Die Erfindung betrifft eine Gerätesteuerung für elektrische Geräte,
insbesondere Wärmespeicher, mit einer Basisbaugruppe, die einen Mikrocontroller
mit Speicher und Flagregister umfasst und aus Eingangsdaten, wie Zeitdaten oder
Temperaturdaten, Daten berechnet und Ausgangsdaten zur Steuerung von Peripherieaggregaten,
wie Heizkörper und Lüfter, erzeugt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gerätesteuerung der eingangs genannten
Art anzugeben, mit der es bei hoher Flexibilität möglich ist, Funktionen zu ändern
oder zu ergänzen.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Eingangsdaten, die berechneten Daten und die Ausgangsdaten sind
durch Setzen oder Nichtsetzen der betreffenden Flags über ein im Bedarfsfall einzusteckendes
und für den jeweiligen Bedarfsfall ausgelegtes Zusatzmodul zu beeinflussen. Hierfür
muss weder die vorhandene Hardware noch die gegebene Software der Gerätesteuerung
geändert werden.
Beispielsweise kann bei einem Wärmespeicher die Art der Raumtemperaturmessung
und/oder die Aufladesteuerung beeinflusst werden. Bei der Raumtemperaturmessung
gibt es die Möglichkeit, einen geräteinternen Raumtemperaturfühler oder einen an
einer Wand des zu beheizenden Raumes angebrachten, externen Raumtemperaturfühler
zu verwenden. Bei der Verwendung des geräteinternen Raumtemperaturfühlers muss der
zu verarbeitende Raumtemperaturwert nach einer anderen Formel berechnet werden als
bei der Verwendung eines externen Raumtemperaturfühlers. Dies wird durch ein entsprechendes
Zusatzmodul ausgelöst.
Bei der Steuerung der Aufladung berechnet im Normalfall ein Laderegler
den Soll-Wärmeinhalt des Wärmespeichers außentemperaturabhängig. Durch ein entsprechendes
Zusatzmodul kann dies in der Weise geändert werden, dass die Aufladung raumtemperaturabhängig
erfolgt.
Mittels der beschriebenen Speicherorganisation mit Zugriffsteuerung
lassen sich beliebige weitere Funktionen gestalten. Beispielsweise kann die Endprüfung
des gefertigten Geräts durch ein speziell die Endprüfung unterstützendes Zusatzmodul
oder Computer zeitlich verkürzt werden. Dabei werden Eingangsdaten und/oder berechnete
Daten und/oder Ausgangsdaten über die zugehörigen Flags gezielt eingegeben, berechnet
und/oder ausgegeben, so dass die Reaktion des Geräts sofort kontrollierbar ist.
Es ist auch möglich, einen Selbsttest durchzuführen. Hierfür wird
das Gerät an einen als Zusatzmodul zu betrachtenden Computer angeschlossen. Dessen
Software setzt dann entsprechende Flags und Daten, wodurch das Gerät in einer vom
Normalbetrieb abweichenden Funktionsweise arbeitet. Kundendienstpersonal erhält
dadurch die Möglichkeit, das Gerät am Installationsort zu prüfen, ohne die Funktionen
im einzelnen kennen zu müssen.
Der Einsatz der beschriebenen Speicherorganisation mit gezielter Zugriffsteuerung
ist nicht auf Wärmespeicherheizgeräte beschränkt. Er ist beispielsweise auch bei
Gasheizgeräten, Solaranlagen, Windkraftanlagen, Waschmaschinen, Wäschetrocknern,
Spülmaschinen oder anderen elektrischen Geräten möglich.
Ausführungsbeispiele sind im folgenden beschrieben. In der Zeichnung
zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Steuerung
eines Wärmespeicherheizgeräts mit Basisbaugruppe und Zusatzmodul,
2 ein Schema einer Zugriffsteuerung,
3a ein Funktionsschema für die Verarbeitung
der Raumtemperatur mit einem internen Raumtemperaturfühler,
3b ein entsprechendes Funktionsschema
für eine Verarbeitung der Raumtemperatur mit einem externen Raumtemperaturfühler,
4a ein Funktionsschema für die Aufladesteuerung
eines Wärmespeicherheizgeräts bei einer Steuerung durch die Basisbaugruppe
und
4b ein entsprechendes Funktionsschema
für die Aufladesteuerung bei einer Steuerung durch das Zusatzmodul.
Eine Gerätesteuerung eines Wärmespeicherheizgeräts mit Heizkörpern
in einem Speicherkern und einem Entladelüfter arbeitet mit einer Basisbaugruppe
1, die einen Mikrocontroller 2 mit Funktionsblöcken
2', Speicher 3 und Flagregister 4 umfasst.
Die Basisbaugruppe 1 weist beispielsweise auf:
Anschlüsse 5 für die Netzspannung,
Eingänge 6 für Eingangsdaten, beispielsweise für eine Temperaturabsenkung
FP und einen Lastabwurf FPG,
Ausgänge 7 zur Steuerung des Lüfters LE und eines zweiten Wärmespeichers
ZS,
Eingänge 8 für einen externen oder internen Raumtemperaturfühler RT und
einen Kerntemperaturfühler KT,
Ausgänge 9 zur Steuerung der Heizkörper (vgl. 1).
Die Funktionen der Basisbaugruppe 1 sind durch ein entsprechendes
Zusatzmodul 10, das einen eigenen Mikrocontroller aufweisen kann, frei
veränderbar. Das Zusatzmodul 10 ist mit der Basisbaugruppe 1 über
eine Schnittstelle 11 verbunden. Über die Schnittstelle 11 lassen
sich die oben genannten Signale LE, FP, FPG, ZS und die Signale MOSI (master out
slave in), MISO (master in slave out), SCK (serial clock) übertragen. Die Schnittstelle
11 ist beispielsweise eine dreiadrige SPI-Schnittstelle (synchron peripheral
interface).
Mittels des Zusatzmoduls 10 lassen sich zahlreiche Funktionen
initialisieren, für die die Basisbaugruppe an sich von vornherein nicht ausgelegt
ist. Diese Funktions-Flexibilität wird durch eine spezielle Art der Speicherverwaltung
und des Speicherzugriffs realisiert.
Grundsätzlich gibt es drei verschiedene Arten von Daten, nämlich Eingangsdaten,
die beispielsweise aus A/D-Wandlern aus Messungen oder Ähnlichem stammen, berechnete
Daten, die aus Ausgangsdaten über eine bestimmte Rechenvorschrift im Funktionsblock
2' ermittelt werden, und Ausgangsdaten, die vom Mikrocontroller an seine
Peripherie, beispielsweise zur Steuerung der Heizkörper und des Lüfters, ausgegeben
werden. Um die Funktion des Mikrocontrollers 2 frei beeinflussen zu können,
sind alle Arten von Daten manipulierbar. Hierfür ist der Speicher 3 –
sowohl RAM als auch EEPROM – in mehrere Bereiche aufgeteilt, wobei jeder Variablen
im Datenbereich (RAM) ein Flag im Flagbereich bzw. Flagregister 4 (EEPROM)
zugeordnet ist. Je nach Zustand des Flags kann der Mikrocontroller 2 die
zugehörige Variable (Eingangsdaten, berechnete Daten, Ausgangsdaten) speichern oder
nicht speichern oder ändern. Die Bereiche können vom Zusatzmodul 10, das
ein über die Schnittstelle 11 angeschlossener PC oder externer Controller
sein kann, gelesen und beschrieben werden.
2 zeigt ein Beispiel einer solchen Zugriffsteuerung
schematisch. Die Adressen Adr.x, Adr.y und Adr.z sind beliebige Adressen in einem
beliebigen Speicherbereich. Beispielsweise können die Adressen x und y Adressen
der Variablen 1 und der Variablen 2 im Bereich der Eingangsdaten sein.
Die Adresse z kann eine Adresse im Bereich der Ausgangsdaten sein. Mit den Variablen
1, 2 und 3 korrespondieren die Flags 1,
2 und 3 gleicher Adresse, jedoch nicht im RAM, sondern im EEPROM.
Ist beispielsweise die Variable 1 mit der Adresse x die Raumtemperatur
und die Variable 2 mit der Adresse y der Drehwinkel eines Raumtemperatur-Einstellers,
dann berechnet hieraus der Funktionsblock 2' die Lüfterdrehzahl. Diese
wird als Variable 3 unter der Adresse z gespeichert, wenn das Flag
3 unter der Adresse z = 0 ist. Im anderen Fall wird die berechnete Variable
3 nicht gespeichert.
Um nicht nur das Berechnen von neuen Werten von außen, beispielsweise
bei der Werksprüfung, zu kontrollieren, sondern auch das zeitliche Verhalten des
Geräts beeinflussen zu können, ist die Software in drei Funktionen aufgeteilt. Für
jede Datenart gibt es eine Funktion für Einlesen, Berechnen und Ausgeben. Auch für
diese Funktionen steht jeweils ein entsprechendes Flag zur Verfügung. Ist das entsprechende
Flag gesetzt, wird die Funktion ausgeführt – andernfalls nicht. Dadurch kann
von außen vorgegeben werden, wann welche Funktionen mit welchen Daten ausgeführt
werden.
3a und 3b
ist ein Beispiel für eine Verarbeitung der Raumtemperatur. Es sind drei Variable
bzw. "Objekte", nämlich RT intern (vgl. 3a) bzw. RT
extern (vgl. 3b) und AD unverstärkt sowie AD verstärkt
vorgesehen. Durch "AD unverstärkt" und "AD verstärkt" wird berücksichtigt, dass
bei der Raumtemperaturregelung in einem begrenzten Temperaturbereich erhöhte Anforderungen
an die Genauigkeit bestehen. Beispielsweise erstreckt sich der gesamte Temperaturbereich
über 4°C bis 35°C, wobei im Bereich von 15°C bis 25°C erhöhte Genauigkeit
der Anforderungen bestehen. Um die Temperatur im Bereich zwischen 15°C und 25°C
besonders genau zu ermitteln, wird das Signal des Raumtemperaturfühlers RT-Sensor
verstärkt, d.h. "AD verstärkt". Das Zusatzmodul 10 sorgt dabei durch passendes
Setzen der betreffenden Flags dafür, dass im Temperaturbereich zwischen 15°C
und 25°C das verstärkte Fühlersignal und im übrigen Temperaturbereich das unverstärkte
Fühlersignal verwendet wird.
Beim Beispiel der 3a wird mit einem internen
Raumtemperaturfühler, d.h. einem Sensor gearbeitet, der in dem Wärmespeicherheizgerät
eingebaut ist, wogegen im Fall der 3b mit einem externen
Raumtemperaturfühler gearbeitet wird, also einem Raumtemperaturfühler, der beispielsweise
an einer Wand des zu beheizenden Raumes angebracht ist. In den beiden Fällen muss
im Funktionsblock 2' der zu verarbeitende Wert des Raumtemperatursignals
nach einer anderen Formel berechnet werden.
Ein Adapter 12, der Teil des Zusatzmoduls 10 sein
kann, gibt der Gerätesteuerung zu erkennen, dass ein externer Raumtemperaturfühler
angeschlossen ist. Dementsprechend wird in der Variablen "RT extern" der betreffende
Wert zur Weiterverarbeitung gespeichert.
Die Beispiele nach den 4a und
4b befassen sich mit der Aufladung des Speicherkerns
des Wärmespeichers. 4a betrifft den Fall der Steuerung
der Aufladung durch die Basisbaugruppe 1. Es sind sieben Variable, d.h. "Objekte"
vorgesehen, nämlich:
ED für die Einschaltdauer,
Q-Soll für den Ladesollwert,
Q-Ist für den Ladeistwert,
HK1/aus für die Heizkörperschaltung,
Relais 1/aus für die Ansteuerung des Relais des 1. Heizkörpers,
Relais 2/ein/aus für das Schalten des Relais des 2. Heizkörpers und
Relais 3/ein/aus für das Schalten des Relais des 3. Heizkörpers.
Diesen sieben mit 4 bis 10 bezeichneten Objekten
sind sieben, ebenfalls mit 4 bis 10 bezeichnete Flags zugeordnet.
Zur Berechnung der Werte für ED, Q-Soll und Q-Ist sind die Funktionsblöcke ED-Berechnung,
Q-Soll-Berechnung, Q-Ist-Berechnung vorgesehen, die über die Flags 4 bzw.
5 bzw. 6 initiierbar sind. Am Funktionsblock für die ED-Berechnung
liegt das ED-Signal. Am Funktionsblock für die Q-Soll-Berechnung liegt die Variable
ED sowie ein Abschwächersignal, wie Flag 5. Am Funktionsblock für die Q-Ist-Berechnung
liegt der Kerntemperatursensor und Flag 6. Die Variablen Q-Soll und Q-Ist
beeinflussen den Funktionsblock "Regler", welchem Flag 7 zugeordnet ist.
Mit der vom "Regler" ermittelten Variablen erfolgt in einem weiteren Funktionsblock
"Relaisansteuerung" das Schalten der Relais der drei Heizkörper, wobei der Relaisansteuerung
die Flags 8, 9, 10 zugeordnet sind.
Beim Beispiel der 4a erfolgt in üblicher
Weise die Berechnung des Soll-Wärmeinhalts Soll des Speicherheizgeräts in Abhängigkeit
von der Außentemperatur.
Ist jedoch eine raumtemperaturgeführte Aufladung gewünscht, dann wird
ein Zusatzmodul 10 an die Schnittstelle 11 gesteckt. Dieses Zusatzmodul
10 gibt dann den Soll-Wärmeinhalt Q-Soll des Wärmespeichers vor. Dies ist
in 4b gezeigt. Dort ist das Flag 5, das im
Fall der 4a den berechneten Q-Soll-Wert setzt, nicht
gesetzt. Das gesteckte Zusatzmodul 10 führt zum Setzen des Flags
5 und weist der Variablen Q-Soll einen anderen Wert zu, beispielsweise
einen von der Raumtemperatur geführten Ladewert, was in 4b
durch Schraffieren der Variablen 5 "Q-Soll" und des Flags 5 sowie
den vom Zusatzmodul 10 kommenden Funktionspfeil dargestellt ist.
In ähnlicher Weise können durch ein Zusatzmodul 10 auch die
anderen Variablen bzw. Daten beeinflusst werden. Es ist beispielsweise auch möglich,
die zu den 3a, 3b
und 4b beschriebenen Funktionen in einem
einzigen Zusatzmodul zu integrieren.
