DE19911237A1 - Heizungsanlage und Verfahren zu ihrem Betrieb - Google Patents

Abstract

Es wird eine Heizungsanlage mit einem Vorratsgefäß (6) mit Zu- und Ablauf (4, 5) für ein beheiztes Fluid und einer Speiseanordnung (9, 10) für ein Wärmeträgerfluid mit einer Speiseleitung, in der ein Ventil (11) angeordnet ist, einem Temperaturfühler (4), der die Temperatur des beheizten Fluids ermittelt und einem Regelkreis (18), der das Ventil in Abhängigkeit von einer Abweichung der Temperatur von einem Vorgabewert betätigt, angegeben sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Anlage. DOLLAR A Hierbei möchte man bei geringer mechanischer Belastung der bewegten Bauteile eine schnelle Reaktion der Anlage erreichen können. DOLLAR A Hierzu weist der Regelkreis (18) einen Grenzfrequenzdetektor (19) auf, der Schwingungen in der Temperatur (T¶ist¶) feststellt und eine Schleifenverstärkung (V) des Regelkreises (18) bei zu großer Frequenz herab- und bei zu kleiner Frequenz heraufsetzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungsanlage mit einem Vorratsgefäß mit Zu- und Ablauf für ein beheiztes Fluid und einer Speiseanordnung für ein Wärmeträgerfluid mit einer Speiseleitung, in der ein Ventil angeordnet ist, einem Temperaturfühler, der die Temperatur des beheiz­ ten Fluids ermittelt und einem Regelkreis, der das Ven­ til in Abhängigkeit von einer Abweichung der Temperatur von einem Vorgabewert betätigt. Ferner betrifft die Er­ findung ein Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanla­ ge, bei der die Temperatur eines beheizten Fluids er­ mittelt und in Abhängigkeit von einer Abweichung dieser Temperatur von einem Vorgabewert die Zufuhr eines Wär­ meträgerfluids mit Hilfe eines Ventils in einem Regel­ kreis gesteuert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Anlage zur Bereitstellung von warmem Brauchwasser beschrieben. Sie ist aber auch auf andere Heizungsanlagen anwendbar, bei denen mit Hilfe des Fluids Heizkörper oder eine Fußbo­ denheizung versorgt werden sollen. Ein Beispiel für ei­ ne Heizanlage, die sogar beide Zwecke erfüllt, ist aus DE 41 42 547 A1 bekannt. Von dieser Offenbarung geht die vorliegende Erfindung aus. Eine Steuerung der Um­ wälzpumpe in Heizungsanlagen ist aus DE 24 52 515 A1 bekannt. Auch hier geht man von einem ähnlichen Prinzip aus.

Das Wärmeträgerfluid muß nicht unbedingt Wasser sein. Es kann sich auch um beheizte Luft handeln, die einen Raum oder eine Raumanordnung speist.

Das beheizte Fluid bekommt seine Wärme von dem Wärme­ trägerfluid. Das Wärmeträgerfluid kann hierbei einen Wärmetauscher durchströmen, auf dessen anderer Seite das beheizte Fluid angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, daß das Wärmeträgerfluid unmittelbar von einer Heizquelle, beispielsweise einem Brenner, erwärmt wird, und dann mit dem beheizten Fluid gemischt wird.

Allen Fällen ist aber gemeinsam, daß die Zufuhr des Wärmeträgerfluids über ein Ventil gesteuert wird. Wenn die Temperatur des beheizten Fluids absinkt, dann muß Wärme nachgeführt werden, so daß das den Zustrom des Wärmeträgerfluids steuernde Ventil öffnet. Wenn die Temperatur dann über den Vorgabewert hinaus ansteigt, muß das Ventil wieder geschlossen werden. In den mei­ sten Fällen ist das Ventil in der Zulaufleitung des Wärmeträgerfluids angeordnet. Dies ist aber keine Be­ dingung, solange das Ventil überhaupt in der Lage ist, die vom Wärmeträgerfluid zugeführte Wärmemenge zu steu­ ern. Das Ventil kann auch in der Rücklaufleitung ange­ ordnet sein.

Auch die Temperatur des beheizten Fluids muß nicht un­ bedingt im Vorratsgefäß ermittelt werden. Es ist auch möglich, diese Temperatur in der Zulaufleitung vom Vor­ ratsgefäß zum eigentlichen Heizkreislauf zu ermitteln. Das Vorratsgefäß selber kann im Extremfall relativ klein sein oder sogar durch die Heizungsanlage selbst gebildet werden.

Bei derartigen Anlagen hat man nun folgende gegenläufi­ ge Phänomene. Einerseits möchte man die Temperatur des beheizten Fluids möglichst gut auf dem Vorgabewert hal­ ten. Wenn also ein Wärmebedarf entsteht, beispielsweise wenn warmes Wasser an einer Zapfstelle entnommen wird, dann sollte das Wärmeträgerfluid möglichst schnell die entnommene Wärme wieder nachführen, um nachlaufendes kaltes Wasser wieder aufzuwärmen. Man hat andererseits festgestellt, daß bei sehr schnellen Regelkreisen die Tendenz besteht, daß diese Kreise zum Schwingen neigen. Bei einer Warmwasseraufbereitungsanlage hat dies durch­ aus spürbare Konsequenzen. Die Wassertemperatur schwankt. Bei einer Heizungsanlage, die lediglich Heiz­ körper oder sogar nur eine Fußbodenheizung speist, ist die Schwingung in der Temperatur zwar weniger kritisch. Auch in diesem Fall führt die Schwingung aber zu einer erheblichen Belastung des Ventils bzw. des das Ventil betätigenden Stellmotors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schnelle Reaktion der Heizungsanlage bei einer geringen mechani­ schen Belastung zu erzielen.

Diese Aufgabe wird bei einer Heizungsanlage der ein­ gangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Regelkreis einen Grenzfrequenzdetektor aufweist, der Schwingungen in der Temperatur feststellt und eine Schleifenverstär­ kung des Regelkreises bei zu großer Frequenz herab- und bei zu kleiner Frequenz heraufsetzt.

Mit dieser Ausgestaltung erhält man eine sich selbst anpassende Schleifenverstärkung des Regelkreises, so daß man einerseits Schwingungen, deren Frequenz über ein zulässiges Maß hinaus geht, vermeidet, andererseits aber immer eine relativ schnelle Reaktion der Heizungs­ anlage auf einen Wärmebedarf erzielen kann. Hierbei geht es nicht darum, daß man Schwingungen in der Tempe­ ratur überhaupt vermeidet. Es geht lediglich darum, daß man die Belastungen, die auf die mechanischen Stell­ glieder, wie Ventil oder Antrieb, einwirken, kleinhal­ ten möchte, um die Lebensdauer nicht allzu stark zu vermindern. Die Schleifenverstärkung des Regelkreises läßt sich relativ einfach durch eine Veränderung der statischen Verstärkung des Reglers verändern. Sie ist in erster Nährung umgekehrt proportional zu dieser sta­ tischen Verstärkung des Reglers.

Vorzugsweise weist der Grenzfrequenzdetektor ein Schwellwertglied auf und stellt die Frequenz unter Be­ rücksichtigung des Ausgangs des Schwellwertgliedes fest. Mit anderen Worten werden nur solche Schwingungen bei der Frequenzermittlung festgestellt, deren Amplitu­ de größer ist als der Schwellwert. Damit erzeugt man um den Vorgabewert herum einen Korridor, in dem beliebige Schwingungen erfolgen können, ohne daß dies einen Ein­ fluß auf die Frequenz hat, die der Grenzfrequenzdetek­ tor ermittelt. Der Grenzfrequenzdetektor stellt also nur solche Schwingungen fest, die aus diesem Korridor herauskommen.

Vorteilhafterweise ermittelt der Grenzfrequenzdetektor die Schwingung in der Temperatur indirekt aus Betäti­ gungssignalen oder aus Bewegungen des Ventils. Der Re­ gelkreis sollte das Ventil nur dann betätigen, wenn es notwendig ist, mit anderen Worten, wenn die Temperatur über ein vorbestimmtes Maß hinaus vom Vorgabewert ab­ weicht. Wenn eine derartige Abweichung stattgefunden hat, dann steht diese Differenz bereits zur Verfügung. Sie äußert sich dann in der Bewegung des Ventils oder, was leichter zu ermitteln ist, in einem Signal, das die Bewegung des Ventils auslöst. Man nutzt also im Regel­ kreis ohnehin vorhandene Information aus.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß eine Frequenz von Schwingungen der Temperatur ermittelt wird und die Schleifenverstärkung herabgesetzt wird, wenn die Fre­ quenz zu groß ist, und heraufgesetzt wird, wenn die Frequenz klein genug ist.

Wie oben bereits ausgeführt, erhält man auf diese Weise einen Regelkreis, der immer mit der höchstmöglichen Schleifenverstärkung arbeitet, ohne in ein unzulässiges Schwingen zu geraten. Damit bekommt man eine sehr schnelle Reaktion und schont gleichzeitig insbesondere die mechanischen Bauelemente, wie Antrieb und Ventile. Die Anpassung der Schleifenverstärkung erfolgt dabei adaptiv, d. h. genau an die jeweilige Situation ange­ paßt. Sie kann also von Anlage zu Anlage und in einer Anlage von Stunde zu Stunde unterschiedlich sein.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Frequenz lediglich von solchen Abweichungen ermittelt wird, die eine vorbe­ stimmte Differenz zum Vorgabewert überschreiten. Es wird also um den Vorgabewert herum ein Korridor er­ zeugt, in dem Schwingungen mit beliebiger Frequenz zu­ gelassen werden. Diese Schwingungen bewirken keine übermäßige Beanspruchung der Stellglieder, weil die hierbei auftretenden Stellbewegungen sehr klein sind. Auch für einen möglichen Benutzer, der warmes Wasser entnimmt, sind Schwingungen innerhalb dieses Korridors kaum merkbar und damit akzeptabel.

Vorzugsweise wird die Frequenz indirekt anhand von Be­ wegungen des Ventils und/oder Ansteuersignalen für das Ventil ermittelt. Die Ansteuersignale bzw. die daraus folgenden Bewegungen des Ventils sind unmittelbare Fol­ ge von Abweichungen der Temperatur vom Vorgabewert. Die Information über die Abweichung steht also zur Verfü­ gung und äußert sich in relativ leicht erfaßbaren Si­ gnalen. Diese können dann mit relativ geringem Aufwand ausgewertet werden.

Vorteilhafterweise wird die Anzahl der Richtungswechsel der Ventilbewegung in einem vorbestimmten Zeitraum er­ mittelt und die Schleifenverstärkung wird herabgesetzt, wenn die Anzahl einen Maximalwert überschreitet. Man kann die Frequenzermittlung dann auf ein einfaches Ab­ zählen beschränken, wobei natürlich das Abzählen in ei­ nem vorbestimmten Zeitraum erfolgen muß. Wenn man die­ sen vorbestimmten Zeitraum beispielsweise mit 5 Minuten ansetzt, dann kann man eine vorgegebene Zahl von bei­ spielsweise 3 bis 10 Richtungswechsel des Ventiles zu­ lassen, ohne daß eine Instabilität erkannt wird. Wenn mehr Richtungswechsel als vorgesehen stattgefunden ha­ ben, dann wird das System als instabil betrachtet und die Schleifenverstärkung herabgesetzt.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Zählung bei jedem Überschreiten abgebrochen wird und der Zeitraum neu beginnt. Damit erreicht man noch schneller einen stabilen Zustand. Je instabiler das System ist, desto höher ist die Frequenz, d. h. desto öfter wechselt das Ventil seine Bewegungsrichtung. Wenn man nun bereits dann eine Korrektur vornimmt, wenn das Kriterium er­ füllt ist, dann muß man nicht den gesamten Zeitraum ab­ warten, um eine Korrektur vornehmen zu können. Dies senkt die Belastung der mechanischen Bauelemente und ermöglicht ein wesentlich schnelleres Erreichen eines stabilen Zustandes.

Vorzugsweise wird dann, wenn die Frequenz klein genug ist, die Schleifenverstärkung erhöht und der Vorgabe­ wert geändert. Man erhöht also nicht nur die Schleifen­ verstärkung, sondern man verändert den Vorgabewert, um festzustellen, ob das System, d. h. der Regelkreis, dann in Schwingungen gerät. Bei einem nicht schwingenden Sy­ stem würde auch die Vergrößerung der Schleifenverstär­ kung noch nicht automatisch zu einer Schwingung führen, so daß man nicht sicher ist, ob die Schleifenverstär­ kung paßt. Mit der Veränderung des Vorgabewertes er­ zeugt man aber einen Sprung, der die gewünschte Infor­ mation liefert.

Vorzugsweise verwendet man dann, wenn nach einer Erhö­ hung der Schleifenverstärkung die Frequenz zu groß ist, den vor der Erhöhung verwendeten Wert der Schleifenver­ stärkung. Damit tastet man sich zuverlässig an die "Grenze" heran. Bei gleicher Belastung hat man die In­ formation, bei welcher Schleifenverstärkung der Regel­ kreis noch stabil ist und man hat die Information, daß bei der nächstfolgenden Erhöhung der Regelkreis nicht mehr stabil ist. Man kann dann wieder zu der vorherigen Schleifenverstärkung zurückkehren, ohne eine erneute Iteration durchführen zu müssen.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorge­ sehen, daß die Schleifenverstärkung in Abhängigkeit von der Belastung der Anlage vorgegeben wird. Dies ist eine weitere Möglichkeit, um das Regelsystem bzw. die darin bewegten Teile vor einer Belastung durch zu häufige Be­ wegung zu schützen. Wenn der Bedarf der Anlage klein ist, z. B. nur wenig warmes Wasser entnommen wird, dann kommt man mit einer kleinen Reglerverstärkung aus. Eine schnelle Reaktion ist auch nicht notwendig. Das gleiche gilt auch dann, wenn beispielsweise bei einer Nachtab­ senkung die meisten Heizkörperventile einer Heizungsan­ lage gedrosselt sind, so daß nur wenig Wärme "verbraucht" oder abgeführt wird. Wenn hingegen ein Be­ darf auftritt, also beispielsweise warmes Wasser ent­ nommen oder die Heizkörperventile aufgedreht werden, dann ist eine schnelle Reaktion der Anlage erforder­ lich. In diesem Fall kann man auf einen höhere Schlei­ fenverstärkung umschalten. In diesem Fall, wo man als zusätzliches Kriterium den Bedarf verwendet, kann man einen Teil der iterativen Vorgehensweise mit mehreren Stufen überspringen.

Vorzugsweise wird die Belastung der Anlage über die Temperatur des beheizten Fluids ermittelt. Diese Vorge­ hensweise ist schnell genug und erfordert keine zusätz­ lichen Bauelemente. Wenn die Anlage belastet wird, bei­ spielsweise durch die Entnahme von warmem Wasser, dann sinkt die Temperatur im Vorratsgefäß durch die Zufuhr einer entsprechenden Menge von kaltem Wasser relativ schnell ab. Dementsprechend kann man die Schleifenver­ stärkung relativ schnell hoch setzen, ohne daß die Ge­ fahr besteht, daß es unmittelbar zu Schwingungen kommt. Wenn es dann nach einer gewissen Zeit zu Schwingungen kommt, kann man davon ausgehen, daß die Belastung der Anlage nun beendet ist und man kann wieder auf den "Leerlauf"-Wert der Schleifenverstärkung zurücksprin­ gen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung näher beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Heizungs­ anlage zur Bereitstellung von warmem Wasser,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Steuerge­ rätes,

Fig. 3 verschiedene Kurvenverläufe zur Darstellung der Verminderung der Schleifenverstärkung,

Fig. 4 entsprechende Kurvenverläufe zur Darstellung der Erhöhung der Schleifenverstärkung und

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Systemschutzfunktion.

Fig. 1 stellt schematisch eine Heizungsanlage 1 zur Be­ reitstellung von warmem Brauchwasser dar, das durch Wasserhähne 2 oder anderen Zapfstellen entnommen werden kann. Die Wasserhähne 2 hängen an einer Ringleitung 3 mit einer Vorlaufleitung 4 und einer Rücklaufleitung 5, die mit einem Vorratsgefäß 6, beispielsweise einem Boi­ ler, verbunden sind. In der Ringleitung 3 ist eine Um­ wälzpumpe 7 angeordnet, die dafür sorgt, daß warmes Wasser ohne nennenswerte Verzögerungen an den Wasser­ hähnen 2 zur Verfügung steht.

Das Vorratsgefäß 6 ist als Wärmetauscher ausgebildet, auf dessen Primärseite 8 eine Versorgungsleitung 9 und eine Abflußleitung 10 für eine Wärmeträgerflüssigkeit oder, allgemeiner ein Wärmeträgerfluid, vorgesehen sind. Bei dem Wärmeträgerfluid kann es sich um Wasser handeln, das von einem Heizungskessel bereits ange­ stellt wird. Es kann sich aber auch um eine Flüssigkeit handeln, die in einer Fernheizungsanlage zur Wärmeüber­ tragung verwendet wird. Die konkrete Ausgestaltung der Erwärmung des Wärmeträgerfluids spielt keine größere Rolle.

In der Versorgungsleitung 9 ist ein Ventil 11 angeord­ net, das mit Hilfe eines Motors 12 geöffnet oder ge­ schlossen werden kann. Der Motor 12 ist beispielsweise als Schrittmotor ausgebildet, so daß verschiedene Öff­ nungsstellungen des Ventils 11 eingestellt werden kön­ nen.

An der Vorlaufleitung 4 ist ein Temperaturfühler 13 an­ geordnet, der die Temperatur des warmen Wassers in der Vorlaufleitung 4 ermittelt. Der Temperaturfühler 13 ist mit einer Steuereinrichtung 14 verbunden, die ihrer­ seits den Motor 12 steuert. Die Steuereinrichtung 14 weist einen Eingang 15 zur Vorgabe eines Vorgabewertes für die Temperatur im Vorratsgefäß 6 auf. Dieser Vorga­ bewert wird auch als "Sollwert" bezeichnet.

Wenn nun durch einen Wasserhahn 2 warmes Wasser entnom­ men wird, dann wird gleichzeitig über eine Zulauflei­ tung 16 kaltes Wasser in das Vorratsgefäß 6 nachge­ füllt. Ein Rückschlagventil 17 verhindert, daß Wasser aus der Ringleitung 3 in die Leitung 16 abfließt. Mit dem Zulauf von kaltem Wasser sinkt natürlich die Tempe­ ratur des bereits im Boiler 6 vorhandenen warmen Was­ sers. Diese Temperaturabsenkung wird durch den Tempera­ turfühler 13 festgestellt. Aufgrund dieser Feststellung betätigt die Steuereinrichtung 14 den Motor 12, der das Ventil 11 öffnet. Die genannten Teile bilden also zu­ sammen einen Regelkreis 18. Die Steuereinrichtung 14 bildet den eigentlichen "Regler" der eine statische Verstärkung Xp aufweist. Der Kehrwert dieser statischen Verstärkung Xp wird als Schleifenverstärkung V bezeich­ net.

Der nähere Aufbau der Steuereinrichtung 14 ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Die Ein- und Ausgänge der Steuereinrichtung 14 sind mit den Bezugszeichen der Elemente versehen, mit denen die Steuereinrichtung 14 in Fig. 1 verbunden ist.

Die Steuereinrichtung 14 weist zunächst einen Diffe­ renzverstärker 23 auf, dem der vorgegebene Wert über den Eingang 15 und der Ist-Wert der Temperatur vom Tem­ peraturfühler 13 zugeführt wird. In Abhängigkeit von der Differenz zwischen diesen beiden Werten wird ein entsprechendes Verstellsignal für den Motor 12 erzeugt. Allerdings ist die statische Verstärkung dieses Diffe­ renzverstärkers 23 veränderlich. Zur Veränderung wird ein Grenzfrequenzdetektor 19 verwendet. Der Grenzfre­ quenzdetektor 19 erhält zunächst die gleichen Signale, die auch der Motor 12 erhält. Ferner erhält er die Ist- Temperatur und die Soll-Temperatur. Diese Signale bzw. Werte werden einer Aufbereitungseinrichtung 20 zuge­ führt, die, wie weiter unten erläutert wird, unter vor­ bestimmten Bedingungen einen Impuls erzeugt und unter anderem ein Schwellwertglied aufweist. Die Impulse wer­ den einem Zähler 21 zugeführt. Der Zähler 21 ist ver­ bunden mit einem Zeitgeber 22, der dem Zähler 21 den Anfang und das Ende eines vorbestimmten Zeitraumes an­ zeigt. Der Ausgang des Zählers 21 ist mit einem Rück­ setzeingang des Zeitgebers 22 verbunden. Ferner ist der Ausgang des Zählers 21 mit dem Differenzverstärker 23 verbunden, genauer gesagt mit einem Eingang, an dem der Verstärkungsfaktor, d. h. die statische Verstärkung, verstellt werden kann.

Die Arbeitsweise des Regelkreises 18 soll nun anhand von Fig. 3 beschrieben werden.

Fig. 3a zeigt eine Kurve T_ist, d. h. den Verlauf der Temperatur in der Vorlaufleitung 4. Gestrichelt einge­ zeichnet ist der Vorgabewert T_SET, also der Sollwert der Temperatur. Weiterhin ist eine Neutralzone Nz beid­ seits des Sollwertes T_SET eingezeichnet. Es ist zu er­ kennen, daß die Temperatur T_ist am Anfang relativ stark schwankt. Der Differenzverstärker 23 erzeugt in vorge­ gebenen zeitlichen Abständen Impulse zur Betätigung des Motors 12, die in Fig. 3b dargestellt sind. Solange die Isttemperatur T_ist kleiner als die Solltemperatur T_SET ist, wird der Motor in eine Richtung betätigt (on+). Falls die Situation umgekehrt ist, wird der Motor in die andere Richtung betätigt (on-). Diese Darstellung ist natürlich nur beispielhaft. Andere Arten, das Ven­ til 11 zu verstellen, sind natürlich ebenfalls möglich.

In der vorliegenden Heizungsanlage wird davon ausgegan­ gen, daß ein wiederholtes Verstellen des Ventils 11 un­ kritisch ist, solange es in die gleiche Richtung er­ folgt. Man möchte lediglich verhindern, daß sich die Bewegungsrichtung des Motors 12 und des Ventils 11 zu oft in einem größeren Maße ändert.

In nicht näher dargestellter Weise wird also aus den einzelnen Impulsen, die in Fig. 3b dargestellt sind, ein Verstellrichtungsverlauf abgeleitet, der in Fig. 3c dargestellt ist. Fig. 3d stellt nun den Ausgangswert des Zählers 21 dar, der bei jeder Richtungsänderung um den Wert 1 erhöht wird. Der Zeitgeber 22 gibt nun eine vorbestimmte Zeitperiode vor, die in Fig. 3a mit einge­ tragen ist. Die Zeitperioden Z1, Z2, Z3 sind zunächst grundsätzlich alle gleich lang.

Wenn sich nun innerhalb einer Zeitperiode Z1 heraus­ stellt, daß der Zähler 21 einen vorbestimmten Zählwert überschritten hat, dann wird zunächst der Verstärkungs­ faktor Xp des Differenzverstärkers 23 herauf- und damit die Schleifenverstärkung V herabgesetzt. Gleichzeitig wird der Zähler 21 wieder auf Null gesetzt und der Zeitgeber 22 zurückgesetzt. Dementsprechend beginnt die zweite Zählperiode 22 bereits, bevor die erste Zählpe­ riode Z1 vollständig abgelaufen ist. Hierbei nutzt man die Tatsache aus, daß man gar nicht wissen möchte, wie groß der Fehler an und für sich ist. Es reicht aus, wenn man weiß, daß ein Fehler vorhanden ist, um eine Korrektur einzuleiten.

Fig. 3e zeigt nun, daß die Schleifenverstärkung V je­ desmal dann herabgesetzt wird, wenn der Zähler 21 in­ nerhalb eines Zählzeitraumes z einen vorbestimmten Zählwert erreicht hat, im vorliegenden Fall den Wert 3. Es ist erkennbar, daß zwei Korrekturen notwendig sind, bevor die Schleifenverstärkung V so klein geworden ist, daß die Isttemperatur T_ist zwar noch schwingt, die Amplitude dieser Schwingung sich meistenteils aber noch innerhalb der Neutralzone bewegt. In diesem Fall sind innerhalb der Zählperiode 23 nur zwei Richtungswechsel aufgetreten. Ansonsten hat die Isttemperatur T_ist der Bedingung genügt

T_SET - 0,5 NZ < T_ist < 0,5 NZ + T_SET.

Die Schleifenverstärkung V entspricht dem Kehrwert der statischen Verstärkung Xp des Differenzverstärkers 23. Man kann nun folgenden Algorithmus ablaufen lassen. Zu­ nächst wird gesetzt

Xp = (1 + λ) × Xp,

wobei λ < 0 und konstant ist. Vorzugsweise ist λ auch kleiner als 1. Nach der Erhöhung der statischen Ver­ stärkung Xp, die einer Verringerung der Schleifenver­ stärkung V entspricht, wird der Grenzfrequenzdetektor 19 gestartet. Wenn der Grenzfrequenzdetektor eine In­ stabilität ermittelt, beispielsweise eine Anzahl von 3 oder mehr Richtungsänderungen innerhalb einer Zählperi­ ode Z1, Z2,. . . Zn, dann wird die statische Verstärkung Xp, wie oben beschrieben, ein weiteres Mal erhöht. Falls der Zählwert der Richtungsänderungen den kriti­ schen Wert nicht erreicht, geht man davon aus, daß ein stabiler Zustand erreicht ist und behält diese stati­ sche Verstärkung bei.

Im Grunde wird das Verfahren also in zwei Phasen unter­ teilt. In der ersten Phase wird festgestellt, ob "kritische" Schwingungen vorhanden sind und am Ausgang der ersten Phase wird die Schleifenverstärkung entspre­ chend dem Ergebnis geändert. In der zweiten Phase er­ folgt eine Überwachung der Stabilität.

Wenn in Phase 1 keine Grenzschwingungen festgestellt werden, wird die Schleifenverstärkung erhöht, bis eine unstabile Zählperiode beobachtet wird, wobei der Ein­ stellverlauf unterbrochen wird, und die Verstärkung der vorgehenden stabile Zählperiode gewählt wird. Fig. 4 zeigt die Vorgehensweise beim Erhöhen der Schleifenver­ stärkung. Man setzt zunächst die statische Verstärkung Xp herab, beispielsweise in dem man setzt

Xp = (1 - σ) × Xp,

wobei σ konstant, größer Null und vorzugsweise kleiner 1 ist. Bei σ kann es sich um den gleichen Wert wie λ handeln, in der Regel wird es aber ein anderer Wert sein.

Alsdann wird die Solltemperatur T_SET verändert

T_SET = T_SET + Δsp.

Hierzu ist in der Steuereinrichtung ein Festwertgeber 24 und ein schaltbarer Umkehrverstärker 25 vorgesehen, der mit einem Additionspunkt 26 verbunden ist. Danach wird der Umkehrverstärker umgeschaltet, d. h. es wird gesetzt

Δsp = -Δsp.

Die Veränderung des Sollwertes T_SET bewirkt einen Sprung, der eine Schwingung auslösen soll. Ohne eine derartige Schwingung ließe sich eine Instabilität auch durch eine Änderung der Schleifenverstärkung V nicht feststellen. Nach dem Verändern des Sollwertes T_SET wartet man eine Verzögerungszeit Δt ab. Danach wird der Grenzfrequenzdetektor 19 gestartet. Wenn und solange der Grenzfrequenzdetektor ein stabiles Verhalten des Regelkreises 18 ermittelt, wird dieses Vorgehen wieder­ holt, d. h. die Schleifenverstärkung V heraufgesetzt.

Irgendwann einmal wird die Schleifenverstärkung V so groß sein, daß der Regelkreis 18 anfängt zu schwingen. Dies ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 zum Zeit­ punkt t3 der Fall. In diesem Fall setzt man den Soll­ wert T_SET wieder auf seinen Ursprungswert zurück und setzt die statische Verstärkung Xp

und der Einstellvorgang ist beendet. Der Wert der Schleifenverstärkung V wird also auf den Wert zurückge­ setzt, der den letzten stabilen Zustand erlaubt hat. Wenn man nach einem Einstellverlauf, wie er in Fig. 3 oder in Fig. 4 dargestellt ist, einen stabilen Zustand erreicht hat, erfolgt erst einmal keine weitere Ein­ stellung, die Einstellung ist beendet. Erst wenn eine erneute Instabilität festgestellt wird, beispielsweise aufgrund einer Belastungsänderung, die zu einem Pendeln des Ventils führt, beginnt ein neuer Einstellverlauf.

Fig. 5 zeigt eine weitere Möglichkeit, wie man die Schleifenverstärkung V verändern kann. Damit läßt sich eine Systemschutzfunktion realisieren, bei der man bei kleinen Belastungen nahe dem Leerlauf ebenfalls Schwin­ gungen vermeiden kann.

Man unterscheidet hier zwischen einer hohen und einer niedrigen Schleifenverstärkung, zwischen denen umge­ schaltet werden kann. Der Zweck dieser Schutzfunktion ist es, die Heizungsanlage 1 zu stabilisieren und zu optimieren und zwar in Abhängigkeit von der Belastung der Anlage.

Die hohe Schleifenverstärkung V, die in Fig. 5 als V1 bezeichnet wird, ist bei einer normalen Belastung der Heizungsanlage 1 in Funktion. Diese Schleifenverstär­ kung V1 kann beispielsweise durch die oben geschilderte automatische Einstellungsprozedur gefunden worden sein. Nicht näher dargestellte Mittel können vorgesehen sein, um diesen Verstärkungsfaktor zu speichern.

Die kleine Schleifenverstärkung V2 wird im Leerlauf verwendet.

Der Grenzfrequenzdetektor 19 wird nun zur Feststellung verwendet, wann ein Verbrauch beendet ist. In diesem Fall führt nämlich die hohe Schleifenverstärkung V1 zu einer Schwingung mit zu großer Amplitude und zu großer Frequenz. Wenn also nach einer vorangegangenen Herauf­ setzung der Schleifenverstärkung eine derartige Schwin­ gung erkannt wird, wird die Verstärkung von dem hohen Wert V1 auf den niedrigeren Wert V2 geschaltet, wonach sich das System wieder stabilisiert.

Für die Feststellung des Wechsels vom Leerlauf zum Ver­ brauch wird der beim Wechsel erfolgende Temperaturrück­ gang verwendet. Dies ist beispielsweise zum Zeitpunkt t2 in Fig. 5 der Fall. Hierbei erfolgt die Entnahme zwischen den Zeiten t2 und t3. Eine Belastung, im vor­ liegenden Fall eine Wasserentnahme, wird festgestellt, wenn die Isttemperatur um einen Wert Dz unter die Soll­ temperatur T_SET fällt. In diesem Fall wird die Schlei­ fenverstärkung auf den Wert V1 heraufgesetzt. Der Reg­ ler gewinnt dadurch die nötige Schnelligkeit für den normalen Verbrauch. Am Zeitpunkt t3 ist die Entnahme beendet. Da die Schleifenverstärkung zu hoch ist, er­ folgt nunmehr eine Schwingung im Zählzeitraum 22. Diese wird durch den Grenzfrequenzdetektor erkannt und am Zeitpunkt t4 wird die Schleifenverstärkung auf den Wert V2 zurückgesetzt. Die Schleifenverstärkung V2 ihrer­ seits kann gefunden worden sein durch eine entsprechen­ de Iteration beim Heraufsetzen der Schleifenverstär­ kung.

Claims (13)

1. Heizungsanlage mit einem Vorratsgefäß mit Zu- und Ablauf für ein beheiztes Fluid und einer Speisean­ ordnung für ein Wärmeträgerfluid mit einer Speise­ leitung, in der ein Ventil angeordnet ist, einem Temperaturfühler, der die Temperatur des beheizten Fluids ermittelt und einem Regelkreis, der das Ven­ til in Abhängigkeit von einer Abweichung der Tempe­ ratur von einem Vorgabewert betätigt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Regelkreis (18) einen Grenz­ frequenzdetektor (19) aufweist, der Schwingungen in der Temperatur (T_ist) feststellt und eine Schlei­ fenverstärkung (V) des Regelkreises (18) bei zu großer Frequenz herab- und bei zu kleiner Frequenz heraufsetzt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzfrequenzdetektor (19) ein Schwellwertglied (20) aufweist und die Frequenz unter Berücksichti­ gung des Ausgangs des Schwellwertgliedes (20) fest­ stellt.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Grenzfrequenzdetektor (19) die Schwin­ gung in der Temperatur (T_ist) indirekt aus Betäti­ gungssignalen oder aus Bewegungen des Ventils (11) ermittelt.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Grenzfrequenzdetektor (19) ei­ nen Richtungswechselzähler (21), einen Vergleicher und ein Zeitglied (22) aufweist.

5. Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage, bei der die Temperatur eines beheizten Fluids ermittelt und in Abhängigkeit von einer Abweichung diese Tem­ peratur von einem Vorgabewert die Zufuhr eines Wär­ meträgerfluids mit Hilfe eines Ventils in einem Re­ gelkreis gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Frequenz von Schwingungen der Temperatur ermittelt wird und die Schleifenverstärkung herab­ gesetzt wird, wenn die Frequenz zu groß ist, und heraufgesetzt wird, wenn die Frequenz klein genug ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz lediglich von solchen Abweichungen ermittelt wird, die eine vorbestimmte Differenz zum Vorgabewert überschreiten.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Frequenz indirekt anhand von Be­ wegungen des Ventils und/oder Ansteuersignalen für das Ventil ermittelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Richtungswechsel der Ventilbewe­ gung in einem vorbestimmten Zeitraum ermittelt wird und die Schleifenverstärkung herabgesetzt wird, wenn die Anzahl einen Maximalwert überschreitet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählung bei jedem Überschreiten abgebrochen wird und der Zeitraum neu beginnt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Frequenz klein genug ist, die Schleifenverstärkung erhöht und der vorgegebene Wert geändert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß man dann, wenn nach einer Erhöhung der Schleifenverstärkung die Frequenz zu groß ist, den vor der Erhöhung verwendeten Wert der Schleifenverstärkung wiederverwendet.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schleifenverstärkung in Abhängigkeit von der Belastung der Anlage vorge­ geben wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung der Anlage über die Temperatur des beheizten Fluids ermittelt.