Vorrichtung zur Temperaturregelung/-begrenzung für eine Wärmeerzeugungsanlage

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperaturregelung/-begrenzung für eine Wärmeerzeugungsanlage und ein Verfahren zur Überprüfung der Funktion insbesondere der Temperaturregel-/begrenzungsfunktion für eine Wärmeerzeugungsanlage.

[0002] Die sicherheitstechnischen Anforderungen hinsichtlich Temperaturregel- und -begrenzungseinrichtungen sind beispielsweise in der Deutschen Norm DIN 3440 festgelegt. Für die Beschreibung der Erfindung wird auf die in dieser Norm verwendete Terminologie zurückgegriffen, ohne dass jedoch die Norm hier im Detail behandelt wird. Gemäss der unter Punkt 2.2 vorgenommenen Definition der Norm ist ein Sicherheitstemperaturwächter (STW) eine Einrichtung, bei der nach dem Ansprechen eine selbsttätige Rückstellung erfolgt, wenn die Fühlertemperatur um den Betrag der Schaltdifferenz unter den eingestellten Grenzwert abgesunken ist, wobei dieser zusätzlich den Anforderungen an die erweiterte Sicherheit nach Punkt 3.12 der Norm DIN 3440 unterliegt. Im Unterschied zum Sicherheitstemperaturwächter erfolgt bei einem Sicherheitstemperaturbegrenzer (STB) nach dem Ansprechen eine Verriegelung. Dabei ist eine Rückstellung von Hand oder mit einem Werkzeug in der Regel nur dann möglich, wenn die Fühlertemperatur um den Betrag der Schaltdifferenz unter den Grenzwert abgesunken ist.

[0003] Vorzugsweise werden die eingangs genannten STB bzw. STW zur Überwachung der Kesseltemperatur eines Heizkessels verwendet. Die Kesseltemperatur wird hierbei von wenigstens einem Temperaturfühler erfasst, der z.B. auf dem Kesselschaltfeld des Heizkessels zusammen mit dem Temperaturregler angeordnet sein kann. Der Temperaturregler vergleicht die erfasste Temperatur des Heizkessels mit einem vorgegebenen Sollwert und beeinflusst den Istwert der Temperatur im Sinne einer Angleichung an ihren Sollwert. Wenn beispielsweise die durch den Temperaturbegrenzer bzw. -wächter überwachte Temperaturgrenze erreicht wird oder ein Fehler, z.B. Fühlerbruch-, Fühlerkurzschluss, Ausfall eines Bauteils oder Netzausfall auftritt, so soll die Anlage abgeschaltet werden. Die durch das Ansprechen des STB bzw. STW ausgelöste Abschaltung der Anlage bewirkt im allgemeinen eine Unterbrechung der Energiezufuhr.

[0004] Hierzu wird in der Regel der Steuerkreis oder Lastkreis eines Feuerungsautomaten unterbrochen, der dann die Brennstoffzufuhr abriegelt. Im allgemeinen steuert der Feuerungsautomat den Startablauf des Brenners mit Vorlüften, Zünden und Flammenüberwachung. Bei Unregelmässigkeiten, wie z.B. einem Flammenausfall, verriegelt der Feuerungsautomat, d.h. er unterbricht die Brennstoffzufuhr. Der Feuerungsautomat muss dabei besonderen Sicherheitsvorschriften genügen. Stellvertretend hierfür wird beispielsweise auf die Norm DIN EN 298 verwiesen.

[0005] Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 297 24 551 U1 ist beispielsweise eine Regelanordnung für einen Brenner bekannt, bei der der zur Erfassung der Wassertemperatur im Heizkessel verwendete Temperaturfühler sowohl für die Temperaturregelung als auch für den Sicherheitstemperaturbegrenzer verwendet wird. Dadurch kann auf einen gesonderten Temperaturfühler für den Sicherheitstemperaturbegrenzer, wie dies bei den herkömmlichen Regelanordnungen der Falll ist, verzichtet werden.

[0006] In diesem Zusammenhang wurde bereits auch schon in der Europäischen Patentschrift EP 0 614 047 B1 vorgeschlagen, den Temperaturwächter, den Temperaturregler und den Feuerungsautomaten zu einer elektronischen Einrichtung zusammenzufassen. Dadurch dass die Funktion des Temperaturwächters mit integriert wird, erübrigt sich ein gesondertes Thermostat.

[0007] Die Integration des Feuerungsautomaten, Temperaturreglers und Temperaturwächters stellt hierbei eine kostengünstige Lösung dar, da der apparative Aufwand aufgrund der Integration reduziert werden kann.

[0008] Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass die Kombination des Brenners mit Feuerungsautomat und des Heizkesselschaltfeldes mit Temperaturregler und Temperaturwächter bekannt ist. Bei den bodenstehenden Heizkesseln stellt dies jedoch eine Ausnahme dar, da für die Kombination von Kessel/ Brenner auch Komponenten von Fremdherstellern eingesetzt werden. Für diese Komponenten wird zum Datenaustausch gemäss dem Stand der Technik eine genormte Schnittstelle (mit 4-/7-poligem Wieland-Stecker) verwendet. Diese sind für die 230 Volt-Versorgungs- und Steuerkreise vorgesehen.Diese ermöglichen jedoch nur eine sehr eingeschränkte Kommunikation zwischen den Komponenten.

[0009] Die Verwendung der genormten Schnittstelle (Wieland-Stecker) hat auch den Nachteil, dass wenn beispielsweise ein vom Feuerungsautomat an das Kesselschaltfeld übertragenes 230 Volt-Signal, welches vom Regler weiterverarbeitet werden soll, zusätzlich in ein entsprechendes Schutzkleinspannungssignal umgewandelt werden muss, da der Regler im allgemeinen mit Schutzkleinspannung betrieben wird.

[0010] Aus der EP 0 751 350 A2 ist es bekannt verschiedene Einheiten bei einer Regelvorrichtung für Heizkessel mittels eines Datenbuses zu verbinden, um entsprechende Daten zwischen den Einheiten der Anlage auszutauschen. Dies verbessert die Kapazität der Datenübertragung. Die Einheiten Sicherheitstemperaturbegrenzer, Temperaturregler und Feuerungsautomat sind jedoch hierbei separat ausgeführt. Dabei werden für den Feuerungsautomaten und für den Sicherheitstemperaturbegrenzer jeweils Bauelemente, wie Relais oder Mikroprozessoren eingesetzt, die gleiche oder ähnliche Aufgaben wahrnehmen.

[0011] EP 0 326 245 A2 offenbart ein "fuel burner control system", welches wenigstens einen "temperature responsive analog sensor" aufweist, dessen Signal über einen A/D converter von einem microcomputer verarbeitet wird. Der microcomputer ist Bestandteil der "fuel burner program module means", die über einen Datenbus mit einem "fuel burner" verbunden sind. Die "fuel burner program module means" weisen "sensor monitoring means" auf, die den Zustand der an die "fuel burner program module means" angeschlossenen Sensoren hinsichtlich Funktionsfehler, wie z. B. Fühlerbruch, Fühlerkurzschluss, etc. überwachen. Bei Auftreten eines Fehlers erfolgt eine Abschaltung der Wärmeerzeugungsanlage durch die "fuel burner program module means".

[0012] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung insbesondere zur Verwendung in einer Heizanlage vorzuschlagen, die unter Vermeidung der genannten Nachteile des Standes der Technik mit geringem apparativem Aufwand eine zuverlässige und genaue Temperaturregelung/-begrenzung ermöglicht, ohne dass sicherheitstechnische Aspekte vernachlässigt werden.

[0013] Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren vorzuschlagen, das eine zuverlässige und genaue Überprüfung der Funktion insbesondere einer Temperaturregel-/-begrenzungsfunktion insbesondere für eine Heizanlage ermöglicht.

[0014] Die genannte Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs und des unabhängigen Verfahrensanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der von diesen abhängigen Patentansprüche.

[0015] Die erfindungsgemässe Vorrichtung oder das erfindungsgemässe Verfahren kann für alle im Zusammenhang mit der Überwachung thermischer Prozesse sicherheitstechnisch relevanten Funktionen zur Anwendung gelangen, die sicherstellen, dass bei Auftreten einer Störung bzw.eines Fehlers die Anlage in einen betriebssicheren Zustand versetzt wird. Die erfindungsgemässe Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Sicherheitstemperaturbegrenzer bzw.-temperaturwächter (STB, STW) hinsichtlich der Funktionalität auf Feuerungsautomat und Regler verteilt wird. Die Komponenten des STB bzw. STW, die den Anforderungen einer erweiterten Sicherheit unterliegen, sind dabei vorzugsweise im Feuerungsautomaten vorgesehen. Die Komponenten die nicht den besonderen Anforderungen einer erweiterten Sicherheit unterliegen, sind vorzugsweise im Regler vorgesehen. Beispielsweise wird der Temperaturvergleich der gefühlten Ist-Temperatur des Kessels mit der maximal zulässigen Sicherheitstemperatur T_STB bei der der STB bzw. STW auslöst dem Feuerungsautomaten zugeordnet. Der Messfühler zur Erfassung der Ist- Kesseltemperatur wird vorzugsweise dem Regler zugeordnet. Die erfasste Ist-Temperatur wird in diesem Fall vom Regler über eine Kommunikationsschnittstelle an den Feuerungsautomaten übertragen. Die Kommunikationsschnittstelle kann beispielsweise als Datenbus (elektrisch-/ optische Lichtwellenleiter) oder als Funkverbindung ausgeführt werden. Der Feuerungsautomat überwacht dabei die Kesseltemperatur und schaltet bei Überschreiten der eingestellten Sicherheitstemperatur T_STB beispielsweise die Brennstoffventile des Brenners spannungslos, wodurch die Brennstoffzufuhr unterbrochen wird.

[0016] Durch die erfindungsgemässe Verteilung der Funktionalität des STB bzw. STW auf Regler und Feuerungsautomat kann der bisher übliche mechanische STB/STW als eigenständiges Gerät, welches die Kesseltemperatur erfasst, bewertet, überwacht und gegebenenfalls die Brennstoffzufuhr unterbricht, entfallen. Durch die Zusammenlegung der sicherheitsrelevanten Funktionen des STB bzw. STW im Feuerungsautomaten brauchen die für die Sicherheitsabschaltung und vorzugsweise auch die für die Verriegelung erforderlichen Bauelemente nur einmal vorgesehen werden. Dadurch kann der apparative Aufwand deutlich reduziert werden. Auch hat die Integration der sicherheitsrelevanten Funktionen des STB bzw. STW im Feuerungsautomaten den Vorteil, dass die bereits vorhandenen Sicherheitsstrukturen des Feuerungsautomaten in optimaler Art und Weise synergistisch genutzt werden können.
Selbstverständlich ist auch eine vollständige Integration von STB bzw. STW im Feuerungsautomaten möglich.

[0017] Dies hätte jedoch den Nachteil, dass in diesem Fall der Anschluss der Temperaturfühler an den Feuerungsautomaten erfolgen müsste, wodurch der standardisierte Feuerungsautomat mit zusätzlichen Anschlüssen für die Temperaturfühler belastet werden würde.

[0018] Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Messwerterfassung durch den Messfühler und die Weiterverarbeitung der Messwerte im Regler und die Übertragung der Messwerte vom Regler an den Feuerungsautomaten über eine Kommunikationsschnittstelle erfindungsgemäss vom Feuerungsautomaten getestet bzw. überprüft werden kann. Vorzugsweise wird zur Überprüfung der Temperaturregel-/-begrenzungsfunktion vom Feuerungsautomaten ein entsprechendes Testanforderungssignal an ein Fühler-/Testwert-Umschaltungsmodul übertragen, wodurch zwischen dem Messfühlerwiderstand und einem dazu korrespondierenden Referenzwiderstand umgeschaltet werden kann.

[0019] Vorzugsweise erfolgt die Übertragung der Fühler-/Testwerte zeitlich versetzt zueinander. Dabei müssen die Anforderungen an die Störsicherheit der Kommunikation beachtet werden. Vorzugsweise wird ein Datenbus verwendet, der eine CRC-Prüfung zur Feststellung von Datenübertragungsfehlern ermöglicht. Durch die Verwendung der erfindungsgemässen Datentelegramme sind keine besonderen Sicherheitsmassnahmen erforderlich.Beispielsweise kann zur Datenübertragung ein den sicherheitstechnischen Aspekten genügender Datenbus verwendet werden, wie dieser beispielsweise in der Druckschrift EP 0751 350 A2 beschrieben ist.

[0020] Wenn der Feuerungsautomat nach einer Störabschaltung einen verriegelten Zustand antrifft, kann mit der erfindungsgemässen Sicherheitsfunktion zur Entriegelung, die z.B. max. 5 Entriegelungen innerhalb einer bestimmten Zeit erlaubt, die Verriegelung durch einen über den Datenbus übertragenen Entriegelungsbefehl wieder aufgehoben werden. Der Entriegelungsbefehl kann hierbei von einem nicht sicherheitsrelevant ausgelegten Gerät, z.B. mittels eines tragbaren Gerätes vom Bediener, erzeugt werden. Um die Sicherheit der Datenkommunikation zu erhöhen, kann beim Feuerungsautomaten zusätzlich eine Filterung für die empfangenen Daten vorgesehen werden. Dadurch kann z.B. verhindert werden, dass der Brenner beispielsweise unbeabsichtigerweise ein-/ausgeschaltet wird.

[0021] Da der Regler gemäss der Erfindung in Übereinstimmung mit der eingangs genannten Norm nicht sicherheitsrelevant ausgelegt werden muss, sind keine speziellen Sicherheitsmassnahmen für den Regler notwendig. Jedoch erfolgt die Überprüfung der Fühler, des Reglers und der Kommunikationsschnittstelle erfindungungsgemäss durch den Feuerungsautomaten. Empfehlenswert ist dabei eine galvanische Trennung, die den Anforderungen für Schutzkleinspannung entspricht, da der Regler im Unterschied zum Feuerungsautomaten in der Regel mit Schutzkleinspannung betrieben wird. Dabei kann beim Regler oder beim Feuerungsautomaten die galvanische Trennung in Form von Optokopplern vorgesehen werden.

[0022] Weiterhin hat die Erfindung auch den Vorteil, dass weitere Prozesssignale zwischen Feuerungsautomat und Regler, beispielsweise die Brennstoffart, etc. über die Kommunikationsschnittstelle ausgetauscht werden können. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung.

[0023] Figur 1 zeigt schematisiert die erfindungsgemässe Anordnung mit elektronischem Sicherheitstemperaturbegrenzer in Verbindung mit Regler und Feuerungsautomat.

[0024] Figur 2 zeigt in einem Funktionsblockbild die bevorzugte Implementierung der Erfindung beispielsweise anhand der Temperaturregel-/-begrenzungsfunktion.

[0025] Figur 1 zeigt das Zusammenwirken von Feuerungsautomat (FA) und Regler mit einem auf Regler und FA verteiltem Sicherheitstemperaturbegrenzer (STB). Selbstverständlich kann anstelle des elektronischen STB auch die Funktion eines Sicherheitstemperaturwächters (STW) entsprechend implementiert werden. Der Messfühler Tk dient z.B. der Erfassung der Temperatur eines hier nicht dargestellten Heizkessels und ist an den Regler angeschlossen. Der Analog/Digital-Wandler des Reglers wandelt den analogen Messwert in einen digitalen Wert z.B. in einen Temperaturwert T um. Dieser wird vom Regler an den Feuerungsautomaten übertragen. Der Feuerungsautomat umfasst hierbei ein Sicherheitsmodul. Das Sicherheitsmodul bzw. STB-Modul überwacht hierbei z.B. die gefühlte Kesseltemperatur T und schaltet bei Überschreiten des im STB-Modul gespeicherten Referenzwertes (Sicherheitstemperatur T_STB) den hier nicht dargestellten Brenner ab.

[0026] Die Sicherheitstemperatur bzw. Auslösetemperatur T_STB kann beispielsweise bei der Inbetriebnahme der Anlage von einem Installateur über ein hier nicht dargestelltes Bediengerät eingestellt werden. Die Sicherheitstemperatur T_STB wird dabei an den Feuerungsautomaten übertragen und beispielsweise im STB-Modul sicherheitsrelevant abgespeichert. Die Sicherheitstemperatur T_STB wird vorzugsweise im gleichen Format wie die Kessel-Isttemperatur T an den Feuerungsautomaten übertragen.

[0027] Zur Überprüfung der korrekten Funktion der Messwerterfassung, des Reglers und der Kommunikationsschnittstelle führt das STB-Modul erfindungsgemäss einen entsprechenden Test durch. Beispielsweise wird der Messfühler und der Weg von der Fühleranschlussklemme einschliesslich der Weiterverarbeitung im Regler, z.B. Analog-/Digitalwandlung und auch die Übertragung des gewandelten Messwerts von dem Feuerungsautomat überprüft. Ausserdem wird geprüft, ob der Messwert T innerhalb des durch T_STB definierten zulässigen Bereichs liegt.

[0028] Bei der Kommunikation zwischen Regler und Feuerungsautomat sind die entsprechenden Anforderungen an die Störsicherheit der Datenübertragung zu beachten, damit die grundsätzliche Sicherheit gewährleistet ist und es nicht zu unnötigen Störabschaltungen kommt. Bei Ausfall des Fühlers oder Fehler im Regler oder bei Störung der Kommunikation erfolgt eine Sicherheitsabschaltung durch den Feuerungsautomaten und zwar solange bis die Störung bzw. der Fehler beseitigt ist. Auf die verschiedenen Modelle zur Behandlung der Fehler bzw. Störungen wird nachfolgend eingegangen.

[0029] Figur 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Implementierung des Verfahrens zur Überprüfung einer Temperaturregel-/-begrenzerfunktion, wobei die sicherheitsrelevanten Funktionen vom Feuerungsautomaten durchgeführt werden.

[0030] Der Regler 20 und der Feuerungsautomat 40 sind wie hier dargestellt über eine Kommunikationsschnittstelle (30) miteinander verbunden.

[0031] Als Komunikationsschnittstelle zwischen Regler und Feuerungsautomat kann z.B. ein Datenbus (elektrisch/optisch) oder auch eine drahtlose Funkverbindung eingesetzt werden. Ein Fühlerwert-/Testwert-Umschaltungsmodul 10 wird vorzugsweise vom Feuerungsautomaten durch ein Testanforderungssignal angesteuert.

[0032] Die Temperaturfühlerwiderstände 11 und 12 dienen z.B. zur Erfassung der Istwert-Temperatur eines hier nicht dargestellten Heizkessels. Die Referenzwiderstände 13 und 14 sind zu diesen über die Schalter 15 und 16 parallel geschaltet. Dadurch ist eine Umschaltung zwischen den Messfühlerwiderständen 11 und 12 und den Referenzwiderständen 13 und 14 möglich, wodurch die Fühlerwerte oder Referenz-/Testwerte erhalten werden. Selbstverständlich können die dem Fühlerwert-/Testwert-Umschaltungsmodul 10 zugeordneten Elemente 11 bis 16 entsprechend der Funktionalität teilweise oder auch vollständig im Regler 20 vorhanden sein.

[0033] Durch die zweifache Ausführung der Temperaturfühler, z.B. NTC- Fühler, kann beispielsweise die richtige Befestigung der Temperaturfühler oder ein Kurzschluss oder ein Fühlerbruch durch einen Vergleich der Temperaturfühlerwiderstände bzw. der Fühlerwerte erkannt werden. Diese redundante Ausführung der Temperaturfühler ist somit eine sinnvolle Sicherheitsmassnahme. Auch kann ein altersbedingtes Abdriften der Fühlerwerte durch einen Vergleich mit den dazu korrespondierenden Referenzwiderständen bzw. Referenzwerten festgestellt werden. Anstelle zweier separater Einzelfühler kann selbstverständlich auch ein Doppelfühler oder auch nur ein Temperaturfühler vorgesehen werden. In diesem Fall braucht dann nur ein Referenzwiderstand vorgesehen werden. Dabei muss sichergestellt werden, dass eine zuverlässige und sichere Fühlerplatzierung und Funktion des Fühlers gewährleistet ist. Dies gilt selbstverständlich auch für den Referenzfühler bzw. Referenzwiderstand.

[0034] Funktioniert die Referenzumschaltung nicht fehlerfrei oder tritt ein Kurzschluss oder Unterbruch bei einem Referenzwiderstand auf, so kann dies durch die Referenz-/Testwerte erkannt werden. Die Fühler-/Testwerte T1' und T2' bzw. T_{Test 1'} und T_{Test 2'} werden beispielsweise von einem Multiplexer 21 einem Analog-Digital-Wandler 22 zugeführt. Dabei können durch die Testwerte auch Fehler beim Multiplexen oder bei der Analog-Digital-Wandlung erkannt werden. Die gewandelten Temperaturwerte T1' und T2' als auch die gewandelten Testwerte T_{Test 1'} und T_{Test 2'} liegen beispielsweise in hexadezimaler Form vor und werden einem Schieberegister 23 zugeführt. Die in dem Register 23 zwischengespeicherten Fühler- und Testwerte werden dann vorzugsweise einem Linearisierungsmodul 24 zugeführt, welches z.B. über eine Software zur Linearisierung der Kennlinie verfügt.

[0035] Dabei können die z.B. in hexadezimaler Form im Register 23 vorliegenden Fühler-/Testwerte in eine für die Auswertung geeignete Form z.B. Integer-Werte überführt werden. Die durch die Linearisierung erhaltenen Fühler-/Testwerte T1, T2, T_Test1 und T_Test2 werden z. B. einem Schieberegister 25 zugeführt. Die Schieberegister weisen hierbei vorzugsweise eine Ringstruktur auf. Dadurch dass der letzte Wert bei der Zwischenspeicherung der Fühler-/Testwerte in den Schieberegistern verworfen wird, ist sichergestellt, dass sich die Reihenfolge der Fühler-/Testwerte in den entsprechenden Speicherzellen des Schieberegisters ändert.

[0036] Vorzugsweise wird ein Testanforderungssignal z.B. eine Testansteuersequenz, beispielsweise alle 10 Sekunden asynchron von einer Testanforderungseinheit (42) des Feuerungsautomaten an das Fühlerwert-/Testwert-Umschaltungungsmodul (10) übertragen. Die Testanforderungseinheit 42 kann selbstverständlich auch im Sicherheitsmodul 41 enthalten sein. Daraufhin wird von den Fühlerwiderständen auf die Referenzwiderstände umgeschaltet. Vom Feuerungsautomaten wird dann das innerhalb eines definierten Zeitintervalles empfangene Antwortsignal zur Überprüfung der Funktion hinsichtlich aufgetretener Fehler bzw. Störungen in der Anlage entsprechend ausgewertet. Beispielsweise kann auch die Asynchronität zwischen Fühler-/Testwerten vom Feuerungsautomaten ausgewertet werden.

[0037] Die Antwort auf die Testanforderung kann zusätzlich durch ein spezielles Attribut gekennzeichnet werden. Dadurch kann die Auswertung der Antwort durch den Feuerungsautomat erleichtert werden. Als Attribut zur Kennzeichnung der Antwort auf die Testanforderung kann beispielsweise eine aktuelle Zeitangabe verwendet werden. Alternativ könnte auch ein vom Regler generierter Zufallswert, der vom Feuerungsautomaten nachgeprüft wird, verwendet werden.

[0038] Vorzugsweise erfolgt die Übertragung der Fühler-/Testwerte z.B. nach einem Protokoll z.B. in Form eines Datentelegramms. Dafür kann z.B. ein entsprechender Sendebuffer 26 vorgesehen werden. Im Sendebuffer ist z.B. eines der vier Datentelegramme P₁ bis P₄ zur Übertragung an den Feuerungsautomaten vorgesehen. Die Telegramme P₁ und P₂ werden jeweils vorzugsweise periodisch, z.B. alle 5 Sekunden vom Regler selbsttätig an den Feuerungsautomaten übertragen.

[0039] Das Telegramm P1 umfasst z.B. die Fühlerwerte T1, T2 und den Testwert T_Test1.
Das Telegramm P₂ umfasst z.B. den Testwert T_Test2 und die Fühlerwerte T1 und den Fühlerwert T2. Die Telegramme P₃, P₄ können jeweils z.B. als Antwort auf die Testanforderung vorzugsweise asynchron zu den Telegrammen P₁ oder P₂ übertragen werden. Das Telegramm P₃ umfasst z.B. die beiden Testwerte T_Test1, T_Test2 und den Fühlerwert T1. Das Telegramm P₄ umfasst z.B. den Fühlerwert T2 und die beiden Testwerte T_Test1, T_Test2.

[0040] Der Feuerungsautomat (40) bzw. das Sicherheitsmodul (41) kann dann anhand der empfangenen Datentelegramme P₁, P₂, P₃ oder P₄ die Überprüfung der Temperaturregel-/-begrenzungsfunktion durchführen. Nachfolgend werden die verschiedenen Testfunktionen beschrieben. Der Feuerungsautomat testet zunächst die korrekte Reihenfolge der Telegramme P₁ bis P₄ Beispielsweise wird ein Neustart des Brenners verhindert, wenn nicht die richtige Testsequenz festgestellt wird.

[0041] Nachfolgend werden die im Funktionsblockbild dargestellten Testfunktionen beschrieben. Selbstverständlich kann für die Testfunktionen auch eine andere Reihenfolge als die hier dargestellte verwendet werden.

[0042] Die erste Testfunktion beinhaltet die Überprüfung der beiden Temperaturwerte T1 und T2, die zu diesem Zweck mit der Auslösetemperatur des Sicherheitstemperaturbegrenzers T_STB verglichen werden. Bei Erreichen bzw. Überschreiten von T_STB wird eine Störmeldung generiert und es erfolgt eine Abschaltung des Brenners durch den Feuerungsautomaten. Dabei erfolgt auch eine Verriegelung, falls gleichzeitig ein Einschaltbefehl vom Regler an den Feuerungsautomaten vorliegt.

[0043] Bei der zweiten Testfunktion werden die Fühlerwerte T1 und T2 jeweils mit einer maximal zulässigen Temperaturdifferenz T_diff verglichen. Wenn diese Temperaturdifferenz beispielsweise dauerhaft überschritten wird verriegelt der Feuerungsautomat den Brenner und generiert eine entsprechende Fehlermeldung. Bei einem kurzzeitigen bzw. einmaligen Überschreiten der Temperaturdifferenz kann auch nur eine Sicherheitsabschaltung erfolgen. Tritt das Überschreiten der zulässigen Temperaturdifferenz jedoch innerhalb einer bestimmten Zeit erneut oder auch mehrmals auf, so verriegelt der Feuerungsautomat den Brenner.

[0044] Die dritte Testfunktion beinhaltet einen Vergleich der z.B. von den Referenzwiderständen abgeleiteten Referenzwerte T_Ref1 und T_Ref2 mit den Testwerten T_Test1 und T_Test2.
Entspricht hierbei das Vergleichsergebnis z.B. nicht einem Erwartungswert, so schaltet der Feuerungsautomat den Brenner ab und es wird eine Fehlermeldung generiert. Bei Ausbleiben einer Antwort auf die Testanforderung kann z.B. ein Ausfall des Referenzwiderstandes oder des Reglers oder eine Kommunikationsstörung vorliegen. In diesem Fall kann z.B. nach einer Zeitverzögerung die Verriegelung des Brenners durch den Feuerungsautomaten erfolgen.

[0045] Die vierte Funktion umfasst z.B. einen Übertemperaturzähler zur Feststellung, ob bei ausgeschaltetem Brenner aufgrund eines Nachwärmeffektes die Sicherheitstemperatur T_STB nachträglich noch überschritten wird. Ist dies der Fall so wird ein entsprechender Zähler inkrementiert. Hat der Zählerstand Z_Aus beispielsweise einen vorgegebenen Wert Z_STB erreicht, so erfolgt eine Verriegelung.

[0046] Verriegelt der Feuerungsautomat bzw. das STB-Modul nach einer Störabschaltung den Brenner, so kann dieser durch einen Entriegelungsbefehl entriegelt werden. Der Entriegelungsbefehl kann hierbei auch von einem nicht sicherheitsgerichtet ausgelegten Bediengerät erzeugt werden. Dabei muss die fehlerfreie Datenübertragung des Entriegelungsbefehles über den Datenbus sichergestellt sein. Hierzu kann beispielsweise eine CRC-Fehlerprüfung erfolgen. Darüber hinaus müssen keine weiteren besonderen Sicherheitsmassnahmen bezüglich der Datenübertragung des Entriegelungsbefehles vorgesehen werden.

[0047] Im folgenden wird die Entriegelungsfunktion beschrieben. Wenn eine Störung des Feuerungsautomaten mit Verriegelung vorliegt, die als Störmeldung vom Feuerungsautomat auf den Datenbus abgegeben wurde und auf dem Bediengerät angezeigt wird, kann der Bediener beispielsweise ein zur Entriegelung vorgesehenes Menü am Bediengerät anwählen. Der Entriegelungsbefehl wird dann vom Bediener über das Bediengerät an den Datenbus gegeben. Daraufhin erfolgt dann die Entriegelung. Um Fehlbedienungen zu vermeiden wird die Entriegelungsfunktion vorzugsweise im Handshake-Verfahren durchgeführt. Beispielsweise kann das Bediengerät welches den Entriegelungsbefehl ausgelöst hat eine bestimmte Zeit abwarten, ob die Entriegelung erfolgreich durchgeführt worden ist.
Bleibt die Information, dass die Entriegelung erfolgreich war aus, so kann z.B. erst nach einer Zeitverzögerung ein erneuter Versuch zur Entriegelung zugelassen werden.

[0048] Hinsichtlich der Entriegelung können z.B. drei Entriegelungsklassen unterschieden werden. Die erste Klasse betrifft z.B. interne Fehler des Feuerungsautomaten, die nur nach Aufhebung einer Sperrung der Entriegelung zurückgesetzt werden können. Im Fall, dass die Entriegelung gesperrt ist kann z.B. nur über einen Netz-Ein-Ausschalter oder über eine spezielle Entriegelungstaste z.B. durch eine Entriegelungstaste des Kesselschaltfeldes mittels einer separaten Datenleitung die Sperrung aufgehoben werden. Die Sperrung als auch die Entriegelung kann durch eine entsprechende Anzeige dem Bediener kenntlich gemacht werden.

[0049] Die zweite Klasse betrifft z.B. Fehler in der Heizanlage, bei denen die STB-Funktion ausgelöst hat. Die Verriegelung kann hierbei vom Bediener mittels eines über den Datenbus gesendeten Entriegelungsbefehles z.B. nur einmal zurückgesetzt werden.

[0050] Die dritte Klasse betrifft sonstige Applikations-Fehler, die beispielsweise über ein Bediengerät zurückgesetzt werden können. Vorzugsweise wird hierzu eine Sicherheitsfunktion verwendet, die z.B. maximal 5 Entriegelungen innerhalb einer definierten Zeit erlaubt. Die Sicherheitsfunktion ist dabei nur bei einer Entriegelung über den Datenbus wirksam.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Temperaturregelung/-begrenzung für eine Wärmeerzeugungsanlage, welche wenigstens einen Messfühler (T_k) aufweist, der mit einem Regler (20) verbunden ist, der über eine Kommunikationsschnittstelle (30) mit einem Feuerungsautomaten (40) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuerungsautomat (40) ein Sicherheits-Modul (41) aufweist, welches die vom Messfühler erfasste Temperatur, die an den Regler weitergeleitet und von diesem über die Kommunikationsschnittstelle an den Feuerungsautomaten übertragen wird mit einer im Sicherheits-Modul (41) gespeicherten maximal zulässigen Sicherheitstemperatur (T_STB) vergleicht und dass das Sicherheits-Modul (41) bei Erreichen bzw. Überschreiten der Sicherheitstemperatur ein Abschaltsignal generiert, welches eine Abschaltung der Anlage durch den Feuerungsautomaten bewirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Messfühler (T_k) vorgesehen ist, der mit dem Regler (20) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fühlerwert-/Testwert-Umschaltungsmodul (10) vorgesehen ist, welches wenigstens einen Schalter (15, 16) aufweist, der einen Referenzwiderstand (13, 14) parallel zu dem Messfühlerwiderstand (11, 12) schaltet und dass die Umschaltung zwischen Temperaturfühlerwiderstand (11, 12) und Referenzwiderstand (13, 14) vom Feuerungsautomaten (40) gesteuert wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Testanforderungseinheit (42) des Feuerungsautomaten ein Testanforderungssignal an das Fühlerwert-/Testwert-Umschaltungsmodul (10) übertragen wird, wodurch wenigstens ein von dem Referenzwiderstand abgeleiteter Testwert (T_Test1, T_Test2) über die Kommunikationsschnittstelle an den Feuerungsautomaten (40) übertragen wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Messfühler-/Referenzwiderstand (11,12,13,14) abgeleitete Fühler-/Testwert vom Regler (20) weiterverarbeitet wird, bevor dieser über die Kommunikationsschnittstelle (30) an den Feuerungsautomaten (40) übertragen wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Weiterverarbeitung des Fühler-/Testwertes ein Multiplexer (21), ein Analog-Digital-Wandler (22), wenigstens ein Schieberegister (23, 25) und ein Linearisierungsmodul (24) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsschnittstelle (30) zur Verbindung des Reglers (20) mit dem Feuerungsautomaten (40) als Datenbus oder als Funkverbindung ausgeführt ist.

8. Verfahren zur Überprüfung der Funktion insbesondere der Temperaturregel-/begrenzungsfunktion für eine Wärmeerzeugungsanlage, die wenigstens einen Messfühler (T_k), einen Regler (20), eine Kommunikationsschnittstelle (30) sowie einen Feuerungsautomaten (40) umfasst, wobei die von wenigstens einem Messfühler abgeleiteten Messwerte (T1 ,T2) an den Regler zur Weiterverarbeitung weitergeleitet und über die Kommunikationsschnittstelle an den Feuerungsautomaten übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuerungsautomat die empfangenen Messwerte (T1,T2) mit einer maximal zulässigen Sicherheitstemperatur (T_STB) vergleicht und dass bei Erreichen bzw. Überschreiten der Sicherheitstemperatur (T_STB) ein Abschaltsignal generiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Funktionsüberprüfung der Messwerterfassung und/oder der Weiterverarbeitung der Messwerte und/oder der Übertragung der Messwerte vom Feuerungsautomaten ein Testanforderungssignal generiert wird und das innerhalb einer definierten Zeitdauer die Antwort auf die Testanforderung vom Feuerungsautomaten empfangen wird, die dann vom Feuerungsautomaten ausgewertet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antwort auf die Testanforderung mit einem speziellen Attribut versehen wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antwort auf das Testanforderungssignal Testwerte (T_Test1, T_Test2) umfasst,
die mit Referenzwerten (T_Ref1, T_Ref2) verglichen werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der Vergleich zwischen Referenz- und Testwerten nicht einem Erwartungswert entspricht eine Fehlermeldung generiert wird oder dass ein Ausbleiben der Antwort auf die Testanforderung einen Ausfall des Messfühlerwiderstandes/Referenzwiderstandes oder des Reglers oder eine Kommunikationsstörung anzeigt und in diesem Fall nach einer Zeitverzögerung die Verriegelung des Brenners durch den Feuerungsautomaten erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte (T1,T2) mit einer maximal zulässigen Temperaturdifferenz T_diff verglichen werden und dass wenn diese Temperaturdifferenz einmal überschritten wird eine Sicherheitsabschaltung durch den Feuerungsautomaten erfolgt und dass wenn die zulässige Temperaturdifferenz innerhalb einer bestimmten Zeit erneut überschritten wird der Feuerungsautomat den Brenner verriegelt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob nach Abschaltung des Brenners aufgrund eines Nachwärmeffektes die Sicherheitstemperatur (T_STB) überschritten wird und dass wenn dies der Fall ist, der Zählerstand (Z_Aus) eines Zählers inkrementiert wird und dass wenn der aktuelle Zählerstand (Z_Aus) einen vorgegebenen zulässigen Grenzwert (Z_STB) erreicht eine Verriegelung des Brenners durch den Feuerungsautomaten erfolgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entriegelung eine Sicherheitsfunktion verwendet wird, die eine maximale Anzahl von Entriegelungen innerhalb einer definierten Zeitdauer erlaubt, wobei diese Funktion nur bei einer Entriegelung über die Kommunikationsschnittstelle wirksam ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühler- und Testwerte als Datentelegramm periodisch und selbständig vom Regler an den Feuerungsautomaten übertragen werden oder asynchron als Antwort auf eine Anforderung des Feuerungsautomaten an diesen übertragen werden, wobei in beiden Fällen diese dann vom Feuerungsautomaten überprüft werden.

Claims

1. Apparatus for temperature regulation/limitation for a heat generating installation, which has at least one measurement sensor (T_k) which is connected to a regulator (20) which is connected via a communication interface (30) to an automatic heating system (40), characterized in that the automatic heating system (40) has a safety module (41) which compares the temperature which is detected by the measurement sensor, is passed on to the regulator and is transmitted from the regulator via the communication interface to the automatic heating system with a maximum permissible safe temperature (T_STB) which is stored in the safety module (41), and in that the safety module (41) generates a switch-off signal on reaching or exceeding the safe temperature, which switch-off signal causes the installation to be switched off by the automatic heating system.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that a further measurement sensor (T_k) is provided, and is connected to the regulator (20).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a sensor value/test value switching module (10) is provided, which has at least one switch (15, 16) which connects a reference resistance (13, 14) in parallel with the measurement sensor resistance (11, 12), and in that the switching between the temperature sensor resistance (11, 12) and the reference resistance (13, 14) is controlled by the automatic heating system (40).

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that a test requirement unit (42) for the automatic heating system transmits a test requirement signal to the sensor value/test value switching module (10), as a result of which at least one test value (T_Test1, T_Test2), which is derived from the reference resistance, is transmitted via the communication interface to the automatic heating system (40).

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the sensor/test value derived from the measurement sensor/reference resistance (11, 12, 13, 14) is processed further by the regulator (20) before it is transmitted via the communication interface (30) to the automatic heating system (40).

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that a multiplexer (21), an analog/digital converter (22), at least one shift register (23, 25) and a linearization module (24) are provided for further processing of the sensor/test value.

7. Apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the communication interface (30) for connection of the regulator (20) to the automatic heating system (40) is in the form of a data bus or a radio link.

8. Method for checking the operation in particular of the temperature regulation/limitation function for a heat generating installation, which has at least one measurement sensor (T_k), a regulator (20), a communication interface (30) and an automatic heating system (40) with the measurement values (T1, T2) which are derived from at least one measurement sensor being passed on to the regulator for further processing and being transmitted via the communication interface to the automatic heating system, characterized in that the automatic heating system compares the received measurement values (T1, T2) with a maximum permissible safe temperature (T_STB) and in that a switch-off signal is generated on reaching or exceeding the safe temperature (T_STB).

9. Method according to claim 8, characterized in that a test requirement signal is generated for functional checking of the measurement value recording and/or for further processing of the measurement values and/or for transmission of the measurement values from the automatic heating system, and in that the response to the test requirement is received by the automatic heating system within a defined time period and is then evaluated by the automatic heating system.

10. Method according to claim 9, characterized in that the response to the test requirement is provided with a specific attribute.

11. Method according to one of claims 9 or 10, characterized in that the response to the test requirement signal comprises test values (T_Test1, T_Test2) which are compared with reference values (T_Ref1, T_Ref2).

12. Method according to claim 11, characterized in that, if the comparison between the reference and the test values does not correspond to an expected value, a fault message is generated, or in that lack of the response to the test requirement indicates a failure of the measurement sensor resistance/reference resistance or of the regulator, or indicates a communication fault, and in this case the automatic heating system locks the burner after a time delay.

13. Method according to one of claims 8 to 12, characterized in that the measurement values (T1, T2) are compared with a maximum permissible temperature difference T_diff, and in that, once this temperature difference has been exceeded, a safety switch-off is carried out by the automatic heating system, and in that, if the permissible temperature difference is once again exceeded within a specific time, the automatic heating system locks the burner.

14. Method according to one of claims 8 to 13, characterized in that a check is carried out to determine whether the safe temperature (T_STB) is exceeded as a result of a subsequent heating effect after the burner has been switched off, and in that, if this is the case, the count (Z_off) of a counter is incremented, and in that the automatic heating system locks the burner when the current count (Z_off) reaches a predetermined maximum permissible limit value (Z_STB).

15. Method according to one of claims 8 to 14, characterized in that a safety function is used for unlocking, which allows a maximum number of unlocking operations within a defined time period, with this function being effective only for unlocking via the communication interface.

16. Method according to one of claims 8 to 15, characterized in that the sensor and test values are transmitted as a data message periodically and automatically from the regulator to the automatic heating system, or are transmitted asynchronously to the automatic heating system as a response to a requirement from the automatic heating system, with this then being checked by the automatic heating system in both cases.

Revendications

1. Dispositif de régulation/limitation de température pour une installation génératrice de chaleur, comprenant au moins une sonde de mesure (T_k) reliée à un régulateur (20) qui communique avec un automate à brûleur (40) par le biais d'une interface de communication (30), caractérisé en ce que l'automate à brûleur (40) comprend un module de sécurité (41) qui compare la température saisie par la sonde de mesure, laquelle température est transmise au régulateur et transmise de celui-ci à l'automate à brûleur par le biais de l'interface de communication, avec une température de sécurité maximale autorisée (T_STB) enregistrée dans le module de sécurité (41) et en ce que le module de sécurité (41) génère, en cas d'atteinte resp. de dépassement de la température de sécurité, un signal de mise hors service qui entraîne une mise hors service de l'installation par l'automate à brûleur.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une autre sonde de mesure (T_k) reliée au régulateur (20) est prévue.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on prévoit un module de commutation entre valeur de sonde/valeur de test (10) comprenant au moins un commutateur (15, 16) qui commute une résistance de référence (13, 14) en parallèle avec la résistance de sonde de mesure (11, 12) et en ce que la commutation entre la résistance de sonde de température (11, 12) et la résistance de référence (13, 14) est commandée par l'automate à brûleur (40).

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un signal de demande de test est transmis au module de commutation entre valeur de sonde/valeur de test (10) par une unité de demande de test (42) de l'automate à brûleur, grâce à quoi au moins une valeur de test (T_test1, T_test2) dérivée de la résistance de référence est transmise à l'automate à brûleur (40) par le biais de l'interface de communication.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la valeur de sonde/de test dérivée de la résistance de sonde de mesure/de référence (11, 12, 13, 14) est traitée par le régulateur (20) avant d'être transmise à l'automate à brûleur (40) par le biais de l'interface de communication (30).

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un multiplexeur (21), un convertisseur analogique/numérique (22), au moins un registre à décalage (23, 25) et un module de linéarisation (24) sont prévus pour le traitement de la valeur de sonde/de test.

7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'interface de communication (30) permettant de relier le régulateur (20) à l'automate à brûleur (40) est exécutée en tant que bus de données ou en tant que liaison radio.

8. Procédé de surveillance du fonctionnement, notamment de la fonction de régulation/limitation de température, pour une installation génératrice de chaleur comprenant au moins une sonde de mesure (T_k), un régulateur (20), une interface de communication (30) et un automate à brûleur (40), les valeurs de mesure (Tl, T2) dérivées d'au moins une sonde de mesure étant transmises au régulateur en vue de leur traitement et transmises à l'automate à brûleur par le biais de l'interface de communication, caractérisé en ce que l'automate à brûleur compare les valeurs de mesure (Tl, T2) reçues à une température de sécurité maximale autorisée (T_STB) et en ce qu'un signal de mise hors service est généré lorsque la température de sécurité (T_STB) est atteinte resp. dépassée.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un signal de demande de test est généré par l'automate à brûleur pour la surveillance du fonctionnement de la saisie des valeurs de mesure et/ou du traitement des valeurs de mesure et/ou de la transmission des valeurs de mesure et en ce que la réponse à la demande de test est reçue par l'automate à brûleur dans les limites d'une période de temps définie et est ensuite analysée par l'automate à brûleur.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la réponse à la demande de test est pourvue d'un attribut spécial.

11. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que la réponse au signal de demande de test comprend des valeurs de test (T_test1, T_test2) qui sont comparées à des valeurs de référence (T_ref1, T_ref2).

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'un message d'erreur est généré lorsque la comparaison entre les valeurs de référence et les valeurs de test ne correspond pas à une valeur attendue ou en ce qu'une absence de réponse à la demande de test indique une défaillance de la résistance de sonde de mesure/résistance de référence ou du régulateur ou une perturbation dans la communication et le verrouillage du brûleur par l'automate à brûleur intervient dans ce cas après un temps de retard.

13. Procédé selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que les valeurs de mesure (T1, T2) sont comparées à une différence de température maximale autorisée T_diff et en ce qu'une coupure de sécurité par l'automate à brûleur intervient lorsque cette différence de température est dépassée une fois et en ce que l'automate à brûleur verrouille le brûleur lorsque la différence de température autorisée est dépassée à nouveau dans une période déterminée.

14. Procédé selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que l'on contrôle si la température de sécurité (T_STB) est dépassée, après une coupure du brûleur, en raison d'un effet de chaleur résiduelle et en ce que, si tel est le cas, l'état du compteur (Z_aus) d'un compteur est incrémenté et en ce qu'un verrouillage du brûleur par l'automate à brûleur intervient lorsque l'état actuel du compteur (Z_aus) atteint une valeur limite autorisée prédéfinie (Z_STB).

15. Procédé selon l'une des revendications 8 à 14, caractérisé en ce que l'on utilise pour le déverrouillage une fonction de sécurité qui permet un nombre maximum de déverrouillages dans une période de temps définie, cette fonction n'étant active que dans le cas d'un déverrouillage par le biais de l'interface de communication.

16. Procédé selon l'une des revendications 8 à 15, caractérisé en ce que les valeurs de sonde et de test sont transmises du régulateur à l'automate à brûleur de manière périodique et autonome en tant que télégramme de données ou transmises à l'automate à brûleur de manière asynchrone en tant que réponse à une demande de celui-ci, ces valeurs étant contrôlées par l'automate à brûleur dans les deux cas.

Zeichnung