SE432309B

SE432309B - Arrangement for flow regulation in regulator equipment, comprising a regulator, a motorised valve, and one or more pickups, especially for regulation of the primary flow at heat exchangers in district heating systems

Info

Publication number: SE432309B
Application number: SE7902556A
Authority: SE
Inventors: B A R Carlson; L Eklund
Original assignee: Honeywell Ab
Priority date: 1979-03-21
Filing date: 1979-03-21
Publication date: 1984-03-26
Also published as: SE7902556L

Abstract

The invention concerns a regulator concept for regulating the primary flow at heat exchangers in district heating systems, which concept under average loading enables a low return temperature and a slight flow as compared to conventional systems and which under low loading enables a correct registration of the heat consumption. These advantages are achieved according to the invention in that the regulator equipment, which contains a regulator 1, a motorised valve 4 and one or more pickups 2, 3, when the setpoint of the motorised valve exceeds a predetermined value, operates by a normal regulator function, which produces a regulation free of oscillation, and when it falls below the predetermined value, it switches to a two-position regulation. <IMAGE>

Description

15 20 25 30 35 791Û2556~5 z begränsningsventil används. I det fallet att ett stort antal vil- lor är anslutna till ett fjärrvärmenät har returtemperaturen och flödet en stor betydelse. En sänkning av returledningstemperaturen medför en förbättrad driftekonomi vid fjårrvärmeverket, och en minskning av flödet medför lägre energiförbrukning vid pumparna för fjärrvärmevattnet. 15 20 25 30 35 791Û2556 ~ 5 z limit valve is used. In the event that a large number of villas are connected to a district heating network, the return temperature and flow are of great importance. A lowering of the return line temperature leads to an improved operating economy at the district heating plant, and a reduction of the flow leads to lower energy consumption at the pumps for the district heating water.

Motorventilens ställstorhet (med stållstorhet avses vid sätes- ventiler käglans lyfthöjd och vid vridslidsventíler vridvinkeln hos slidenl styrs av reglercentralen så att flödet genom värmeväx- larens primärsida anpassas efter värmebehovet. Detta medför att mycket små flöden erhålls då värmebehovet är litet, vilket är fal- let vid vår och höst.i Detta år ur reglerteknisk synpunkt inget större problem. Pro- blemet består i att uttagen vårmemängd mäts med en värmemängdsmä- tare, som bland annat innefattar en vattenmätare. Vid mycket små flöden fungerar ej vattenmåtaren, utan vattnet passerar utan att någon registrering av förbrukad värmemängd erhålls, vilket själv- fallet är till nackdel för_energiverket.The set size of the motor valve (by steel size is meant for seat valves the lift height of the cone and for rotary slide valves the angle of rotation of the slide is controlled by the control center so that the flow through the primary side of the heat exchanger is adapted to the heat demand. in spring and autumn.i This year from a control point of view no major problem.The problem is that the amount of heat taken is measured with a heat meter, which includes a water meter.With very small flows, the water meter does not work, but the water passes without any registration of the amount of heat consumed is obtained, which is of course to the detriment of the energy plant.

Detta problem skulle i och för sig kunna lösas genom att en tvålägesreglering utnyttjas, så att ventilen öppnar och stänger helt, utan att intaga nâgra mellanlägen. Eftersom antingen fullt eller inget flöde erhålls, kommer värmemätaren att fungera även vid små värmebehov. Tvålägesreglering är dock ingen acceptabel reglerform, eftersom temperaturen på sekundärsidan kommer att pend- la avsevärt.? Ovannämnda problem och nackdelar med kända reglerkoncept för värmeväxlare i fjärrvärmesystem undanröjes genom att förfarandet och anordningen enligt uppfinningen erhållit de i patentkravet 1 respektive 3 angivna kännetecknen. Vidareutvecklingar av uppfin- ningen framgår av underkraven. j Uppfinningen består i att motorventilen styrs av regulatorn att intaga mellanlågen som svarar mot värmebehovet, men då flödet har minskats så mycket att risk finns för att värmemätaren ej läng- re skall fungera börjar reglerutrustningen att arbeta enligt två- lägesprincipen.This problem could in itself be solved by using a two-position control, so that the valve opens and closes completely, without taking up any intermediate positions. Since either full or no flow is obtained, the heat meter will work even for small heating needs. However, two-position control is not an acceptable form of control, as the temperature on the secondary side will fluctuate considerably.? The above-mentioned problems and disadvantages of known control concepts for heat exchangers in district heating systems are eliminated by the method and the device according to the invention obtaining the features stated in claim 1 and 3, respectively. Further developments of the invention appear from the subclaims. The invention consists in that the motor valve is controlled by the regulator to take in the intermediate flats which correspond to the heat demand, but when the flow has been reduced so much that there is a risk that the heat meter will no longer work, the control equipment begins to work according to the two-position principle.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare i det följande un- der hänvisning till bífogade ritningar, där fig¿_l visar en första utföringsform av uppfinningen, fig. 2 och å visar sätt att minimi- 10 15 20 25 30 35 40 s _ 79025-56-5 begränsa respektive maximibegränsa en återföringssignal i utfö- ringsformen enligt fig. 1, fig. 4 visar en andra utföringsform av uppfinningen och fig. 5 visar utföringsformen enligt fig. 4 kom- pletterad med en tídkrets. I de olika figurerna används samma hän- visníngsbeteckningar för motsvarande detaljer.The invention will be described in more detail in the following with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a first embodiment of the invention, Fig. 2 and shows ways in which at least 10 s 20 7 4025-56 Fig. 5 shows a maximum signal in the embodiment according to Fig. 1, Fig. 4 shows a second embodiment of the invention and Fig. 5 shows the embodiment according to Fig. 4 supplemented by a timing circuit. In the various figures, the same reference numerals are used for corresponding details.

Regleringen enligt uppfinningen kan åstadkommas på följande sätt: Se fig. 1. ventil 4, vilken är försedd med en svarspotentiometer 5, som är En regulator I med givare 2 och 3 styr en motor- kopplad till regulatorns 1 bryggkrets 6, med vilken den samverkar för att åstadkomma en proportionell verkan. Svarspotentiometerns 5 mittuttag 7 ändrar sitt läge vart efter motorventílen 4 öppnar eller stänger, men då motorventílen 4 har stängt så mycket att flödet är så litet att risk finns för att värmemätaren ej längre fungerar går mittuttaget 7 mot ett fast eller justerbart stopp- läge 8, som förhindrar att mittuttaget 7 följer med då motorventí- len 4 stänger ytterligare. Genom att utsignalen från mittuttaget 7 ändras vart efter motorventílen 4 öppnar eller stänger erhålls en proportionell funktion så länge motorventílen 4 är i ett mer öppet läge än vad som svarar mot stoppläget 8 för mittuttaget 7.The control according to the invention can be effected as follows: See Fig. 1. valve 4, which is provided with a response potentiometer 5, which is A regulator I with sensors 2 and 3 controls a motor-coupled to the bridge circuit 6 of the regulator 1, with which it cooperates to achieve a proportional effect. The center socket 7 of the response potentiometer 5 changes its position after the motor valve 4 opens or closes, but when the motor valve 4 has closed so much that the flow is so small that there is a risk that the heat meter no longer works, the center socket 7 moves to a fixed or adjustable stop position 8. which prevents the center socket 7 from following when the motor valve 4 closes further. By changing the output signal from the center socket 7 after the motor valve 4 opens or closes, a proportional function is obtained as long as the motor valve 4 is in a more open position than that corresponding to the stop position 8 for the center socket 7.

När stoppläget 8 har uppnåtts erhålls ingen förändring av utsigna- len från svarspotentiometern S, varför motorventilen.4 övergår till att arbeta tvåläges mellan stoppläget 8 och stängt läge. Sig- nalen från svarspotentiometern är en lägesberoende återförings- signal, när ställstorheten överskrider stoppläget. _ Se fíg. 2. En annan möjlighet att låsa återföríngssignalen består i att i motorventílen använda en normal återföringspoten- tiometer 16, som ej har några stopp, och att via en diod 17 inkopp- la en av en spänningsdelare 18, 19 fastställd spänning till åter- föringssignalen. Spänningsdelaren 18, I9 ger en spänning som svarar ...-....______...... _.t..r. ............. mot den spänning som återföringspotentiometern 16 ger vid det ventílläge där problemen med flödesmätaren börjar. En diod 20 sam- verkar med den förstnämnda dioden T7 så att endast den av spänning- arna från återföringspotentiometern 16 och spänningsdelaren 18, 19 som är högst vidarebefordras. Med ovan beskrivna metod minimibe- gränsas återföringssignalen.When the stop position 8 has been reached, no change of the output signal is obtained from the response potentiometer S, so that the motor valve.4 switches to operating in two positions between the stop position 8 and the closed position. The signal from the response potentiometer is a position-dependent feedback signal, when the setting variable exceeds the stop position. _ Se fíg. Another possibility of locking the feedback signal consists in using a normal feedback potentiometer 16 in the motor valve, which has no stops, and in connecting a voltage determined by a voltage divider 18, 19 to the feedback signal via a diode 17. The voltage divider 18, I9 gives a voltage that corresponds to ...-....______...... _.t..r. ............. against the voltage given by the feedback potentiometer 16 at the valve position where the problems with the flow meter begin. A diode 20 cooperates with the first-mentioned diode T7 so that only that of the voltages from the feedback potentiometer 16 and the voltage divider 18, 19 which is highest is transmitted. With the method described above, the feedback signal is minimally limited.

Se fig. 3. Beroende på i vilken riktning återföringssignalen påverkar regulatorns bryggkrets krävs“en sjunkande eller stigande signal då motorventilens ställstorhet minskar. Vid de fall en sti- gande signal krävs skall signalen maximibegränsas. Ett sätt (av 10 15 20 25 30 S5 40, vøaorzsse-s 4 många) att utföra detta är att använda en zenerdiod 21 och ett motstånd 22.See Fig. 3. Depending on the direction in which the feedback signal affects the control circuit of the controller, a decreasing or rising signal is required as the setpoint of the motor valve decreases. In cases where a rising signal is required, the signal must be limited to a maximum. One way (out of many) is to use a zener diode 21 and a resistor 22.

Se fig. 4. En annan möjlighet består i att använda en regu- lator 9, (liknande Honeywells fabrikat W967A), med proportionellt integrerande funktion (PI) vilken arbetar utan återföríngspotentiome- ter i motorventilen 10. I denna typ av regulator skapas återfö- ringssignalen inne i regulatorn genom att laddningen hos ett par kondensatorer 11, 12 ändras samtidigt som motorventilens 10 läge ändras. Motorventilen 10 förses med en kontakt 13a, 13b, som slu- ter då motorventilens 10 ställstorhet har minskats till ett för- utbestämt läge, vilket svarar mot det minimiflöde där flödesmäta- ren upphör att fungera tillfredsställande. Kontakten 13a, 13b in- kopplar via en spänningsdelare 14, 15 en fast spänning över kon- densatorerna 11, 12 så att återföringssignalen låses till ett fast värde, vilket leder till att regleringen övergår från-PI-verkan till tvålägesverkan då kontakten är sluten. Återföringsfunktionen kan åstadkommas på många olika sätt, och även omkopplingen till tvålägesfunktion kan åstadkommas på många olika sätt. Det viktiga i uppfinningen ligger i den funktion där omkoppling sker från normal reglerfunktion (proportionel1(P), PI-, e.d.) till tvålägesverkan då ventilens öppning underskrider ett förutbestämt värde. Denna omkoppling kan ske genom att den I läges- eller tidsberoende återföringssignalen påverkas så att ingen, eller en kraftigt minskad, ändring av återföringssignalen erhålls. _ Omkoppling från P- eller PI-reglering till tvålägesreglering och vice versa sker alltså automatiskt. När systemet arbetar med tvålägesverkan sker detta mellan helt stängt ventilläge och det förutbestämda värdet, varför pendlingen i sekundärkretsen blir obetydlig. .See Fig. 4. Another possibility is to use a regulator 9, (similar to Honeywell's make W967A), with proportional integrating function (PI) which works without feedback potentials in the motor valve 10. In this type of regulator, feedback is created. the charge signal inside the controller by changing the charge of a pair of capacitors 11, 12 at the same time as changing the position of the motor valve 10. The motor valve 10 is provided with a contact 13a, 13b, which closes when the set size of the motor valve 10 has been reduced to a predetermined position, which corresponds to the minimum flow at which the flow meter ceases to function satisfactorily. The contact 13a, 13b switches via a voltage divider 14, 15 a fixed voltage across the capacitors 11, 12 so that the feedback signal is locked to a fixed value, which leads to the control transitioning from the PI effect to the two-position effect when the contact is closed. The return function can be achieved in many different ways, and also the switching to two-position function can be achieved in many different ways. The important thing in the invention lies in the function where switching takes place from normal control function (proportional1 (P), PI-, e.d.) to the two-position effect when the valve opening falls below a predetermined value. This switching can take place by affecting the position-dependent feedback signal in such a way that no, or a greatly reduced, change of the feedback signal is obtained. _ Switching from P- or PI-control to two-position control and vice versa thus takes place automatically. When the system works with a two-position effect, this takes place between the valve position being completely closed and the predetermined value, so that the oscillation in the secondary circuit becomes insignificant. .

Vissa typer av värmeväxlare kan vara så svårreglerade att ovan beskrivna metoder ej fungerar tillfredsställande, beroende på att omkoppling till tvålägesreglering sker så snart motorventi- len uppnår det förutbestämda minimivärdet hos ställstorheten. Ett sätt att undvika detta problem består i att tillföra en tidsfunk- tion till mätningen av ställstorheten, så att en form av medel- värdesmätning erhålls.Some types of heat exchangers can be so difficult to control that the methods described above do not work satisfactorily, due to the fact that switching to two-position control takes place as soon as the motor valve reaches the predetermined minimum value of the setpoint. One way to avoid this problem is to add a time function to the measurement of the rack quantity, so that a form of average value measurement is obtained.

Se fig. S. Anordningen enligt fig. 4 har där kompletterats med en tidkrets bestående av en kondensator 23, ett motstånd 24 för ur- och uppladdning, och ett annat motstånd 25 för strömbe- 10 15 5 rseifzsse-s gränsning samt ett spänningskännande relä, bestående av en förstär- kare 26, ett spänningsreferensnät 27, 28 och ett relä 29. Då re- läets 29 kontakt 30 är bruten arbetar regulatorn 9 enligt sin nor- mala funktion (proportionellt integrerande), och då kontakten 30 sluter övergår funktionen till tvålägesreglering. När kontakten 13a, 13b i motorventilen 10 sluter börjar kondensatorn 23 att ur- laddas, men kondensatorspänningen måste sjunka under det av spän- ningsreferensnätet 27, 28 bestämda värdet för att reläet 29 skall sluta sin kontakt 30. Detta gör att en kortvarig slutning av kon- takten 13a, 13b i motorventilen 10 ej resulterar i att regleringen övergår till tvålägesreglering. Först då kontakten l3a, 13b varit sluten under en tillräckligt lång tid sker omkoppling till två- lägesreglering. Under tvålägesreglering kommer kontakten 13a, 13b att sluta och bryta. Förhållandet mellan den tid den är sluten och den tid den är bruten bestämmer uppladdningen av kondensatorn, och 28 bestämda spänningen sker omkoppling från tvåläges- till normal reglering. då spänningen stigit till den av referensnätet Z7,See Fig. S. The device according to Fig. 4 has been supplemented therewith with a timing circuit consisting of a capacitor 23, a resistor 24 for charging and charging, and another resistor 25 for switching the current supply and a voltage sensing 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 broken, the regulator 9 operates according to its normal function (proportionally integrating), and when the contact 30 closes the function switches to two-position control. When the contact 13a, 13b in the motor valve 10 closes, the capacitor 23 begins to discharge, but the capacitor voltage must fall below the value determined by the voltage reference network 27, 28 for the relay 29 to close its contact 30. This causes a short-term closure of the cone. the rate 13a, 13b in the motor valve 10 does not result in the control switching to two-position control. Only when the contact 13a, 13b has been closed for a sufficiently long time does switching to two-position control take place. During two-position control, the contact 13a, 13b will stop and break. The ratio between the time it is closed and the time it is broken is determined by the charging of the capacitor, and the determined voltage is switched from two-position to normal control. when the voltage has risen to that of the reference network Z7,

Claims

79-025 56-š 6 Patentkrav

1. l. Device for flow control of a control equipment, comprising a regulator (1), a motor valve (H) and one or more sensors (2, 3), in particular for regulating the primary flow of heat exchangers in district heating systems, k ä characterized in that the motor valve (A) is connected to the regulator (1) and cooperates therewith in order, when the setpoint of the motor valve exceeds a predetermined value, to provide a normal control function causing a oscillation-free control, such as P-action or PI-action, by changing a feedback signal in the control equipment as the setpoint of the motor valve changes, and the motor valve is provided with a means (5; lša, l3b) for, when the predetermined value is below, to produce a two-position control effect by again - the guidance signal is either locked to a fixed value or is subject to a change reduced in relation to the change in the setpoint of the motor valve.

Device according to claim 1, characterized in that said means consists of a response potentiometer (5), which is mechanically stopped in a certain position when the predetermined value is undershot (Fig. 1).

Device according to Claim 2, characterized in that the output signal of the response potentiometer (5) is minimally or maximally limited electronically (Figs. 2, 3).

H. Device according to claim 1, characterized in that said means is constituted by a contact device (13a, lšb), which is activated at the predetermined value of the setpoint of the motor valve, wherein the return signal from the motor valve (10) to the regulator ( 9), when the contact device is activated, is locked to a fixed value (fig. H).

Device according to claim 4, characterized in that a time circuit (23-29) is arranged for switching between said normal control function and two-position control effect after a time delay, so that switching takes place only when the average value of the setting quantity for a certain time falls below it. predetermined value (Fig. 5).