NL8004907A

NL8004907A - Motorised regulator for heat exchangers - which are controlled by temp. sensors via comparator and relay circuit (DK 29.3.82)

Info

Publication number: NL8004907A
Application number: NL8004907A
Authority: NL
Original assignee: Honeywell Ab
Priority date: 1980-08-29
Filing date: 1980-08-29
Publication date: 1982-04-01

Abstract

This motorised regulator is for use in controlling the primary supply flow to a heat exchanger which forms part of a district central heating system, supplying a number of houses or flats. A signal from temperature sensors (2,3) is compared with the voltage on the wiper (7) of a potentiometer (5), which is mechanically coupled to the position of the regulator valve. If the d.c. signal from the temp. sensor is significantly different from the voltage on the potentiometer wiper, the output of the comparator operates one of two relays which feed an a.c. supply to the valve drive motor. One relay causes the valve to open and the other to close. When the wiper and detector signals reach equilibrium, the relay de-energises and the motor stops.

Description

ί* *ί * *

Regelstelsel.Control system.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor de stromingsregeling in een regelstelsel welke voorzien is van een regelaar, een motorklep en één of meer aftastinrichtingen, in het bijzonder voor de regeling van de primaire stroming van warmte-5 wisselaars bij district-verwarmingsstelsels.The invention relates to an apparatus for flow control in a control system which comprises a regulator, a motor valve and one or more sensors, in particular for the control of the primary flow of heat exchangers in district heating systems.

District-verwarming wordt meer en meer gebruikt voor het verwarmen van villa's en kleine huizen. Een warmtewisselaar brengt warmte over vanaf het districtsverwarmingsnetwerk (primaire zijde) naar de circulatieketen van de radiatoren enz. (secundaire 10 keten).District heating is increasingly used for heating villas and small houses. A heat exchanger transfers heat from the district heating network (primary side) to the circulation chain of the radiators etc. (secondary 10 chain).

Warmtetoevoer kan op vele verschillende wijzen geregeld worden bijvoorbeeld door een automatische klep gelegen in de retourleiding aan de primaire zijde van de warmtewisselaar waarbij de maximum temperatuur begrensd wordt. Aan de secundaire zijde 15 van de warmtewisselaar zijn er motorkleppen geregeld door regelaars om de gewenste temperatuur van het water dat in de radiatoren rondstroomt en van het hete kraanwater te handhaven.Heat supply can be controlled in many different ways, for example by an automatic valve located in the return pipe on the primary side of the heat exchanger, whereby the maximum temperature is limited. On the secondary side of the heat exchanger, engine valves are controlled by controllers to maintain the desired temperature of the water circulating in the radiators and of the hot tap water.

Een andere werkwijze is om de stroming door de primaire zijde van de warmtewisselaar te laten controleren door een 20 motorklep. De motorklep wordt bestuurd vanuit een regelcentrum dat de warmtetoevoer aanpast aan de behoefte. Aan de laatstgenoemde werkwijze wordt de voorkeur gegeven daar deze een lagere retourtem-peratuur geeft en stroming vanaf de primaire zijde vanaf de warmtewisselaar bij een kleine vraag naar verwarming dan verkregen zou 25 zijn door gebruik te maken van een automatische maximum begrenzings-klep. In het geval dat een groot aantal villa's verbonden zijn met een districtsverwarmingsnetwerk zijn de retourleidingstemperatuur en de stroming van groot belang. Een vermindering van de retourleidings-temperatuur geeft een economischer werking bij de districtsverwar- 80 0 4 907 »· v 2 mingsinstallatie en een vermindering van de stroming heeft een lager energieverbruik bij de pompen voor het water van de distritsverwar-ming.Another method is to have the flow through the primary side of the heat exchanger controlled by a motor valve. The motor valve is controlled from a control center that adjusts the heat supply to the need. The latter method is preferred as it provides a lower return temperature and flow from the primary side of the heat exchanger with a small heating demand would be obtained by using an automatic maximum limiting valve. In the event that a large number of villas are connected to a district heating network, the return pipe temperature and flow are of great importance. A reduction in the return line temperature provides more economical operation at the district heating plant and a reduction in flow has lower energy consumption at the district heating water pumps.

De geregelde variabele van de motorklep (met 5 "geregelde variabele" wordt de ophefhoogte van de kegel bij kegel-kleppen en bij kleppen met draaiende schuif de rotatiehoek van de schuif bedoeld) wordt geregeld door het regelcentrum zodat de stroming door de primaire zijde van de warmtewisselaar aangepast is al naar gelang de vraag naar verwarming. Als gevolg worden zeer kleine 10 stromingen verkregen wanneer er een geringe behoefte aan verwarming is en hetgeen het geval is in de lente en in de herfst.The Controlled Variable Motor Valve (5 "Controlled Variable" refers to the lifting height of the cone for cone valves and for rotary valve valves the angle of rotation of the valve) is controlled by the control center so that the flow through the primary side of the valve heat exchanger is adapted according to the demand for heating. As a result, very small currents are obtained when there is little need for heating and which is the case in spring and autumn.

De regeltechniek vormt geen hoofdprobleem.The control technology is not a main problem.

Dit probleem bestaat in het meten van de verbruikte warmtehoeveelheid met een meter van de warmtehoeveelheid 15 zoals onder andere met een watermeter. Bij zeer kleine stromingen werkt de watermeter niet maar zal het water passeren zonder enige registratie van de verbruikte warmtehoeveelheid hetgeen natuurlijk een nadeel is voor het energiebedrijf.This problem consists in measuring the amount of heat consumed with a meter of the amount of heat 15, such as, inter alia, with a water meter. At very small flows, the water meter does not work, but the water will pass without any registration of the amount of heat consumed, which is of course a disadvantage for the energy company.

Dit vraagstuk kan op zichzelf opgelost worden door 20 gebruik te maken van een in-uit regeling zodat de klep volledig opent en sluit zonder enige tussengelegen stemden in te nemen. Daar hetzij een volledige of geen stroming verkregen wordt zal de warmtemeter werken bij een kleine vraag naar verwarming. Een in-uit regeling is echter geen aanvaardbare vorm van regeling, daar de tempera-25 tuur aan de secundaire zijde aanzienlijk op een neer zal gaan.This problem can be solved by itself by using an in-out control so that the valve opens and closes completely without taking any intermediate voices. Since either full or no flow is obtained, the heat meter will operate with a small heating demand. However, an in-out control is not an acceptable form of control, since the temperature on the secondary side will drop considerably.

De bovengenoemde vraagstukken en nadelen bij bekende regelinrichtingen voor warmtewisselaars bij districtsverwar-mingsstelsels worden opgeheven door de inrichting volgens de uitvinding waarbij de karakteristieke kenmerken verkregen worden dat de 30 motorklep verbonden is met de regulateur en daarmee samenwerkt om wanneer de geregelde variabele van de motorklep een vooruit bepaalde waarde overschrijdt de een of andere soort evenredige regelwerking te verkrijgen door een terugkoppelsignaal in de regelinrichting in dezelfde mate te veranderen als de geregelde variabele van de motor-35 klep veranderd is en waarbij de motorklep voorzien is van een orgaan 80 0 4 90 7 .y * 3 om wanneer beneden de vooruit bepaalde waarde gebleven wordt een in-uit regelwerking te verkrijgen waarbij het terugkoppelsignaal hetzij vergrendeld wordt op een vastgelegde waarde of onderworpen aan een verminderde verandering met betrekking tot de verandering 5 van de geregelde variabele van de motorklep.The above-mentioned problems and drawbacks in known heat exchanger control devices in district heating systems are overcome by the device according to the invention, whereby the characteristics are obtained that the engine valve is connected to the governor and interacts therewith when the controlled engine valve variable has a forward exceeds some kind of proportional control operation by changing a feedback signal in the control device to the same degree as the variable control of the engine valve is changed and the engine valve is provided with means 80 0 4 90 7. y * 3 to obtain an in-out control operation when below the predetermined value, wherein the feedback signal is either locked to a set value or subject to a reduced change with respect to the change of the controlled valve variable motor.

De uitvinding schuilt in de regeling van de motorklep door de regelaar zo dat hij tussengelegen standen inneemt die overeen komen met de vraag naar warmte maar waarbij wanneer de stroming zoveel verminderd is dat er een gevaar bestaat dat de warmte-10 meter niet langer zal werken de regelinrichting zal beginnen te werken volgens het in-uit principe.The invention resides in the regulation of the engine valve by the regulator so that it occupies intermediate positions corresponding to the demand for heat, but where the flow is reduced so much that there is a danger that the heat 10 meters will no longer operate. control device will start to operate according to the in-out principle.

De uitvinding zal toegelicht worden aan de hand van de tekening.The invention will be elucidated with reference to the drawing.

Pig. 1 toont een eerste uitvoering volgens de 15 uitvinding.Pig. 1 shows a first embodiment according to the invention.

Pig. 2 en 3 tonen werkwijzen voor een minimum begrenzing en maximum begrenzing respectievelijk van een terugkoppelsignaal bij de uitvoering volgens fig. 1.Pig. 2 and 3 show methods for minimum limitation and maximum limitation of a feedback signal, respectively, in the embodiment of FIG. 1.

Fig. 4 toont een andere uitvoering volgens de 20 uitvinding.Fig. 4 shows another embodiment according to the invention.

Pig. 5 toont de uitvoering volgens fig. 4 aangevuld met een tijdregelketen.Pig. 5 shows the embodiment of FIG. 4 supplemented with a timing chain.

In de verschillende figuren zijn dezelfde ver-wijzingscijfers gebruikt voor overeenkomstige details, 25 De regelwerking volgens de uitvinding kan uitge voerd worden op de volgende wijze.In the different figures, the same reference numerals are used for corresponding details. The control operation according to the invention can be carried out in the following manner.

In fig. 1 regelt een regelaar 1 met aftastinrichtingen 2 en 3 een motorklep 4 welke voorzien is van een responsie potentiometer 5 verbonden met de brugschakeling 6 van de regelaar 1, 30 waarmee hij samenwerkt om een evenredigheidseffect te verkrijgen. De middenaftakking 7 van de responsie potentiometer 5 verandert zijn stand al naar gelang de motorklep 4 opent of sluit maar waarbij wanneer de motorklep 4 zover gesloten is dat er gevaar bestaat dat de warmtemeter niet langer werkt tengevolge vein een kleine stroming, 35 de middenaftakking 7 een stationaire of instelbare stop-positie 8 80 0 4 90 7 4 zal naderen waarbij verhinderd wordt dat de middenaftakking 7 volgt wanneer de motorklep 4 nog verder gesloten wordt. Wanneer het uitgangssignaal vanaf de middenaftakking 7 veranderd wordt al naar gelang de motorklep 4 opent of sluit wordt een evenredige functie 5 verkregen zolang als de motor 4 zich in een meer open stand bevindt dan welke overeenkomt met de stop-stand 8 van de middenaftakking 7. Wanneer de stop-stand 8 verkregen is wordt geen verandering van het uitgangssignaal van de responsie potentiometer 5 verkregen en zal daarom de motorklep 4 beginnen te werken met de in-uit werking tussen 10 de stop-stand 8 en de gesloten stand. Het signaal van de responsie potentiometer is een van de stand afhankelijk terugkoppelsignaal wanneer de geregelde variabele de stop-stand overschrijdt.In Fig. 1, a controller 1 with sensing devices 2 and 3 controls a motor valve 4 which is provided with a response potentiometer 5 connected to the bridge circuit 6 of the controller 1, 30 with which it cooperates to obtain a proportionality effect. The center tap 7 of the response potentiometer 5 changes its position according to whether the motor valve 4 opens or closes, but where the motor valve 4 is closed to such an extent that there is a risk that the heat meter no longer works due to a small flow, the center tap 7 stationary or adjustable stop position 8 80 0 4 90 7 4 will approach, preventing the center tap 7 from following when the motor valve 4 is closed even further. When the output signal from the center tap 7 is changed according to whether the motor valve 4 opens or closes, a proportional function 5 is obtained as long as the motor 4 is in a more open position than that corresponding to the stop position 8 of the center tap 7. When the stop position 8 is obtained, no change of the output signal of the response potentiometer 5 is obtained and therefore the motor valve 4 will start to operate with the in-out operation between the stop position 8 and the closed position. The response potentiometer signal is a position dependent feedback signal when the controlled variable exceeds the stop position.

In fig. 2 is een andere mogelijkheid voor vergrendelen van het terugkoppelingssignaal aangegeven door in de motorklep 15 gebruik te maken van een normale terugkoppelings potentiometer 16 die geen stop-punten heeft en om via een diode 17 een spanning die bepaald wordt door een spanningdeler 18, 19 te verbinden met het terugkoppelingssignaal. De spanningsverdeler 18, 19 geeft een spanning die overeenkomt met de spanning die geleverd wordt door de terug-20 koppelings potentiometer 16 in de kiepstand waarbij de problemen met de stromingsmeter beginnen. Een diode 20 werkt samen met de eerstgenoemde diode 17 zodat slechts de hoogste spanning van de terugkoppel potentiometer 16 en de spanningsverdeler 18, 19 overgedragen wordt. Het terugkoppelingssignaal is minimaal begrensd door de hier-25 boven beschreven werkwijze.In Fig. 2, another possibility for locking the feedback signal is indicated by using in the motor valve 15 a normal feedback potentiometer 16 which has no stop points and through a diode 17 a voltage determined by a voltage divider 18, 19 to the feedback signal. The voltage divider 18, 19 provides a voltage corresponding to the voltage supplied by the feedback potentiometer 16 in the tilt position at which the flow meter problems begin. A diode 20 cooperates with the former diode 17 so that only the highest voltage from the feedback potentiometer 16 and the voltage divider 18, 19 is transmitted. The feedback signal is minimally limited by the method described above.

In fig. 3 ziet men hoe afhangend van in welke richting het terugkoppelingssignaal de brugketen van de regelaar aandrijft een afnemend of toenemend signaal nodig is wanneer de geregelde variabele van de motorklep verminderd is. In de gevallen waar-30 bij een toenemend signaal nodig is moet het signaal maximaal begrensd zijn. Eén werkwijze (uit vele) om dit uit te voeren is gébruik te maken van een Zener diode 21 en een weerstand 22.Fig. 3 shows how depending on which direction the feedback signal drives the controller bridge circuit, a decreasing or increasing signal is needed when the controlled variable of the motor valve is reduced. In cases where an increasing signal is required, the signal must be maximally limited. One method (out of many) to do this is to use a Zener diode 21 and a resistor 22.

In fig. 4 ziet men een andere mogelijkheid die bestaat uit het gebruikmaken van een regelaar 9 met een evenredige 35 integratiefunctie (PI) die werkt zonder terugkoppelings potentiometer 80 0 4 90 7 *r* ' 5 in de motorklep 10. In dit soort regelaar wordt het terugkoppel-signaal gevormd in de regelaar doordat de lading van de koppel condensatoren 11, 12 veranderd wordt op hetzelfde ogenblik als de stand van de motorklep 10 veranderd wordt. De motorklep 10 is voor-5 zien van een contact 13a, 13b, dat gesloten is wanneer de geregelde variabele van de motorklep 10 verminderd is tot een vooruit bepaalde stand overeenkomend met de minimum stroming, waarbij de stromings-meter ophoudt om bevredigend te werken. Het contact 13a, 13b legt via een spanningsverdeler 14, 15 een vaste spanning over de conden-10 satoren 11, 12, zodat het terugkoppelingssignaal op een vastgelegde waarde vergrendeld wordt en waarvan het resultaat is dat de regeling verandert vanaf een PI-werking naar een in-uit werking zolang als het contact gesloten is.Fig. 4 shows another possibility which consists of using a controller 9 with a proportional integration function (PI) that works without feedback potentiometer 80 0 4 90 7 * r * '5 in the motor valve 10. In this type of controller the feedback signal is formed in the controller in that the charge of the coupling capacitors 11, 12 is changed at the same time as the position of the motor valve 10 is changed. The motor valve 10 is provided with a contact 13a, 13b which is closed when the controlled variable of the motor valve 10 is reduced to a predetermined position corresponding to the minimum flow, the flow meter ceasing to operate satisfactorily. The contact 13a, 13b applies a fixed voltage across the capacitors 11, 12 via a voltage divider 14, 15, so that the feedback signal is locked to a fixed value and the result of which the control changes from a PI operation to a in-out operation as long as the contact is closed.

De terugkoppelingsfunctie kan op vele verschil-15 lende manieren verkregen worden waarbij het oraschakelen naar een in-uit werking ook verkregen kan worden op vele verschillende manieren. Het belangrijke kenmerk van de uitvinding is de werking, waarbij het schakelen uitgevoerd wordt vanaf een normale regelfunctie (evenredig (P), PI- of dergelijke) naar een in-uit werking 20 wanneer de opening van de klep kleiner is dan een vooruit bepaalde waarde. Dit schakelen kan plaatsvinden door het aandrijven van het positie- of tijd-afhankelijke terugkoppelingssignaal zodat geen of een sterk verminderde verandering van het terugkoppelingssignaal verkregen wordt.The feedback function can be accomplished in many different ways, and switching to an in-out operation can also be accomplished in many different ways. The important feature of the invention is the operation in which switching is performed from a normal control function (proportional (P), PI or the like) to an in-out operation 20 when the valve opening is smaller than a predetermined value . This switching can take place by driving the position- or time-dependent feedback signal, so that no or a greatly reduced change of the feedback signal is obtained.

25 Het omschakelen van een P of Pï-regeling naar een in-uit regeling en omgekeerd vindt dus automatisch plaats. Wanneer het stelstel werkt volgens een in-uit werking vindt dit plaats tussen een volledig gesloten kiepstand en de vooruit bepaalde waarde waarbij daarom de trilling in de secundaire keten onaanzienlijk 30 zal zijn.25 Switching from a P or PI control to an in-out control and vice versa therefore takes place automatically. When the system operates in an in-out mode, it takes place between a fully closed tilt position and the predetermined value, therefore, the vibration in the secondary chain will be insignificant.

Zekere soorten warmtewisselaars kunnen zo moeilijk te regelen zijn dat de hierboven beschreven werkwijzen niet bevredigend werken tengevolge van het feit, dat het omschakelen naar een in-uit regeling optreedt zodra de motorklep de vooruit bepaalde 35 minimum waarde bereikt van de geregelde variabele. Eén wijze voor 80 0 4 90 7 6 het vermijden van dit vraagstuk is door het toevoegen van een tijd-functie aan de meting van de geregelde variabele zodat een vorm van meting van de gemiddelde waarde verkregen wordt.Certain types of heat exchangers can be so difficult to control that the methods described above do not operate satisfactorily due to the fact that switching to an in-out control occurs as soon as the engine valve reaches the predetermined minimum value of the controlled variable. One way of avoiding this problem is by adding a time function to the measurement of the controlled variable so that some form of measurement of the mean value is obtained.

In fig. 5 is de inrichting volgens fig. 4 aange-5 vuld met een tijdregelketen bestaande uit een condensator 23, een weerstand 24 voor ontladings en laaddoeleinden en een andere weerstand 25 voor een stroombeperking en een spanningsgevoelig relais bestaande uit een versterker 26, een spanningsreferentienetwerk 27, 28 en een relais 29. Wanneer het contact 30 van,het relais 29 open 10 is werkt de regelaar 9 volgens zijn normale werking (evenredig integreren) en wanneer het contact 30 gesloten is is de werking veranderd in een in-uit regeling. Wanneer het contact 13a, 13b in de motorklep 10 gesloten is, begint de condensator 23 te ontladen maar de condensatorspanning moet dalen beneden de waarde bepaald door het 15 spanningsreferentienetwerk 27, 28 zodat het relais 29 zijn contact 30 zal sluiten. Dankzij dit zal een kort sluiten van het contact 13a, 13b in de motorklep 10 niet resulteren in een verandering van de regeling in een in-uit regeling. Slechts wanneer het contact 13a, 13b gedurende een voldoende tijd gesloten is vindt een orascha-20 keling naar een in-uit regeling plaats. Gedurende een in-uit regeling zal het contact 13a, 13b gesloten en geopend worden. De verhouding van de tijd wanneer het gesloten is tot de tijd wanneer het open is bepaalt het laden van de condensator en wanneer de spanning toegenomen is tot de spanning bepaald door het referentienetwerk 27, 28 25 vindt een omschakeling van een in-uit regeling naar de normale regeling plaats.In Fig. 5 the device according to Fig. 4 is supplemented with a timing circuit consisting of a capacitor 23, a resistor 24 for discharge and charging purposes and another resistor 25 for a current limitation and a voltage-sensitive relay consisting of an amplifier 26, a voltage reference network 27, 28 and a relay 29. When the contact 30 of the relay 29 is open 10, the controller 9 operates according to its normal operation (integrate proportionally) and when the contact 30 is closed the operation is changed to an in-out control . When the contact 13a, 13b in the motor valve 10 is closed, the capacitor 23 begins to discharge but the capacitor voltage must drop below the value determined by the voltage reference network 27, 28 so that the relay 29 will close its contact 30. Thanks to this, shorting the contact 13a, 13b in the motor valve 10 will not result in a change of the control to an in-out control. Only when the contact 13a, 13b is closed for a sufficient time does ora switch to an in-out control take place. During an in-out control, the contact 13a, 13b will be closed and opened. The ratio of the time when it is closed to the time when it is open determines the charging of the capacitor and when the voltage has increased to the voltage determined by the reference network 27, 28, a switch from an in-out control to the normal arrangement.

30 80 0 4 90 730 80 0 4 90 7

Claims

Device for flow control in a control device with a controller, a motor valve and one or more sensing devices, in particular for controlling the primary flow of heat exchangers in district heating systems, characterized in that the motor valve (4) is connected to the controller (1) and cooperates therewith to achieve some kind of proportional control operation when the controlled valve value of the engine valve exceeds a predetermined value by changing a feedback signal in the controller to the same degree as the controlled variable of the motor valve has been changed and the motor valve is provided with a means (5; 13a, 13b) to obtain, when remaining below the predetermined value, that an in-out control action by the feedback signal is either locked to a fixed value or subjected becomes a diminished change with respect to the change of the regulated variable e of the engine cover.

2. Device according to claim 1, characterized in that the member consists of a response potentiometer (5) which is mechanically stopped in a determined position when it remains below the predetermined value (Fig. 1).

Device according to claim 2, characterized in that the output signal of the response potentiometer (5) is electronically limited to the minimum or maximum (Fig. 2, 3).

The device according to claim 1, characterized in that the member comprises a contact member (13a, 13b) driven at the predetermined value of the controlled variable from the engine valve, the feedback signal from the engine valve (10) to the controller ( 9) is locked to a fixed value when the contact member is driven (Fig. 4).

Device according to claim 4, characterized in that a time control circuit (23-29) is adapted to switch between a proportional control action and an in-out control action after a time delay, so that the switchover takes place only when the mean value of the controlled variable remains below the predetermined value for a certain time 8004907 (Fig. 5).

6. Device substantially as described in the description and / or shown in the drawing. 80 0 4 90 7