DE3518645C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Sanitär-Mischbatterie mit Kalt- und Warm­ wasserzuführung, bei dem durch einen Vergleich zwischen kontinuierlich gemessener Ist-Temperatur des Mischwassers und einer vorgewählten Soll- Temperatur eine Temperaturregelung vorgenommen wird, wobei aus der Abweichung zwischen Ist- und Soll-Temperatur elektronisch ein erster Stell­ wert und daraus mindestens zwei getrennte, zeitlich veränderliche Stellwerte abgeleitet werden.

Für Haushaltszwecke und sanitäre Anlage sind thermostatgesteuerte Mischbatterien bekannt, bei denen ein Steuerkolben in axialer Richtung von einem Ausdehnungselement verschoben wird, das gegenläufig eine Warmwassereintritts- und eine Kaltwassereintrittsbohrung im Batteriegehäuse übersteuert.

Durch Begrenzung des Ausdehnungsweges des Aus­ dehnungselementes über die Bedienung eines Skalengriffes von außen wird die Mischwasser­ temperatur vorgewählt. Die Mengenregulierung erfolgt unabhängig über einen von außen verdreh­ baren Hebel oder Drehgriff, wobei der Warmwasser- und Kaltwassereintritt gemeinsam geöffnet oder geschlossen werden können. Nachteile solcher Anordnungen bestehen in der Trägheit des Regel­ systems und der daraus folgenden Regelungenauigkeit.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE-OS 28 36 698 bekannt, wobei durch Nachrüsten eines elektronischen Moduls bezweckt wird, aus bereits vorhandenen, mit Magnetventilen zur auto­ matischen Steuerung des Wasserlaufs versehenen Wasserarmaturen thermostatisch regelbare Armaturen zu machen. Die dabei zum Einsatz kommenden Magnet­ ventile besitzen den entscheidenden Nachteil einer kontinuierlichen Geräuschentwicklung auf­ grund des pulsierenden Betriebs der Ventile, der durch das kontinuierliche Regeln der Ventilstellung entsteht. Gemäß diesem Stand der Technik wird das Fehlersignal zwischen Soll- und Istwert der Temperatur einem rein proportional arbeitenden Verstärker zugeführt, woraus der Nachteil resul­ tiert, daß langsame Änderungen des Istwertes der Temperatur nicht ausgeregelt werden, da das sich ergebende Fehlersignal ebenfalls aufgrund der geringen Differenzen sehr klein ist. Solche langsamen Temperaturänderungen können bei Misch­ armaturen durch zum Beispiel ein langsames Absinken/Ansteigen der Vorlauftemperatur oder durch langsame Erwärmung/Abkühlung des metallisches Teils des Ventilblocks auftreten. Daraus entsteht eine bleibende Regelabweichung und eine gradgenaue Temperaturregelung wird verhindert. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß schnelle Änderungen des Ist-Wertes der Temperatur nicht ausgeregelt werden und zu Regelschwingungen führen können. In Leitungs­ netzen für Haushalte, zum Beispiel in Wohnblocks, kann es infolge der Verwendung von Druckspülern und Durchlauferhitzern zu starken Druckstößen im Leitungssystem kommen.

Als Folge davon kann die Ist-Temperatur des Misch­ ventils im gleichen Maße schwanken. Aufgrund der Trägheit des Regelsystems kann solchen Druckstößen erst nach einer Verzögerung entgegengewirkt werden. Zu diesem Zeitpunkt kann aber die Druckstörung bereits wieder abgeklungen sein. Die Folge ist eine Überregelung, das heißt, die Regelungsein­ richtung verstärkt in diesem Falle die Auswirkung einer Druckstörung noch, statt ihr stattzugeben.

Im übrigen bleibt auch trotz der im Stand der Technik vorhandenen Divisionsstufe und einer Impulsaddition bei Änderung der Mischungsver­ hältnisse die Gesamtdurchflußmenge nicht konstant.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur vollautomatischen und elektronischen Steuerung von Mischarmaturen zu schaffen, mit dem eine funktionssichere, genaue und schnelle Temperatur- und Mengenregulierung in einfacher Weise reali­ siert werden kann, wobei die Realisierung sowohl einer Temperaturregelung als auch einer konstanten Durchflußmengensteuerung ohne Einschränkung auf einen bestimmten Ventiltyp erfolgen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß als erster Stellwert ein proportional sowie über die Zeit integral und differential gebildetes Stellsignal erzeugt wird, das zur elektromechanischen Einstellung einer der Wasser­ zuführungen dient, und daß durch Differenzbildung zwischen dem ersten Stellwert und einem der vorgewählten Gesamtdurchflußmenge proportionalen zweiten Stell­ wert ein weiteres Stellsignal zur Einstellung der anderen Wasserzuführung abgeleitet wird und daß bei der Bildung der beiden Stellsignale ein der vorgewählten Gesamtdurchflußmenge proportionaler Faktor berücksichtigt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die Realisierung sowohl einer Temperatur­ regelung als auch einer konstanten Durchflußmengen­ steuerung ohne Einschränkung auf einen bestimmten Ventiltyp durchzuführen. Als Stellorgane können hierbei vorzugsweise kleine Gleichstrom- oder Schrittmotoren eingesetzt werden. Die oben beim Stand der Technik geschilderten Nachteile werden erfindungsgemäß durch den Einsatz eines I- und eines D-Regelanteils ausgeschaltet. Ein zum Ver­ stärker parallel liegender Integrator integriert das Fehlersignal vorzeichenrichtig über die Zeit auf und stellt damit einen Regelanteil zur Ver­ fügung, der einer Temperaturdrift wirksam entgegen­ treten kann. Lang andauernde Regelabweichungen werden dabei mit der Zeit aufsummiert und erreichen dann nach einiger Zeit entsprechende Höhe, um der Drift entgegenzuwirken. Andererseits, aufgrund des D-Regelanteils kann den schnellen Änderungen des Ist-Wertes durch die Betrachtung der Anstiegs­ geschwindigkeit des Signals begegnet werden. Das heißt wegen des D-Anteils können sprunghafte Änderungen schon zu Beginn ihrer Entstehung er­ kannt und ausgeregelt werden. Durch die Ver­ wendung eines PID-Reglers innerhalb des Gesamt­ konzepts der elektronisch gesteuerten Misch­ armatur wird eine temperaturgenaue Regelung bei konstanter Durchflußmenge erzielt.

Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird zudem der Vorteil erzielt, aus dem Regelsignal, das zu­ nächst normalerweise nur ein Stellorgan beauf­ schlagt, gegensinnige Signale für zwei Stell­ organe zu gewinnen. Das heißt, wenn das Stell­ organ für den Warmwasserzweig stärker ge­ öffnet wird, muß gleichzeitig das Stellorgan für den Kaltwasserzweig weiter geschlossen werden und umgekehrt, und dies bei gleichzeitiger Bei­ behaltung der Gesamtdurchflußmenge.

Dies wird prinzipiell dadurch erreicht, daß das vom PID-Regler kommende Signal, das als Maß für die Gesamtstellung eines einzelnen Regel­ organs im Sinne wärmer-kälter anzusehen ist, zunächst mit der eingestellten Durchflußmenge multipliziert und dann das Produkt aus dem Stell­ wert X _W und einem der Durchflußmenge proportionalen Wert Q _Ges dem Stellglied des Warmwasserventils zugeleitet wird. Das Stellglied für den Warmwasser­ zweig wird in einer Subtrahierstufe durch die Subtraktion aus einem festen Maximalwert, der dem maximal möglichen Stellsignal entspricht, abgeleitet. Auf diese Weise erhält man ein dem Stellsignal gegensinniges Stellsignal. Steigt X _W an, so ergibt sich ein kleineres Signal X _K und umgekehrt. Das auf diese Weise gewonnene Stell­ signal wird in einer nachfolgenden Multiplizier­ schaltung ebenfalls mit dem der Durchflußmenge proportionalen Wert Q _Ges multipliziert. Dadurch ergeben sich zwei Stellsignale X _W und X _K , die sich gegenläufig verhalten, jedoch beide mit einem gemeinsamen, der Durchflußmenge proportionalen Faktor verknüpft sind.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Sanitärmischbatterie mit je einem Ventil für Kalt- und Warmwasserzufuhr und kontinuier­ licher Regelung der Mischwassertemperatur zur Durch­ führung des oben beschriebenen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Temperatur des Mischwassers unter Konstanthaltung der Durchflußmenge des Mischwassers ein Regel­ kreis vorgesehen ist, mit dem nach Vergleich der im Mischwasser gemessenen Ist-Temperatur mit der vorgewählten Soll-Temperatur über einen PID- Regler mindestens zwei Stellsignale zur Betätigung mindestens zweier elektromechanischer Ventilantriebe ableitbar sind und einer der Stellsignale durch Subtraktion aus einem der vorgewählten Durchfluß­ menge proportionalen Wert ableitbar ist.

Hierbei werden unter Umgehung einer Durchflußmengen­ bestimmung über einfache Temperaturmessungen im Mischwasser die Kalt- und Warmwasserventile elektro­ mechanisch geöffnet und geschlossen. Die Durchflußmenge des Mischwassers wird dabei konstant gehalten. Die Temperaturmessung kann dabei durch einen in der Mischkammer angeordneten Sensor vorgenommen werden. Vorzugsweise wird die Temperatur am Ausgang erfaßt, um Ungenauigkeiten infolge ungenügender Durch­ mischung der Wärmeströme auszuschalten. Zur Realisierung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schaltungsanordnung ist je ein Ventil für Kalt- und Warmwasserzufuhr notwendig, welche Ventile elektromechanisch angetrieben werden können. Die elektromechanischen Antriebe für die beiden Ventile können Elektromotore, wie Schrittschaltmotore, Gleich- oder Wechselstrom­ motore sein. Magnetventile, die eine analoge Einstellung des Öffnungswinkels erlauben, können ebenfalls verwendet werden.

Es können auch Magnetventile, die über ein ein­ stellbares Puls-Pausen-Verhältnis betrieben werden, und somit eine quasi-analoge Betriebs­ weise zulassen, oder hydraulische Antriebe eingesetzt werden. Die Ventile können durch mehrere aufeinanderliegende Keramikscheiben realisiert werden. Derartige Drehscheibenventile, die elektromechanisch betrieben werden können, sind zum Beispiel in der DE-OS 30 41 979 beschrieben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Steuerschaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 ein Tableau zur Bedienung der Schaltungs­ anordnung.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform werden je ein Ventil 1 und 2 für Kalt- und Warm­ wasserzufuhr vorgesehen, die über Elektromotoren 3 und 4 angetrieben sind. Die in der Misch­ kammer 5 gemessene Ist-Temperatur und die bei 6 eingestellte Soll-Temperatur werden im Subtrahierer 7 verglichen. Über einen PID-Regler 8 wird aus der Regelabweichung der Stellwert α ₁, für den Antrieb des Ventils 1 gebildet. Der Stellwert α ₂ wird aus dem Stellwert α ₁ und einem der Gesamt­ durchflußmenge Q _Ges proportionalen Stellsignals α ges am Ausgang der Subtrahierschaltung 9 ge­ bildet. Die Durchflußmenge des Kalt- und Warm­ wassers ist bekanntlich nicht nur vom Öffnungs­ winkel der Ventile 1 und 2, sondern auch von der Druckdifferenz von Eingangs- und Staudruck am Ventilauslauf abhängig. Hier wird davon ausge­ gangen, daß die Eingangsdrücke zeitlich konstant sind. Die Absolutgröße der Druckwerte wird über einstellbare Faktoren und getrennt für Warm- und Kaltwasserzweige berücksichtigt.

Aus den in diesem Regelkreis ermittelten und zeit­ lich veränderlichen Stellwerten α ₁ und α ₂ werden über Funktionsgeber 10 und 11 den Stellwerten porportionale Durchflußteilmengen Q α ₁ und Q α ₂ ermittelt. Die Ausgänge der Funktionsgeber werden zu einem Integrator 12 geführt, mit dem dann aus den Durchflußteilmengen Q α ₁ und Q α ₂ die kumulative, momentane Füllmenge ermittelbar ist. Anschließend an den Integrator 12 wird ein Komparator 13 vorgesehen, mit dem die momentane, kumulative Füllmenge und die bei 14 vorgegebene kumulative Füllmenge verglichen werden. Ist die vorgegebene Füllmenge erreicht, so kann über eine Unterbrecherschaltung 14 der Regelkreis zur Stell­ wert-Ermittlung durch Schalter 15 und 16 unterbrochen werden.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird der Integrator 12 durch ein Start-Stop-Flip-Flop 17 in Gang gesetzt. Gleichzeitig kann dann über den Komparator 13 der Regelkreis zur Ermittlung der Stellwerte eingeschaltet werden. Ist nach Er­ reichen der gewünschten Füllmenge der Regelkreis unterbrochen, so wird über das Flip-Flop 17 der Integrator 12 gestoppt.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Schaltungsanordnung ermöglicht eine einfache und für Haushaltszwecke geeignete Bedienung, wie sie an einem Beispiel in Fig. 2 dargestellt ist. Durch Drücken der Tasten "Auf" und "Zu" wird die Ermittlung der Stellwerte gestartet. Die Temperatur kann durch Betätigen der Tasten "Temp" und "+" bzw. "-" entsprechend hoch oder niedrig eingestellt werden. In gleicher Weise erfolgt die Einstellung der Durchflußmenge. Sollen, in Abweichung vom Regelfall, sehr hohe Temperaturen erwünscht sein, so wird die Taste "++" gedrückt. Die Taste "Max" ist für die maximale kumulative Füllmenge vorgesehen, z. B. für ein Voll­ bad. Mit der Taste"Pause" wird eine Unterbrechung eines laufenden Füllvorganges ermöglicht.

Zwischen den Tasten "Temp" und "Menge" ist eine Digitalanzeige vorgesehen, mit der die jeweils eingegebenen Zahlenwerte wiedergegeben werden.

Die mit jeweils einem Sternchen (*) bezeichneten Tasten sind vorzugsweise in Form von Leuchtdioden ausgebildet.

Claims (2)

1. Verfahren zur Steuerung einer Sanitär-Mischbatterie mit Kalt- und Warmwasserzuführung, bei dem durch einen Vergleich zwischen kontinuierlich gemessener Ist-Temperatur des Mischwassers und einer vorgewählten Soll-Temperatur eine Temperaturregelung vorgenommen wird, wobei aus der Abweichung zwischen Ist- und Soll- Temperatur elektronisch ein erster Stellwert und daraus mindestens zwei getrennte, zeitlich veränderliche Stell­ werte abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Stellwert ein proportional sowie über die Zeit integral und differential gebildetes Stellsignal erzeugt wird, das zur elektromechanischen Einstellung einer der Wasserzuführungen dient, und daß durch Differenzbildung zwischen dem ersten Stellwert und einem der vorgewählten Gesamtdurchflußmenge proportionalen zweiten Stellwert ein weiteres Stellsignal zur Einstellung der anderen Wasser­ zuführung abgeleitet wird und daß bei der Bildung der beiden Stellsignale ein der vorgewählten Gesamtdurchflußmenge proportionaler Faktor be­ rücksichtigt wird.

2. Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Sanitär- Mischbatterie mit je einem Ventil für Kalt- und Warmwasserzufuhr und kontinuierlicher Regelung der Mischwassertemperatur zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Temperatur des Mischwassers unter Konstanthaltung der Durchflußmenge des Misch­ wassers ein Regelkreis vorgesehen ist, mit dem nach Vergleich der im Mischwasser (5) gemessenen Ist-Temperatur mit der vorgewählten Soll- Temperatur (6) über einen PID-Regler (8) mindestens zwei Stellsignale zur Betätigung mindestens zweier elektromechanischer Ventil­ antriebe (3, 4) ableitbar sind und einer der Stellsignale durch Subtraktion (9) aus einem der vorgewählten Durchflußmenge proportionalen Wert ableitbar ist.