PROCESS TO ADJUST COMPOUND REGULATORS FOR BURNERS IN HEAT-GENERATING EQUIPMENTS

Abstract: 1. A method of adjusting coupled controls for burners in heating installations which are adjustable in steps for different heat outputs and fuel throughputs according to heat requirement, having an air control valve (air gate) for the combustion air and a fuel control valve both of which are adjustable by adjusting members, in particular - servo motors receiving their control signals from a microprocessor which produces the control signals in dependence upon the instantaneous heat requirement, the operating signals of an installation control system and stored air:fuel paired values characterised in that for determining and storing the air:fuel paired values when the apparatus is taken into operation for the first time or is inspected the microprocessor (1) is replaced by a computer (20) which in programmed manner runs through the working region of the burner, analyses the state of the exhaust gas by means of a probe (23) and by subsequent adjustment of the air:fuel ratio brings the state of the exhaust gas to the desired value whereupon the so adjusted air:fuel paired values are generated and written into a store (8).

Description: Verfahren zur Einstellung von Verbundreglern für Brenner in Wärmeerzeugungsanlagen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung von Verbundreglern fiir Brenner in Wärmeerzeugungsanlagen, die in Stufen auf je nach Wärmebedarf unterschiedliche Heizleistungen und Brennstoffdurchsätze einstellbar sind, mit einem Luftregelventil (Luftklappe) für die Verbrennungsluft und einem Brennstoffregelventil, iie durch Stellglieder, insbesondere Stellmotoren, ein stell- bar sind, die ihre Steuerbefehle von einem Steuergerät, insbesondere in Gestalt eines Mikroprozessors erhalten, das die Steuerbefehle in Abhängigkeit vom momentanen Wärmebedarf, von den Betriebssignalen eines Peuerungs- automaten und von gespeicherten Suft: :Brennstoff-Serte- paaren erzeugt. Bei bekannten derartigen Anlagen, bei denen es sich vorzugsweise um Grossanlagen handelt, waren die Stellglieder durch ein Hebewerk gebildet, die Luftklappe und Brennstoffregelventil verstellten. Da sich das Verhältnis der Ventilstellungen nichtlinear mit dem Wärmebedarf verändert waren die beiden Stellglieder über eine Kurvenscheibe miteinander verknüpft. Das Verdrehen der Kurvenscheibe erfolgte in Abhängigkeit vom Wärmebedarf und die Kontur der Kurvenscheibe bestimmte das Verhältnis von Luftmenge :Brennstoffmenge. Die Kurvenscheiben konnten jedoch nicht von Anlage zu Anlage identisch sein, weil anlagenspezifische Besonderheiten eine spezielle Einstellung in jedem Arbeitspunkt erforderten. Zu diesem Zweck waren die Kurvenscheiben einstellbar; es war ein Stahlband über die Kurvenscheibe gelegt, das mittels radial in die Kurvenscheibe eingedrehter Schrauben punktweise verstellbar war. Zur Einregulierung der Anlage wurden alle Arbeitspunkte der Reihe nach angefahren und es wurde dann der jeweilige Arbeitspunkt durch Verstellen der Schraube in Abhängigkeit von Abgaswerten eingestellt. Ein derartiges Verfahren zur Ermittlung und Speicherung der Luft Brennstoff-Wertepaare ist jedoch sehr aufwendig und erfordert viel Zeit sowie fachkundiges Personal. Inzwischen wird daran gearbeitet, als Steuergerät einen Mikroprozessor zu verwenden, der als Stellglieder dienende Stellmotoren steuert. Das grundlegende Einstellproblem, nämlich die anlagenspezifische Ermittlung und Speicherung der Luft : Brennstoff -Wertepaare ist jedoch nach wie vor erforderlich; es ist lediglich anstelle des mechanischen Speichers (Kurvenscheibe) ein elektronischer Speicher (PROM oder RePROM) getreten. Die Ermittlung der Luft:Brennstoff-Wertepaare, die in diesen Speicher eingegeben werden müssen, ist jedoch noch immer gleich aufwendig und zeitraubend, weil alle Arbeitspunkte nacheinander angefahren, die Stellmotoren in Abhängigkeit von einer Abgasmessung nachgesteuert, die festgestellten Positionen der Stellmotoren ermittelt und aufgezeichnet werden müssen. Wegen dieses grossen Aufwandes war seither die Verwendung derartiger Verbundregler auf grössere Anlagen beschränkt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Verbundregler für Brenner in wärmeerzeugenden Anlagen, der von einem Mikroprozessor gesteuert wird, rasch und zuverlässig auf die jeweilige Anlage eingestellt werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch, dass zur Ermittlung und Einspeicherung der Luft:Brennsstoff-erte- paare bei der erstmaligen Inbetriebnahme oder einer Inspektion der Mikroprozessor durch einen mobilen Rechner ersetzt wird, der programmgesteuert den Arbeitsbereich des Brenners durchfährt, in Jedem Arbeitspunkt mittels einer Sonde den Abgas zu stand erfasst und durch Nachstellen das Luft:Brennstoff-Verhältnis auf den Soll wert bringt, worauf die in dieser Weise eingestellten Luft:Brennstoff-ertepaare ermittelt und in einen Speicher eingeschrieben werden. Durch die Methode, das Steuergerät durch einen Rechner zu ersetzen, der den Arbeitsbereich des Brenners durchfährt, die Stellmotoren in Abhängigkeit von den Abgaswerten nachstellt und die eingestellten Werte ermittelt und speichert, lässt sich ein derartiger Verbundregler mit einem Bruchteil des seither erforderlichen Zeitaufwandes sowohl erstmalig einstellen als auch in den vor geschriebenen Inspektionsintervallen überprüfen und nachstellen. Damit ist es auch erstmalig möglich geworden, derartige Verbundregler in mittleren Anlagen einsetzen zu können, bei denen der seither erforderliche Einstell- und Wartungsaufwand unwirtschaftlich gross war. Der Aufwand für den mobilen Rechner verteilt sich auf viele Anlagen und spielt daher keine besondere Rolle. Das Einschalten des Rechners anstelle des Mikroprozessors erfordert lediglicb das Auswechseln einiger Steckbindungen. Zusätzlich ist dann nur noch das Einsetzen einer Sonde in den Abgaskanal und das Anschliessen des Abgasmessgerätes, das mit dem Rechner verbunden ist, an die Sonde erforderlich. Da ein Anschlusspunkt für Abgassonden im Abgaskanal ohnedies vorgeschrieben ist und daher vorhanden ist, lässt sich eine Einstellung oder Inspektion eines derartigen Verbundreglers erfindungsgemäss mit einem Zeitaufwand vornehmen, wie er auch bei der Emmissionsschutzmessung auftritt wie sie Jeder Schornsteinfeger an Haushaltsheizanlagen durchführt. Auch erfordert die Durchführung des Verfahrens keine besonderen Vorkenntnisse sondern lässt sich innerhalb kurzer Zeit erlernen. Zur Ermittlung der Wertepaare könnten die Impulse der Steuerbefehle, die an die Stellmotoren geliefert werden, gezählt und summiert werden. Diese Methode ist jedoch relativ unsicher, weshalb gemäss einer bevorzugten Durch führungsform der Erfindung zur Ermittlung der Wertepaare die StellungRückmeldesignale von Luftklappe bzw. Brennstoffregelventil verwendet werden. Zur Ermittlung des Abgas zustandes wird vorzugsweise eine O2-Sonde verwendet; ebenso oder zusätzlich kann Jedoch auch eine 002 und/oder eine CO-Sonde verwendet werden. Die vom Rechner ermittelten Wertepaare könnten beispielsweise ausgedruckt und manuell in den Arbeitsspeicher des Betriebsmikroprozessors übertragen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dagegen dient zum Einlesen der ermittelten Luft:Brennstoff-Wertepaare in den Arbeitsspeicher des Betriebsmikroprozessors ein von dem Rechner gesteuertes Programmiergerät, an das der Arbeitsspeicher des Betriebsmikroprozessors angeschlossen wird. Dadurch lässt sich eine rasche und zuverlässige ffbertragung verwirklichen. Insbesondere wird dabei von dem Rechner noch ein Fehlercode ermittelt und mit eingegeben, der es gestattet, dass der Betriebsmikroprozessor bei der Abfrage der Werte aus dem Arbeitsspeicher eine Überprüfung auf Richtigkeit vornehmen kann. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird also ein programmgesteuerter Rechner verwendet, der zur Einstellung des Verbundreglers an die Stelle des Mikroprozessors tritt und der einen vollständigen Zyklus der Anlage durchfährt, wobei in Jedem Arbeitspunkt die Abgaswerte ermittelt werden und der Rechner in Abhängigkeit von den ermittelten Abgaswerten ein Wertepaar für die Stellglieder ermittelt. Entsprechend diesem ermittelten Wertepaar, bzw. einem ermittelten Korrekturwert werden die Stellglieder nachgestellt und es wird dann erneut mittels der Abgasmessung festgestellt, ob die gewünschte Abgaszusammensetzung erreicht ist. Ist dies nicht der Fall, erfolgt eine erneute Korrekturwertermittlung und Nachstellung der Stellmotoren, was von dem Rechner selbsttätig solange durchgeführt wird, bis der gewünschte Abgaszustand erreicht ist, worauf die tatsächlichen Stellungswerte der Stellmotoren abgefragt und gespeichert werden; dabei wird gleichzeitig noch der Fehlererkennungscode von dem Rechner selbsttätig ermittelt und zusammen mit dem Wertepaar gespeichert. Nach dem Durchführen dieser Ermittlungen und Speicherungen für sämtliche Arbeitspunkte des Brenners wird der Rechner wieder durch den Betriebsmikroprozessor ersetzt, der nunmehr entsprechend den Wärmebedarfsanforderungen die korrigierten Wertepaare aus dem Arbeitsspeicher abfragt und entsprechend die Stellglieder ansteuert. Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung im Zusammenhang mit den An sprüchen. Es zeigen in vereinfachter und schematisierter Darstellung unter Weglassung aller für das Verständnis nicht wesentlichen Einzelheiten: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Verbundreglers mit Betriebsmikroprozessor, Fig 2 das Blockschaltbild der Anlage bei durch den mobilen Rechner ersetzten Mikroprozessor, und Fig. 3 ein Teil-Blockschaltbild der Einspeicherung der ermittelten Werte in den Arbeitsspeicher des Betriebsmikroprozessors. Die in Fig. 1 dargestellte betriebs fertige Anlage eines Verbundreglers umfasst als zentrales Element einen Mikroprozessor 1 > an den Programmspeicher 2 und 3 unter Zwischenschaltung eines Vergleichers 4 und einer Torschaltung 5 angeschlossen sind. Im Vergleicher 4 werden die aus dem Programmspeicher abgerufenen Werte verglichen und bei Ubereinstimmung über die Torschaltung 5 an den Mikroprozessor 1 weitergegeben. Stimmen die Daten nicht überein, dann wird die Torschaltung 5 vom Vergleicher 4 geschlossen und löst einen Interrupt aus. Dadurch werden Fehisteuerungen vermieden. An den Mikroprozessor 1 ist ferner der Ausgang eines Analog-Digital-Wandlers 6 angeschlossen, der die analoge Wärmebedarfsmeldung oder Wärmele istungsanforderung in ein für den Mikroprozessor 1 geeignetes Digitalsignal umsetzt. Ausserdem ist an den Mikroprozessor 1 ein an sich bekannter Feuerungsautomat 7 angeschlossen, der seinerseits mit einem Sicherheitsventil, einem Elammen- wächter und dgl. zusammengeschaltet ist. Mit dem Mikroprozessor 1 ist ferner ein Arbeitsspeicher 8 verbunden, der Luft:Brennstoff-Wertepaare sowie einen Jedem Wertepaar zugeordneten Fehlercode enthält. Gemäss dem Programm und dem Signal vom Analog-Digital-Wandler 6 fragt der Mikroprozessor 1 ein Wertepaar aus dem Arbeitsspeicher ab und erzeugt hieraus einen Steuerbefehl, den er an einen angeschlossenen Umsetzer 9 bzw. 10 liefert, die ihrerseits Jeweils einen Stellmotor 11 bzw. 12 ansteuern, der eine Luftklappe 13 in einer Zuluftleitung 14 bzw. ein Brennstoffregelventil 15 in einer Brennstoffzuleitung 16 steuert. Uber nicht dargestellte Rückmelder wird über Leitungen 17 bzw. 18 die tatsächlich erreichte Position der Luftklappe 13 bzw. des Brennstoffregelventiles 15 an den Befehisumsetzer 9 bzw. 10 zurückgemeldet, der seinerseits einen entsprechendes Rückmeldesignal an den Mikroprozessor 1 liefert. Um innerhalb gewisser relativ enger Grenzen, die beispiels- weise durch atmosphärische Einflüsse gegeben sind, das Luft:Brennstoff-Verhältnis zu beeinflussen kann noch eine 02-Sonde vorgesehen sein, deren Ausgangssignal über einen Analog-Digital-Wandler 19 den Mikroprozessor 1 zugeführt wird, der daraufhin eine entsprechende geringfügige zulässige Anpassung der Luftklappe 13 oder des Brennstoffregelventiles 15 vornimmt. Während die Programmspeicher für Jede derartige Anlage im wesentlichen unverändert bleiben können, muss der Inhalt des Arbeitsspeichers für jede Anlage bei der erstmaligen Inbetriebnahme ebenso wie bei periodisch durchzuführenden Inspektionen neu ermittelt und eingegeben werden. Um diesen Arbeitsgang zu vereinfachen, zu beschleunigen und sicherer zu gestalten, wird bei einer Anlage gemäss Fig. 1 der Mikroprozessor 1, der den normalen Betrieb der Anlage steuert, ersetzt durch einen rechner 20 mit einem angeschlossenen Programmspeicher 21. An den Rechner 2u sind in gegeniiber dem Mikroprozessor 1 unveränderter Weise die Analog-Digital-Wandler 6 und 19, der J?euerungsautomat ? und die Befehlsumsetzer 9 und 10 angeschlossen. Ausserdem ist an den Rechner 20 noch ein Abgasmessgerät 22 angeschlossen, das Signale einer Abgassonde 23 in für den Rechner 20 geeignete Signalformen umwandelt. Die Abgassonde 23 ist in einem Abgaskanal 24 eingesetzt. Zum Umstellen der Anlage von Normalbetrieb gemäss Fig. 1 auf die Ermittlung der Luft:Brennstoff-Wertepaare genügt es also, den Mikroprozessor 1 auszustecken und den Rechner 20 einzustecken, die Abgassonde 23 einzubauen und die Verbindung von der Abgassonde 23 zum Abgasmessgerät 22 herzustellen. Zur Ermittlung der gesuchten Wertepaare wird nun durch entsprechende Eingabe in den Analog-Digital-Wandler 6 der gesamte Betriebsbereich abgefahren, wobei an Jedem Arbeitspunkt der Rechner in Abhängigkeit der vom Abgasmessgerät 22 erhaltenen Werte die Stellmotoren 11 und 12 solange nachfährt, bis die Abgassonde 23 den gewünschten Zustand des Abgases meldet. Die zu diesem Zeitpunkt anstehenden Signale auf den Leitungen 17 und 18 werden erfasst und gespeichert. Dabei wird im allgemeinen so vorgegangen, dass nicht die Luftklappe 13 und das Brennstoffregelventil nachgestellt werden, sondern es wird entsprechend dem Arbeitspunkt bzw. Wärmebedarf das Brennstoffregeiventil 15 auf einen entsprechenden Durchsatz eingestellt und es wird die Luftklappe 13 zur Einstellung der gewünschten Abgaszusammensetzung nachgestellt. Es kann auch umgekehrt verfahren werden, dassnämlich die Luftklappe eingestellt und das Brennstoffregelventil nachgefahren wird. Ist der gesamte Betriebsbereich durchfahren worden, dann wird an den Rechner 20 gemäss Fig. 3 ein handelsübliches Programmiergerät 25 angeschlossen, das die neuen Werte in den als RePROM ausgebildeten Arbeitsspeicher 8 eingibt. Zur Datensicherung wird vom Rechner 20 für Jedes Luft:Brennstoff-Wertepaar ein zusätzliches Codesignal ermittelt und mit in den Arbeitsspeicher 8 eingegeben. Anhand dieses Codewortes kann der Mikroprozessor 1 beim Betrieb der Anlage feststellen, ob die aus dem Arbeitsspeicher 8 abgerufenen Luft :Brennstoff-IJertepaare fehlerhaft sind.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Einstellung von Verbundreglern für Brenner in Wärmeerzeugungsanlagen, die in Stufen auf je nach Wärmebedarf unterschiedliche Heizleistungen und Brennstoffdurchsätze einstellbar sind, mit einem Luftregelventil (Luftklappe) für die Verbrennungs luft und einem Brennstoffregelventil, die beide durch Stellglieder, insbesondere Stellmotoren, einstellbar sind, die ihre Steuerbefehle von einem Steuergerät, insbesondere in Gestalt eines Mikroprozessors, er halten, das die Steuerbefehle in Abhängigkeit vom momentanen Wärmebedarf, von den Betriebssignalen eines Feuerungsautomaten und von gespeicherten Luft: Brennstoff-ertepaaren erzeugt, dadurch gekennzeich net, dass zur Ermittlung und Einspeicherung der Luft: : Brennstoff-Wertepaare bei der erstmaligen Inbetrieb nahme oder einer Inspektion der Anlage der Mikropro zessor (1) durch einen Rechner (20) ersetzt wird, der programmgesteuert den Arbeitsbereich des Brenners durchfährt, in jedem Arbeitspunkt mittels einer Sonde (23) den Abgaszustand erfasst lfld durch Nachstellen des Luft:Brennstoff-Verhältnisses den Abgaszustand auf den Sollwert bringt, worauf die in dieser Weise eingestellten Luft:Brennstoff -Jertepaare ermittelt ulld in einen Speictler-(8) eingeschrieben werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeiclmet, dass zur Ermittlung der Werte paare die Stellungsrück meldesignale (17 bzw. 18) von Luftklappe (13) bzw. Brennstoffregelventil (15) verwendet werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass der Abgaszustand mit einer 2- und/oder 002 und/oder CO-Sonde (23) ermittelt wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Wertepaare dem mobilen Rechner (20) die ermittelten Abgaswerte zuge führt werden und er hieraus die Korrekturbefehle für die Stellmotoren (11 bzw. 12) zum Einstellen von Luftklappe (13) bzw. Brennstoffregelventil (15) er mittelt und an diese weiterleitet. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einlesen der ermit telten Luft:Brennstoff-Wertepaare in den Arbeitsspei cher (8) des Mikroprozessors (1) ein von dem Rechner (20) gesteuertes Programmiergerät (25) dient, an das der Arbeitsspeicher (8) des Mikroprozessors (1) an geschlossen wird.

Inventors: DUNGS, KARL, MATTES, GERD
Applicants: KARL DUNGS GMBH & CO.
Application year: 1981
Main classification: F23N5
IPC codes: F23N5, F23N1