DE4226383C2 - Meß- und Regelverfahren für ein elektronisches Zwei-Punkt- oder Proportional-Regelgerät - Google Patents
Meß- und Regelverfahren für ein elektronisches Zwei-Punkt- oder Proportional-RegelgerätInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Meß- und Regelverfahren für ein elektronisches
Zwei-Punkt- oder Proportional-Regelgerät zur Regelung von Temperatur,
Feuchte, Druck und dergleichen, dessen Meßfühler während einer geräte
seitig vorgegebenen Auszeit durch äußere Einflüsse keinen Zugriff auf
die aktuelle Regelgröße hat. Während einer Regelzeit regelte das Gerät
unter Erfassung des Ist-Wertes der Regelgröße durch den Meßfühler auf den Soll-
Wert der Regelgröße.
Als Beispiel für den Einsatz eines solchen Meß- und Regelverfahrens wird
die Raumtemperaturregelung bei elektrischen Heizgeräten, insbesondere bei
Speicherheizgeräten genannt, jedoch ist das erfindungsgemäße Verfahren
nicht auf diesen Einsatz beschränkt. Zur besseren Verständlichkeit wird
jedoch bei der nachfolgenden Beschreibung auf dieses Beispiel zurückge
griffen.
Der Erfindung liegt folgende Problematik zugrunde:
Aus Kosten- und Montagegründen werden für die Raumtemperaturregelung
bei elektrischen Heizgeräten keine externen Raumtemperaturfühler verwen
det, sondern diese sind in das Heizgerät integriert. Dies erschwert die
Erfassung der wirklichen Raumtemperatur, die für eine exakte Raumtempe
raturregelung erforderlich ist, da die Abwärme des Heizgerätes, also ins
besondere die Abwärme des Speicherkerns eines elektrischen Speicherheiz
ofens den Meßfühler über die wirkliche Raumtemperatur hinaus erwärmt
und somit die Raumtemperaturerfassung an sich unmöglich macht.
Um hier eine Raumtemperaturerfassung trotzdem zu ermöglichen, ist es üb
lich, den Raumtemperaturmeßfühler im Ansaug-Luftstrom eines Gebläses des
Heizgerätes anzuordnen, so daß beim Gebläselauf der Meßfühler mit Raum
luft versorgt wird und nach dem Einschalten des Gebläses der Fühler
nach einer bestimmten Nachführzeit, während der er sich von seinem un
definiert erwärmten Zustand auf die Temperatur der zugeführten Raumluft
abkühlt, die wirkliche Raumtemperatur erfaßt.
Die gesamte Ausschaltzeit des Gebläses und die Nachführzeit entspricht
beispielhaft der im Anspruch 1 angegebenen Auszeit, während der Meß
fühler keinen Zugriff auf den Ist-Wert der Regelgröße hat.
Nach Ablauf der Auszeit kann das Regelgerät während einer Regelzeit
-im Beispielfall also während eingeschaltetem Gebläse - unter Erfassung des
Ist-Wertes der Regelgröße mittels einer Zweipunkt- oder Proportionalregelung auf den Sollwert der Regelgröße regeln, bei deren Erreichen die Regelung abgeschaltet
wird. Es schließt sich damit die Auszeit des nächsten Regelzyklus an,
in der wiederum eine Erfassung des Ist-Wertes der Regelgröße aufgrund der undefi
nierbaren Zustände am Meßfühler nicht möglich ist.
Im Zusammenhang mit der vorstehend beispielhaft angegebenen Raumtempe
raturregelung ist auf die DE 34 27 523 C3 zu verweisen, die ein Verfah
ren zur Raumtemperaturregelung und einer damit verbundenen Entlade
steuerung eines mit einem Gebläse versehenen Elektrospeicherofens betrifft.
Dabei wird die Raumtemperatur über einen im oder am Ofengehäuse befe
stigten, mit einer den Gebläselauf steuernden Regelelektronikschaltung zu
sammenwirkenden Temperaturmeßfühler erfaßt, der im dynamischen Entla
dungszustand, also bei eingeschaltetem Gebläse, mit angesaugter Raum
luft, im statischen Zustand - also bei ausgeschaltetem Gebläse - durch
die Abwärme des Speicherkerns beaufschlagt wird. Zur Verbesserung des
Regelverhaltens wird die dem Temperaturmeßwert entsprechende Regelgröße
beim Übergang vom dynamischen zum statischen Zustand bzw. umgekehrt
zur Kompensation elektronisch aktiv abgesenkt bzw. angehoben, um die
unterschiedlichen thermischen Einflüsse auf den in den beiden Betriebs
zuständen unterschiedlich angeströmten Temperaturmeßfühler zu kompensieren.
Dieses Kompensationsverfahren ist relativ aufwendig, da die Regelgröße,
die dem vom Temperaturmeßfühler erfaßten Temperaturmeßwert entspricht,
elektronisch aktiv beeinflußt werden muß.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes
Meß- und Regelverfahren anzugeben, das der erörteren Problematik ge
recht wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 an
gegebenen Verfahrensmerkmale gelöst. Demnach wird in allgemeinster Aus
legung des Verfahrens in einem Zyklus des zyklischen Regelverfahrens
nach Ablauf der geräteseitig vorgegebenen Auszeit die Ist-Abweichung des Ist-
Wertes der Regelgröße in diesem Zeitpunkt vom Ist-Wert Regelgröße nach Ab
lauf der Regelzeit des vorherigen Zyklus bestimmt. Angewendet auf den
eingangs erwähnten Beispielsfall bedeutet dies, daß nach Ablauf der
durch die Summe von Ausschaltzeit des Gebläses und Nachführzeit des
Meßfühlers bei eingeschaltetem Gebläse gebildeten Auszeit die am Meß
fühler ermittelte Ist-Raumtemperatur von der Ist-Raumtemperatur nach Ab
lauf der Regelzeit des vorherigen Zyklus - also zum Abschaltzeitpunkt des
Gebläses - abgezogen und damit die Istwert-Abweichung bestimmt wird.
Anschließend wird das Verhältnis der der Schaltdiffe
renz der Zwei-Punkt-Regelung oder des Proportionalbereiches der Propor
tionalregelung zu der vorher ermittelten Istwert-Abweichung in einem Re
chenprozeß geräteseitig ermittelt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird
anschließend die Auszeit für den nächsten Zyklus in einem Rechenprozeß
geräteseitig entsprechend dem vorgenannten Verhältnis variiert.
Ganz allgemein wird also bei einer gegenüber der Schaltdifferenz oder dem Proportionalbereich niedrigeren
Istwert-Abweichung die Auszeit für den nächsten Zyklus erhöht, da das Re
gelgerät aufgrund des erfindungsgemäßen Meß- und Regelverfahrens ermit
telt hat, daß die Ist-Temperatur in einem geringeren Maße gegenüber der Schaltdifferenz oder
dem Proportionalbereich variiert, so daß der nächste Regelzyklus ohne weiteres später
einsetzen kann.
Falls die Istwert-Abweichung größer als die Schaltdifferenz oder der Proportionalbereich ist, wird die
Auszeit für den nächsten Zyklus entsprechend geräteseitig verkürzt, da auf
grund des Meß- und Regelverfahrens geräteseitig festgestellt wurde, daß
die Auszeit zu lange gewählt wurde. Näheres dazu ist dem Ausführungs
beispiel entnehmbar.
Durch die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Meß- und Regelverfahrens
gemäß Anspruch 2 wird verhindert, daß geräteseitig eine zu lange
Auszeit gewählt wird.
Anspruch 3 betrifft ein Meß- und Regelverfahren basierend auf dem allge
meinen Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. 2, das zur Raumtemperaturrege
lung bei elektrischen Heizgeräten geeignet ist. Nähere Einzelheiten und
Vorteile dieses Verfahrens sind dem Ausführungsbeispiel entnehmbar.
Die Ansprüche 4 und 5 kennzeichnen vorteilhafte Weiterbildungen des er
findungsgemäßen Meß- und Regelverfahrens, insbesondere in seiner Anwen
dung zur Raumtemperaturregelung bei elektrischen Heizgeräten.
Eine weitere Problematik im Zusammenhang mit der Ist-Raumtemperaturer
fassung mit Hilfe des am Heizgerät angeordneten Meßfühlers liegt darin,
daß trotz der Beaufschlagung des Meßfühlers durch Raumluft dieser durch
den Speicherkern eine Wärmezufuhr erfährt, die am Meßfühler zur einer
Meßwertverfälschung führt. Zur Kompensation dieser Meßwertverfälschung
wird gemäß Anspruch 6 vorgeschlagen, den vom Meßfühler während eines
Regelzyklus erfaßten Ist-Raumtemperaturwert mit einem Korrekturwert zu
korrigieren. Die Höhe dieses Korrekturwertes ist abhängig von der Tempe
ratur des Speicherkerns. Diese beeinflußt wiederum direkt die Einschalt
zeit während eines Regelzyklus, da bei einem heißen Speicherkern eine
schnelle Erwärmung der Raumluft mit entsprechend kurzer Einschaltzeit
und bei einem relativ kühlen Speicherkern eine langsame Raumlufterwär
mung mit entsprechend langer Einschaltzeit erfolgt. Insofern wird der
Korrekturwert entsprechend Anspruch 6 im wesentlichen umgekehrt propor
tional zur Einschaltzeit im vorhergehenden Regelzyklus gewählt, so daß
bei einer langen Einschaltzeit nur geringfügig und bei einer kurzen Ein
schaltzeit mit einem höheren Korrekturwert kompensiert wird. Es wird also
mittelbar über die Einschaltzeit auf die Speicherkerntemperatur rück
geschlossen.
Für eine noch genauere Kompensation der Meßwertverfälschung ist gemäß
den Ansprüchen 7 und 8 vorgesehen, den vom Meßfühler erfaßten Ist-
Raumtemperaturwert mit einem Korrekturwert zu korrigieren, der direkt
von der über einen Kerntemperaturfühler erfaßten Speicherkerntemperatur
abhängig ist. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß diese
Art von Kompensation mit Vorteil im Zusammenhang mit dem erfindungsge
mäßen Verfahren gemäß den Ansprüchen 3 bis 5 anwendbar ist. Jedoch ist
auch denkbar, diese Kompensation bei jedem beliebigen Regelverfahren zu
verwenden, das im Rahmen der Entladesteuerung des Speicherkerns eines
Speicherheizgerätes verwendet wird. Die Kerntemperatur kann dabei auch
mittelbar über einen Temperaturfühler erfaßt werden, der in der Dämm
schicht des Speicherheizgerätes angeordnet ist.
Bei der Kompensation ist besonders vorteilhaft, wenn zur Ermittlung der
Speicherkerntemperatur im Rahmen der Meßwertkorrektur der ohnehin in
einem Speicherheizgerät für die Aufladesteuerung des Speicherkerns vor
handene Kerntemperaturfühler verwendet wird (Anspruch 8).
Zusammenfassend basiert die Erfindung auf dem Grundgedanken, daß zur
Regelung einer Regelgröße auf einen Soll-Wert nur die Zeiten eines Re
gelzyklus herangezogen werden, in dem eine Erfassung des Ist-Wertes der Regelgröße
mit Hilfe eines Meßfühlers möglich ist. Dazwischen liegende Auszeiten
werden durch eine entsprechende geräteinterne Berechnung bestimmt, auf
grund derer das Regelsystem definiert in Zustände versetzt wird, in de
nen eine korrekte Erfassung des Ist-Wertes der Regelgröße möglich bzw. unmöglich
ist. Es versteht sich dabei, daß sämtliche Berechnungen bzw. Ansteuerbe
fehle innerhalb des Regelgerätes durch einen Mikroprozessor, der auf ein
entsprechendes Regel- und Steuerprogramm zurückgreift, durchgeführt bzw.
generiert werden.
Das erfindungsgemäße Meß- und Regelverfahren wird in zwei Ausführungs
beispielen anhand der beiliegenden Regeldiagramme näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 ein Regeldiagramm zur beispielshaften Darstellung des erfindungs
gemäßen Meß- und Regelverfahrens bei einer Zwei-Punkt-Regelung
für die Raumtemperatur bei elektrischen Speicherheizgeräten und
Fig. 2 ein Regeldiagramm analog Fig. 1 für eine entsprechende Propor
tionalregelung.
Ein anhand von Fig. 1 darstellbares Meß- und Regelverfahren gemäß der
Erfindung wird zur Raumtemperaturregelung bei einem Speicherheizgerät
eingesetzt. Zur zumindest zeitweisen Erfassung der Raumtemperatur RTIst
dient ein Meßfühler, der die Raumtemperatur in eine entsprechende elek
trische Größe umwandelt. Dieser Meßfühler liegt im Ansaug-Luftstrom eines
im Speicherheizgerät angeordneten Gebläses, dessen zeitlicher Verlauf von
Ein- bzw. Ausschaltzustand im unteren Teil der Fig. 1 dargestellt ist.
Im oberen Teil der Fig. 1 ist der zeitliche Verlauf der vom Meßfühler er
faßten Temperatur, die nur in später zu erörterten Teilbereichen der tat
sächlichen Raumtemperatur entspricht, dargestellt.
Bei der dargestellten Raumtemperatur RTIst kann es sich um die tatsäch
lich am Meßfühler erfaßte Ist-Raumtemperatur oder um eine gemäß einem
der Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 8 korrigierte Raumtemperatur
handeln.
Wie in Fig. 1 weiterhin angedeutet ist, arbeitet das Regelgerät, das das
erfindungsgemäße Meß- und Regelverfahren benutzt, auf der Basis einer
Zwei-Punkt-Regelung mit einer Soll-Raumtemperatur RTSoll und einer
Schaltdifferenz ΔRTSoll.
Das Regelverfahren gemäß der Erfindung stellt sich nun anhand Fig. 1
wie folgt dar:
Nach einer längeren Ausschaltzeit des Gebläses - etwa nach einer nächtli
chen Speicherperiode - wird zu einem vom Zeitschaltgerät des Heizgerätes
bestimmten Zeitpunkt t0 das Gebläse eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt
erfaßt der Meßfühler bedingt durch die Stau- und Strahlungswärme des
Speicherkerns des Speicherheizgerätes eine gegenüber der wirklichen
Raumtemperatur erhöhte Temperatur. Durch den anschließenden Gebläselauf
wird dem Meßfühler jedoch Raumluft mit Raumtemperatur zugeführt, so daß
dieser nach einer geräteseitig vorgegebenen, konstanten oder variirbaren
Nachführzeit tN im Zeitpunkt t1 die wirkliche Raumtemperatur RTIst0 er
faßt. Diese liegt noch oberhalb der Soll-Raumtemperatur RTSoll, so daß
das Gebläse wieder ausgeschaltet und damit der Regelzyklus Nr. 0 beendet
wird.
Nach einer weiteren Ausschaltzeit tA1, die einer geräteseitig vorbestimmten
maximalen Ausschaltzeit tmax entspricht, wird das Gebläse wieder einge
schaltet (Zeitpunkt t2), so daß wiederum nach Abwarten der konstanten
Nachführzeit tN die aktuelle Raumtemperatur RTIst1 bestimmt werden kann.
Diese liegt wieder oberhalb der Soll-Raumtemperatur, wodurch das Regel
gerät Regelzyklus Nr. 1 beendet und das Gebläse wieder ausschaltet (Zeit
punkt t3).
In diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß insbesondere die erste Aus
schaltzeit tA1 nach einer langen Betriebspause des Gerätes - also bei
spielsweise nach einer Nachtabsenkung der Raumtemperatur, während der
das Heizgerät in der Regel ausgeschaltet ist und nur die Aufladung des Spei
cherkerns erfolgt - um einen geräteseitig vorgebbaren Faktor verkürzt
werden kann. Statt tmax beträgt also die erste Ausschaltzeit tmax/a, wo
bei a ein Reduktionsfaktor ist, der in der Größenordnung von 1 bis 10
liegt. Damit wird vermieden, daß bei außergewöhnlichen Zuständen nach
der Nachtabsenkung, beispielsweise nach einem unerwarteten Raumtempera
turabfall zu lange gewartet wird, bis die nächste Regelphase eintritt.
Nach einer weiteren, der Maximalausschaltzeit entsprechenden Ausschalt
zeit tA2 wird zum Zeitpunkt t4 das Gebläse wieder eingeschaltet, so daß
nach der Nachführzeit tN zum Zeitpunkt t5 die Ist-Raumtemperatur RTIst2
bestimmt wird. Diese liegt unterhalb der Soll-Raumtemperatur RTSoll, so
daß das Gebläse während der Einschaltzeit tE2 bis zum Zeitpunkt t6 ein
geschaltet bleibt, zu dem die wirkliche Raumtemperatur die Soll-Raumtem
peratur RTSoll erreicht und damit das Gebläse ausgeschaltet wird (Ende
von Regelzyklus Nr. 2).
Mit der Ermittlung der Ist-Raumtemperatur RTIst2 wird gleichzeitig durch
einen Rechenprozeß der Recheneinheit des Regelgerätes die Ausschaltzeit
für den folgenden Regelzyklus nach folgender Beziehung bestimmt:
tA" = C × tA' × (ΔRTSoll/ΔRTIst)
mit C: geräteseitig festgelegte, gegebenenfalls variierbare Konstante,
tA': Ausschaltzeit im aktuellen Regelzyklus,
tA": Ausschaltzeit im folgenden Regelzyklus,
ΔRTSoll: Schaltdifferenz der Zwei-Punkt-Regelung und
ΔRTIst: Temperaturdifferenz zwischen der Ist-Temperatur am Ende der Einschaltzeit im vorhergehenden Regelzyklus und der Ist-Temperatur im aktuellen Regelzyklus.
tA': Ausschaltzeit im aktuellen Regelzyklus,
tA": Ausschaltzeit im folgenden Regelzyklus,
ΔRTSoll: Schaltdifferenz der Zwei-Punkt-Regelung und
ΔRTIst: Temperaturdifferenz zwischen der Ist-Temperatur am Ende der Einschaltzeit im vorhergehenden Regelzyklus und der Ist-Temperatur im aktuellen Regelzyklus.
Es erfolgt also eine Differenzbildung zwischen der in einem Speicher ab
gespeicherten Ist-Raumtemperatur RTIst1 am Ende des vorhergehenden Re
gelzyklus Nr. 1 und der Ist-Raumtemperatur RTIst2 zur Bestimmung der
Ist-Raumtemperaturdifferenz ΔRTIst2 = RTIst1 - RTIst2. Dieser Wert
wird durch einen geräteinternen Rechenprozeß in Verhältnis zur Schalt
differenz ΔRTSoll gesetzt und die Ausschaltzeit tA2 mit dem Quotienten
(ΔRTSoll/ΔRTIst2) multipliziert. Da ΔRTIst2 kleiner als
ΔRTSoll ist, ist der Quotient größer 1. Damit ist die daraus für den
nächsten Regelzyklus Nr. 3 berechnete Ausschaltzeit tA3 nach wie vor
größer als die geräteseits vorgegebene Maximalausschaltzeit tmax. Dies
bedeutet, daß die Ausschaltzeit tA3 wiederum der Maximalausschaltzeit
tmax entspricht. Folglich wird zum Zeitpunkt t7 das Gebläse wieder ein
geschaltet und wiederum nach der Nachführzeit tN die Ist-Raumtemperatur
RTIst3 vom Meßfühler erfaßt. Diese liegt unterhalb der Soll-Raumtempera
tur RTSoll, das Gebläse bleibt daher eingeschaltet, wodurch die Ist-Raum
temperatur während der Einschaltzeit tE3 bis zum Erreichen der Soll-
Raumtemperatur RTSoll zum Zeitpunkt t9 steigt.
Wie bereits beschrieben wird wiederum das Verhältnis zwischen der Ist-
Raumtemperatur nach Ablauf der Regelzeit tE2 im vorhergehenden Regel
zyklus Nr. 2 zum Zeitpunkt t6 (also Soll-Raumtemperatur RTSoll) zur Ist-
Raumtemperatur RTIst3 im Zeitpunkt t8 gebildet und der entsprechende
Quotient mit der Ausschaltzeit tA3 zur Bestimmung der neuen Ausschaltzeit
tA4 multipliziert. Da dieser Quotient wiederum größer 1 ist und die Aus
schaltzeit tA3 der Maximalausschaltzeit tmax entspricht, wird die Aus
schaltzeit tA4 im folgenden Regelzyklus wiederum auf die Maximalaus
schaltzeit tmax gesetzt.
Abweichend von den vorherigen Regelzyklen Nr. 2 und 3 wird jedoch am
Meßfühler aufgrund äußerer Umstände - wie beispielsweise einer starken
plötzlichen Abkühlung des Raumes - ein gegenüber den Ausschaltzeiten
tA1, tA2 und tA3 abweichender Verlauf mit einem wesentlich flacheren
Temperaturanstieg während der Ausschaltzeit tA4 registriert. Dieses
Ereignis hat zur Folge, daß durch eine geräteseitige Einflußnahme über
das Regelprogramm die Ausschaltzeit tA4, wie im Diagramm dargestellt ist,
wesentlich - z. B etwa auf 50% - verkürzt und zum Zeitpunkt t10 das Ge
bläse wieder eingeschaltet wird. Nach Ablauf der Nachführzeit tN wird
wiederum die Ist-Raumtemperatur RTIst4 im Zeitpunkt t11 erfaßt. Diese
liegt deutlich unterhalb der Soll-Raumtemperatur RTSoll, das Gebläse
bleibt also wiederum während der Einschaltzeit tE4 eingeschaltet, bis der
Meßfühler zum Zeitpunkt t12, zu dem die Ist-Raumtemperatur die Soll-
Raumtemperatur erreicht, das Gebläse wieder abschaltet.
Mit der Ermittlung der Ist-Raumtemperatur RTIst4 zum Zeitpunkt t11 wird
wiederum die Differenz zwischen der Ist-Raumtemperatur am Ende des vor
herigen Regelzyklus Nr. 3, also zwischen RTSoll und RTIst4 gebildet und
der Quotient zwischen der Schaltdifferenz ΔRTSoll und dieser Differenz er
mittelt. Mit diesem Quotienten wird die letzte, von äußeren Umständen un
beeinflußte Ausschaltzeit tA3 zur Ermittlung der Ausschaltzeit tA5 im
nächsten Regelzyklus Nr. 5 multipliziert, die damit geringer als die ma
ximale Ausschaltzeit tmax ist. In diesem Zusammenhang ist anzumerken,
daß die stark verkürzte Ausschaltzeit tA4 aufgrund des abweichenden
Temperaturverlaufes während dieser Zeit nicht zur Ermittlung der Aus
schaltzeit tA5 herangezogen wird.
Nach Ablauf der Ausschaltzeit tA5 zwischen den Zeitpunkten t12 und t13
wird das Gebläse wieder eingeschaltet, nach Ablauf der Nachführzeit tN
die Ist-Raumtemperatur RTIst5 ermittelt und wiederum zur Differenzbildung
mit der Soll-Raumtemperatur RTSoll herangezogen. Diese Differenz wird
wiederum ins Verhältnis zur Schaltdifferenz ΔRTSoll gesetzt, wodurch sich
die durch diesen Rechenprozeß ermittelte Ausschaltzeit tA6 für den näch
sten Regelzyklus Nr. 6 nochmals verkürzt.
Wird die vorstehende Differenz und Quotientenbildung zur Ermittlung der
Ausschaltzeit tA7 des nächsten Regelzyklus Nr. 7 entsprechend durchge
führt, so ergibt sich, daß dieser im wesentlichen der Ausschaltzeit tA6 im
vorherigen Regelzyklus Nr. 6 entspricht, da die Differenz zwischen der
Ist-Raumtemperatur im Zeitpunkt t14 am Ende der Einschalt- bzw. Regel
zeit tE5 und der Ist-Raumtemperatur RTIst6 im Zeitpunkt t15 der Schalt
differenz ΔRTSoll entspricht und sich somit bei der Quotientenbildung die
Ausschaltzeit nicht ändert. Bei relativ gleichbleibenden Umgebungsverhält
nissen wird somit eine zeitlich optimal an die Schaltbreite angepaßte Ein-
und Ausschaltung des Gebläses erzielt.
Fig. 2 zeigt ein entsprechendes Regeldiagramm, wie es sich bei der Ver
wendung des erfindungsgemäßen Meß- und Regelverfahrens bei einem Pro
portional-Regelgerät in einer Raumtemperatursteuerung eines Speicherheiz
gerätes ergibt. Dabei ist wiederum der zeitliche Verlauf des vom Meßfüh
ler erfaßten Ist-Raumtemperaturwertes RTIst im oberen Teil des Diagramms
sowie die zeitlich abhängige Gebläsedrehzahl in relativen Einheiten bezo
gen auf die Maximaldrehzahl aufgetragen.
Im oberen Teil des Diagramms ist dabei mit RTSoll die Soll-Raumtempera
tur und mit XP der Proportionalbereich der Proportionalregelung eingetra
gen.
Wie aus dem Diagramm deutlich wird, wird im Unterschied zur Regelung
nach Fig. 1 das Gebläse während der Nachführzeiten tN zum Beispiel mit
der minimalen Einschaltdrehzahl nein betrieben. Gegebenenfalls kann
während der Nachführzeiten tN das Gebläse auch mit einer gegenüber der
minimalen Einschaltdrehzahl nein erhöhten Drehzahl betrieben werden,
falls dies für eine schnelle und zeitgerechte Abkühlung des Meßfühlers
notwendig sein soll. Während der Einschaltzeiten tE1, tE2, tE3, tE4 und
wird entsprechend der Abweichung der Ist-Raumtemperatur RTIst von der
Soll-Raumtemperatur RTSoll Proportional geregelt. Bei Erreichen der
Soll-Raumtemperatur RTSoll wird das Gebläse während der Ausschaltzeiten
tA abgeschaltet.
Analog dem in Fig. 1 gezeigten Regeldiagramm werden die Ausschaltzeiten
tA in einem folgenden Regelzyklus wiederum über die Beziehung
tA" = C × tA' × (XP/ΔRTIst)
mit tA": Ausschaltzeit in einem folgenden Regelzyklus,
tA': Ausschaltzeit im aktuellen Regelzyklus,
C: feste oder einstellbare Konstante,
XP: Proportionalbereich der Proportionalregelung und
ΔRTIst: Differenz zwischen der Ist-Raumtemperatur RTIst am Ende der Einschaltzeit des vorhergehenden Regelzyklus und der Ist-Raumtemperatur RTIst am Ende der Nachführzeit tN im aktuellen Regelzyklus.
tA': Ausschaltzeit im aktuellen Regelzyklus,
C: feste oder einstellbare Konstante,
XP: Proportionalbereich der Proportionalregelung und
ΔRTIst: Differenz zwischen der Ist-Raumtemperatur RTIst am Ende der Einschaltzeit des vorhergehenden Regelzyklus und der Ist-Raumtemperatur RTIst am Ende der Nachführzeit tN im aktuellen Regelzyklus.
Bei der Ist-Raumtemperatur am Ende der Einschaltzeit (Regelzeit) handelt
es sich in der Regel um die Soll-Raumtemperatur RTIst.
Unter Anwendung der vorstehenden Beziehung und deren Verarbeitung in
einem geräteinternen Rechenprozeß ergibt sich das in Fig. 2 gezeigte Re
gelverhalten, aufgrund dessen nach beispielsweise fünf Regelzyklen sich
die Ausschaltzeit tA5 so einstellt, daß die Ist-Raumtemperatur RTIst5
nach der Nachführzeit tN etwa um den Proportionalbereich XP entfernt von
der Soll-Raumtemperatur RTSoll liegt. Bei annähernd statischen Verhält
nissen ist damit die Ausschaltzeit in den folgenden Regelzyklen so be
messen, daß nach dem Wiedereinschalten und dem Abwarten der Nachführ
zeit tN der Proportionalbereich jeweils optimal zur Regelung ausgenützt
wird.
Wie im weiteren Verlauf des Regelzyklus Nr. 5 in Fig. 2 gezeigt ist, kann
aufgrund besonderer statischer Verhältnisse im beheizt n Raum die Ist-
Raumtemperatur RTIst innerhalb des Proportionalbereiches XP verbleiben, so
daß das Regelgerät die ganze Zeit eingeschaltet bleibt und in üblicher
Weise proportional regelt.
Claims (8)
1. Meß- und Regelverfahren für ein elektronisches Zwei-Punkt- oder Pro
portional-Regelgerät, dessen Meßfühler während einer geräteseitig vorge
gebenen Auszeit durch äußere Einflüsse keinen Zugriff auf die Re
gelgröße hat und das während einer Regelzeit unter Ermittlung des Ist-Wertes
der Regelgröße durch den Meßfühler auf den Soll-Wert der Regelgröße regelt,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- 1. in einem Regelzyklus des zyklischen Regelverfahrens wird nach Ablauf der geräteseitig vorgegebenen Auszeit die Ist-Abweichung (ΔRTIst) des Ist-Wertes der Regelgröße zu diesem Zeitpunkt vom Ist-Wert der Regelgröße nach Ab lauf der Regelzeit des vorhergehenden Zyklus bestimmt,
- 2. das Verhältnis der Schaltdifferenz (ΔRTSoll) der Zwei- Punkt-Regelung oder des Proportionalbereiches (Xp) der Proportionalrege lung und dieser Istwert-Abweichung (ΔRTIst) wird in einem Rechenprozeß geräteseitig bestimmt und
- 3. die Auszeit für den nächsten Regelzyklus wird in einem Rechenprozeß geräteseitig entsprechend dem vorgenannten Verhältnis variiert.
2. Meß- und Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auszeit für den nächsten Regelzyklus auf ein geräteseitig vor
gegebenes Auszeit-Maximum gesetzt wird, falls die geräteseitig ermittelte
Auszeit dieses Auszeit-Maximum überschreitet.
3. Meß- und Regelverfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Raumtemperatur
regelung bei elektrischen Heizgeräten, insbesondere bei Speicherheizge
räten, wobei die Raumtemperatur über einen am Heizgerät im Ansaug-Luft
strom eines Gebläses angeordneten Temperaturmeßfühler erfaßt wird der
im Meßzustand mit vom Gebläse angesaugter Raumluft und während der Auszeit
mit Störwärme insbesondere vom Speicherkern des Heizgerätes beaufschlagt
wird,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- 1. in einem Regelzyklus wird nach Ablauf der Auszeit, die sich aus einer Ausschaltzeit (tA), während der das Gebläse ausgeschaltet ist, und einer geräteintern vorgewählten Nachführzeit (tN) zusammensetzt, während der das Gebläse zum Nachführen der am Meßfühler gemessenen Temperatur an die tatsächliche Raumtemperatur eingeschaltet ist, die Temperaturistwertdifferenz ΔRTIst zwischen der Ist-Raumtemperatur RTIst nach Ablauf der Regelzeit in vorhergehenden Regelzyklus und der aktuellen Ist-Raumtemperatur RTIst nach Ablauf der Nachführzeit (tN) im aktuellen Regelzyklus berechnet und
- 2. die Ausschaltzeit tA im nächsten Regelzyklus wird durch die Beziehung
tA" = C × tA' × (ΔRTSoll/ΔRTIst)
mit
C: geräteintern festgelegte, gegebenenfalls variierbare Konstante,
tA': Ausschaltzeit im aktuellen Regelzyklus,
tA": Ausschaltzeit in einem folgenden Regelzyklus,
ΔRTSoll: Schaltdifferenz der Zwei-Punkt-Regelung oder Proportionalbereich XP der Proportionalregelung,
- 1. während der der Nachführzeit (tN) folgenden Einschaltzeit (tE) des Ge bläses wird im aktuellen Regelzyklus die Raumtemperatur auf den Soll wert (RTSoll) unter Aktivierung der Regelung geregelt, und
- 2. das Gebläse wird bei Erreichen der Soll-Raumtemperatur (RTSoll) ausge schaltet, wobei dieser Ausschaltzeitpunkt den Startzeitpunkt für die ge räteintern ermittelte Ausschaltzeit des darauffolgenden Schaltzyklus de finiert.
4. Meß- und Regelverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausschaltzeit (tA) für den darauffolgenden Regelzyklus auf eine
geräteintern vorwählbare Maximal-Ausschaltzeit (tmax) gesetzt wird, falls
der nach Ablauf der Auszeit im aktuellen Regelzyklus ermittelte Ist-
Raumtemperaturwert (RTIst) über der Soll-Raumtemperatur (RTSoll) liegt.
5. Meß- und Regelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ist-Wert-Verlauf der Regelgröße während der Auszeit in einem Re
gelzyklus mit dem Ist-Wert-Verlauf während der Auszeit in einem oder
mehreren der vorhergehenden Zyklen verglichen und bei Überschreiten ei
ner geräteseitig vorgegebenen Abweichung des aktuellen Ist-Wert-Verlaufs
von dem oder den vorherigen Verläufen gegebenenfalls nach Abwarten der
Nachführzeit (tN) die Regelung aktiviert wird.
6. Meß- und Regelverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Kompensation der vom Speicherkern des Speicher-Heizgerätes
herrührenden Meßwertverfälschung am Meßfühler der Wert der vom Meßfühler
während eines Regelzyklus erfaßten Ist-Raumtemperatur (RTIst) mit
einem Korrekturwert (ΔRTKorr) korrigiert wird, der
umgekehrt proportional zur Einschaltzeit im vorhergehenden Regelzyklus
ist.
7. Meß- und Regelverfahren insbesondere nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Kompensation der vom Speicherkern des Heizge
rätes herrührenden Meßwertverfälschung am Meßfühler der vom Meßfühler
erfaßte Wert der Ist-Raumtemperatur (RTIst) mit einem Korrekturwert (ΔRTKORR) korrigiert
wird, der von der mittels eines Temperaturfühlers erfaßten Speicher
kerntemperatur abhängig ist.
8. Meß- und Regelverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermitt
lung der Speicherkerntemperatur im Rahmen der Meßwertkorrektur der für
die Aufladesteuerung des Speicherkerns im Gerät vorhandene Tempera
turfühler verwendet wird.
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