PL194443B1 - System grzewczy oraz sposób działania systemu grzewczego - Google Patents

Abstract

1. System grzewczy posiadajacy zbiornik zasilajacy z doplywem i odplywem dla ogrze- wanego medium, uklad zasilajacy dla medium grzewczego, bedacego nosnikiem ciepla z przewodem zasilajacym z zaworem, posiada- jacy czujnik temperatury rejestrujacy tempera- ture ogrzewanego medium oraz obwód regula- cji uruchamiajacy zawór w zaleznosci od od- chylenia temperatury od zadanej wartosci, zna- mienny tym, ze obwód kontrolny (18) posiada czujnik krytycznej czestotliwosci uzytkowej (19), rejestrujacy wahania temperatury (T ist ) i zmniej- szajacy wzmocnienie petlowe (V) obwodu kontro- lnego (18) przy zbyt duzej czestotliwosci tych wahan, a zwiekszajacy w wypadku zbyt malej czestotliwosci. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest system grzewczy posiadający zbiornik zasilający z dopływem i odpływem dla ogrzewanego medium, układ zasilający dla medium grzewczego, będącego nośnikiem ciepła z przewodem zasilającym z zaworem, posiadający czujnik temperatury rejestrujący temperaturę ogrzewanego medium oraz obwód kontrolny uruchamiający zawór w zależności od odchylenia temperatury od zadanej wartości. Przedmiotem wynalazku jest ponadto sposób działania systemu grzewczego, w którym rejestrowana jest temperatura ogrzewanego medium i w zależności od odchylenia od wartości zadanej dopływ medium grzewczego, będącego nośnikiem ciepła regulowany jest w obwodzie kontrolnym za pomocą zaworu.

Wynalazek zostanie opisany na przykładzie systemu grzewczego dla przygotowania ciepłej wody użytkowej. Może on jednak znaleźć zastosowanie również w innych urządzeniach grzewczych, w których wykorzystuje się medium ogrzewane. Przykładem może tu być grzejnik lub ogrzewanie podłogowe. Taki system grzewczy, spełniający nawet dwa zadania znany jest z opisu patentowego DE 41 42 547 A1. Od tego pomysłu wywodzi się niniejszy wynalazek. Sterowanie pompą obiegową w systemach grzewczych znane jest z opisu patentowego DE 24 52 515 A1. Również w przedstawionym tutaj wynalazku korzysta się z podobnego rozwiązania.

Medium ogrzewanym może być woda lub na przykład ciepłe powietrze ogrzewające pomieszczenie lub układ pomieszczeń. Medium ogrzewane pobiera ciepło od medium grzewczego. Medium grzewcze może przy tym przepływać przez wymiennik ciepła, na którego drugim końcu znajduje się medium ogrzewane. Medium grzewcze może również pobierać ciepło bezpośrednio ze źródła ciepła, na przykład grzejnika opałowego, a potem może mieszać się z medium ogrzewanym.

Wspólną cechą wszystkich wymienionych przypadków jest fakt, że doprowadzenie medium grzewczego jest regulowane przez zawór. Jeżeli temperatura medium ogrzewanego spada, wtedy musi zostać doprowadzone ciepło, a zatem następuje otwarcie zaworu regulującego dopływem medium grzewczego. Jeżeli natomiast temperatura wzrośnie ponad zadaną wartość, zawór musi zostać zamknięty. W większości przypadków zawór znajduje się na przewodzie doprowadzającym medium grzewcze. Nie jest to jednak konieczne, jeżeli tylko zawór jest w stanie regulować przepływ ciepła dostarczanego przez medium grzewcze. Zawór może również znajdować się w przewodzie powrotnym.

Ponadto temperatura ogrzewanego medium nie musi być koniecznie mierzona w zbiorniku zasilającym. Możliwe jest również, aby temperatura była ustalana w przewodzie doprowadzającym medium ogrzewane do zbiornika zasilającego. Sam zbiornik zasilający nie musi być duży, może stanowić fragment instalacji grzewczej.

W tego rodzaju urządzeniach występują następujące przeciwstawne zjawiska. Z jednej strony temperatura cieczy ogrzewanej powinna utrzymywać się na poziomie wartości zadanej. Jeżeli więc zaistnieje potrzeba dostarczenia ciepła na przykład, wtedy gdy ciepła woda pobierana jest w miejscu czerpalnym, wtedy ciecz grzewcza winna możliwie szybko dostarczyć pobrane ciepło tak, aby móc ogrzać płynącą wówczas zimną ciecz ogrzewaną. Z drugiej strony stwierdzono, że bardzo szybkie obwody regulacji wykazują tendencję do oscylacji. W uzdatniaczu ciepłej wody niesie to ze sobą poważne konsekwencje, mianowicie temperatura wody podlega oscylacjom. W urządzeniu grzewczym zasilającym jedynie grzejnik lub ogrzewanie podłogowe wahania temperatury są wprawdzie mniej krytyczne, niemniej jednak również tutaj takie wahanie powodują duże obciążenie zaworu względnie silnika nastawczego uruchamiającego zawór.

Celem wynalazku jest zatem osiągnięcie natychmiastowej reakcji systemu grzewczego przy minimalnym obciążeniu mechanicznym części ruchomych.

W systemie grzewczym według wynalazku obwód kontrolny posiada czujnik krytycznej częstotliwości użytkowej, rejestrujący wahania temperatury i zmniejszający wzmocnienie pętlowe obwodu regulacji przy zbyt dużej częstotliwości tych wahań, a zwiększający w wypadku zbyt małej częstotliwości.

W ten sposób powstaje samoadaptacyjne wzmocnienie pętlowe obwodu regulacji, co z jednej strony pozwala zapobiec powstawaniu oscylacji o częstotliwości przekraczającej wartość dopuszczalną, z drugiej strony umożliwia prowadzi do szybkiej reakcji systemu grzewczego w zależności od zapotrzebowania na ciepło. Naturalnie nie chodzi tu o zlikwidowanie wahań temperatury, a raczej o zmniejszenie obciążenia odziaływującego na mechaniczne nastawniki, takie jak zawór lub napęd zaworu, aby nie skracać niepotrzebnie ich żywotności. Wzmocnienie pętlowe obwodu regulacji można względnie łatwo zmienić poprzez zmianę wzmocnienia statycznego regulatora. Jest ono odwrotnie proporcjonalne do statycznego wzmocnienia regulatora.

PL 194 443 B1

Korzystne jest aby w systemie grzewczym według wynalazku czujnik krytycznej częstotliwości użytkowej wyposażony był w jednostkę wartości oscylacyjnej i rejestrował częstotliwość w odniesieniu do wyniku z jednostki wartości oscylacyjnej.

Innymi słowy rejestrowane są tylko takie wahania, których amplituda jest większa od wartości oscylacyjnej. W ten sposób wokół wartości zadanej powstaje korytarz, w którym mogą powstawać dowolne oscylacje, jednak fakt ten nie ma wpływu na częstotliwość, rejestrowaną przez czujnik krytycznej częstotliwości użytkowej. Czujnik krytycznej częstotliwości użytkowej rejestruje zatem tylko wahania wychodzące z tego korytarza.

Korzystne jest ponadto, aby w systemie grzewczym według wynalazku czujnik krytycznej częstotliwości użytkowej ustalał oscylacje w temperaturze pośrednio z sygnałów uruchamiających lub też z ruchów zaworu.

Obwód regulacji powinien uruchamiać zawór tylko wtedy, gdy jest to konieczne, innymi słowy, jeśli temperatura będzie się różniła o określoną wartość od wartości zadanej. W takim przypadku różnica ta jest do dyspozycji. Wyraża się ona w ruchu zaworu lub, co jest łatwiejsze do zarejestrowania, w sygnale, który powstaje przez ruch zaworu. Powstałą w obwodzie regulacji informację można tak czy owak wykorzystać.

Korzystne jest dalej, aby w systemie grzewczym według wynalazku czujnik krytycznej częstotliwości użytkowej wyposażony był w licznik zmiany kierunku, komparator oraz jednostkę czasową.

Sposób działania systemu grzewczego według wynalazku charakteryzuje się tym, że rejestrowana jest częstotliwość wahań temperatury, a wzmocnienie pętlowe zmniejsza się, gdy częstotliwość jest zbyt duża i zwiększa się, gdy częstotliwość jest dostatecznie mała.

Uzyskany dzięki temu obwód kontrolny pracuje zawsze z jednakowym wzmocnieniem nie popadając równocześnie w niedopuszczalne wahania. Dzięki temu zachodzi bardzo szybka reakcja co pozwala chronić elementy mechaniczne, takie jak napęd i zawory. Dostosowanie wzmocnienia pętlowego następuje tu adaptacyjnie, to znaczy dokładnie dostosowując się do danej sytuacji. Zależnie od urządzenia może ono zatem zmieniać się z godziny na godzinę.

Korzystne jest aby w sposobie działania systemu grzewczego według wynalazku rejestrowana była jedynie częstotliwość odchyleń przekraczających pewną określoną różnicę od wartości zadanej.

Wokół wartości zadanej powstaje korytarz, w którym dopuszczalne są oscylacje o dowolnej częstotliwości. Oscylacje te nie powodują przesadnego obciążenia elementów nastawiających, ponieważ ruchy nastawiające są tu bardzo niewielkie. Również dla potencjalnego użytkownika pobierającego ciepłą wodę, wahania w obrębie tego korytarza są prawie niezauważalne a przez to możliwe do zaakceptowania.

Korzystne jest ponadto, aby w sposobie działania systemu grzewczego według wynalazku częstotliwość rejestrowana była pośrednio na podstawie ruchu zaworu i/lub sygnałów sterowania zaworu.

Sygnały kierunkowe względnie wynikające z tego ruchy zaworu są bezpośrednim skutkiem odchyleń temperatury od wartości zadanej. Informacja o odchyleniu jest zatem do dyspozycji i wyraża się we względnie łatwych do uchwycenia sygnałach. Sygnały te mogą zostać bez trudu wykorzystane i ocenione.

W takim przypadku korzystne jest, aby w sposobie działania systemu grzewczego według wynalazku ilość zmian kierunku ruchu zaworu jest rejestrowana w określonym czasie a wzmocnienie pętlowe zmniejsza się jeżeli ilość tych zmian przekroczy wartość maksymalną.

Zbadanie częstotliwości można ograniczyć do zwykłego przeliczenia, przy czym musi ono oczywiście przebiegać w określonym okresie czasu. Jeżeli okres ten wyznaczy się na przykład na 5 minut, wtedy dopuszcza się zadaną ilość na przykład od 3 do 10 zmian kierunku, nie wykrywając przy tym niestabilności. Jeżeli natomiast odbędzie się więcej zmian kierunku niż to zostało przewidziane, wtedy system ocenia się jako niestabilny i wzmocnienie pętlowe zostaje zmniejszone.

W takim przypadku korzystne jest ponadto, aby w sposobie działania systemu grzewczego według wynalazku liczenie przerywane było po każdym przekroczeniu wartość maksymalnej, po czym rozpoczyna się nowy czasokres.

Umożliwia to szybsze osiągnięcie stanu stabilnego. Im bardziej niestabilny system, tym wyższa częstotliwość, to znaczy tym częściej zawór zmienia swój kierunek ruchu. Jeżeli więc korekta nastąpi już wtedy, gdy wypełnione jest to kryterium, wtedy nie trzeba odczekiwać całego czasokresu, aby móc jej dokonać. Dzięki temu zmniejsza się obciążenie elementów mechanicznych oraz następuje szybsze osiągnięcie stanu stabilnego.

PL 194 443 B1

Stosowne jest ponadto, kiedy w sposobie działania systemu grzewczego według wynalazku wzmocnienie pętlowe jest zwiększane a zadana wartość jest zmieniana jeżeli częstotliwość jest dostatecznie mała.

Podwyższa się zatem nie tylko wzmocnienie pętlowe, lecz również zmienia się wartość zadaną aby stwierdzić, czy w systemie, to znaczy w układzie regulacji powstaną oscylacje. W systemie, w którym nie zachodzą oscylacje, zwiększenie wzmocnienia pętlowego nie doprowadziłoby automatycznie do wahania, tak że nie byłoby pewności, czy wzmocnienie pętlowe jest odpowiednie. Wraz ze zmianą wartości zadanej wytwarza się skok dostarczający żądaną informację.

Korzystne jest dalej, aby w sposobie działania systemu grzewczego według wynalazku, gdy po zwiększeniu wzmocnienia pętlowego częstotliwość była zbyt wielka wykorzystywana była ponownie wartość użytą przed tym zwiększeniem.

Kiedy po zwiększeniu wzmocnienia pętlowego częstotliwość jest zbyt duża, konsekwentnie zbliża się ponownie do wartości krytycznej. W przypadku jednakowego obciążenia wiadomo, przy jakim wzmocnieniu pętlowym obwód kontrolny pozostanie w stanie stabilnym oraz, że przy kolejnym zwiększeniu obwód kontrolny wyjdzie z tego stanu. Można wtedy powrócić do poprzedniego wzmocnienia pętlowego, bez konieczności przeprowadzania ponownej iteracji.

Korzystne jest dalej, kiedy w sposobie działania systemu grzewczego według wynalazku wzmocnienie pętlowe zadawane jest w zależności od obciążenia urządzenia.

Jest to kolejna możliwość ochrony systemu regulacji względnie znajdujących się w nim ruchomych elementów przed obciążeniem powstałym przez zbyt częste ruchy. Jeśli urządzenie pobiera na przykład niewiele ciepłej wody, wtedy wystarczy małe wzmocnienie regulatora. Szybka reakcja nie jest konieczna. To samo dotyczy sytuacji, w której na przykład w nocy większość zaworów kaloryferowych urządzenia grzewczego jest zdławionych, tak że zużywa się lub odprowadza niewiele ciepła. Jeżeli natomiast zachodzi potrzeba, a więc pobierana jest na przykład ciepła woda lub zawory grzejnika są odkręcone, wtedy konieczna jest szybka reakcja urządzenia. Można wtedy zwiększyć wzmocnienie pętlowe. W tym wypadku, w zależności od potrzeb, można jedną część iteracyjnego sposobu postępowania „przeskoczyć” w kilku stopniach.

W takim przypadku korzystne jest dalej, aby w sposobie działania systemu grzewczego według wynalazku obciążenie urządzenia było ustalane przez temperaturę ogrzewanego medium.

Ten sposób postępowania jest dostatecznie szybki i nie wymaga zastosowania dodatkowych elementów budowy. Gdy urządzenie jest obciążone, na przykład przez pobranie ciepłej wody, temperatura w zasobniku opada względnie szybko z powodu dostarczenia pewnej ilości zimnej wody. Zgodnie z tym można zwiększyć wzmocnienie pętlowe, bez obaw, że bezpośrednio po tym dojdzie do wahań. Jeżeli po pewnym czasie dojdzie do wahań, można przyjąć, że obciążenie urządzenia jest zakończone, i że można ponownie przeskoczyć na bieg jałowy wzmocnienia pętlowego.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony bliżej w korzystnym przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat systemu grzewczego dla ciepłej wody; fig. 2 przedstawia schemat przyrządu sterującego; fig. 3 przedstawia schematycznie różne przebiegi krzywych w celu zilustrowania zmniejszenia wzmocnienia pętlowego; fig. 4 przedstawia schematycznie odpowiednie przebiegi krzywych w celu pokazania zwiększenia wzmocnienia pętlowego; fig. 5 przedstawia schemat objaśniający funkcję ochronną systemu.

Jak przedstawiono na rysunku fig. 1 system grzewczy 1 służy do przygotowania ciepłej wody użytkowej, pobieranej przez kurki 2 lub z innego ujęcia. Kurki 2 wiszą na przewodzie pierścieniowym 3 z przewodem dopływowym 4 oraz odpływowym 5, połączonym z zbiornikiem zasilającym 6, na przykład z podgrzewaczem wody. W przewodzie pierścieniowym 3 umieszczona jest pompa obiegowa 7, która zapewnia, że ciepła woda bez większych opóźnień znajdzie się w kurkach 2.

Zbiornik zasilający 6 ma formę wymiennika ciepła, po którego stronie pierwotnej znajdują się przewód zasilający 9 oraz przewód odpływowy 10 dla cieczy grzewczej lub ogólniej dla medium grzewczego. Medium grzewczym może być zarówno woda nastawiona w kotle centralnego ogrzewania jak i ciecz używana do przenoszenia ciepła w ciepłownictwie. Konkretny sposób ogrzewania medium grzewczego nie ma tu większego znaczenia.

W przewodzie zasilającym 9 znajduje się zawór 11, otwierający się i zamykający za pomocą silnika 12. Silnikiem 12 może być na przykład urządzenie sprężynowe napędowe o ruchu prostoliniowym, umożliwiające różne ustawienie pozycji otwarcia zaworu 11.

Przy przewodzie dopływowym 4 znajduje się czujnik temperatury 13 mierzący temperaturę ciepłej wody w przewodzie dopływowym 4. Czujnik temperatury 13 połączony jest z urządzeniem sterująPL 194 443 B1 cym 14, które z kolei steruje silnikiem 12. Urządzenie sterujące 14 posiada wejście 15 przeznaczone do ustalenia wartości zadanej temperatury T_SEt w zbiorniku zasilającym 6. Wartość zadana nazywana jest również „wartością żądaną”.

Gdy z kurka 2 pobierana jest ciepła woda, wtedy równocześnie przez przewód dopływowy 16 do zbiornika zasilającego 6 dolewa się zimna woda. Zawór zwrotny 17 zapobiega odpłynięciu wody z przewodu pierścieniowego 3 do przewodu dopływowego 16. Wraz z dopływem zimnej wody opada temperatura ciepłej wody znajdującej się w zbiorniku zasilającym 6. Spadek ten rejestrowany jest przez czujnik 13. Na podstawie tej informacji urządzenie sterujące 14 uruchamia silnik 12, który z kolei otwiera zawór 11. Wymienione części tworzą razem obwód kontrolny 18. Urządzenie sterujące 14 stanowi właściwy regulator posiadający wzmocnienie statyczne X_p. Wartość odwrotna wzmocnienia statycznego X_p nazywana jest wzmocnieniem pętlowym V.

Na rysunku fig. 2 przedstawiono bardziej szczegółową budowę urządzenia sterującego 14. Wejścia i wyjścia urządzenia sterującego 14 opatrzone są w znaki odniesienia do elementów, z którymi połączone jest urządzenie sterujące 14, które przedstawiono na rysunku fig. 1.

Urządzenie sterujące 14 posiada wzmacniacz różnicowy 23, któremu przez wejście 15 dostarczana jest wartość zadana, a przez czujnik 13 wartość rzeczywista temperatury. W zależności od różnicy pomiędzy tymi dwiema wartościami powstaje odpowiedni sygnał sterowania dla silnika 12. Statyczne wzmocnienie wzmacniacza różnicowego 23 jest zmienne. Zmianą tą steruje czujnik krytycznej częstotliwości użytkowej 19. Czujnik krytycznej częstotliwości użytkowej 19 otrzymuje najpierw te same sygnały co silnik 12. Ponadto otrzymuje on wartość rzeczywistą temperatury oraz jej wartość zadaną. Wartości te dostarczane są przez urządzenie dostosowawcze 20, które, co zostanie niżej wyjaśnione, w pewnych warunkach generuje impuls i zawiera między innymi jednostkę wartości oscylacyjnej wahania. Impulsy kierowane są do licznika 21. Licznik 21 połączony jest z czujnikiem czasowym 22, który wskazuje początek i koniec pewnego określonego czasokresu. Końcówka licznika 21 połączona jest z wejściem czujnika czasowego 22. Ponadto wyjście licznika 21 połączone jest ze wzmacniaczem różnicowym 23, a dokładniej z tym wejściem, w którym można przestawiać czynnik wzmocnienia, a zatem i wzmocnienie statyczne.

Na rysunku fig. 3 przedstawiono sposób pracy obwodu kontrolnego 18.

Rysunek fig. 3a przedstawia krzywą T_ist, odzwierciedlającą przebieg temperatury w przewodzie dopływowym 4. Linią przerywaną zaznaczono wartość zadaną T_sET, a zatem wartość żądaną temperatury. Dalej zaznaczono strefę neutralną N_z po obydwu stronach wartości zadanej T_sET. Jak widać początkowo temperatura T_ist mocno się waha. Wzmacniacz różnicowy 23 wytwarza w określonych odstępach czasu impulsy dla uruchomienia silnika 12, co przedstawiono na rysunku fig. 5b. Tak długo jak temperatura rzeczywista T_ist jest niższa od temperatury zadanej T_sET, silnik uruchamiany jest w jednym kierunku (on+). Jeżeli sytuacja jest odwrotna, silnik uruchamia się w drugim kierunku (on-). Takie przestawienie jest naturalnie tylko przykładem. Możliwe są również inne rodzaje przestawienia zaworu 11.

W tym przykładzie konstrukcyjnym systemu grzewczego zakłada się, że wielokrotne przestawianie zaworu 11 nie jest krytyczne, jeżeli następuje w jednym kierunku. Kierunek ruchów silnika V2 sterującego zaworem 11 nie powinien zbyt często ulegać zmianie.

W nie przedstawiony bliżej sposób z pojedynczych impulsów, zaznaczonych na fig. 3b, wyprowadzany jest przebieg kierunku przestawienia, co przedstawiono na rysunku fig. 3c. Na rysunku fig. 3d przedstawiono wartość wyjściową licznika 21, która przy każdej zmianie kierunku wzrasta o wartość 1. Czujnik czasowy 22 zadaje określony okres czasu, co przedstawia rysunek fig. 3a. Wszystkie czasokresy Z1, Z2, Z3 mają początkowo zasadniczo jednakową długość.

Jeżeli w ciągu jednego czasokresu Z1 okaże się, że licznik 21 przekroczył określoną wartość liczbową wtedy czynnik wzmocnienia X_p wzmacniacza różnicowego 23 wzrasta, a co za tym idzie wzmocnienie pętlowe V zmniejsza się. Równocześnie licznik 21 ustawiany jest ponownie w pozycji zerowej, a czujnik czasowy 22 jest cofany. W związku z tym rozpoczyna się od razu czasokres Z2, zanim jeszcze zakończył się pierwszy czasokres Z1. Przy tym wykorzystuje się fakt, że informacja o wielkości błędu nie jest konieczna. Do dokonania korekty wystarczy jedynie informacja, że w ogóle wystąpił błąd. Na rysunku fig. 3e pokazano, że wzmocnienie pętlowe V jest wtedy każdorazowo obniżane, gdy w ciągu pewnego czasokresu Z licznik 21 osiągnął określoną wartość liczbową, w tym przypadku wartość 3. Można łatwo rozpoznać fakt, że konieczne są dwie korekty, zanim wzmocnienie pętlowe V będzie tak małe, że temperatura rzeczywista T_ist będzie się wprawdzie jeszcze wahać, ale amplituda tego wahania będzie poruszać się w większej części w strefie neutralnej. Poza tym w ciągu

PL 194 443 B1 okresu liczenia Z3 wystąpiły tylko dwie zmiany kierunku. W innym wypadku temperatura rzeczywista T_ist odpowiada warunkowi:

Tset - 0,5 Nz < Tist < 0,5 Nz +Tset

Wzmocnienie pętlowe V odpowiada wartości odwrotnej wzmocnienia statycznego X_p wzmacniacza różnicowego 23. Można więc zastosować następujący algorytm:

Xp = (1 + l) x Xp, przy czym l > 0 jest stałą. Korzystny jest fakt, że l jest również mniejsza od 1. Po zwiększeniu wzmocnienia statycznego X_p co odpowiada zmniejszeniu wzmocnienia pętlowego V, uruchamia się czujnik krytycznej częstotliwości użytkowej 19. Jeżeli czujnik krytycznej częstotliwości użytkowej 19 wykaże niestabilność, na przykład trzy lub więcej zmian kierunku w ciągu jednego czasokresu Z1, Z2,...Zn, wtedy wzmocnienie statyczne Xp, jak opisano wyżej, zostanie po raz kolejny zwiększone. Jeśli ilość zmian kierunku nie osiągnie wartości krytycznej, przyjmuje się, że stan stabilny został osiągnięty, i że statyczne wzmocnienie ma być zachowane.

Ogólnie można podzielić cały proces na dwie fazy. W pierwszej fazie stwierdza się, czy zachodzą „krytyczne” wahania, tak iż przy zakończeniu pierwszej fazy wzmocnienie pętlowe jest zmieniane w zależności od wyniku. W drugiej fazie ma miejsce utrzymywanie stabilności.

Gdy w fazie pierwszej nie zostaną stwierdzone wahania krytyczne, wzmocnienie pętlowe zostaje zwiększone, do czasu gdy zostanie zaobserwowany niestabilny 1 czasokres, przy czym przebieg nastawienia zostaje przerwany, i następuje ustawienie wzmocnienia poprzedniego stabilnego czasokresu. Na rysunku fig. 4 zilustrowano sposób postępowania podczas zwiększania wzmocnienia pętlowego. Najpierw zmniejsza się statyczne wzmocnienie X_p, na przykład przez

Xp = (1 - σ) x Xp, przy czym σ jest stałe, większe od zera i najlepiej mniejsze od 1. σ może mieć tą samą wartość co l, z reguły jednak jest to wartość inna.

Następnie zmienia się temperaturę zadaną T_SET

Tset = Tset + Asp.

Do tego przewidziano w urządzeniu sterującym nadajnik stałej wartości 24 oraz przełącznikowy wzmacniacz powrotny 25, połączony z punktem sumacyjnym 26. Wzmacniacz powrotny 25 zostaje według tego przełączony, to znaczy.

Asp = -Asp.

Zmiana wartości zadanej T_SET spowoduje skok, który z kolei powinien wywołać wahanie. Bez owego wahania stwierdzenie niestabilności również przez zmianę wzmocnienia pętlowego V nie byłoby możliwe. Po zmianie wartości zadanej T_SET należy odczekać czas opóźnienia Asp. Następnie uruchamia się czujnik krytycznej częstotliwości użytkowej 19. Tak długo jak czujnik krytycznej częstotliwości użytkowej będzie rejestrował stabilne zachowanie obwodu kontrolnego 18, proces ten będzie się powtarzał, to znaczy wzmocnienie pętlowe V będzie zwiększane.

W końcu wzmocnienie pętlowe V będzie tak duże, że obwód kontrolny 18 zacznie oscylować. Przypadek ten przedstawiono na rysunku fig. 4 w czasie t₃. Wtedy też należy ustawić wartość zadaną T_SET ponownie na wartość pierwotną i ustawić statyczne wzmocnienie X_p,

Xp = Xp/(1- σ), a wtedy proces regulacji zakończy się. Wartość wzmocnienia pętlowego V powraca więc do wartości, która ostatnio umożliwiła osiągnięcie stabilności stanu.

Gdy po zakończeniu regulacji, jak przedstawiono to na fig. 3 lub fig. 4 na rysunku, zostanie osiągnięty stan stabilny, nie dochodzi do dalszej regulacji, a regulacja jest zakończona. Dopiero gdy pojawi się nowa niestabilność, na przykład spowodowana zmianą obciążenia, która doprowadzi do drgania zaworu, rozpocznie się nowy proces ustawiania.

Na rysunku fig. 5 rysunku przedstawiono nową możliwość zmiany wzmocnienia pętlowego V. Dzięki niej możliwe jest zrealizowanie celów ochronnych systemu. Chodzi o fakt, że przy małych obciążeniach, blisko biegu jałowego również można uniknąć wahań.

PL 194 443 B1

Rozróżniamy wysokie i niskie wzmocnienie pętlowe, pomiędzy którymi można przełączać. Celem tej funkcji ochronnej jest stabilizacja oraz optymalizacja systemu grzewczego 1 w zależności od obciążenia urządzenia.

Wysokie wzmocnienie pętlowe V, przedstawione na rysunku fig. 5 jako V1 działa przy normalnym obciążeniu. Wzmocnienie pętlowe V1 może zostać „wykryte” na przykład przez wyżej opisaną automatyczną procedurę regulacji. Aby czynnik wzmocnienia mógł zostać „zapamiętany” można zastosować środki, których tu bliżej nie opisano.

Małe wzmocnienie pętlowe V2 używane jest w biegu jałowym.

Zadaniem czujnika krytycznej częstotliwości użytkowej 19 jest stwierdzenie, kiedy użycie jest zakończone. W takim wypadku wysokie wzmocnienie pętlowe V1 prowadzi do wahania o zbyt wysokiej amplitudzie i zbyt wysokiej częstotliwości. Jeżeli więc po wcześniejszym zwiększeniu wzmocnienia pętlowego rejestrowane jest tego rodzaju wahanie, wtedy to wzmocnienie zostanie przełączone z wartości wysokiej V1 na niższą wartość V2, po czym nastąpi stabilizacja systemu.

Dla stwierdzenia zmiany z biegu jałowego do stanu użytkowania wykorzystywany jest spadek temperatury zachodzący podczas zmiany. Tak jest na przykład w czasie t₂ na rysunku fig. 5. Zachodzi tutaj pobranie pomiędzy czasem t₂ i t₃. Obciążenie, w tym przypadku pobranie wody, jest rejestrowane, gdy temperatura rzeczywista opadnie o wartość Dz poniżej temperatury zadanej T_SET. W tym wypadku wzmocnienie pętlowe zwiększa się do wartości V1. Regulator zdobywa przez to szybkość konieczną do normalnego użytkowania. W czasie t₃ pobieranie jest zakończone. Ponieważ wzmocnienie pętlowe jest zbyt wysokie, dochodzi do oscylacji w czasokresie liczbowym Z2. Oscylacja ta rozpoznana zostaje przez czujnik krytycznej częstotliwości użytkowej i w czasie t₄ wzmocnienie pętlowe cofnie się w czasie t₄ do wartości V2. Wzmocnienie pętlowe V2 może zostać „wykryte” przez odpowiednią iterację podczas zwiększenia wzmocnienia pętlowego.

Claims (13)

1. System grzewczy posiadający zbiornik zasilający z dopływem i odpływem dla ogrzewanego medium, układ zasilający dla medium grzewczego, będącego nośnikiem ciepła z przewodem zasilającym z zaworem, posiadający czujnik temperatury rejestrujący temperaturę ogrzewanego medium oraz obwód regulacji uruchamiający zawór w zależności od odchylenia temperatury od zadanej wartości, znamienny tym, że obwód kontrolny (18) posiada czujnik krytycznej częstotliwości użytkowej (19), rejestrujący wahania temperatury (T_ist) i zmniejszający wzmocnienie pętlowe (V) obwodu kontrolnego (18) przy zbyt dużej częstotliwości tych wahań, a zwiększający w wypadku zbyt małej częstotliwości.

2. System grzewczy według zastrz. 1, znamienny tym, że czujnik krytycznej częstotliwości użytkowej (19) wyposażony jest w jednostkę wartości oscylacyjnej (20) i rejestruje częstotliwość w odniesieniu do wyniku z jednostki wartości oscylacyjnej (20).

3. System grzewczy według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że czujnik krytycznej częstotliwości użytkowej (19) ustala oscylacje w temperaturze (T_ist) pośrednio z sygnałów uruchamiających lub też z ruchów zaworu (11).

4. System grzewczy według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że czujnik krytycznej częstotliwości użytkowej (19) wyposażony jest w licznik zmiany kierunku (21), komparator oraz jednostkę czasową (22).

5. Sposób działania systemu grzewczego, w którym rejestrowana jest temperatura ogrzewanego medium i w zależności od odchylenia od wartości zadanej dopływ medium grzewczego, będącego nośnikiem ciepła regulowany jest w obwodzie kontrolnym za pomocą zaworu, znamienny tym, że rejestrowana jest częstotliwość wahań temperatury, a wzmocnienie pętlowe zmniejsza się, gdy częstotliwość jest zbyt duża i zwiększa się, gdy częstotliwość jest dostatecznie mała.

6. Sposób działania według zastrz. 5, znamienny tym, że rejestrowana jest jedynie częstotliwość odchyleń przekraczających pewną określoną różnicę od wartości zadanej.

7. Sposób działania według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że częstotliwość rejestrowana jest pośrednio na podstawie ruchu zaworu i/lub sygnałów sterowania zaworu.

8. Sposób działania według zastrz. 7, znamienny tym, że ilość zmian kierunku ruchu zaworu jest rejestrowana w określonym czasie a wzmocnienie pętlowe zmniejsza się jeżeli ilość tych zmian przekroczy wartość maksymalną.

PL 194 443 B1

9. Sposób działania według zastrz. 8, znamienny tym, że liczenie przerywane jest po każdym przekroczeniu i rozpoczyna się nowy czasokres.

10. Sposób działania według zastrz. 5 albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, znamienny tym, że wzmocnienie pętlowe zostaje zwiększone a wartość zadana jest zmieniana, jeżeli częstotliwość jest dostatecznie mała.

11. Sposób działania według zastrz. 5 albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, znamienny tym, że gdy po zwiększeniu wzmocnienia pętlowego częstotliwość jest zbyt wielka wykorzystuje się ponownie wartość użytą przed tym zwiększeniem.

12. Sposób działania według zastrz. 5 albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, albo 11, znamienny tym, że wzmocnienie pętlowe zadawane jest w zależności od obciążenia urządzenia.

13. Sposób działania według zastrz. 12, znamienny tym, że obciążenie urządzenia jest ustalane przez temperaturę ogrzewanego medium.