KR950006658B1 - 외기 온도를 반영한 보일러의 화력제어 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

외기 온도를 반영한 보일러의 화력제어 방법

제1도는 본 발명에 따른 제어블럭도.

제2도는 수온을 보정하기 위한 퍼지연산시 퍼지입출력 변수의 멤버쉽 함수를 나타낸 그래프로서, a도는 퍼지 입력 변수로서의 설정실온과 현재실온과의 차를 나타내는 멤버쉽 함수, b도는 퍼지 변수로서의 외기온도를 나타내는 멤버쉽 함수, c도는 퍼지 출력 변수로서의 설정수온의 보정치를 나타내는 멤버쉽 함수.

제3도는 상기 제2도의 퍼지 입출력 변수를 토대로 작성된 퍼지 룰을 나타내는 도표.

제4도는 화력을 결정하기 위한 퍼지연산시 퍼지 입출력 변수의 멤버쉽 함수를 나타내는 그래프로서, a도는 퍼지 입력 변수로서의 설정수온과 현재수온의 차를 나타내는 멤버쉽 함수, b도는 퍼지 입력 변수로서의 수온상승률을 나타내는 멤버쉽 함수, c도는 퍼지 출력 변수로서의 화력변화량을 나타내는 멤버쉽 함수.

제5도는 상기 제4도의 퍼지 입출력 변수를 토대로 작성된 퍼지 룰을 나타내는 도표.

제6도는 본 발명에 전체 제어 플로우챠트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 외기온도 감지수단 2 : 실내온도 감지수단

3 : 수온 감지수단 4 : 실온 설정수단

5 : 수온 설정수단 6 : 밸브구동수단

8 : 제어수단

본 발명은 마이크로 프로세서의 제어로 구동되는 가스보일러의 화력제어 방법에 관한 것으로 ,특히 외기 온도(실외의 온도)를 화력제어의 변수로 반영하되, 퍼지(FUZZY)연산을 통하여 가장 최적의 화력제어를 행할 수 있도록 한 외기온도를 반영한 보일러의 화력제어 방법에 관한 것이다.

종래의 보일러는 단순히 배관내의 난방수 온도를 검출하여 제어를 행하여 왔다. 그러나, 단열상태가 좋지 않은 주택의 경우 외부 기온의 변화에 따라 배관내 수온이 일정하더라도 사용자는 춥거나 덥다고 느끼게 되었고 이것은 곧 제품의 신뢰도를 저하시키는 큰 문제점으로 대두되기 시작했다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 보일러 사용자가 난방온도를 설정했을 경우 외기온도의 변화와 실내온도의 변화상태를 감지하여 사용자가 난방온도를 재 설정하지 않더라도 난방온도를 자동으로 보정하여 설정 난방온도를 계속 유지함으로써 외부 기온변화에 무관하게 쾌적 난방을 유지할 수 있도록 한 보일러의 화력제어 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 외기온도와 실온차(설정 실내온도-실제실내온도)를 입력변수로, 보정 수온을 출력변수로 하여 퍼지(FUZZY) 연산을 통해 가장 정확한 수온 보정치를 산출하고, 또한, 상기 지정된 수온을 이용하여 수온차(보정수온-실재수온)와 수온 상승률을 입력변수로, 화력변화를 출력변수로 하여 퍼지연산을 통해 가장 최적의 화력을 제어할 수 있도록 한 외기온도를 반영한 보일러의 화력제어방법을 제공하는 데에 있다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 설명한다.

제1도는 본 발명을 나타내는 제어 블럭도로서, 본 발명은 마이크로 프로세서(중앙처리장치 : CPU),발명에 따른 프로그램이 기입된 메모리장치, 입출력 장치등을 내장한 원칩 마이크로 컴퓨터인 제어수단(8)과, 실외의 온도를 온도검출소자를 통해 감지하여 그 일정신호를 상기 제어수단(8)에 입력하는 외기온도감지수단(1)과, 보일러가 배관된 실내의 온도를 검출하여 그 일정신호를 제어수단(8)으로 입력하여 주는 실온도 감지수단(21)과, 보일러 난방수의 온도를 감지하되, 특히 난방환수관의 온도를 감지하여 그 일정신호를 제어수단(8)으로 입력하여 주는 수온 감지수단(3)과, 사용자가 실내의 온도를 설정할 수 있도록 하여 그 일정신호를 제어수단(8)으로 입력하여 제어수단(8)이 설정된 실내온도에 따라 화력제어를 행할 수 있도록하여 주는 실온 설정수단(4)과, 상기실온설정수단(4)과 같은 방식으로 난방수의 온도를 설정하여 그 일정신호를 제어수단(8)이 인식하도록 하여주어 제어수단(8)이 상기 설정된 수온에 따라 화력제어를 행할 수 있도록 하여 주는 실온설정수단(5)과, 공지의 전자식 비례 밸브로 구성되어 제어수단(8)의 제어된 출력에 따라 밸브를 리니어(linear)하게 개폐 구동하는 밸브 구동수단(6)과, 보일러의 점화 및 소화명령을 입력하는 점화 스위치, 보일러 운전에 있어서 온수 및 난방에 대한 선택 명령을 입력하는 온수/난방 스위치, 보일러 난방에 대한 환경이 온돌인가 침대형 실내인가를 선택하여 그에 따른 적절한 화력제어가 행하여 질 수 있도록 선택 명령을 입력하는 온돌/침대모드 스위치 등으로 구성되어 그 특정키 입력신호를 제어수단(8)에 입력시키는 키 입력수단(9)과, 상기 제어수단(8) 및 각부에 전원을 공급하는 전원공급수단(7)로 구성되어 있다.

제2a도는 퍼지 연산을 행하되, 외기온도를 반영한 설정된 수온의 보정치를 추론하기 위한 퍼지연산 입력변수로서의 설정실온과 현재 실온과의 차(ΔT)를 나타내는 멤버쉽(MEMBERSHIP)함수로서 실온차 (ΔT : 설정실온-현재실온)는 전술한 실온 설정수단(4)을 통해 설정해준 값과 실내온도 감지수단(2)을 통해 입력되는 값을 토대로 데이타를 뽑을 수 있다. 따라서 도면의 y축은 확률(1-0)을 나타내며, x축은 실온차(ΔT)를 나타내고, NB는 실온이 설정온도 보다 매우 높다는 것이며, NS는 실온이 설정온도보다 조금 높다는 것이며, ZO는 실온이 설정치와 같다는 것이며, PS는 실온이 설정치 보다 조금 낮다는 것이며, PB는 실온이 설징치 보다 조금 낮다는 것을 나타내는 멤버쉽 함수로 일례로 실온차(ΔT)가 '1'일 경우 ZO나 PB가 될 확률은 '0'이고 PS가 될 확률은 '1'이라는 것이다.

제2b도는 설정된 수온의 보정값을 추론하기 위한 퍼지 입력 변수로서의 외기온도(E)를 멤버쉽 함수로 나타낸 것으로, NB는 외기가 매우 추움을, NM은 외기가 추움을, NS는 외기가 약간 추움을, NO는 외기가 보통임을, PB는 외기가 더움을 나타내는 것으로 예를들어 외기온도가'-5'일 때 NB나 NS가 될 확률은 '0'이고 NM이 될 확률은 0.95가 되는 것이다.

제2c도는 퍼지연산을 위한 출력변수로서 설정수온 보정치((Δt)에 대한 멤버쉽함수를 도시한 것으로, NH는 수온을 매우 낮추어라, NM은 수온을 적당히 낮추어라, NL은 수온을 조금 낮추어라, ZE는 수온을 유지해라, PL은 수온을 조금 높혀라, PM은 수온을 적당히 높혀라, PH는 수온을 매우 높혀라를 나타내는 것으로, 예를들어 수온 보정치(t)가 '-5'일 때 NM 과 ZE가 될 확률은 '0'이고, NH가 될 확률은 0.56이고, NL이 될 확률은 1이 되는 것이다.

제3도는 상기 제2도의 퍼지 입출력 변수를 이용하여 퍼지추론 및 연산을 통해 퍼지률을 작성한 도표로서 실온차(ΔT)와 외기온도(E)에 다른 수온 보정치(Δt)가 구해진다.

예를들어 실온차(ΔT)가 ZO(실제온도가 설정온도와 같다)이고 외기온도(E)가 PB(외기가 덥다)일때 설정수온 보정치(Δt)는 NL(수온을 조금 낮추어라)이 되는 것이다.

상기한 설정수온 보정치(Δt)에 대한 실제 데이타의 일부가 표 1에 나타나 있다.

[표 1]

단위(:℃)

따라서 상기 표1과 같이 수온보정치(Δt)에 따라 사용자가 수온 설정수단(5)을 통해 이미 설정해둔 수온값은 자동으로 보정되어 진다.

제4a도는 상기 실온 보정치(Δt)를 이용하여 화력제어를 행할 수 있도록 설정수온(곧 실온 보정치(Δt))과 실제수온과의 차(Δt₁)를 퍼지연산을 위한 입력변수를 사용한 것으로 그 멤버쉽 함수이다. 따라서 도면의 NB는 실제수온이 설정수온 보다 매우 낮음을, NM은 실제수온이 설정수온 보다 낮음을, NS는 실제수온이 설정수온 보다 조금 낮음을, ZO는 실제수온이 설정수온과 같음을, PS는 실제수온이 설정수온 보다 조금 높음을 , PM은 실제수온이 설정수온 보다 높음을, PB는 실제수온이 설정수온보다 매우 높음을 나타내는 것으로, 예를들면 수온차(Δt₁)가 '-10'일때 NB나 NS가 될 확률은 '0'이고 NM이 될 확률은 '1'인 것이다.

제4b도는 퍼지연산시 입력변수인 수온 상승률(W)을 나타내는 멤버쉽 함수로서 NB는 수온 하강이 매우 급함을, NM은 수온하강이 급함을, NB는 수온하강이 조금 급함을, ZO는 수온이 변하지 않음을 PS는 수온 상승이 조금 급함을, PM은 수온상승이 급함을 , PB는 수온 상승이 매우 급함을 나타내는 것으로 예를들어 수온 상승률(W)이 '2'일 경우 PS나 PB 가 될 확률은 '0'이고, PM이 될 확률은 '1'이다.

제4c도는 퍼지연산을 위한 출력변수로서의 화력변화량(P)을 나타내는 멤버쉽 함수로서, NB는 화력을 매우 낮춤을, NM은 화력을 적당히 낮춤을, NS는 화력을 조금 낮춤을, ZO는 화력을 그대로 유지함을, PS는 화력을 조금 높힘을, PM은 화력을 적당히 높힘을, PB는 화력을 매우 높힘을 나타내는 것으로, 예를들어 화력변화량(P)이 '-10'일 때 NB나 NS가 될 확률은 '0'이고 NM이 될 확률은 '1'이 된다.

제5도는 상기 제4도의 멤버쉽 함수를 토대로 퍼지연산 및 추론으로 형성된 퍼리룰을 나타낸 도표로서 예를들어 수온차(Δt₁)가 PS(실제 수온이 설정수온보다 높다)이고, 수온 상승률(W)이 NS(수온 하강이 조금 급하다)일때 화력 변화률(P)는 ZO(화력을 그대로 유지하라)가 되는 것이다.

상기와 같이 구성되고 제어되는 본 발명을 제6도의 흐름도를 통하여 그 전체작용 및 효과를 설명한다.

먼저, 본 장치에 전원공급수단(7)을 통해 전원이 인가되면, 제어수단(8)은 수온설수단(5) 및 수온 감지수단(3)을 통해 설정수온 및 실제수온을 읽어 (과정 : 100)들인다. 그 다음 과정 (101)을 키 입력수단(9)을 통해 난방/온수 스위치의 키 입력신호를 검출하여 온수 키 입력이 검출되면 수온 상승률(W)을 '0'으로 보고 후술하는 115과정으로 진행한다. 그러나, 상기 판단과정(101)에서 난방 키 입력이 검출되면 그 다음 판단 과정(102)은 침대모드(MODE)인가 온돌 모드인가를 역시 키 입력수단(9)의 키입력신호로 판단하여 침대모드로 판별되면, 실온 설정수단(4)과 실내온도 감지수단(2)을 통해 설정실온 및 현재실온을 읽으면(과정 : 103), 외기온도 감지수단(1)을 통하여 외기온도를 읽는다(과정 : 105). 따라서 상기 설정온도와 현재온도의 차인 실온차(ΔT)를 산출하고, 이 실온차(ΔT)와 외기온도(P)를 퍼지연산을 위한 퍼지입력 변수로 입력(과정: 106)하여 퍼지연산을 행하여 (과정 : 108) 100과정에서 설정한 설정수온의 보정치(Δt)를 산출(과정 : 109)하여 설정수온 보정치(Δt)를 이용하여 설정수온을 보정(과정 : 110)하여 주고, 상기 보정된 설정수온과 실제수온의 차(Δt₁)를 산출(과정 : 111)한다. 또한. 내부 타이머를 이용하여 30초가 경과했는가를 판단(과정: 112)하여 30초가 경과하지 않았다면 직전 수온의 값을 읽고 (과정 : 113) 30초가 경과한 후 다시 수온의 값을 읽어들여 30초를 기준으로 수온 상승률(W)을 계산(과정 : 114)한다. 따라서 전술한 수온차(Δt₁)와 수온 상승률(W)을 퍼지 입력변수로 입력(과정 : 115)하고 퍼지연산을 행하여(과정 : 116) 화력을 결정(과정 : 117)하게 된다. 따라서 제어수단(8)은 결정된 화력 데이타에 따라 밸브 구동수단(6)으로 적절한 출력을 행하여 화력제어를 행할 수 있도록 한다. 한편, 상기 101과정에서 온수가 선택되었을 때에는 수온 상승률(W)을 '0'으로 하여 퍼지연산시 수온차(Δt₁)만을 이용하여 화력을 결정하게 되고, 상기 102과정에서 온돌모드가 선택되었다면 실온차(ΔT)를 입력변수에서 제외시켜 외기온도(E)만을 이용하여 수온 보정치(Δt)를 구함으로써 생활 형태에 따라 그 난방방식의 차이를 둘 수 있는 것이다. 또한, 수온보정치(Δt) 및 화력결정(P)의 출력은 MAX-MIN무게 중심법에 의해 결정한다.

이상에서와 같이 본 발명의 외기의 온도를 이용하여 보일러를 제어할 수 있으므로 주택의 단열상태가 양호하지 않더라도 사용자가 원하는 온도를 늘 유지할 수 있게 해줄뿐 아니라 그에 따른 제품의 신뢰도를 높일 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 실내의 온도를 감지하는 실내온도 감지수단(2)과, 난방환수의 온도를 감지하는 수온 감지수단(3), 실내의 온도를 설정하여 주는 실온 설정수단(4)과, 난방수의 온도를 설정하여 주는 수온 설정수단(5)등으로 구성된 가스 보일러에 있어서, 실외의 온도를 감지하는 외기 온도 감지수단(1)을 구비하여 이 외기온도(E)와 상기 실온설정수단(4) 및 실내온도 감지수단(2)으로부터 입력되는 값을 토대로 설정실온과 실제실온의 차(ΔT)를 퍼지연산을 위한 입력변수로 사용하고, 퍼지연산을 위한 출력변수로 수온 보정치(Δt)를 설정하여 퍼지연산을 통하여 결정된 수온 보정치(Δt)로 설정수온과 실제수온의 차(Δt₁)를 산출하여 이 수온차(Δt₁)와 수온 상승률(W)를 퍼지연산을 위한 입력변수로 활용하고, 출력변수를 화력(P)으로 설정하여 퍼지 연산을 통하여 결정된 출력을 밸브구동 수단(6)으로 출력하는 제어수단(8)의 제어를 특징으로 하는 외기온도를 반영한 보일러의 화력제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어수단(8)은 키 입력수단(9)을 통해 온수 선택명령이 입력되면, 수온 상승률(W)을 제외하고 수온차(Δt₁)만을 이용하여 화력(P)이 결정될 수 있도록 퍼지제어를 행하는 것을 특징으로 하는 외기온도를 반영한 보일러의 화력제어 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어수단(8)은 키 입력수단(9)를 통해 온돌 모드명령이 입력되면, 실온차(ΔT)를 제외하고 외기온도(E)만을 이용하여 수온 보정치(Δt)가 결정될 수 있도록 퍼지제어를 행하는 것을 특징으로 하는 외기온도를 반영한 보일러의 화력제어 방법.