DE3041521A1

DE3041521A1 - Relais-steueranordnung

Info

Publication number: DE3041521A1
Application number: DE19803041521
Authority: DE
Inventors: Robert A. Brooklyn Center Minn. Black; Gary A. New Brighton Minn. Peterson
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1979-11-09
Filing date: 1980-11-04
Publication date: 1981-05-21
Also published as: JPS5682902A; JPS6228202U; FR2469744B1; CA1150796A; DE3041521C2; GB2065923A; GB2065923B; DK474680A; US4303383A; FR2469744A1; CH650087A5

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steueranordnung nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1, wie sie insbesondere bei der überwachung des Einschaltvorganges einas Ölbrenner s Anwendung findet.

Bei Clbrennern und ähnlich zu steuernden Geräten müssen bei der Inbetriebsetzung eine Reihe von Betriebszuständen durchlaufen werden, wobei ein Steuerschaltkreis das Durchlaufen dieser Betriebszustände in der Einschaltphase überwacht. Es ist ferner erforderlich, llittel vorzusehen/um den korrekten Betrieb des Systems su überprüfen. Derartige Mittel umfassen in der Regel einen Flammenfühler, durch welchen überprüft wird, cb eine Flamme in der Einschaltphase des Brenners tatsächlich erzeugt worden ist.

Wünschenswert wäre eine Überwachung der richtigen Betriebsweise der Steueranordnung selbst. Herkömmliche Steueranordnungen verwenden üblicherweise Relais und es wäre hierbei erwünscht^den korrekten Betrieb dieser Relais überprüfen zu können, um sicherzugehen, daß die Kontakte nicht hängenbleiben, wenn sie öffnen sollen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung^ eine Steueranordnung der eingangs genannten Art in der Weise zu verbessern, daß auch die Betriebsweise der die Schaltvorgänge ausführenden Relais mit überwacht werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand eines ■ in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei im folgenden die Erfindung näher erläutert.

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Es zeigen:

Fig.l ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Steueranordnung; und

Fig.2 ein Impulsdiagramm zur Veranschulichung der Betriebsv?eise der erfindungegemäßen Steueranordnung

In Figur 1 sind die wesentlichen,elektrisch betätigten Komponenten eines Ölbrenners und die Relaiskontakte zur Betätigung dieser Komponenten dargestellt. Eine Spannungsversorgungsquelle speist eine Alarmanzeige 22 über zwei in Reihe geschaltete Relaiskontakte K1-2 und K3-1. Es sei darauf verwiesen, daß vier Relais K1 bis K4 angeordnet sind, wobei jedes Relais zwei Relaiskontakte aufweist,und daß alle Relaiskontakte in Figur 1 im nicht erregten Zustand des Relais dargestellt sind. Ein Grenzscnalter 16yder den Brennstoffvorrat kontrolliert_/und ein Thermostatschalter 17 verbinden die Spannungsversorgungsquelle mit dem restlichen Schaltkreis.

Uin Motorgebläse 24 führt dem Brenner Luft zu und wird direkt über die Schalter 16 und 17 an Spannung gelegt. Ein Pilotventil 26 wird über Relaiskontakte K1-1 und K4-1 an Spannung gelegt_f und ein Zündschaltkreis 30 kann über den Relaiskontakt K1-1 und einen Kontakt K2-1 an Spannung gelegt werden. Das Haupt-Brennstoffventil 32 wird über drei Relaiskontakte K3-2, K2-2 und K4-2 an Spannung gelegt/und eine Betätigungsspule 34 für eine Lüftungsklappe wird über den ersten Kontakt K3-2 dieser drei Kontakte an die Spannungsquelle angeschlossen.

Das Vorliegen einer Flamme wird durch einen Flammenfühler 36

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mit einem nachgeschalteten Verstärker 70 erfaßt. Es ist ferner eine Gruppe von drei Txennverstärkerschaltkreisen 80 bis 82 vor' gesehen, die jeweils mit den Spannungen gespeist werden, die an aem Gebläsemotor 24, dem Pilotventil 26 und dem Haupt-Brennstoffventil 32 entsprechend anliegen. Der Verstärker 70 und aie Schaltkreise 80 bis 82 sind auf einen Mikroprozessor 62 geschaltet, wobei die Ausgangssignale der Schaltkreise 80 bis 82 dem Mikroprozessor 62 über eine Gruppe von Pufferschaltkreisen 71 zugeführt werden. Jeder Trennschaltkreis 80 bis 82 ist einerseits zwischen den zu überwachenden Schaltpunkt und die Bezugsleitung der Spannungsversorgung angeschlossen und andererseits mit aen Pufferschaltkreisen 71 verbunden, die gegenüber der Masseleitung des Mikroprozessors 62 betrieben werden. Die Entkopplung kann durch Optokoppler oder Reedrelais erzielt werden, woDei in beiden Fällen bei einer elektrischen Signalübertragung eine elektrische Potentialtrennung zwischen den beiden Seiten des Schaltkreises erfolgt.

Der Mikroprozessor 62 speist einen Sicherheitsschaltkreis 57 über eine Gruppe von Pufferschaltkreisen 51, wobei der Sicherheitsschaltkreis 57 seinerseits einen Transistor 46 steuert. Der Iransistor 46 legt im durchgeschalteten Zustand eine Leitung 50 an die Versorgungsspannung an, wobei die vier Relaiswicklungen K1-K4 über diese Leitung 50 an die Spannung angeschlossen werden. Der Mikroprozessor 62 steuert die vier Relaiswicklungen K1 bis K4 über die Pufferschaltkreise 51 getrennt an,und er erfaßt ferner den Schaltzustand des Sicherheitsscnaltkreises 57 und der Leitung 50 über die Pufferschaltkreise b1. Eine Diode 48 schützt den Transistor 46/und die Pufferschaltkreise 51 enthalten Freilaufdioden für die vier Relaiswicklungen.

Es ist die Aufgabe des Mikroprozessors 62 das Brennersystem

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in der Einschaltphase zu steuern und zu überwachen. Der Mikroprozessor 62 ist entsprechend programmiert^ um die geeignete Schrittfolge in den richtigen Zeitintervallen auszuführen und um eine Anzahl von Prüfungen dahingehend durchzuführen, ob das System tatsächlich in der richtigen Weise die iinschaltphase durchläuft.

Die Einschaltphase ist in Figur 2 veranschaulicht. Die oberen fünf Diagramme zeigen die Betätigungszeit der verschiedenen elektrischen Einheiten des Brenners. Die nächsten drei Diagramme zeigen die Zustände der Ausgangssignale der drei Schaltkreise 80 bis 82 und die letzten vier Diagramme zeigen die Zustände der vier Relaiswicklungen K1 bis K4.

Viie aus der Earstellung in Figur 2 ersichtlich; schließt im Zeitpunkt TO der Thermostat 17 und fordert den Start der Einschaltphase an. Dies wird durch den Mikroprozessor aufgrund des Ausgangssignales des Schaltkreises 80 erfaßt, das den hohen Pegel einnimmt. Das Gebläse 24 schaltet ein und bleibt solange eingeschaltet, wie der brenner eingeschaltet ist. Ferner befindet sich die Abzugsklappe 34 im betätigten Zustand entsprechend einer großen Brennerflamme. Der Zweck dieser Maßnahme liegt darin, einen starken Luftstrom durch den Brenner zu erzielen und jegliche unverbrannten in dem System befindlichen Brennstoffrückstände auszuspülen. Im Zeitpunkt T4 wird die Dämpfungsklappe von der Spannung abgetrennt, entsprechend dem Zustand einer niedrigen Flamme. Dies ist erforderlich, um den Pilotbrenner zu zünden. Im Zeitpunkt T5 wird die Zündeinrichtung 30 an Spannung gelegt und im Zeitpunkt T6 wird das Pilotventil betätigt,um dem Pilotbrenner Brennstoff zuzuführen. Im Zeitpunkt T7 sollte der Pilotbrenner gezündet haben und die Zündeinrichtung 30 abgeschaltet sein. Im Zeitpunkt T8 wird das Haupt-Brennstoffventil 32 an Spannung gelegt, um dem Hauptbrenner Brennstoff zuzuführen^und die Lüftungsklappe 34 wird erneut in die einer großen

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Flamme entsprechende Stellung gebracht,um einen starken Luft** strom durch, den Hauptbrenner zu erzielen. Im Zeitpunkt T9 wird das Pilotventil 26 von der Spannung abgetrennt,um den zu dem Pilotventil fließenden Brennstofffluss zu unterbrechen. An dieser Stelle endet die Einschaltphase und das System sollte nunmehr den normalen Betriebszustand aufweisen.

Wie aus der unteren Hälfte der Darstellung in Figur 2 ersichtlich, werden diese Betriebszustände durch den Mikroprozessor gesteuert, in dem dieser die Relais K1 bis K4 in geeigneten Zeitpunkten an Spannung legt bzw. von der Spannung abtrennt. Im mittleren leil der Darstellung gemäß Figur 2 sind die Signale dargestellt, die von den Schaltkreisen 80 bis 82 empfangen werden sollten. In näheren Einzelheiten wird nach dem Zeitpunkt TO das Relais K4 im Zeitpunkt T1 von der Spannung abgetrennt und die Relais K2 und K1 werden in den Zeitpunkten T2 und T3 an die Spannung angelegt. Dieser zeitliche Ablauf und die zeitliche Trennung der Betätigung dieser Relais gestattet dem Mikroprozessor die Ausführung bestimmter Überprüfungen.

Zwischen den Zeitpunkten 10 und 11 wird die Prüfung V1 durchgeführtem zu überprüfen, ob die Signale von den Schaltkreisen 81 und 82 den niedrigen Pegel aufweisen, wie dies der Fall sein sollte. Zu diesem Zeitpunkt sind die Relais K3 und K4 an Spannung gelegt. Dies bedeutet, daß die Relaiskontakte K3-2 und K4-2 geschlossen sind ι und ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel des Schaltkreises 82 bestätigt, daß das Haupt-Brennstoffventil 32 abgeschaltet ist, d.h. daß der Relaiskontakt K2-2 geöffnet ist. Da ferner der Relaiskontakt K4-1 geschlossen ist, bestätigt ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel des Schaltkreises 81, daß das Pilotventil 26 nicht an Spannung gelegt ist, d.h./daß der Relaiskontakt K1—1 geöffnet ist.

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Zwischen den Zeitpunkten T2 und T3 ist das Relais K4 von der Spannung abgetrennt worden und das Relais K2 an Spannung angelegt worden. Dies führt zum Schließen des Kontaktes K2-2 und zum Öffnen des Kontaktes K4-2. Eine zweite Prüfung V2 wird während dieses Intervalles durchgeführt. Ein Signal mit niedrigem Pegel des Schaltkreises 82 bestätigt, daß das Haupt-Brennstoff ventil 82 immer noch nicht an Spannung gelegt ist, d.h./daß der Relaiskontakt K4-2 in der richtigen Weise geöffnet hat.

Zwischen den Zeitpunkten 13 und T 4 wird das Relais K1 ebenfalls an Spannung gelegt. Eine Prüfung V3 erfolgt in diesem Intervall. Da der Kontakt K1-1 in diesem Intervall geschlossen ist/beinhaltet diese Prüfung einen Test des Ausgangssignales des Schaltkreises 81, das den niedrigen Pegel aufweisen sollte/ wodurch angezeigt wird, daß das Pilotventil 26 nicht an Spannung gelegt ist und der Relaiskontakt K4-1 in der richtigen Weise geöffnet ist.

Zwischen den Zeitpunkten 14 und T5 werden die Relais K1 und K2 an Spannung gelegt und die Relais K3 und K4 werden von der Spannung abgetrennt.

Im Zeitpunkt T4 wird die Spulenbetätigung 34 für die Abzugsklappe von der Spannung abgetrennt entsprechend dem Zustand einer niedrigen Flamme₍und es kann nunmehr in die Einschaltphase des Brenners eingetreten werden. Im Zeitpunkt T 5 wird die Zündeinrichtung 30 an Spannung gelegt und im Zeitpunkt T6 wird das Pilotventil 26 geöffnet. Im Zeitpunkt T7 sollte der Pilotbrenner zünden und der Zündschaltkreis 30 von der Spannung abgetrennt werden, Zwischen diesem Zeitpunkt und dem Zeitpunkt T8 liegen beide Relais K2 und K4 an Spannung und das Relais K3 ist von der Spannung abgetrennt. Somit ist im Speiseschaltkreis für das Haupt-Brennstoffventil 32 zwischen den Zeitpunkten T7

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und T8 der Relaiskontakt K3-2 einzig und allein geöffnet. Der Mikroprozessor 62 führt in diesem Zeitintervall eine letzte Prüfung V4 durch, mit der überprüft vird_/ob das Ausgangssignal des Schaltkreises 82 den niedrigen Pegel aufweist, wodurch bestätigt wird, daß der Kontakt K3-2 in der richtigen Weise geöffnet ist.

Im Zeitpunkt T8 sollte die Flamme des Pilotbrenners gebildet sein,und es wird das Haupt-Brennstoffventil 82 geöffnet und die Spulenbetätigung 34 der Abzugsklappe erneut betätigt,um die Klappe in der großen Flamme entsprechende Stellung zurückzuho.len. Der Hauptbrenner sollte im Zeitpunkt 19 gezündet sein, wenn das Pilotventil geschlossen ist. Diese Zündfolge wird durch den Flammenfühler 36 überwacht, so daß der Mikroprozessor 62 feststellen kann, ob eine Flamme gebildet wurde oder nicht, und das System abschalten kann.wenn keine Flamme gebildet wird. Nach dem Zeitpunkt T9 befindet sich der Brenner in seinem normalen Betriebszustand.

Es sei darauf verwiesen, daß die Relaiskontakte, die die verschiedenen Brennerkomponenten,wie beispielsweise das Pilotventil steuern,so angeordnet sind, daß die kritischen Komponenten - im vorliegenden Fall das Pilotventil 26 und das Haupt-Brennstoffventil 32- wenigstens zwei in Reihe geschaltete Kontakte aufweisen müssen. Dies bedeutet, daß der Ausfall irgendeines einzigen Kontaktes,d.h. das Hängenbleiben eines Kontaktes, wenn dieser geöffnet sein sollte, nicht zu einem falschen Betrieb der kritischen Komponente führt, da der andere die Komponente steuernde Kontakt nocht geöffnet werden kann,um den Betrieb dieser Komponente zu sperren. Unkritische Komponenten,wie beispielsweise die Zündeinrichtung 30 und die Betätigungseinrichtung 34 für die Abzugsklappeybenötigen nicht dieses Sicherheitsmerkmal der zwei in Reihe geschalteten Kontakte, obgleich es zweckdienlich sein kann aus Gründen eines wirtschaftlichen Schaltungsaufbaues dieses

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Merkmal auch in diesen Fällen vorzusehen.

Dies bedeutet ferner, daß die die kritischen Komponenten steuernden Kontakte alle überprüft werden können, ohne daß die kritischen Komponenten tatsächlich an Spannung angelegt werden, da jeder die Komponenten steuernder Kontakt geschlossen werden kann, während der jeweils andere Kontakt geöffnet bleibt.

Es sei ferner darauf verwiesen, daß das System so ausgelegt ist, daß aer größte leil der überprüfung der kritischen Relaiskontakte während der anfänglichen Vorspülperiode zwischen den Zeitpunkten TO und T5 ausgeführt werden kann, bevor die eigentliche Einschaltphase,beginnend mit dem Zeitpunkt T6,ausgelöst wird. Dies ist ein wünschenswertes,wenn auch nicht WeSeHtIiClIeS₇ Merkmal. Es wäre auch möglich,die meisten der Prüfungen während der eigentlichen Einschaltphase auszuführen, wobei dies jedoch dazu führen würde, daß das System während der eigentlichen Einschaltphase abgeschaltet werden müßte, wenn ein fehlerhafter Relaiskontakt festgestellt würde.

Die Auslegung des Relaiskontaktschaltkreises für die Steuerung der Komponenten des Brenners muß daher so erfolgen, daß wenigstens zwei Kontakte verschiedener Relais für jede kritische Komponente in Reihe geschaltet sind. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß auch beim Festkleben eines einzelnen Relaiskontaktes eine kritische Komponente sicher von der Spannung abgetrennt werden kann. Vorzugsweise werden alle die kritischen Komponenten steuernden Relaiskontakte ohne eine Betätigung irgendwelcher Komponenten überprüft oder es werden nur solche Komponenten in Betrieb genommen, die die Sicherheit des Systems nicht beeinflussen.

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Claims

HONEYWELL INC. 5.November 1980 Honeywell Plaza 1008337 Ge, Sz Minneapolis, Minn., USA Hz/umw Relais-Steueranordnung Patentansprüche:

1.j Steueranordnung mit mehreren Relais zur Steuerung von mehreren wenigstens eine kritische Last umfassenden Lasten, wobei die Relais überwacht werden, um den sicheren Betrieb der Lasten zu gewährleisten, gekennzeichnet durch eine Steuerlogikeinrichtung (62) zur Betätigung der Lasten (26, 32) mittels der Relais (K1 bis K4), wobei die Relais jeweils wenigstens ein Paar von Relaiskontakten (K1-1,K1-2;... K4-1, K2) aufweisen und wenigstens ein Paar von Kontakten (K1-1, K4-1) zweier verschiedener Relais (K1, K4) elektrisch in Reihe geschaltet sind, um die kritische Last (26) an Spannung zulegen und um sicher_zjJstellen, daß ein Ausfall eines Kontaktes des Kontakpaares eine Abschaltung der kritischen Last bei einer Relaisbetätigung durch die Steuerlogikeinheit nicht verhindert;

eine entkoppelnde Signalübertragungseinrichtung (80, 81, 82,) die die Relaiskontaktstrecken (K1-1,K4-1; K3-2, K2-2, K4-2) mit der Steuerlogikeinheit (62) verbindet und dieser den Schaltzustand der Relaiskontakte anzeigt; und eine Schalteinrichtung (46), die von der Steuerlogikeinrichtung (62) betätigt wird und an alle Relais (K1 bis K4) angeschlossen ist, um alle Relais von der Spannungsversorgung abzutrennen, wenn die Steuerlogikeinrichtung einen Relaiskontaktfehler aufgrund der von der Signalübertragungseinrichtung (80-82) übertragenen Signale feststellt.

ORIGiNAL INSPECTED 130021/0798

2. Ste ueranordnung nach Anspruch Λ, dadurch gekennzeichnet, da,ß die Lasten einen Brenner (J 3) umfassen und daß die kritische Last durch die Brennstoff-Zuführeinrichtung (32) des Brenners vorgegeben ist.

3. Steueranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn ζ eichnet, daß die Steuerlogikeinrichtung einen Mikrocomputer (62) umfaßt, der die Relais (Kibis K4) so betätigt, daß der Brenner den über die Zuführungseinrichtung zugeführten Brennstoff sicher verbrennt.

4. Steueranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalübertragungseinrichtung Optokoppler (80-82) umfaßt, die Relaiskontakte elektrisch von der Steuerlogikeinrichtung entkoppeln.

5. Steueranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalübertragungseinrichtung Reedrelais (80-82) umfaßt, die die Relaiskontakte elektrisch von der Steuerlogikeinrichtung entkoppeln.

6. Steueranordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Transistor (46) als Schalteinrichtung, der von einem Ausgangssignal des Mikrocomputers (62) betätigt wird, wobei der Schaltzustand des Transistors über eine Eingangsleitung (50) dem Mikrocomputer angezeigt wird.

7. Steueranordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen an die Steuer 1 ogikeinr ichtur.g (62) angeschlossenen Flammen-überwachungsfühler(36) .

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8. Steueranordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogikeinrichtung (62) eine vorausgehende Relaissteuerung (to-t4) durchführt, bei welcher die Relaiskontakte vor einem Eintritt in die Haupt-Einschaltphase (t4-t9) überwacht werden.

Steueranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogikeinrichtung (62) die Relais (K1-K4) in der Weise an Spannung legt, daß jeder uer zwei die kritische Last (26, 32) an Spannung legenden Kontakte jeweils geschlossen ist, wenn der andere Kontakt geöffnet ist.

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