EP1172609B1 - Verfahren zur Drehzahlüberwachung eines Gebläses - Google Patents

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EP1172609B1
EP1172609B1 EP01107358A EP01107358A EP1172609B1 EP 1172609 B1 EP1172609 B1 EP 1172609B1 EP 01107358 A EP01107358 A EP 01107358A EP 01107358 A EP01107358 A EP 01107358A EP 1172609 B1 EP1172609 B1 EP 1172609B1
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Siemens Building Technologies AG
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Siemens Building Technologies AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N3/00—Regulating air supply or draught
    • F23N3/08—Regulating air supply or draught by power-assisted systems
    • F23N3/082—Regulating air supply or draught by power-assisted systems using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2233/00—Ventilators
    • F23N2233/06—Ventilators at the air intake
    • F23N2233/08—Ventilators at the air intake with variable speed

Definitions

  • the present invention relates to a method for monitoring the speed of a fan according to claim 1.
  • the invention further relates to the use of the method in an automatic burner control according to the independent use claim.
  • a method according to the preamble of claim 1 is, for example, from the publication DE 1975289A1 known. This shows a procedure for Speed monitoring of a fan, with a speed value of the Fan determined and with a reference value serving as a reference value is compared to determine if the fan is sufficient in one stationary state. The speed measurement value becomes directly the Purpose of regulation passed on.
  • blower is known from EP 0 614 048 A1, for example a speed-controlled motor is driven.
  • the speed control takes place via a control connection using pulse width modulation.
  • the feedback of the speed takes place via a feedback connection.
  • Simple and cheap speed monitoring uses the magnetization via the poles of the blower motor. However, this has a small number of measuring pulses during a measuring time, e.g. B. 0.2s, resulting in a low resolution of the speed and inaccurate measurement in the steady state. As a solution, an attempt was made to form an average over a longer period. In the case of rapid dynamic changes, however, the averaged value cannot follow the real value, ie the averaged value is not representative of the speed during the change.
  • the present invention has for its object in a method of type mentioned at the outset a balance between the greatest possible accuracy in the enable steady state and errors in dynamic changes.
  • the essence of the invention is therefore that a given value does not deviation of the measured speed value from the reference value the speed measured value is averaged with a filter of order n.
  • the speed measurement value is measured in short time intervals so that it follows the real fan speed with all dynamic changes without errors, but is relatively inaccurate. If the blower steadily adjusts to a speed, the measured value is averaged.
  • Fig. 1 shows schematically a burner control and automatic control 2 with an associated Fan 1.
  • the speed 3 of the fan 1 is set on the automatic firing device 2 passed.
  • the measurement of the speed can take place arbitrarily, for example as described in EP 0 614 048 A1 by a Hall probe.
  • a speed filter 4 constructed according to the invention arranged, which the filtered speed to a monitoring device 5 and for further processing to an electronic network 6.
  • the electronic network 6 is further via an ionization electrode 7, i.e. by the influenced by the signal generated by the electrode 7.
  • the electronic network 6 controls then a gas valve 8 according to the existing combustion conditions.
  • a power request signal 10 is generated via a temperature controller 9 and the blower 1 is controlled by means of the pulse-width modulated signal PWM generated.
  • Fig. 2 shows a modified burner control 2 ', in which the speed is regulated becomes.
  • the filtered speed is also sent to a comparison unit 11 passed.
  • the comparison unit 11 the signals from the Power requirement 10 and from the speed filter 4 compared and to one Fan controller 12 passed on which again the fan 1 via Pulse-width-modulated signal controls PWM.
  • Figure 3 shows the filter areas in a stationary state 14 applied in a Diagram time t versus speed n. Also shown are curves for Speed measurement values 15 and reference values 16.
  • the speed measurement value 15 determined as above is compared with the reference signal 16 in order to determine whether the fan 1 is in a sufficiently stationary state.
  • the reference signal 16 can also be the predefined setpoint value.
  • the speed measurement value 15 is passed on directly. If the amount of the difference between the speed measurement value 15 and the reference signal 16 is smaller than the predetermined value, the speed is sufficiently stationary and the speed measurement value 15 is averaged with a filter of order n.
  • the algorithm therefore takes advantage of the fact that the reference value 16 is one quasi-steady-state value, and that if the speed measurement value 15 is close to Reference value 16 is, the blower 1 is very slow to the stationary end value 14 approximates, so you can average over a longer period.
  • a low-pass filter for example, is used as the speed filter and is constructed in terms of circuitry by means of electronic components.
  • a software low-pass filter e.g. B. an FIR low pass or an IIR low pass with the order n can be used.
  • the filter order can, for. B. with an FIR low-pass filter with each speed measurement value 15 until the maximum order n is reached.
  • you can always filter with order 3 but the current speed measurement value 15 can be used directly as the output value.
  • the filter value serves as a reference signal.
  • the filter value is first increased by one order, that is to say from 3 to 4 and used as the output signal.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehzahlüberwachung eines Gebläses nach Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft weiter die Verwendung des Verfahrens in einem Feuerungsautomaten nach dem unabhängigen Verwendungsanspruch.
Derartige Verfahren sind für unterschiedliche Zwecke und Anwendungen bereits bekannt.
Ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 1975289A1 bekannt. Diese zeigt ein Verfahren zur Drehzahlüberwachung eines Gebläses, wobei ein Drehlzahlmesswert des Gebläses ermittelt und mit einem als Referenzwert dienenden Sollwert verglichen wird, um zu ermitteln ob das Gebläse slch in einem ausreichend stationären Zustand befindet. Dabei wird der Drehzahlmesswert direkt zum Regelungszweck weitergegeben.
Ferner ist beispielsweise aus der EP 0 614 048 A1 ein Gebläse bekannt, welches über einen drehzahlgesteuerten Motor angetrieben wird. Die Drehzahlsteuerung erfolgt über einen Steueranschluss mittels Pulsweitenmodulation. Die Rückmeldung der Drehzahl erfolgt über einen Rückmeldeanschluss.
Einfache und billige Drehzahlüberwachungen nutzen die Magnetisierung über die Pole des Gebläsemotors. Dies hat jedoch eine geringe Anzahl von Messimpulsen während einer Messzeit, z. B. 0,2s, zur Folge und dadurch eine geringe Auflösung der Drehzahl und ungenaue Messung im stationären Zustand.
Als Lösung wurde versucht einen Mittelwert über eine längere Zeit zu bilden. Bei schnellen dynamischen Änderungen kann der gemittelte Wert aber dem wirklichen Wert nicht folgen, d. h. der gemittelte Wert ist nicht repräsentativ für die Drehzahl während der Änderung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art eine Abwägung zwischen möglichst grosser Genauigkeit im stationären Zustand und Fehler bei dynamischen Änderungen zu ermöglichen.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in den unabhängigen Ansprüche angegebenen Merkmale gelöst.
Kern der Erfindung ist es somit, dass bei einer einen vorgegebenen Wert nicht übersteigenden Abweichung des Drehzahlmesswertes vom Referenzwert der Drehzahlmesswert mit einem Filter der Ordnung n gemittelt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Der Drehzahlmesswert wird in kurzen Zeitabständen gemessen, so dass er bei allen dynamischen Änderungen der realen Gebläsedrehzahl ohne Fehler folgt, aber dabei relativ ungenau ist.
Stellt sich das Gebläse stationär auf eine Drehzahl ein, so wird der Messwert gemittelt.
Einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemässen Verfahrens werden anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
  • Fig. 1 die schematische Ansicht eines Feuerungsautomaten mit zugehörigem Gebläse;
  • Fig. 2 die schematische Ansicht eines modifizierten Feuerungsautomaten mit zugehörigem Gebläse;
  • Fig. 3 Filterbereiche im stationären Zustand.
    • Gleiche Elemente sind in den einzelnen Figuren mit gleichen Bezugszeichen angegeben.
    Fig. 1 zeigt schematisch einen Feuerungs- und Regelautomaten 2 mit zugeordnetem Gebläse 1. Die Drehzahl 3 des Gebläses 1 wird an den Feuerungsautomaten 2 weitergegeben. Die Messung der Drehzahl kann dabei beliebig erfolgen, beispielsweise wie in der EP 0 614 048 A1 beschrieben durch eine Hallsonde. Im Feuerungsautomaten 2 ist ein erfindungsgemäss aufgebautes Drehzahlfilter 4 angeordnet, welcher die gefilterte Drehzahl an eine Überwachungsvorrichtung 5 und zur Weiterverarbeitung an einen elektronischen Verbund 6 weitergibt. Der elektronische Verbund 6 wird weiter über eine lonisationselektrode 7, d.h. durch das von der Elektrode 7 erzeugte Signal beeinflusst. Der elektronische Verbund 6 steuert dann entsprechend der vorliegenden Verbrennungsbedingungen ein Gasventil 8 an. Über einen Temperaturregler 9 wird ein Leistungsanforderungssignal 10 erzeugt und mittels des erzeugten pulsweitenmodulierten Signals PWM das Gebläse 1 angesteuert.
    Fig. 2 zeigt einen modifizierten Feuerungsautomaten 2', bei dem die Drehzahl geregelt wird. Hier wird die gefilterte Drehzahl zusätzlich an eine Vergleichseinheit 11 weitergegeben. In der Vergleichseinheit 11 werden die Signale von der Leistungsanforderung 10 und aus dem Drehzahlfilter 4 verglichen und an einen Gebläseregler 12 weitergegeben welcher wieder das Gebläse 1 über ein pulsweitenmoduliertes Signal PWM ansteuert.
    Figur 3 zeigt die Filterbereiche im stationären Zustand 14 aufgetragen in einem Diagramm Zeit t gegen die Drehzahl n. Weiter dargestellt sind Kurven für Drehzahlmesswerte 15 und Referenzwerte 16.
    Dazu wird der wie oben ermittelte Drehzahlmesswert 15 mit dem Referenzsignal 16 verglichen um zu ermitteln, ob sich das Gebläse 1 in ausreichend stationärem Zustand befindet.
    Das Referenzsignal 16 kann bei einer reinen Drehzahlerfassung ein Mittelwert aus den letzten m Messpunkten sein, beispielsweise mit m = 3. Bei einer Drehzahlregelung kann das Referenzsignal 16 auch der vorgegebene Sollwert sein.
    Ist der Betrag der Differenz (auch z. B. Quotient) zwischen Drehzahlmesswert 15 und Referenzsignal 16 größer als ein vorgegebener Wert, so wird der Drehzahlmesswert 15 direkt weitergeleitet.
    Ist der Betrag der Differenz zwischen Drehzahlmesswert 15 und Referenzsignal 16 kleiner als der vorgegebene Wert, so ist die Drehzahl ausreichend stationär und der Drehzahlmesswert 15 wird mit einem Filter der Ordnung n gemittelt.
    Der Algorithmus macht sich also zunutze, dass der Referenzwert 16 sich einem quasistationären Wert annähert, und dass wenn der Drehzahlmesswert 15 nahe am Referenzwert 16 liegt, sich das Gebläse 1 nur sehr langsam dem stationären Endwert 14 annähert, man also über einen längeren Zeitraum mitteln kann.
    Sehr schnelle dynamische Änderungen werden sofort erfasst und stationär kann der Drehzahlmesswert 15 sehr präzise zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt werden. Ein präzises Drehzahlsignal 15, das dynamische Vorgänge ebenfalls genau widerspiegelt ist z. B. für den elektronischen Verbund 6 als Leistungssignal wichtig.
    Als Drehzahlfilter dient beispielsweise ein Tiefpass der schaltungstechnisch mittels elektronischer Komponenten aufgebaut ist. Es kann jedoch als Filter auch ein Software-Tiefpass, z. B. ein FIR-Tiefpass oder ein IIR-Tiefpass mit der Ordnung n verwendet werden.
    Um ein besseres Einrasten beim Umschalten vom ungefilterten in den gefilterten Wert zu erreichen, kann die Filterordnung z. B. bei einem FIR-Tiefpass mit jedem Drehzahlmesswert 15 anwachsen, bis die maximale Ordnung n erreicht ist. Z. B. kann bei dynamisch schnellen Änderungen immer mit der Ordnung 3 gefiltert, aber der aktuelle Drehzahlmesswert 15 direkt als Ausgangswert verwendet werden. Der Filterwert dient als Referenzsignal. Ist der Betrag der Differenz des Drehzahlmesswerts 15 kleiner als der vorgegebene Wert, so wird zunächst der Filterwert um eine Ordnung erhöht, also von 3 auf 4 und als Ausgangssignal verwendet. Beim nächsten Messergebnis ist die Filterordnung 5 usw., bis der Endwert n erreicht ist (z. B. n=6). Ab dann wird der älteste Wert gelöscht und der neue Drehzahlmesswert 15 zur Filterung verwendet, wie beim FIR-Filter üblich.
    Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

    Claims (4)

    1. Verfahren zur Drehzahlüberwachung eines Gebläses (1), (insbesondere zur Verwendung in einem Feuerungsautomaten) (2) zur Einstellung der durch das Gebläse (1) geförderten Verbrennungsluft, wobei ein Drehzahlmesswert (15) des Gebläses (1) ermittelt und
      der Drehzahlmesswert (15) des Gebläses (1) mit einem Referenzwert (16) verglichen wird, um zu ermitteln ob sich das Gebläse in einem ausreichend stationären Zustand befindet, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer einen vorgegebenen Wert nicht übersteigenden Abweichung des Drehzahlmesswertes (15) vom Referenzwert (16) der Drehzahlmesswert (15) mit einem Filter der Ordnung n gemittelt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass als Filter ein Tiefpassfilter verwendet wird und dass beim Übergang in den stationären, gefilterten Zustand die Ordnung des Tiefpassfilters mit jedem neuem Messwert ansteigt, bis der Endwert für den stationären Zustand erreicht ist.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert (16) ein Mittelwert aus letzten Drehzahlmesswerten (15) ist oder dass der Referenzwert (16) ein vorgegebener Sollwert ist.
    4. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in einem Feuerungsautomaten (2).
    EP01107358A 2000-06-26 2001-03-26 Verfahren zur Drehzahlüberwachung eines Gebläses Expired - Lifetime EP1172609B1 (de)

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    CH12612000 2000-06-26

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    EP1172609A1 EP1172609A1 (de) 2002-01-16
    EP1172609B1 true EP1172609B1 (de) 2003-08-20

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    AT (1) ATE247801T1 (de)
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