DE69210633T2 - Kältetemperaturregelvorrichtung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Systeme zur Steuerung der Temperatur innerhalb eines gekühlten Raumes, und genauer auf ein Temperatursteuerungssystem zur Kühlung, das mehrere Sensoren verwendet.
• Durch den Stand der Technik ist die Steuerung der Temperatur eines Raumes, der zur Lagerung oder zum Transport von verderblichen Materialien wie beispielsweise Lebensmittel dient, bekannt. Die Steuerung der Temperatur eines derartigen Raumes ist dann am schwierigsten, wenn der Raum zum Transport der verderblichen Materialien verwendet werden soll wie beispielsweise in Kühllastkraftwagen.
• Die Schwierigkeiten werden hauptsächlich durch die Veränderung der thermischen Ladung hervorgerufen, resultierend aus weitreichenden Veränderungen der Umgebungsvariablen wie beispielsweise Tageszeit, geographische Örtlichkeit und Wetterbedingungen. Steigt die Temperatur innerhalb des gekühlten Raumes zu sehr an, nimmt zugleich die Gefahr übermäßig zu, daß das Frachtgut verdirbt. Fällt die Temperatur innerhalb des gekühlten Raumes hingegen zu sehr ab, können Teile des Frachtguts durch Frostschäden zerstört werden.
• US-A-4 715 190 beschreibt ein rudimentäres Temperatursteuerungssystem. Ein fortgeschrittenes mikroprozessorgestütztes Temperatursteuerungssystem wird in US-A-4 663 725 offenbart. Dieses System verwendet Temperatursensoren für den Rücklauf und den Austritt von Luft. Ein Fehlerbehandlungs-Algorithmus ermöglicht dem System die Umschaltung zwischen Sensoren. US-A-4 589 060 beschreibt gleichfalls ein auf Mikroprozessoren basierendes Temperatursteuerungssystem.
• Methoden zur Steuerung des Kühlverfahrens werden in US-A-4 742 689 und US-A-4 934 155 beschrieben. Diese Druckschriften offenbaren eine Temperatursteuerung, in der Heißgas um den Kompressor herumgeleitet wird, um eine konstantere Kompressorgeschwindigkeit zu erreichen.
• Ein hochentwickeltes System zur Temperatursteuerung wird in US-A-4 918 932 offenbart. Dieses System verwendet integrierte Mittelwerte der Ausgangswerte eines Austritts- und eines Rücklaufsensors zur Steuerung der Kühlvorrichtung.
• US-A-3 768 545 offenbart eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Temperaturregelsystems zur Regelung der Temperatur innerhalb eines gekühlten Raumes gemäß der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 2. In dieser Steuervorrichtung sind sowohl der Austrittsluft-Temperatursensor wie der Rückluft-Temperatursensor mit einem einzigen Eingang eines Komparators der Regelanordnung gekoppelt, wobei ein Auswahlstromkreis mit beiden Sensoren gekoppelt ist, um einen Betriebsstromkreis für nur einen dieser Sensoren zu bewerkstelligen, so daß bei einem Zeitpunkt nur ein einziges Temperaturanzeigesignal auftritt. An dem anderen Komparatoreingang liegt dabei ein Temperatur-Sollsignal von einer Temperatur-Einstelleinheit an. Das Temperatur-Sollsignal wird darüber hinaus einem ersten Eingang des Auswahlstromkreises zugeführt, an dessen zweiten Eingang ein Bezugssignal eingespeist wird, das beispielsweise so gewählt werden kann, daß es eine Temperatur von 0º C (32º F) darstellt. Der Auswahlstromkreis vergleicht das Temperatur-Sollsignal mit dem Bezugssignal und gestattet dem Rückluft-Temperatursensor als Funktion dieses Vergleichs den Steuerungsvorgang, wenn die Temperatur-Einstelleinheit auf die Nachfrage nach einer über dem von dem Bezugssignal dargestellten Temperaturwert eingestellt wird. Wird die Temperatur-Einstelleinheit dagegen auf die Abfrage nach einer unter dem von dem Bezugssignal dargestellten Temperaturwert eingestellt, bewirkt der Auswahlstromkreis, daß der Austrittsluft-Temperatursensor den Steuerungsvorgang ausführt.
• Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einer Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Verfahren gemäß Anspruch 2. Die vorliegende Erfindung stellt ein Temperatursteuerungssystem zur Kühlung mit mehrfachen Sensoren bereit, wobei die Steuerung der Kühlungs- bzw. Erhitzungsvorrichtung, auf die Wechselbeziehung der Ausgabewerte der mehrfachen Sensoren gestützt, zu jeder Zeit einen der mehrfachen Sensoren verwendet. Auf diese Weise kann das Steuerungssystem an die variierenden Bedingungen wie beispielsweise die Umgebungstemperatur, die thermische Hysterese innerhalb des gekühlten Raumes und die Kühlungskapazität als Funktion des Leistungsbedarfs der Kühlung angepaßt werden.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet ein Kühlungssystem, das sowohl gekühlte wie erhitzte Luft zur Verfügung stellen kann. Illustrationshalber, die Erfindung jedoch nicht begrenzend, werden Sensoren zur Überwachung der Temperatur der Austritts- und Rückluft verwendet. Ein Ausgangssensor kann bei der Beendigung des Kühlungsmodus' gewählt werden. Der die Systemkühlung steuernde Sensor kann in Folge des Absinkens der Rücktemperatur unter einen Sollwert oder des Absinkens der Austrittstemperatur unter eine Bodentemperatur verändert werden.
• Die Kühlungs- bzw. Erhitzungsmodi des Kühlsystems werden in Folge des Ansprechens auf die verschiedenen Sensorausgaben verändert. Das resultierende Steuerungssystem hält die Temperatur innerhalb des gekühlten Raumes innerhalb einer engen Toleranzgrenze etwa auf der Höhe einer gewünschten Betriebstemperatur aufrecht.
• Andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung und viele der durch die vorliegende Erfindung erreichten Vorteile können unter Bezugnahme auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen leicht nachvollzogen werden, wobei in allen Zeichnungen identische Bestandteile jeweils durch gleiche Bezugsziffern gekennzeichnet sind, und:
• FIG. 1 ein schematisches Diagramm eines Kühlsystems darstellt, das die vorliegende Erfindung anwendet;
• FIG. 2 ein Flußdiagramm eines Algorithmus' für die Betriebsart der Abkühlung zeigt;
• FIG. 3 bestehend aus FIG. 3A, 3B, 3C, 3D und 3E ein Flußdiagramm eines Algorithmus' zur Ausführung der Temperatursteuerung ist;
• FIG. 4 ein Flußdiagramm für eine alternative Betriebsweise des Modulationsventils zeigt;
• FIG. 5 eine Tabelle der Betriebsarten der bevorzugten Betriebsarten der vorliegenden Erfindung darstellt;
• FIG. 6 eine graphische Darstellung der Ausführung des Kühlungsmodus' ist;
• FIG. 7 eine graphische Darstellung der eine Sensorveränderung anregenden Bedingungen zeigt,
• FIG. 8 eine graphische Darstellung der Veränderungen der Betriebsarten des Kühlsystems ist.
• FIG. 1 stellt eine schematische Ansicht eines Kühlsystems 10 dar, das die vorliegende Erfindung anwendet. In der bevorzugten Ausführungsform, die jedoch nicht als Eingrenzung der vorliegenden Erfindung verstanden werden soll, ist das Kühlsystem 10 in einen (nicht dargestellten) Kühllastkraftwagen eingesetzt. Eine einen gekühlten Raum 92 umschließende rechte und linke Wand 15 bzw. 21 sind teilweise dargestellt. Zwecks mechanischer Zugänglichkeit zu den dargestellten Kühlkomponenten ist eine Öffnung 12 an der vorderen Wand des gekühlten Raumes 92 angeordnet. Um die Darstellung zu vereinfachen, ist ein digitales Steuerungssystem 76 innerhalb des gekühlten Raumes 92 gezeigt, obwohl das digitale Steuerungssystem 76 in der Praxis außerhalb des gekühlten Raumes 92 angeordnet ist.
• Ein Gehäuse 13 umschließt diejenigen außerhalb des gekühlten Raumes 92 angeordneten Bestandteile des Kühlsystems. Es enthält eine Antriebsmaschine 11 als Quelle mechanischer Bewegung zum Betreiben eines Kompressors 14. Die Antriebsmaschine 11 kann in verschiedenen Ausführungsarten vorliegen, ist jedoch vorzugsweise eine Dieselmaschine oder ein Elektromotor. Die Geschwindigkeit der Antriebsmaschine 11 wird durch das digitale Steuerungssystem 76 über Kabel 75 und eine Schnittstelle 98 gesteuert, was weiter unten ausführlicher beschrieben werden wird.
• Eine Kühlschlange 24, die durch den Betriebskompressor 14 über ein Dreiwegeventil 18 gespeist wird, dient zum Austausch von Wärme an die Umgebung durch die im Gehäuse 13 dargestellte Öffnung. Der Austausch selbst kann als Dissipation der überschüssigen Wärme in den Kühlbetriebsarten oder als Wärmeaufnahme in den Erhitzungsbetriebsarten erfolgen. Ein Sammelbehälter 26 sammelt überschüssige Kühlflüssigkeit und gibt sie je nach Notwendigkeit über ein Auslaßventil 28 durch eine Rohrleitung 32 ab. Die Rohrleitung 32 enthält einen Trockner 19. Ventile 20 und 52 stellen einen Eingang in und einen Ausgang vom Betriebskompressor 14 bereit. Ein Sammelbehälter 44 wird, wie dargestellt, in der Saugleitung angeordnet.
• Rückluft vom gekühlten Raum 92 tritt über eine Entlüftungsöffnung 90 und (nicht gezeigte) zugehörige Entlüftungsöffnungen am Gehäuseboden in die Verdampferschlange ein.
• Die Verdampferschlangen 42 und 58 kühlen oder erhitzen die Rückluft auf ihrem Weg zu einer Austrittsöffnung 93. Ein Temperatursensor 91 überwacht die Temperatur der Rückluft, und ein Temperatursensor 94 überwacht die Temperatur der Austrittsluft. Ein Wärmetauscher 30 verbindet die Verdampferschlangen 42 und 58 mit der Saugleitung. Ein Modulationsventil 54 steuert den Saugleitungsdurchfluß in Ansprechen auf das über Kabel 79 verbundene digitale Steuerungssystem 76. Die Steuerung des Modulationsventils 54 gestattet die Einstellung der Kapazität des betriebenen Kühlsystems.
• Das digitale Steuerungssystem 76 besteht aus einer Mikroprozessor-Regeleinrichtung, die, wie weiter unten ausführlicher beschrieben, durch Firmware/Software betrieben wird. Eine CPU 77 betreibt die Steuerungs-Firmware/Software. Ein ROM-Speicher 80 wird zur Speicherung der Steuerungs-Firmware/Software und verschiedener numerischer Konstanten verwendet. Ein RAM-Speicher 82 wird zur Speicherung der Variablen und Pufferung der Ein- und Ausgaben verwendet. Ausgangsanschlüsse 86 sind über das Kabel 75 zur Steuerung der Antriebsmaschine 11 an die Schnittstelle 98 gekoppelt; ebenso sind sie über ein Kabel 73 mit dem Erhitzungs- bzw. Kühlungs-Steuerelektromagneten zur Steuerung des dreiwegigen Erhitzungs- bzw. Kühlungsventils 18 verbunden, und über ein Kabel 67 mit einem Heißgasumgehungsventil 63 sowie über ein Kabel 79 mit einem Modulationsventil 54. Eingangsanschlüsse 84 sind über ein Kabel 69 an den Rückluft-Temperatursensor 91 und über Kabel 71 an den Austrittsluft-Temperatursensor 94 gekoppelt.
• FIG. 2 gibt ein Flußdiagramm des Betriebs des Kühlungsmodus' gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wieder. Der Kühlungsmodus wird bei einem Element 100 eingeleitet. Ein Element 102 aktiviert den hohen Kühlungsmodus des Kühlsystems 10 (vgl. auch FIG. 1). Im Kühlungsmodus wird das Kühlsystem 10 mit seiner maximalen Kühlungskapazität betrieben, wobei das Modulationsventil 54 vollständig offen ist.
• Die Austrittsluft-Temperatur wird über den Austrittsluft-Temperatursensor 94 bei einem Element 104 ermittelt. Liegt die Austrittsluft-Temperatur mehr als 5,6º C (10º F) über dem Sollwert, leitet ein Element 106 die Steuerung zu Element 108, das den hohen Kühlungsmodus deaktiviert und den niedrigen Kühlungsmodus des Kühlsystems 10 aktiviert. Im niedrigen Kühlungsmodus wird das Modulationsventil 54 zur Steuerung der Kühlkapazität verwendet. Ein Element 110 stellt den Überwachungsmonitor ein, bevor der Kühlungsmodus bei Element 112 beendet wird, was darauf hinweist, daß der Kühlungsmodus als Folge des Auslesens des Austrittsluft-Temperatursensors beendet wurde. Ein derartiger Hinweis verknüpft die Kapazität des Kühlsystems 10 implizit sowohl mit der thermischen Ladung des spezifischen Frachtguts wie mit dem gekühlten Raumvolumen, den Umweltbedingungen usw.
• Falls der Kühlungsmodus als Folge des Auslesens des Austrittsluft-Temperatursensors durch die Elemente 106 bis 112 nicht beendet wird, liegt der Grund darin, daß die gemessene Austrittsluft-Temperatur größer als der Sollwert minus 5,6º C (10º F) ist. Die Steuerung wird dann Element 114 übertragen, das die Ausgabe des Rückluft-Temperatursensors 91 ermittelt. Beträgt die Rückluft-Temperatur weniger als der Sollwert plus 0,6º C (1º F), leitet ein Element 116 die Steuerung zu einem Element 118, das den hohen Kühlungsmodus deaktiviert und den niedrigen Kühlungsmodus aktiviert. Durch die Einstellung des Rücklaufmonitors zeigt ein Element 120 an, daß der Kühlungsmodus beendet wurde, indem der Rückluft-Temperatursensor abgelesen wurde. Durch ein Element 122 wird der Vorgang beendet.
• Wird der Kühlungsmodus von einer dieser gewöhnlichen Beendigungsbedingungen nicht abgeschlossen, stellt ein Element 124 fest, ob die Austrittsluft-Temperatur unter der Bodentemperatur liegt. Trifft dies nicht zu, wird die Steuerung zu Element 104 zurückgegeben um erneut nach jeder dieser Beendigungsbedingungen des Kühlungsmodus' zu suchen.
• Bestimmt Element 124, daß die Austrittstemperatur unter der Bodentemperatur liegt, multiplizert ein Element 126 die Differenz zwischen der Austrittstemperatur und der Bodentemperatur mit der Zeit. Eine Integration wird durch ein Element 128 ausgeführt. Ein Element 130 bestimmt dann, ob die Integralsumme größer als 83,3º C / Minuten (150º F/ Minuten) ist.
• Falls nicht, wird die Steuerung Element 104 zurückgegeben, um jede der drei Beendigungsbedingungen erneut zu bearbeiten.
• Ermittelt das Element 130, daß die Integralsumme größer als 83,3º C / Minuten (150º F/ Minuten) ist, wird der Kühlungsmodus aus Sicherheitsgründen beendet. Ein Element 132 deaktiviert den hohen Kühlungsmodus und aktiviert den niedrigen Kühlungsmodus. Ein Element 134 stellt den Überwachungsmonitor ein und mittels Element 136 wird der Vorgang beendet.
• FIG. 3, bestehend aus den FIG. 3A, 3B, 3C, 3D, und 3E, zeigt ein Flußdiagramm des Betriebs eines Steuerungssystems der Kühlung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren wird bei einem Element 140 begonnen. Die Abkühlung wird bei einem Element 142 bewerkstelligt. Im bevorzugten Betriebsmodus, der jedoch nicht als erfindungsbegrenzend verstanden werden darf, wird die Abkühlung entsprechend des Flußdiagramms aus FIG. 2 bewerkstelligt.
• Nach der Abkühlung liest ein Element 146 den Austrittsluft-Temperatursensor 94 ab (vgl. auch FIG. 1). Ähnlich dazu liest ein Element 148 den Rückluft-Temperatursensor 91 ab. Ein Element 150 bestimmt, ob sich das System im Austrittsmodus befindet. Hat das System gerade die Abkühlung ausgeführt, kann durch das Element 110 aus FIG. 2 der Austrittsmodus eingeleitet werden. Wie weiter unten ausführlicher beschrieben, kann der Austrittsmodus auch durch ein Element 164 eingestellt werden. In jedem Fall bedeutet der Terminus "Austrittsmodus", daß der Austrittsluft-Temperatursensor 94 der primäre Steuerungssensor ist. Dieser Modus wird solange fortlaufen, bis der Modus, wie weiter unten ausführlicher beschrieben, gewechselt wird.
• Im Austrittsmodus bestimmt ein Element 152, ob die mit dem Rückluft-Temperatursensor 91 gemessene Rückluft-Temperatur geringer als der Sollwert ist. Falls ja, wird die Steuerung einem Element 158 zugeleitet, die das System in den Rücklaufmodus umschaltet. Liegt die Rückluft-Temperatur nicht unter dem Sollwert, kann der Rücklaufmodus durch das Element 158 eingestellt werden, falls ein Element 154 bestimmt hat, daß sich das Wärmetauschsystem im Erhitzungsmodus befindet. Dies bedeutet, daß dem gekühlten Raum 92 Wärme zugeführt anstatt abgezogen wird..
• Ein Element 156 stellt den Proportionalitätsfehlerwert (d.h. P) auf einen Wert gleich der Austrittsluft-Temperatur minus der Bodentemperatur ein. Ist das System nicht im Erhitzungsmodus, ist die Rückluft-Temperatur nicht geringer als der Sollwert, und das System befindet sich im Austrittsmodus. Der Wert P wird auf eine weiter unten beschriebene Art zur Steuerung des Modulationsventils 54 verwendet.
• Bei dem durch Element 160 bestimmten Rücklaufmodus ist das primäre Steuerungselement der Rückluft-Temperatursensor 91. In diesem Modus bestimmt ein Element 162, ob die Austrittstemperatur geringer als die Bodentemperatur ist. Wenn ja, bringt das Element 164 das System in den Austrittsmodus. Ist die Austrittsluft-Temperatur nicht geringer als die Bodentemperatur, wird die Steuerung durch das Element 162 zu einem Element 166 weitergeleitet, das P (d.h. die Proportionalitätsfehlervariable) auf die Rückluft-Temperatur minus den Sollwert einstellt.
• Nach den Verfahrensschritten des Austrittsmodus' und des Rücklaufmodus' beginnt ein Element 141 mit der Skalierung von P. Liegt P zwischen Null und 0,6º C (1º F), wird die Steuerung einem Element 143 übergeben, das P auf Null setzt. Dies stellt für den Fall, daß der Proportionalitätsfehlerwert in diesem positiven Wertebereich liegt, sicher, daß er überhaupt nicht als Fehlerwert behandelt wird. Ein Element 144 füngiert nur als Bindeglied des logischen Flußdiagramms.
• Ein Element 145 bestimmt, ob P größer oder gleich 0,6º C (1º F) ist. Wenn ja, wird bei einem Element 147 0,6 (1) von P abgezogen. Wenn ein Element 149 bestimmt, daß P größer als 2,8º C (5º F) ist, wird P auf 2,8 (5) gesetzt. Dies begrenzt den effektiv wirksamen positiven Proportionalitätsbereich auf 3,3º C (6º F). Wenn analog dazu ein Element 153 feststellt, daß P weniger als -2,8º C (-5º F) beträgt, stellt ihn ein Element 155 auf -2,8º C (-5º F) ein. Somit wird P als Zahl zwischen -2,8 (-5) und 2,8 (5) skaliert.
• Die Integration des Proportionalitätsfehlerwerts wird bei einem Element 168 eingeleitet, das bestimmt, ob der absolute Wert von P größer als 1,4º C (2,5º F) ist. Trifft dies zu, integriert ein Element 170 bei der Rate von 27,8 (50) pro Stunde. Anderenfalls integriert ein Element 172 bei der Rate von 5,6 (10) pro Stunde. Ein Element 164 fungiert hierbei nur als Bindeglied.
• Ist der integrierte Proportionalitätsfehlerwert I größer als 2,8º C (5º F), was durch ein Element 165 bestimmt wird, stellt ein Element 167 I auf einen Wert gleich 2,8º C (5º F) ein. Ermittelt ähnlich dazu ein Element 169, daß I geringer als -2,8º C (-5º F) ist, stellt ein Element 171 I auf -2,8º C (-5º F) ein. Somit wird ersichtlich, daß der integrierte Proportionalitätsfehlerwert (d.h. I) auf eine Zahl zwischen -2,8º C und 2,8º C(-5º F und 5º F) skaliert wird. Ein Element 174 addiert die Werte P und I zur Erzeugung einer einzigen Zahl, die somit zwischen -5,6º C und 5,6º C (-10 F und 10º F) skaliert ist.
• Ein Element 173 bestimmt, ob die Summe von P und I größer als 3,3º C (6º F) ist. Ist dies zutreffend, stellt ein Element 175 die Summe auf 3,3º C (6º F) ein und skaliert die Summe somit auf eine Zahl, die nicht größer als 3,3º C (6º F) ist. Ähnlich dazu bestimmt ein Element 177, ob die Summe von P und I geringer als -3,3º C (-6º F) ist. Falls ja, stellt ein Element 179 die Summe auf -3,3º C (-6º F) ein. Daher wird die Summe von P und I auf eine Zahl zwischen -3,3º C und 3,3º C (-6º F und 6º F) skaliert.
• Befindet sich das System im hohen Kühlungsmodus, leitet ein Element 176 die Steuerung zu einem Element 178 weiter, das bestimmt, ob P niedriger als 1,1º C (2º F) ist. Falls ja, schaltet ein Element 180 das System in den niedrigen Kühlungsmodus; falls nein, wird die Steuerung über ein Verbindungselement 181 zu einem Element 182 weitergeleitet. Wird vom Element 182 bestimmt, daß sich das System im niedrigen Kühlungsmodus befindet, stellt ein Element 184 fest, ob die Summe von P und I größer als 3º C (5,5º F) ist. Ist dies zutreffend, liegt der Fehlerwert augenblicklich innerhalb des Maximalbereiches, und ein Element 186 "verlangsamt" die Anzeige, indem eine geeignete Verzögerung notwendig wird. Ist der dafür erforderliche Zeitraum noch nicht verstrichen, erhöht ein Element 188 die Verzögerung weiter, während, wenn die Verzögerung bewerkstelligt wurde, ein Element 194 den hohen Kühlungsmodus initiiert.
• Stellt das Element 184 fest, daß die Summe von P und I nicht größer als 3º C (5,5º F) ist, bestimmt ein Element 190, ob die Summe unter 3º C (5,5º F) liegt. Ist dies zutreffend, ist der Fehlerwert klein genug, und durch ein Element 196 wird die niedrige Kühlung mit dem Heißgasumgehungsmodus eingestellt. Das Modulationsventil wird durch ein Element 192 eingestellt, wenn die Summe von P und I zwischen 0,3º C und 3º C (0,5º F und 5,5º F) liegt. Eine niedrigere Stufe des Fehlerwerts bewirkt keine Veränderung in der Einstellung des Modulationsventils.
• Durch ein Element 198 wird die niedrige Kühlung mit der Betriebsart des Umgehungsmodus' bestimmt. Liegt dieser Modus augenblicklich vor, bestimmt ein Element 200, ob die Summe von P und I größer als 3º C (5,5º F) ist. Liegt sie darüber, ist der Fehlerwert zu groß, um von diesem Modus angepaßt werden zu können, und ein Element 202 versetzt das System in den niedrigen Kühlungsmodus. Ermittelt das Element 200, daß die Summe der Fehlerwerte geringer als 3º C (5,5º F) ist, bestimmt ein Element 204, ob die Summe von P und I niedriger als 0 ist, was bedeutet, daß der gekühlte Raum 92 kälter als notwendig ist.
• Ist der Fehlerwert negativ, stellt ein Element 206 fest, ob die Rückluft-Temperatur minus dem vorbestimmten Sollwert niedriger als 0,6º C (1º F) ist. Wenn ja, muß die Temperatur des gekühlten Raumes durch den niedrigen Erhitzungsmodus, der durch ein Element 208 initiiert wird, erhitzt werden. Die Stellung des Modulationsventils wird durch ein Element 210 zurückgestellt.
• Ein Element 212 bestimmt, ob sich das Kühlsystem im niedrigen Erhitzungsmodus befindet. Trifft dies zu, überprüft ein Element 214, ob die Summe der Fehlerwerte größer als 0,3º C (0,5º F) ist. Ist auch dies zutreffend, werden die niedrige Kühlung mit dem Heißgasumgehungsmodus durch ein Element 216 und das Modulationsventil durch ein Element 218 eingestellt. Ermittelt das Element 214, daß die Summe der Fehlerwerte kleiner oder gleich 0,3º C (0,5º F) ist, überprüft ein Element 220, ob P plus I niedriger als -2,8º C (-5º F) ist. Falls nein, stellt ein Element 226 das Modulationsventil einfach zurück. Liegt die Summe der Fehlerwerte unter -2,8º C (-5º F), ist der gekühlte Raum im wesentlichen kühler als erwünscht, und nach der durch das Verzögerungselement 222 erzeugten "Verlangsamung" wird durch ein Element 228 der hohe Erhitzungsmodus eingestellt. Fällt die Verzögerung immer noch nicht befriedigend aus, erhöht das Element 224 die Verzögerung einfach weiter. Ein Element 229 dient nur als Bindeglied.
• Der hohe Erhitzungsmodus wird durch ein Element 230 überprüft. Ist dieser Modus der augenblickliche, wird die Steuerung zu einem Element 232 geleitet, das bestimmt, ob die Summe der Fehlerwerte größer als Null ist. Falls ja, kann der gekühlte Raum immer noch kühler als erwünscht sein, allerdings nur unwesentlich. Ein Element 234 versetzt das System in den niedrigen Erhitzungsmodus. Das Modulationsventil wird durch ein Element 236 zurückgestellt. Ein Element 238 fungiert als Rücksprungstelle zum Beginn der logischen Schleife, nachdem genügend Zeit verstrichen ist. Der Rücksprung wird dabei durch das Verbindungselement 144 dargestellt.
• FIG. 4 zeigt ein Flußdiagramm für den Betrieb einer alternativen Anordnung zum Rückstellen des Modulationsventils 54 und stellt das Rückstellen des Ventils schematisch dar, wenn der Fehlerwert ausschließlich größer als 0,3 ºC (0,5 ºF) ist. Der Eintritt erfolgt durch Element 240. Die positive Skalierung wird durch ein Element 242 bewerkstelligt, das die Steuerung zu einem Element 244 leitet, um sicherzustellen, daß es P nicht möglich ist, 2,8 (5) zu überschreiten. Ähnlich dazu erfolgt die negative Skalierung durch die Elemente 246 und 248.
• Nachdem der Proportionalitätsfehlerwert P zwischen -2,8º C und 2,8º C (-5º F und 5º F) skaliert wurde, stellt ein Element 250 fest, ob der Absolutwert von P größer als 0,3º C (0,5º F) ist. Auf diese Weise stellt die alternative Ausführungsform das Modulationsventil 54 nur dann zurück, wenn der Proportionalitätsfehlerwert 0,3º C (0,5º F) überschreitet. Die Beendigung erfolgt über ein Element 254.
• FIG. 5 ist eine Tabelle, die die verschiedenen Betriebsmodi 258 und den in Spalte 260 dargestellten dazugehörenden Betrieb des Modulationsventils 54 zeigt. Es ist darauf hinzuweisen, daß das Modulationsventil 54 sowohl im Hochgeschwindigkeits-Kühlungsmodus wie im Hochgeschwindigkeits-Erhitzungsmodus offen ist. Die restlichen Modi der Niedriggeschwindigkeits-Kühlung, der Niedriggeschwindigkeits-Kühlung mit Heißgasumgehung, und der Niedriggeschwindigkeits-Erhitzung beinhalten alle die Rückstellung des Modulationsventils 54. Dabei ist jedoch zu beachten, daß in diesen drei Modi das System das Modulationsventil 54 nur dann zurückstellt, wenn der Absolutwert des Proportionalitätsfehlers P größer als 0,28º C (0,5º F) ist.
• FIG. 6 ist eine graphische Darstellung 262 der beiden Normalbedingungen, unter denen der Kühlmodus beendet wird. Der Graph stellt die Temperatur 268 als Funktion der Zeit 270 dar. In dieser besonderen Situation, die nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung gesehen werden darf, wird der Sollwert 34 auf 1,1º C (34º F) eingestellt.
• Eine erste Beendigungsbedingung betrifft eine während des Kühlungsmodus' dargestellte Austrittstemperatur 264. Die Beendigung des Kühlungsmodus' kann immer dann erfolgen, wenn die Austrittsluft-Temperatur 264 mehr als 5,6º C (10º F) unter dem Sollwert 34 liegt, was an Punkt 276 gezeigt wird. Dies bewirkt eine Einstellung des Überwachungsmonitors (vgl. auch Element 106 von FIG. 2).
• Die zweite normale Beendigungsbedingung tritt auf wenn eine Rückluft-Temperatur 266 weniger als 0,56º C (1º F) unter den Sollwert 274 sinkt, was durch den Punkt 278 dargestellt ist. Diese zweite Beendigungsbedingung bewirkt ein Einstellung des Rückstellmonitors (vgl. auch Element 116 von FIG. 2).
• FIG. 7 ist eine graphische Darstellung 280 der Punkte 282 und 284, an denen das System die Sensoren wechselt. Die dargestellten Temperaturwerte sollten nur als Beispiele gesehen werden, nicht jedoch als die vorliegende Erfindung einschränkend. Der Punkt 282 zeigt ein Umschalten der Systemsteuerung von der Messung durch den Rückluft-Temperatursensor zur Messung durch den Austrittsluft-Temperatursensor, was dann auftritt, wenn gemessen wird, daß die Austrittsluft-Temperatur unter der Bodentemperatur liegt. Dies stellt einen Versuch der Systemsteuerung dar, das Einfrieren des der Austrittsöffnung 93 am nächsten gelegenen Stückguts zu verhindern.
• Ähnlich dazu wird bei Punkt 284 das System auf die Steuerung durch den Rückluft-Temperatursensor umgeschaltet, was in Übereinstimmung mit dem Sollwert für die Rückluft- Temperatur steht und den gewöhnlich erwünschten Betriebspunkt darstellt.
• FIG. 8 ist eine graphische Darstellung 300 der Fehlerbedingungswerte 302, die mit den Wechseln der Betriebsmodi während der Zeit 304 übereinstimmen. In nahezu allen Fällen ist dieser Fehlerwert die Summe des Proportionalitätsfehlerwerts P und des integrierten Proportionalitätsfehlerwerts I. Jedoch ist dies nicht immer der Fall, da der Modus als Funktion von P nur dann wechseln kann, wenn ein Übergang von der Hochgeschwindigkeits-Kühlung zur Niedriggeschwindigkeits-Kühlung erfolgt (vgl. auch FIG. 3C, Element 178).
• Die Kurve 306 unterliegt einem Übergang von der Hochgeschwindigkeits-Kühlung zur Niedriggeschwindigkeits-Kühlung bei einem Fehlerwert von 0,6º C (1º F). Dies stimmt mit der Zeit 310 überein. Der Wechsel zur Niedriggeschwindigkeits-Kühlung mit Heißgasumgehung tritt bei einem positiven Fehlerwert 312 bei dem Zeitpunkt 314 auf. Der Niedriggeschwindigkeits-Erhitzungsmodus wird als Folge des Nulldurchgangs des Fehlerwerts bei Punkt 315 eingeleitet.
• Das System beginnt von dem Zeitpunkt 320 bis zum Zeitpunkt 326 eine Verzögerungsperiode zu durchlaufen, bevor es in den Hochgeschwindigkeits-Erhitzungsmodus wechselt, wenn die Kurve 306 bei Punkt 322 den Fehlerwert von -2,2º C (-4º F) durchläuft. Bei Punkt 324 wird dann der Hochgeschwindigkeits-Erhitzungsmodus tatsächlich eingeleitet. Bei Punkt 329 kehrt das System in den Niedriggeschwindigkeits-Erhitzungsmodus zurück, wenn die Kurve 306 den Nullpunkt des Fehlerwerts durchläuft. Wenn der Fehlerwert auf 0,3º C (0,5º F) steigt, wird das System am Punkt 328 und des Zeitpunkts 330 in den Niedriggeschwindigkeits- Kühlungsmodus mit Heißgasumgehung umgeschaltet, was mit einem Zeitraum (d.h. Zeitpunkt 326 bis Zeitpunkt 330) übereinstimmt, in der der gekühlte Raum 92 eine interne Temperatur aufweist, die leicht über dem gewünschten Wert liegt.
• Wenn der Fehlerwert auf 3º C (5,5º F) steigt (d.h. wenn die Temperatur angestiegen ist), wird das System bei Punkt 332 in den Niedriggeschwindigkeits-Kühlungsmodus versetzt, was dem Zeitpunkt 334 entspricht. Die Zeitpunkte 336 bis 340 stellen die Verzögerungsperiode dar, in der das System im Niedriggeschwindigkeits-Kühlungsmodus verbleibt. Der positive Fehlerwert steigt bei Punkt 338 auf 3º C (5,5º F). Der Hochgeschwindigkeits-Kühlungsmodus wird bei auf den Verzögerung von 336 bis 340 nachfolgenden Punkt 342 eingeleitet. Wiederum ist zu beachten, daß der Fehlerwert im allgemeinen die Summe des Proportionalitätsfehlerwerts P und des integrierten Proportionalitätsfehlerwerts I ist. Allerdings wird der Übergang vom Hochgeschwindigkeits-Kühlungsmodus zum Niedriggeschwindigkeits-Kühlungsmodus bei Punkt 308 nur durch den Wert von P gesteuert. (vgl. auch FIG. 3C, Element 178).

Claims (2)

1. Steuervorrichtung zum Steuern eines Temperaturregelsystems (10) zum Regeln der Temperatur innerhalb eines gekühlten Raumes (92), mit:

einem Austrittsluft-Temperatursensor (94) zum Messen der Temperatur von Luft, die von dem Temperaturregelsystem (10) an den gekühlten Raum (92) abgegeben wird;

einem Rückluft-Temperatursensor (91) zum Messen der Temperatur von Luft, die von dem gekühlten Raum (92) zu dem Temperaturregelsystem (10) zurückgeführt wird;

einer mit dem Austrittsluft-Temperatursensor (94) und dem Rückluft-Temperatursensor (91) gekoppelten Regelanordnung (18, 54, 63, 65, 76) zum Regeln der Temperatur innerhalb des gekühlten Raumes (92) in Abhängigkeit von entweder dem Austrittsluft Temperatursensor oder dem Rückluft-Temperatursensor; und

einer Schaltanordnung (77) zum Umschalten der Regelanordnung von einem Ansprechen auf den Austrittsluft-Temperatursensor (94) auf ein Ansprechen auf den Rückluft-Temperatursensor (91) und umgekehrt;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Schaltanordnung (77) so ausgelegt ist, daß sie die Regelanordnung (18, 54, 63, 65, 76) von einem Ansprechen auf den Rückluft-Temperatursensor (91) auf ein Ansprechen auf den Austrittsluft-Temperatursensor (94) umschaltet, wenn die gemessene Austrittslufttemperatur niedriger als eine vorbestimmte Bodentemperatur ist; und

die Schaltanordnung (77) so ausgelegt ist, daß sie die Regelanordnung von einem Ansprechen auf den Austrittsluft-Temperatursensor (94) auf ein Ansprechen auf den Rückluft-Temperatursensor (91) umschaltet, wenn die gemessene Rückluftemperatur niedriger als ein vorbestimmter Sollwert für die Rückluftemperatur ist.

2. Verfahren zum Steuern eines Temperaturregelsystems (10) zum Regeln der Temperatur innerhalb eines gekühlten Raumes (92), bei dem

die Temperatur der Luft gemessen wird, die von dem Temperaturregelsystem (10) an den gekühlten Raum (92) abgegeben wird;

die Temperatur der Luft gemessen wird, die von dem gekühlten Raum (92) zu dem Temperaturregelsystem (10) zurückgeführt wird;

entschieden wird, ob das Temperaturregelsystem (10) durch die gemessene Austrittslufttemperatur oder die gemessene Rücklufttemperatur gesteuert werden soll; und

in Abhängigkeit von der in dem Entscheidungsschritt getroffenen Entscheidung das Temperaturregelsystem (10) anhand der gemessenen Austrittslufttemperatur oder der gemessenen Rücklufttemperatur gesteuert wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

in dem Entscheidungsschritt die gemessene Austrittslufttemperatur gewählt wird, wenn die gemessene Austrittslufttemperatur niedriger als eine vorbestimmte Bodentemperatur ist; und

in dem Entscheidungsschritt die gemessene Rücklufttemperatur gewählt wird, wenn die gemessene Rücklufttemperatur niedriger als ein vorbestimmter Sollwert für die Rücklufttemperatur ist.