403 e 404, fintanto che non solo il riscaldatore abbia raggiunto una temperatura corrispondente al valore di riferimento impostato, ma anche il valore misurato della temperatura ambiente abbia raggiunto il valore di riferimento della temperatura ambiente previsto.

In combinazione è anche possibile prevedere un controllo della durata delle fasi di riscaldamento inziale relative ai passi 401, 402, 403, 404 in modo da evitare sovraccarichi termici ed elettrici o da richiedere di modificare le impostazioni delle funzioni di controllo.

In relazione alle forme esecutive descritte, ed in particolare al sensore di misurazione della temperatura 110 va considerato che lo stesso può essere direttamente a contatto con il generatore di calore o ad una certa distanza da questo, venendo prevista una funzione di trasferimento del valore misurato della temperatura anche a distanza da questo alla temperatura corrispondente a contatto del riscaldatore. In questo modo anche con un sensore di misurazione della temperatura nell’ambiente, ad esempio con riferimento alla figura 3 solo il sensore 210, è possibile attuare il metodo di controllo descritto. In questo caso, il valore misurato della temperatura del generatore di calore sarà ottenuto da un funzione che calcola questo valore in funzione della posizione relativa e quindi anche della distanza relativa fra generatore di calore 100 e sensore di temepratura.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di controllo dell’alimentazione di un riscaldatore elettrico in particolare un riscaldatore operante secondo l’effetto Joule, il quale metodo prevede i passi di: a) impostare un valore nominale di riferimento della temperatura di lavoro dell’elemento generatore di calore od una temperatura correlata a questa; b) misurare ad intervalli di tempo prestabiliti secondo una prestabilita sequenza temporale il valore effettivo della temperatura di lavoro dell’elemento generatore di calore od una temperatura correlata a questa; c) comparare il valore nominale della detta temperatura di lavoro impostata con il valore effettivo misurato della detta temperatura di lavoro in ciascun istante temporale della detta sequenza temporale prestabilita; d) variare uno o più parametri del segnale di alimentazione in funzione del risultato della comparazione in modo da ridurre la differenza fra il valore misurato ed il valore nominale di riferimento impostato della temperatura di lavoro, ed in cui e) il segnale di alimentazione è un segnale generato mediante modulazione PWM (modulazione d’ampiezza d’impulsi) f) la comparazione fra il valore nominale di riferimento della detta temperatura di lavoro e ed il valore effettivo misurato della temperatura di lavoro in ciascun istante temporale della detta sequenza temporale prestabilita di eventi di misurazione e comparazione è realizzata secondo un processo di retroazione denominato PID g) ed il segnale di uscita del detto processo di retroazione PID modifica almeno un parametro della modulazione ad ampiezza di impulsi, preferibilmente il ciclo di lavoro (duty cycle) per variare il segnale di alimentazione in modo da ridurre la differenza fra valore nominale di riferimento impostato della temperatura di lavoro ed il valore effettivo misurato della temperatura di lavoro da ciascun evento di misurazione e comparazione della sequenza di eventi di misurazione e comparazione.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto metodo prevede ulteriormente i passi di: disattivare il controllo in retroazione sul segnale di alimentazione mediante un processo PID; impostare in modo fisso i parametri del segnale di alimentazione, preferibilmente il ciclo di lavoro (duty cycle) della modulazione PWM del detto segnale di lavoro con cui viene alimentato l’elemento riscaldatore; misurare la temperatura dell’elemento riscaldatore ad intervalli di tempo secondo una sequenza temporale prestabilita e confrontare la temperatura misurata con il valore nominale preimpostato della stessa; attivare il controllo in retroazione sul segnale di alimentazione mediante un processo PID ed eseguire i passi da a) a g) quando la temperatura effettiva misurata raggiunge un valore uguale o maggiore di quello nominale di riferimento impostato per la detta temperatura di lavoro.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui sono previsti i passi di: misurare ad intervalli di tempo il valore effettivo della temperatura di lavoro e confrontare tale valore con il valore nominale di riferimento, determinare la differenza fra i valori della temperatura misurata ed il valore nominale di riferimento della temperatura; confrontare il detto valore misurato della temperatura con un valore misurato della temperatura ad un passo precedente e determinarne la differenza; applicare un primo passo di variazione dei parametri di modulazione PWM del segnale di alimentazione; applicare un ulteriore passo variazione dei parametri di modulazione PWM del segnale di alimentazione quando il valore effettivo misurato è maggiore del valore nominale di riferimento ed anche maggiore del valore effettivo misurato in un passo di misurazione precedente; applicare la variazione di uno o più dei parametri della modulazione PWM precedentemente applicata quando il valore effettivo misurato è maggiore del valore nominale di riferimento e minore del valore effettivo misurato in un passo di misurazione precedente; attivare il controllo in retroazione sul segnale di alimentazione mediante un processo PID ed eseguire i passi da a) a g), quando la temperatura effettiva misurata raggiunge un valore uguale o maggiore di quello nominale di riferimento impostato per la detta temperatura di lavoro.
4. 4. Metodo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui la variazione dei parametri di modulazione PWM del segnale di alimentazione è relativa ad una variazione del duty cycle.
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dai seguenti passi di variazione dei parametri della modulazione PWM del segnale di alimentazione della detta fase intermedia: applicare una prima variazione pari ad una prestabilita percentuale del duty cycle della modulazione PWM del segnale di alimentazione; applicare un ulteriore passo variazione di una prestabilita percentuale aggiuntiva al passo di prima variazione del duty cycle del segnale di alimentazione quando il valore effettivo misurato è maggiore del valore nominale di riferimento ed anche maggiore del valore effettivo misurato in un passo di misurazione precedente; mantenere lo stesso valore del duty cycle del segnale di alimentazione utilizzato in un precedente passo o nel primo passo di variazione quando il valore effettivo misurato è maggiore del valore nominale di riferimento e minore del valore effettivo misurato in un passo di misurazione precedente.
6. 6. Unità di controllo dell’alimentazione di un elemento generatore di calore elettrico per l’attuazione del metodo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, quale unità di controllo è destinata ad operare in combinazione con almeno un elemento generatore di calore alimentato ad energia elettrica e la quale unità comprende: - una unità di alimentazione con almeno una uscita per un segnale di alimentazione e con almeno una entrata di controllo per un segnale di controllo, il quale segnale di controllo comanda l’impostazione o la modifica di parametri del segnale di alimentazione fornito alla detta uscita; - almeno un sensore di temperatura posizionato a contatto dell’elemento generatore di calore e/o immediatamente vicino allo stesso e/o all’interno di un ambiente confinato in cui il detto elemento generatore di calore è alloggiato; - una unità di retroazione del tipo PID con almeno un ingresso a cui è collegato il detto sensore di temperatura ed attraverso il quale ingresso l’unità di retroazione PID riceve i segnali di misurazione del sensore di temperatura e con almeno una uscita per un segnale di controllo la quale uscita è collegata l’entrata di controllo dell’unità di alimentazione, la detta unità di retroazione PID essendo configurata per generare una sequenza temporale di segnali di controllo in funzione dei segnali di misurazione del sensore della temperatura misurati secondo una corrispondente sequenza di misurazione; la detta unità di controllo comprendendo ulteriormente una interfaccia di input di almeno un valore nominale di riferimento della temperatura e di parametri di configurazione delle funzioni di generazione dei segnali di controllo in funzione dei valori effettivi di misurazione della temperatura e del valore nominale di riferimento della temperatura, essendo la detta unità di controllo caratterizzata dal fatto che l’unità di alimentazione è costituita da una unità di modulazione di un segnale di alimentazione a larghezza d’impulso, ovvero del tipo denominato PWM; l’unità di retroazione PID è configurata per generare un segnale di controllo dei parametri di modulazione del segnale di alimentazione, fra cui almeno del ciclo di lavoro (duty cycle) del segnale di alimentazione in funzione del valore effettivo misurato dal sensore di temperatura e del valore nominale di riferimento impostato della temperatura.
7. 7. Unità di controllo secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto di comprendere: una ulteriore sezione di generazione di un secondo segnale di controllo dei parametri di modulazione del segnale di alimentazione, fra cui almeno il ciclo di lavoro (duty cycle) del segnale di alimentazione in funzione del valore effettivo misurato dal sensore di temperatura e del valore nominale di riferimento impostato della temperatura; la detta sezione di generazione del secondo segale di controllo comprendendo una entrata per una sequenza temporale di segnali di misurazione della temperatura effettiva collegata al detto almeno un sensore di temperatura e/o ad un ulteriore sensore di temperatura; una interfaccia di immissione di un valore nominale di riferimento della temperatura ed una memoria di memorizzazione dello stesso; la detta sezione di generazione del secondo segnale di controllo operando indipendentemente dall’unità di retroazione; la detta sezione di generazione del secondo segnale di controllo essendo provvista di una uscita per detto secondo segnale di controllo che è collegata all’ingresso di controllo dell’unità di alimentazione a cui è collegata l’unità di retroazione PID o ad una ulteriore entrata di controllo dedicata; - l’unità di controllo essendo ulteriormente provvista di una sezione di sincronizzazione della fornitura alternativa all’unità di alimentazione del segnale di controllo dell’unità di retroazione PID e del secondo segnale di controllo della sezione di generazione dello stesso, la quale sezione di sincronizzazione comanda l’abilitazione o l’interdizione dell’uno o dell’altro dei detti segnali di controllo in funzione del valore effettivo misurato della temperatura e del valore nominale di riferimento della stessa.
8. 8. Unità di controllo secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che la sezione di sincronizzazione della fornitura alternativa all’unità di alimentazione del segnale di controllo dell’unità di retroazione PID e del secondo segnale di controllo della sezione di generazione, comprende un controllore di attivazione/disattivazione dell’unità di retroazione in funzione del valore misurato della temperatura e del valore nominale di riferimento impostato per la stessa oppure che l’uscita del segnale di controllo della unità di retroazione PID e l’uscita della sezione di generazione del secondo segnale di controllo sono collegate alla od alle corrispondenti entrate della unità di alimentazione per mezzo di un commutatore controllato dalla sezione di sincronizzazione.
9. 9. Unità di controllo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni caratterizzata dal fatto di essere prevista in combinazione con due o più sensori di temperatura disposti in posizioni diverse fra loro rispetto al od agli elementi generatori di calore, almeno alcuni dei quali sensori di temepratura sono collegati alla unità di retroazione PID e/o alla sezione di generazione del secondo segnale di controllo, venendo il segnale di controllo della unità di retroazione PID ed il secondo segnale di controllo generati in funzione dei valori di temperatura misurati dai detti uno o più sensori e da almeno un valore nominale di riferimento della temperatura e/o da più valori nominali di riferimento della temperatura ciascuno dei quali è relativo al valore di temperatura misurato da un corrispondente sensore di temperatura o da un sottogruppo dei detti sensori di temperatura.
10. 10. Metodo di riscaldamento di ambienti mediante uno o più elementi generatori di calore alimentati ad energia elettrica, ed il quale metodo prevede un controllo del segnale di alimentazione del o dei generatori elettrici in base alla differenza fra un valore di temperatura misurato ed un valore nominale di riferimento per la detta temperatura, caratterizzato dal fatto che detto controllo è realizzato con un metodo di controllo secondo una o più delle rivendicazioni 1 a 5.
11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto di prevedere un ulteriore anello di controllo della temperatura il quale anello di controllo opera sulla base dell’errore, ovvero della differenza prevista fra il valore di temperatura misurato nel detto ambiente da riscaldare ed un valore nominale di riferimento per la detta temperatura ed il quale anello opera in parallelo od in serie al metodo di controllo secondo una o più delle forme esecutive e/o delle varianti esecutive precedentemente descritte per il metodo di controllo stesso.
12. 12. Sistema di controllo di un impianto di riscaldamento comprendente almeno un generatore di calore alimentato ad energia elettrica e destinato a riscaldare un ambiente delimitato ad esempio da pareti il quale sistema comprende una unità di controllo secondo le rivendicazioni opera secondo il metodo delle rivendicazioni 6 o 7 ed esegue il metodo secondo le rivendicazioni 10 o 11.