EP1207340A2 - Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners - Google Patents

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EP1207340A2
EP1207340A2 EP01126826A EP01126826A EP1207340A2 EP 1207340 A2 EP1207340 A2 EP 1207340A2 EP 01126826 A EP01126826 A EP 01126826A EP 01126826 A EP01126826 A EP 01126826A EP 1207340 A2 EP1207340 A2 EP 1207340A2
Authority
EP
European Patent Office
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phase
gas
flame signal
control
setpoint
Prior art date
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Granted
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EP01126826A
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English (en)
French (fr)
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EP1207340A3 (de
EP1207340B1 (de
Inventor
Christian Buchczyk
Harald Hummel
Heinrich Oehler
Hans-Joachim Ripplinger
Jürgen Dr. Sterlepper
Marco Techt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bosch Thermotechnik GmbH
Original Assignee
Buderus Heiztechnik GmbH
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Publication date
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Priority claimed from DE10057224A external-priority patent/DE10057224C2/de
Priority claimed from DE10057225A external-priority patent/DE10057225C2/de
Priority claimed from DE20101085U external-priority patent/DE20101085U1/de
Application filed by Buderus Heiztechnik GmbH filed Critical Buderus Heiztechnik GmbH
Publication of EP1207340A2 publication Critical patent/EP1207340A2/de
Publication of EP1207340A3 publication Critical patent/EP1207340A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F23N5/123—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details
    • F23D14/60—Devices for simultaneous control of gas and combustion air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/725—Protection against flame failure by using flame detection devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/20—Calibrating devices

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a gas burner for a heater according to the preamble of patent claim 1.
  • the gas nozzles are divided into at least two groups with different positions on the gas distributor and are each connected to their own gas supply. This results in a main and a secondary gas flow, so that each venturi tube of a fuel rod is assigned a main and at least one secondary gas nozzle.
  • at least one secondary gas stream is introduced into the mixing chamber in addition to the main gas stream.
  • the air ratio lambda in the mixing room is reduced because the injector effect of the main gas flow also draws in the secondary gas.
  • the gas burners have combustion sensors, such as a measuring electrode. Flame signals are often detected or formed, in particular with ionization electrodes. The gas / air ratio of the burner can then be set to a corresponding lambda value via the secondary gas flow.
  • the ionization electrode transmits an electrical variable derived from the combustion temperature or the lambda value to a control circuit which compares this variable with a selected electrical setpoint and sets corresponding control parameters as specifications. Since the flame signal for combustion control is influenced by various factors, automatic calibration is usually carried out at regular intervals. Such a calibration method is described in DE 195 39 568 C1. It should be started after a certain number of operating hours or when the gas burner is switched on.
  • the invention is based on the object of a method for automatic functional testing for gas / air compound control on a gas burner for a heater to create the gas / air ratio in a narrow working area during operation to keep.
  • the method of controlling the gas / air ratio in a gas burner for a is characterized in that each time the burner is started after the ignition the entire chain of effects of the gas / air network regulation is checked and that a Calibration at burner start is carried out when comparing the last control parameters Limit values for deviations specified with previous control parameters be exceeded or undercut.
  • the setpoint for the flame signal is changed in the gas / air compound control. This is preferably done within a starting sequence controlled according to predetermined values before regulated, stationary burner operation. During the entire check of the gas / air compound control, there must always be an increasing flame signal in connection with an increasing opening state of the actuator or a falling flame signal in connection with a decreasing opening state of the actuator to ensure that the control circuit works correctly.
  • a first phase which immediately follows the ignition of the gas burner, the actuator for the secondary gas flow is first brought to the initial position so that the largest possible adjustment range is available. This is necessary because it can be opened relatively wide during the starting process, on the one hand to ensure reliable flame formation and on the other hand to achieve a relatively lean combustion.
  • the setpoint for the flame signal is then raised by a fixed amount A.
  • the new setpoint must be reached within a permissible time and / or with a permissible deviation with the flame signal by the gas / air compound control.
  • a third phase begins in which the new setpoint is reduced again by an amount B at the beginning. This must also be achieved with the flame signal within the permissible time and / or with a permissible deviation for the third phase by moving the actuator.
  • the chain of effects is checked and the original setpoint for the flame signal applies again. If the check is positive, the gas burner goes into normal operation. In the event of a negative curve, i.e.
  • the amount B for the new setpoint of the flame signal is preferably chosen to be smaller than the amount A.
  • the amount A is added to the setpoint of the flame signal if the current flame signal at this time is less than or equal to the setpoint. In the other case, if the current flame signal is greater than the target value at this time, the amount A is added to the value of the current flame signal at the beginning of the second phase.
  • the values for amounts A and B as well as the permissible duration of the phases can be freely entered or changed on the burner control unit within specified limits. If the flame signal reaches the setpoint before the permissible time in the second and / or third phase, the process of the check is accelerated. This then immediately goes into the third phase during the second phase or the gas / air compound control then works immediately during the third phase depending on the current flame signal and a setpoint. In addition to this, the check also passes from the second to the third phase if the flame signal does not reach the setpoint in the permissible time of the second phase, but is at the end of the period a certain, permissible amount below the specified setpoint.
  • a transition to the third phase also takes place if the prevailing flame signal at the end of the second phase is greater than the value of the flame signal stored at the end of the first phase.
  • the gas / air compound control operates after the third phase depending on the current flame signal and a setpoint if the flame signal does not reach the setpoint in the permissible time of the third phase, but at the end of this period by a certain, permissible amount above predetermined setpoint.
  • the flame signal prevailing at the end of the third phase is compared with the flame signal stored at the end of the second phase.
  • the gas / air compound control only switches to operation after the third phase depending on the current flame signal and a setpoint if the measured flame signal at the end of the third phase is smaller than the stored one at the end of the second phase.
  • calibration is initiated when predetermined limit values for the position of a gas actuator and / or for the air volume are reached as control parameters.
  • the gas actuator for the secondary gas stream is monitored and its control signal is used as a control parameter for assessing the need for calibration, because the burner gas is used to modulate the burner or adjust the gas / air ratio.
  • the measured values are evaluated at the end of each heat request.
  • the control variable of the gas actuator or the position of the gas actuator is recorded in order to infer the gas throughput.
  • the calibration is also initiated if there is a deviation of the measured value for the current at the gas actuator or its position from an average when there is a heat request with a shutdown during operation.
  • This mean value is preferably formed from the last measured values, the oldest being always replaced by the most current. In the event of a power failure, the last measured values remain saved.
  • all available storage locations for measured values can also be assigned the same value, preferably the last mean value.
  • a calibration is initiated if the measured value for the control variable of the gas actuator or its position lies outside a tolerance band that can be set on the controller. This makes it possible to adapt the calibration to strongly fluctuating operating or environmental conditions. Basically, a comparison of the last control parameters with saved, previous control parameters takes place each time the burner is started.
  • a method for automatic function check for a gas / air compound control on a gas burner at every start is created, with which the entire chain of effects is recorded in the control loop of the gas / air compound control.
  • Both directions of action for the mixture control namely increasing and reducing the amount of secondary gas, are tested by specifying corresponding setpoints for the flame signal. A signal change must then occur within a correspondingly defined time window.
  • the process can be combined with many different combustion sensors, is part of the fixed, controlled start sequence, and connects directly to the ignition of the main burner.
  • the gas / air ratio control is calibrated before the stationary burner operation, which is based on the values determined by the combustion sensors, begins.
  • the calibration according to the method according to the invention results in safe operation of the gas burner with changing gas / air conditions in successive running cycles.
  • the calibration is dynamic and variable. With this adaptation to changing boundary conditions, lockouts are avoided and optimal burner operation is guaranteed at all times.
  • the method for operating a gas burner is characterized in that, after a safety shutdown, the gas burner restarts and a calibration integrated in the starting sequence is carried out.
  • a fault lock-out only occurs if, after a predetermined number of safety shutdowns with subsequent calibrations, the signals from the combustion sensor are still outside the permissible control range. This avoids lockouts or unnecessary switching on and off of a gas burner.
  • the multiple calibration ensures that the burner is operated as automatically as possible, which increases the availability of the gas burner or the heater. The device is locked only in the event that the ambient conditions make burner operation impossible.
  • the drawing shows an embodiment of the invention and shows in a single figure a diagram with the schematic sequence of a check of the gas / air composite control on a gas burner.
  • the setpoint (S) for the flame signal (F), the current flame signal (F) and the opening state ( ⁇ ) of the actuator for the secondary gas flow are plotted on the time axis.
  • the sequence shown follows directly on the starting phase with over-ignition, which requires a relatively wide opening state ⁇ of the actuator for the secondary gas flow. Therefore, in phase 1 the actuator is first brought to the minimum position. At the beginning of phase 2, the setpoint S for the flame signal F is then raised by a fixed amount A.
  • phase 2 the setpoint S must be reached from the current flame signal F by readjusting with the actuator of the gas / air compound control.
  • phase 3 the new setpoint S is initially reduced by an amount B in order to make a change in the flame signal F associated with the reduction in the amount of secondary gas up to the corresponding setpoint S within the predetermined time.
  • a number of successive burner starts with arbitrary values is shown as an assumption for measured and stored control parameters, for example for the Position of a gas actuator.
  • the value 1 is the oldest in memory and will always be replaced by the latest value 3. From these three exemplary measured values - or alternatively also from a higher number - a current average is formed in each case.
  • This The mean value is provided with a tolerance band that can be adjusted to the operating conditions, which in the exemplary embodiment shown allows a deviation of ⁇ 3.
  • everyone individual measured value must be within the specified tolerances. If not If so, a calibration is carried out the next time the burner is started. For example, in the table the value 26 twice below the current permissible for the respective burner start Limit of 27.0 or 26.3 and requires calibration.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners für ein Heizgerät. Mit der Erfindung soll eine automatische Funktionsüberprüfung der Gas-/Luft-Verbundregelung durchgeführt werden, um während des Betriebes das Gas-/Luftverhältnis in einem engen Arbeitsbereich zu halten. Gekennzeichnet ist die Erfindung dadurch, dass bei jedem Brennerstart, nach dem Überzünden vom Zünd- auf den Hauptbrenner, die gesamte Wirkungskette im Regelkreis der Gas-/Luft-Verbundregelung überprüft wird und dass eine Kalibrierung beim Brennerstart durchgeführt wird, wenn beim Vergleich der letzten Regelparameter mit vorhergehenden Regelparametern vorgegebene Grenzwerte für Abweichungen über- oder unterschritten werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners für ein Heizgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei gattungsgemäßen Gasbrennern sind die Gasdüsen in mindestens zwei Gruppen mit unterschiedlicher Position am Gasverteiler aufgeteilt und an jeweils eine eigene Gasversorgung angeschlossen. Damit ergibt sich ein Haupt- und ein Nebengasstrom, so dass jedem Venturirohr eines Brennstabes eine Haupt- und mindestens eine Nebengasdüse zugeordnet ist. In Abhängigkeit von Betriebsbedingungen und/oder dem Brennerbetriebszustand wird dabei mindestens ein Nebengasstrom zusätzlich zum Hauptgasstrom in den Mischraum eingebracht. Die Luftzahl Lambda im Mischraum wird reduziert, weil durch die Injektorwirkung des Hauptgasstromes auch das Nebengas angesaugt wird. Somit ist es für die Einstellung des gewünschten Gas-/Luftverhältnisses entscheidend, den Nebengasstrom mit einem Stellglied zu regeln.
Dafür besitzen die Gasbrenner Verbrennungssensoren, wie zum Beispiel eine Messelektrode. Insbesondere mit lonisationselektroden werden häufig Flammensignale erfasst bzw. gebildet. Danach kann das Gas-/ Luftverhältnis des Brenners über den Nebengasstrom auf einen entsprechenden Lambda-Wert eingestellt werden. Die lonisationselektrode gibt dabei eine von der Verbrennungstemperatur bzw. dem Lambda-Wert abgeleitete elektrische Größe an eine Regelschaltung weiter, welche diese Größe mit einem gewählten elektrischen Sollwert vergleicht und entsprechende Regelparameter als Vorgaben einstellt.
Da das Flammensignal zur Verbrennungsregelung von verschiedenen Faktoren beeinflusst wird, erfolgt in der Regel eine in regelmäßigen Zeitabständen einsetzende, automatische Kalibrierung. Ein derartiges Kalibrierverfahren ist in der DE 195 39 568 C1 beschrieben. Es soll nach einer bestimmten Anzahl von Betriebsstunden oder Einschaltungen des Gasbrenners eingeleitet werden.
Unabhängig von einer Kalibrierung des Gesamtsystems muss die Funktionsfähigkeit des wichtigen Regelkreises für den Nebengasstrom überprüft werden, weil möglicherweise auftretende Fehler einen direkten Einfluss auf das Gas-/Luftverhältnis und die Verbrennungsqualität hätten.
Nachteilig ist allerdings an diesen fest vorgegebenen Intervallen zwischen einzelnen Kalibriervorgängen, dass veränderte Betriebsbedingungen möglicherweise erst beim nächsten Kalibrieren und somit relativ spät erfasst werden. In der Zwischenzeit ist der Brennerbetrieb dann nicht optimal, weil sich durch die Speicherung von Regelparametern die jeweils neuen Sollwerte als Vorgaben in einem unerwünschten, einseitigen Trend von der richtigen Einstellung entfernen würden. Es ergeben sich bei einem weitgehend auf die Betriebsbedingungen eingestellten Gasbrenner ungefähr die gleichen Werte für die Stellung eines Gasstellgliedes und es fließt dann eventuell von einer Wärmeanforderung zur nächsten eine kleine Abweichung unerkannt ein.
Bei einem Gasbrenner beginnt ein normaler Startvorgang mit der Inbetriebnahme des Zündbrenners. Anschließend öffnet ein zweites Absperrventil an einer Gasarmatur und es wird die Hauptgaszufuhr freigegeben. Innerhalb einer Sicherheitszeit muss dann ein Überzünden vom Zünd- auf den Hauptbrenner erfolgt sein. Ist dies nicht der Fall, wird sofort vom Feuerungsautomaten eine Sicherheitsabschaltung eingeleitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen Funktionsüberprüfung für eine Gas-/Luft-Verbundregelung an einem Gasbrenner für ein Heizgerät zu schaffen, um während des Betriebes das Gas-/Luftverhältnis in einem engen Arbeitsbereich zu halten.
Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Das Verfahren zur Regelung des Gas-/Luftverhältnisses bei einem Gasbrenner für ein Heizgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Brennerstart nach dem Überzünden die gesamte Wirkungskette der Gas-/Luft-Verbundregelung überprüft wird und dass eine Kalibrierung beim Brennerstart durchgeführt wird, wenn beim Vergleich der letzten Regelparameter mit vorhergehenden Regelparametern vorgegebene Grenzwerte für Abweichungen über- oder unterschritten werden.
Dazu wird der Sollwert für das Flammensignal in der Gas-/Luft-Verbundregelung verändert. Vorzugsweise erfolgt dies innerhalb eines nach vorgegebenen Werten gesteuerten Startablaufs vor dem geregelten, stationären Brennerbetrieb. Während der gesamten Überprüfung der Gas-/Luft-Verbundregelung muss immer ein steigendes Flammensignal in Verbindung mit einem zunehmenden Öffnungszustand des Stellgliedes bzw. ein fallendes Flammensignal in Verbindung mit einem abnehmenden Öffnungszustand des Stellgliedes vorhanden sein, um sicherzustellen, dass der Regelkreis richtig arbeitet.
In einer ersten Phase, welche sich unmittelbar an das Überzünden des Gasbrenners anschließt, wird das Stellglied für den Nebengasstrom zunächst auf Ausgangsstellung gebracht, damit ein möglichst großer Stellbereich zur Verfügung steht. Dies ist notwendig, weil es beim Startvorgang relativ weit geöffnet sein kann, um einerseits eine sichere Flammenbildung sicherzustellen und andererseits eine relativ magere Verbrennung zu erreichen. Zu Beginn einer zweiten Phase mit einer bestimmten Zeitdauer wird der Sollwert für das Flammensignal dann um einen festgelegten Betrag A angehoben. In dieser Phase muss der neue Sollwert innerhalb einer zulässigen Zeit und/oder mit einer zulässigen Abweichung mit dem Flammensignal durch die Gas-/Luft-Verbundregelung erreicht werden. Direkt anschließend beginnt eine dritte Phase, in welcher der neue Sollwert zu Beginn wieder um einen Betrag B herabgesetzt wird. Dieser muss ebenfalls mit dem Flammensignal innerhalb der zulässigen Zeit und/oder mit einer zulässigen Abweichung für die dritte Phase durch Verfahren des Stellgliedes erreicht werden. Nach Abschluss der dritten Phase ist die Überprüfung der Wirkungskette beendet und es gilt danach wieder der ursprüngliche Sollwert für das Flammensignal.
Verläuft die Überprüfung positiv, so geht der Gasbrenner in den Normalbetrieb über. Bei negativem Verlauf, d. h. falls der Regelkreis bereits ein in den einzelnen Phasen vorgegebenes Kriterium nicht erfüllt, beispielsweise die Sollwerte für das Flammensignal nicht erreicht oder die dafür vorgegebene Zeit nicht einhalten kann, erfolgt eine Sicherheitsabschaltung, weil die Funktionssicherheit der Gas-/Luft-Verbundregelung dann nicht gegeben ist.
Der Betrag B für den neuen Sollwert des Flammensignals ist vorzugsweise kleiner gewählt als der Betrag A. Zu Beginn der zweiten Phase wird der Betrag A mit dem Sollwert des Flammensignals addiert, wenn das aktuelle Flammensignal in diesem Zeitpunkt kleiner oder gleich dem Sollwert ist. Im anderen Fall, wenn das aktuelle Flammensignal in diesem Zeitpunkt größer als der Sollwert ist, wird der Betrag A zu Beginn der zweiten Phase mit dem Wert des aktuellen Flammensignals addiert. Für eine Anpassung an spezielle Betriebsbedingungen von Gasbrenner und Heizgerät bei der Installation, können die Werte für die Beträge A und B sowie die zulässige Zeitdauer der Phasen am Feuerungsautomaten innerhalb von festgelegten Grenzen frei eingegeben bzw. verändert werden.
Wenn das Flammensignal bereits vor der zulässigen Zeit in der zweiten und/oder dritten Phase den Sollwert erreicht, wird der Ablauf der Überprüfung beschleunigt. Diese geht dann während der zweiten sofort in die dritte Phase über bzw. es arbeitet die Gas-/ Luft-Verbundregelung dann während der dritten Phase sofort in Abhängigkeit vom aktuellen Flammensignal und einem Sollwert. In Ergänzung dazu geht die Überprüfung ebenfalls von der zweiten in die dritte Phase über, wenn das Flammensignal in der zulässigen Zeit der zweiten Phase den Sollwert zwar nicht erreicht, aber am Ende des Zeitraums um einen bestimmten, zulässigen Betrag unter dem vorgegebenen Sollwert liegt. Auch findet ein Übergang in die dritte Phase statt, wenn das vorherrschende Flammensignal am Ende der zweiten Phase größer als der am Ende der ersten Phase gespeicherte Wert des Flammensignals ist.
Die Gas-/Luft-Verbundregelung arbeitet nach der dritten Phase in Abhängigkeit vom aktuellen Flammensignal und einem Sollwert, wenn das Flammensignal in der zulässigen Zeit der dritten Phase den Sollwert zwar nicht erreicht, aber am Ende dieses Zeitraums um einen bestimmten, zulässigen Betrag über dem vorgegebenen Sollwert liegt. Dabei wird das am Ende der dritten Phase vorherrschende Flammensignal mit dem am Ende der zweiten Phase gespeicherten Flammensignal verglichen. Die Gas-/ Luft-Verbundregelung geht nur dann nach der dritten Phase auf den Betrieb in Abhängigkeit vom aktuellen Flammensignal und einem Sollwert über, wenn das gemessene Flammensignal am Ende der dritten Phase kleiner als das gespeicherte am Ende der zweiten Phase ist.
Es erfolgt eine Sicherheitsabschaltung, wenn mindestens eines der vorstehend beschriebenen Kriterien vom Flammensignal nicht erfüllt ist.
Die Kalibrierung wird bei einer Ausführungsvariante eingeleitet, wenn als Regelparameter vorgegebene Grenzwerte für die Stellung eines Gasstellgliedes und/oder für die Luftmenge erreicht werden. Bei einer Aufgliederung in einen Haupt- und einen Nebengasstrom wird das Gasstellglied für den Nebengasstrom überwacht und dessen Ansteuerungssignal als Regelparameter zur Beurteilung der Notwendigkeit einer Kalibrierung herangezogen, weil mit dem Nebengasstrom das Modulieren des Brenners bzw. Einstellen des Gas-/ Luftverhältnisses erfolgt. Jeweils am Ende einer Wärmeanforderung werden die Messwerte ausgewertet. Erfasst ist dabei die Steuergröße des Gasstellgliedes bzw. die Stellung des Gasstellgliedes, um auf den Gasdurchsatz zu schließen.
Andererseits wird die Kalibrierung auch eingeleitet, wenn bei einer Wärmeanforderung mit einer Abschaltung im Betrieb eine Abweichung des Messwertes für den Strom am Gasstellglied bzw. dessen Stellung von einem Mittelwert vorliegt. Dieser Mittelwert wird vorzugsweise aus den letzten Messwerten gebildet, wobei der älteste immer durch den aktuellsten ersetzt wird. Bei Netzausfall bleiben die letzten Messwerte gespeichert. Alternativ dazu können auch alle vorhandenen Speicherplätze für Messwerte mit dem gleichen Wert, vorzugsweise dem letzten Mittelwert, belegt werden.
Eine Kalibrierung wird eingeleitet, wenn der Messwert für die Steuergröße des Gasstellgliedes bzw. dessen Stellung außerhalb eines am Regler einstellbaren Toleranzbandes liegt. Dadurch ist es möglich, die Kalibrierung an stark schwankende Betriebs- oder Umgebungsbedingungen anzupassen. Grundsätzlich erfolgt ein Vergleich der letzten Regelparameter mit gespeicherten, vorhergehenden Regelparametern bei jedem Brennerstart. Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur automatischen Funktionsüberprüfung für eine Gas-/Luft-Verbundregelung an einem Gasbrenner bei jedem Start geschaffen, mit dem die gesamte Wirkungskette im Regelkreis der Gas-/Luft-Verbundregelung erfasst ist. Beide Wirkungsrichtungen für die Gemischregelung, nämlich Vergrößerung und Verringerung der Nebengasmenge, werden durch die Vorgabe entsprechender Sollwerte für das Flammensignal getestet. Innerhalb eines entsprechend festgelegten Zeitfensters muss dann jeweils eine Signaländerung eintreten. Das Verfahren lässt sich mit vielen verschiedenen Verbrennungssensoren kombinieren, gehört zum fest vorgegebenen, gesteuerten Startablauf, und schließt sich darin direkt an die Überzündung vom Zünd- auf den Hauptbrenner an. Nach der positiv verlaufenen Überprüfung erfolgt bei Bedarf noch eine Kalibrierung der Gas-/Luft-Verbundregelung, bevor der stationäre, nach den ermittelten Werten der Verbrennungssensoren geregelte Brennerbetrieb beginnt.
Mit der Kalibrierung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich ein sicherer Betrieb des Gasbrenners bei wechselnden Gas-/Luftverhältnissen in aufeinanderfolgenden Laufzyklen. Die Kalibrierung läuft dynamisch und variabel ab. Mit dieser Anpassung an veränderte Randbedingungen werden Störabschaltungen vermieden und es ist jederzeit ein optimaler Brennerbetrieb gewährleistet.
Weiterhin ist das Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Sicherheitsabschaltung der Gasbrenner erneut startet und eine in den Startablauf integrierte Kalibrierung durchgeführt wird. Eine Störabschaltung erfolgt erst, wenn nach einer vorgegebenen Zahl von Sicherheitsabschaltungen mit darauffolgenden Kalibrierungen die Signale des Verbrennungssensors immer noch außerhalb des zulässigen Regelbereichs liegen. Damit werden Störabschaltungen oder ein unnötiges Ein- und Ausschalten eines Gasbrenners vermieden. Durch die mehrfache Kalibrierung ist ein möglichst automatischer Brennerbetrieb gewährleistet, welcher die Verfügbarkeit des Gasbrenners bzw. des Heizgerätes erhöht. Nur für den Fall, dass die Umgebungsbedingungen einen Brennerbetrieb unmöglich machen, wird das Gerät verriegelt. Bedienungspersonal ist somit nur bei einer endgültigen Störabschaltung erforderlich, welche erst nach einer vorgegebenen Zahl von vorangegangenen Sicherheitsabschaltungen mit darauffolgenden Kalibrierungen erfolgt, die jeweils zu einem negativen Ergebnis mit einer Überschreitung des zulässigen Regelbereiches führten.
Zusätzlich ist die Regelschaltung für die Einstellung des Gas-/Luftverhältnisses mit einem Schalter oder einer elektrischen Steckbrücke außer Betrieb zu nehmen. In diesem Zustand bleibt das Stellglied für den Nebengasstrom geschlossen.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt in einer einzigen Figur ein Diagramm mit dem schematischen Ablauf einer Überprüfung der Gas-/Luft-Verbundregelung an einem Gasbrenner.
Dabei sind über der Zeitachse der Sollwert (S) für das Flammensignal (F), das aktuelle Flammensignal (F) und der Öffnungszustand (Ö) des Stellgliedes für den Nebengasstrom aufgetragen.
Der dargestellte Ablauf schließt sich direkt an die Startphase mit Überzündung an, welche einen relativ weiten Öffnungszustand Ö des Stellgliedes für den Nebengasstrom erfordert. Daher wird in der Phase 1 zunächst das Stellglied auf Minimalstellung gebracht. Zu Beginn der Phase 2 wird der Sollwert S für das Flammensignal F dann um einen festgelegten Betrag A angehoben. Während der für die Phase 2 vorbestimmten Zeit muss der Sollwert S vom aktuellen Flammensignal F durch Nachregeln mit dem Stellglied der Gas-/Luft-Verbundregelung erreicht werden. Es schließt sich die Phase 3 an, in der dann der neue Sollwert S zu Beginn um einen Betrag B herabgesetzt wird, um eine mit der Verringerung der Nebengasmenge einhergehende Änderung des Flammensignals F bis auf den entsprechenden Sollwert S innerhalb der vorgegebenen Zeit vorzunehmen. Nach Abschluss der dritten Phase ist die Überprüfung der Wirkungskette im Regelkreis der Gas-/Luft-Verbundregelung positiv beendet und die Gas-/Luft-Verbundregelung des Gasbrenners geht in den normalen Regelbetrieb über.
Anhand der nachfolgenden Tabelle als Ausführungsbeispiel soll die Erfindung im Hinblick auf die Kalibrierung erläutert werden:
Figure 00070001
Dargestellt ist eine Anzahl von aufeinander folgenden Brennerstarts mit beliebigen Werten als Annahme für gemessene und gespeicherte Regelparameter, beispielsweise für die Stellung eines Gasstellgliedes. Der Wert 1 ist der älteste im Speicher und wird immer durch den neuesten Wert 3 ersetzt. Aus diesen drei beispielhaften Messwerten - oder alternativ auch aus einer höheren Anzahl - wird jeweils ein aktueller Mittelwert gebildet. Dieser Mittelwert ist mit einem auf die Betriebsbedingungen einstellbaren Toleranzband versehen, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Abweichung um ±3 zulässt. Jeder einzelne Messwert muss innerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegen. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt eine Kalibrierung beim nächsten Brennerstart. In der Tabelle liegt zum Beispiel der Wert 26 zweimal unter dem für den jeweiligen Brennerstart zulässigen aktuellen Grenzwert von 27,0 bzw. 26,3 und macht eine Kalibrierung erforderlich.

Claims (18)

  1. Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners für ein Heizgerät mit einem Zündbrenner, einem Feuerungsautomaten, einer Gas-/Luft-Verbundregelung sowie einer Aufgliederung in einen Haupt- und einen Nebengasstrom mit einem Stellglied, welches in Abhängigkeit von aktuellen Flammensignalen und mindestens einem Sollwert betätigt wird, insbesondere zur Einstellung des Gas-Luft-Verhältnisses auf einen entsprechenden Lambda-Sollwert nach den Signalen einer lonisationselektrode, die eine von der Verbrennungstemperatur bzw. dem Lambda-Wert abgeleitete elektrische Größe an eine Regelschaltung legt, welche diese Größe mit einem gewählten elektrischen Sollwert vergleicht und einstellt, mit einer in regelmäßigen Zeitabständen einsetzenden, automatischen Kalibrierung sowie Speicherung von Regelparametern,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Brennerstart nach dem Überzünden die gesamte Wirkungskette der Gas-/Luft-Verbundregelung überprüft wird und dass eine Kalibrierung beim Brennerstart durchgeführt wird, wenn beim Vergleich der letzten Regelparameter mit vorhergehenden Regelparametern vorgegebene Grenzwerte für Abweichungen über- oder unterschritten werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass zum Überprüfen der Gas-/Luft-Verbundregelung, vorzugsweise innerhalb eines gesteuerten Startablaufs vor dem geregelten, stationären Brennerbetrieb, der Sollwert (S) für das Flammensignal (F) verändert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass während der gesamten Überprüfung der Gas-/Luft-Verbundregelung ein steigendes Flammensignal (F) in Verbindung mit einem zunehmenden Öffnungszustand (Ö) des Stellgliedes bzw. ein fallendes Flammensignal (F) in Verbindung mit einem abnehmenden Öffnungszustand (Ö) des Stellgliedes vorhanden ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Phase (1) das Stellglied für den Nebengasstrom auf eine Ausgangsstellung für einen möglichst großen Stellbereich gebracht wird, dass zu Beginn einer zweiten Phase (2) der Sollwert (S) für das Flammensignal (F) um einen festgelegten Betrag A angehoben wird, wobei der neue Sollwert (S) innerhalb einer zulässigen Zeit und/oder mit einer zulässigen Abweichung erreicht werden muss, dass in einer direkt anschließenden Phase (3) der neue Sollwert (S) um einen Betrag B herabgesetzt wird, wobei dieser ebenfalls innerhalb einer zulässigen Zeit und/oder mit einer zulässigen Abweichung erreicht werden muss, und dass danach wieder der ursprüngliche Sollwert (S) für das Flammensignal (F) gilt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag A zu Beginn der zweiten Phase (2) mit dem Sollwert (S) des Flammensignals (F) addiert wird, wenn das aktuelle Flammensignal (F) in diesem Zeitpunkt kleiner oder gleich dem Sollwert (S) ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag A zu Beginn der zweiten Phase (2) mit dem Wert des aktuellen Flammensignals (F) addiert wird, wenn das aktuelle Flammensignal (F) in diesem Zeitpunkt größer als der Sollwert (S) ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung während der zweiten Phase (2) sofort in die dritte Phase (3) übergeht bzw. dass die Gas-/Luft-Verbundregelung während der dritten Phase (3) sofort in Abhängigkeit vom aktuellen Flammensignal (F) und einem Sollwert (S) arbeitet, wenn das Flammensignal (F) bereits vor der maximal zulässigen Zeit in der zweiten und/oder dritten Phase (2, 3) den Sollwert (S) erreicht.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung aus der zweiten Phase (2) in die dritte Phase (3) übergeht, wenn das Flammensignal (F) in der zulässigen Zeit der zweiten Phase (2) den Sollwert (S) nicht erreicht und am Ende des Zeitraums um einen bestimmten, zulässigen Betrag unter dem vorgegebenen Sollwert (S) liegt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass das am Ende der zweiten Phase (2) vorherrschende Flammensignal (F) mit dem am Ende der ersten Phase (1) gespeicherten Flammensignal (F) verglichen wird, und dass die Gas-/Luft-Verbundregelung nur dann in die dritte Phase (3) übergeht, wenn das Flammensignal (F) am Ende der zweiten Phase (2) größer als am Ende der ersten Phase (1) ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Gas-/Luft-Verbundregelung nach der dritten Phase (3) in Abhängigkeit vom aktuellen Flammensignal (F) und einem Sollwert (S) arbeitet, wenn das Flammensignal (F) in der zulässigen Zeit der dritten Phase (3) den Sollwert (S) nicht erreicht und am Ende des Zeitraums um einen bestimmten, zulässigen Betrag über dem vorgegebenen Sollwert (S) liegt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass das am Ende der dritten Phase (3) vorherrschende Flammensignal (F) mit dem am Ende der zweiten Phase (2) gespeicherten Flammensignal (F) verglichen wird, und dass die Gas-/Luft-Verbundregelung nur dann nach der dritten Phase (3) in Abhängigkeit vom aktuellen Flammensignal (F) und einem Sollwert (S) arbeitet, wenn das Flammensignal (F) am Ende der dritten Phase (3) kleiner als am Ende der zweiten Phase (2) ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherheitsabschaltung erfolgt, wenn mindestens ein Kriterium der vorstehenden Ansprüche nicht erfüllt ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung eingeleitet wird, wenn vorgegebene Grenzwerte für die Stellung eines Gasstellgliedes und/oder die Luftmenge überschritten werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Aufgliederung in einen Haupt- und einen Nebengasstrom das Gasstellglied für den Nebengasstrom überwacht und dessen Ansteuerungssignal als Regelparameter zur Beurteilung der Notwendigkeit einer Kalibrierung herangezogen wird, wobei jeweils am Ende einer Wärmeanforderung als Messwert die Steuergröße des Gasstellgliedes und/oder dessen Stellung ausgewertet wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung eingeleitet wird, wenn bei einer Wärmeanforderung mit einer Abschaltung im Betrieb eine Abweichung des Messwertes für den Strom am Gasstellglied bzw. dessen Stellung von einem Mittelwert vorliegt, wobei der Mittelwert vorzugsweise aus den letzten Messwerten gebildet wird, und/oder wenn der Messwert für die Steuergröße des Gasstellgliedes bzw. dessen Stellung außerhalb eines einstellbaren Toleranzbandes liegt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei Netzausfall vorzugsweise die letzten Messwerte gespeichert bleiben oder alle Speicherplätze für Messwerte mit dem gleichen Wert, vorzugsweise dem letzten Mittelwert, belegt werden.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Sicherheitsabschaltung der Gasbrenner erneut startet und eine in den Startablauf integrierte Kalibrierung durchgeführt wird und dass eine Störabschaltung erst erfolgt, wenn nach einer vorgegebenen Zahl von Sicherheitsabschaltungen mit darauffolgenden Kalibrierungen die Signale des Verbrennungssensors immer noch außerhalb des zulässigen Regelbereichs liegen.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Regelschaltung für die Einstellung des Gas-/Luftverhältnisses außer Betrieb zu nehmen ist, wobei dann das Stellglied für den Nebengasstrom geschlossen ist.
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