DE4416798A1 - Electronic control and safety device for through-flow water heater - Google Patents
Electronic control and safety device for through-flow water heaterInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuer- und Sicher heitseinrichtung zum Betrieb der Leistungsendstufe eines elektrischen Durchlauferhitzers, umfassend Steuermittel zum Überwachen und Einstellen der Wasser-Auslauftemperatur durch Steuerung der Leistungszufuhr zu Heizelementen sowie eine Schutzschaltung.The invention relates to an electronic control and security unit for operating the power output stage of a electric water heater, comprising control means for Monitor and adjust the water outlet temperature Control of the power supply to heating elements and a Protection circuit.
Bei Durchlauferhitzern, die Blankwiderstandheizelemente um fassen, ist es notwendig und vorgeschrieben, eine Schutzein richtung vorzusehen. In herkömmlichen elektrischen Durchlauf erhitzern sind Steuer- und Schutzeinrichtungen voneinander unabhängige separate Einheiten. Eine bekannte Schutzeinrich tung dieser Art ist ausschließlich als mechanische Schutz schaltung ausgebildet. Eine solche, zumeist Sicherheitstempe raturbegrenzer genannte Schutzschaltung umfaßt einen Fühler zum Messen der Wassertemperatur oder des Wasserdrucks im Durchlauferhitzer. Bei Feststellen einer Übertemperatur bzw. eines Überdrucks wird ein mechanischer Schaltmechanismus be tätigt, der die Leistungszufuhr an Heizelemente abschaltet. Die Leistungszufuhr bleibt solange abgeschaltet, bis eine sich hinter dem Gehäuse befindliche Reset-Taste von Hand oder mit einem Werkzeug betätigt und die mechanische Schaltung da bei zurückgesetzt wird.For instantaneous water heaters, the blank resistance heating elements around grasp, it is necessary and prescribed a protective guard direction. In conventional electrical run Control and protection devices are heated from each other independent separate units. A well-known protective device device of this type is only for mechanical protection circuit trained. Such a, mostly security temp Protection circuit called raturbegrenzer includes a sensor for measuring the water temperature or water pressure in the Instantaneous water heater. If an overtemperature or an overpressure will be a mechanical switching mechanism that shuts off the power supply to the heating elements. The power supply remains switched off until one manual reset button behind the housing or operated with a tool and the mechanical circuit there at is reset.
Solche mechanischen Schaltungen sind aber teuer herzustellen und haben im Fehlerfall aufgrund ihrer Unempfindlichkeit ge genüber kleinen Zustandsänderungen lange Reaktions- oder An sprechzeiten. Insbesondere wird bei den auf Druck ansprechen den mechanischen Schutzschaltungen ein solch hoher Druck zum Auslösen des Schaltvorgangs benötigt, so daß die Verwendung Kunstoffrohren anstelle teuerer Kupferrohre nicht möglich ist. Außerdem ist das Auftreten eines Fehlers in dem Fühler oder dem mechanischen Schaltmechanismus nicht feststellbar, so daß eine Gefährdung des Benutzers im Fall eines solchen Defekts nicht auszuschließen ist. Schließlich überwacht der mechanische Sicherheitstemperaturbegrenzer den korrekten Be trieb der Temperaturregelung nur indirekt, indem er aus schließlich Defekte, die zu Übertemperatur bzw. Überdruck führen, feststellt. Fehler, die zu einem anderen Ergebnis führen, wie z. B. zu einer zu niedrigen Temperatur, bleiben unbeachtet.However, such mechanical circuits are expensive to manufacture and in the event of a fault due to their insensitivity Long reaction or on compared to small changes in state office hours. In particular, will respond to pressure the mechanical protection circuits such a high pressure to Triggers the switching process, so the use Plastic pipes are not possible instead of expensive copper pipes is. There is also an error in the sensor or the mechanical switching mechanism cannot be determined, so that a hazard to the user in the event of such Defect cannot be excluded. Finally, the mechanical safety temperature limiter the correct Be drove the temperature control only indirectly by turning it off finally defects that lead to overtemperature or overpressure lead, notes. Errors that lead to a different result lead, such as B. at too low a temperature disregarded.
Ein elektronischer Sicherheitstemperaturbegrenzer, der die geschilderten Nachteile eines mechanischen Sicherheitstempe raturbegrenzers zum Teil beseitigt, ist aus DE-OS-35 32 229 bekannt. Dieser Temperaturbegrenzer umfaßt einen selbstüber wachenden Regler, der aufgrund eines durch einen Temperatur fühler ermittelten Istwerts und eines variablen Sollwerts ein variables Steuersignal erzeugt. Das Steuersignal steuert zwei Relais, die in einem Spannungskreis mit dem Steuergerät eines Wärmeerzeugers in Reihe geschaltet sind. Beim Überschreiten der Solltemperatur oder bei Kurzschluß des Temperaturfühlers wird ein konstantes Steuersignal erzeugt, das wenigstens ein Relais umschaltet.An electronic safety temperature limiter, which the Disadvantages of a mechanical safety tempe described raturbegrenzers partially eliminated, is from DE-OS-35 32 229th known. This temperature limiter includes a self over waking regulator, due to a temperature sensor-determined actual value and a variable setpoint variable control signal generated. The control signal controls two Relays in a voltage circuit with the control unit of a Heat generator are connected in series. When crossing the target temperature or in the event of a short circuit in the temperature sensor a constant control signal is generated which is at least one Relay switches.
Durch die Verwendung eines variablen Steuersignals ist die korrekte Funktionsweise einigermaßen gesichert, da das Auf treten der meisten Komponentenfehler zum Erzeugen eines kon stanten Steuersignals führt. Allerdings ist der Ablauf der Temperaturreglung bzw. -steuerung nicht berücksichtigt. Aus serdem ist die Schaltungsanordnung kompliziert und zur Ver wendung mit einer Temperatur-Steuereinrichtung in insbesonde re kleinbauenden Durchlauferhitzern nicht geeignet, da das Gesamtsystem zur Ausführung gleichartiger Funktionen mehrere verschiedene, selbsständig vorzusehende Schaltungsteile um faßt und damit komplex und kostenaufwendig ist.By using a variable control signal, the correct functioning reasonably ensured, since the Auf most component failures occur to generate a con constant control signal leads. However, the process is the Temperature regulation or control not taken into account. Off serdem the circuitry is complicated and Ver application with a temperature control device in particular re small-scale instantaneous water heaters are not suitable, because that Complete system for performing similar functions several various circuit parts to be provided independently summarizes and is therefore complex and costly.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Steuer- und Schutzeinrichtung für einen Durchlauferhitzer zu schaffen, die einfach aufgebaut ist, die die Anordnung gleichartiger, herkömmlich mehrfach vorzusehender Funktions gruppen vermeiden soll und in der Funktionen sowohl der Tem peratursteuerung als auch der Schutzschaltung mit einer hin sichtlich der Schaltungs- und Bauteilezahl optimal reduzier ten Schaltung realiziert werden.The invention is based on the object, a Control and protection device for a water heater too create that is simply constructed which is the arrangement similar, conventionally multiple functions should avoid groups and in the functions of both the tem temperature control as well as the protection circuit with one visibly reduce the number of circuits and components circuit can be realized.
Diese Aufgabe wird bei einer Steuer- und Schutzschaltung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuermittel selbstüberwachend ausgebildet sind, wobei sie die Leistungszufuhr zu den Heizelementen durch Ansteuern mindestens eines an die Heizelemente geschalteten ersten Schaltmittels steuern, die Steuermittel ein Freigabesignal erzeugen und mit diesem einen Eingang der Schutzschaltung über Isolationsmittel beaufschlagen, und die Schutzschaltung die Leistungszufuhr zu den Heizelementen durch Ansteuern min destens eines zweiten in Reihe mit den Heizelementen ge schalteten Schaltmittels steuert, wobei das zweite Schaltmit tel nur bei Beaufschlagung der Schutzschaltung mit dem Frei gabesignal zum Freigeben der Leistungszufuhr zu den Heizele menten mittels der Schutzschaltung angesteuert wird.This task is carried out in a control and protection circuit initially mentioned type solved according to the invention in that the control means are self-monitoring, wherein they control the power supply to the heating elements at least one first connected to the heating elements Switch means control, the control means an enable signal generate and with this an input of the protective circuit act on insulation means, and the protective circuit the power supply to the heating elements by controlling min least a second in series with the heating elements switched switching means controls, the second switching with tel only when the protective circuit is exposed to the free signal to release the power supply to the Heizele elements is controlled by the protective circuit.
Damit wird ein voll integriertes System erreicht, in dem die Regelung der Temperatur und die Sicherheitsfunktionen kombi niert sind, aber das Abschalten der Leistungsendstufe im Fall einer Störung durch eine separate Einheit, nämlich die Schutzschaltung, bewirkt wird. Dabei sind die Steuermittel schaltung und die Schutzschaltung voneinander galvanisch bzw. elektrisch isoliert, so daß Rückwirkungen bzw. unbeabsich tigte Wirkungen zwischen beiden Schaltungen vermieden sind. Nur die Steuermittel sind zum Erzeugen des Freigabesignals vorgesehen. D.h., daß allein die Steuermittel die Systempara meter sowie Bedienungs- und Betriebszustände messen und ana lysieren. Beim Ausfall der Steuerung fällt auch das Freigabe signal aus, was unmittelbar das Wirken der Schutzschaltung zum Abschalten der Leistungsendstufe für die Heizelemente zur Folge hat.This creates a fully integrated system in which the Regulation of the temperature and the safety functions comb are niert, but switching off the power stage in the case a disruption from a separate unit, namely the Protection circuit. Here are the tax resources circuit and the protective circuit from each other galvanically or electrically isolated so that repercussions or unintended effects between the two circuits are avoided. Only the control means are for generating the release signal intended. This means that only the control means the system para Measure meters as well as operating and operating conditions and ana lyse. If the control fails, the release also falls signal from what directly affects the protection circuit to switch off the power stage for the heating elements Consequence.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Steuermittel mit diesen zugeordneten Selbstüberwachungs mitteln sowie mit Mitteln zur Überwachung der Funktion der Schutzschaltung und der Abschaltfähigkeit der Leistungs endstufe ausgestattet, wobei das Erzeugen des Freigabesignals beim Feststellen eines Defektes verhindert wird. Dabei ist sichergestellt, daß nicht nur beim kompletten Ausfall der Steuermittel, sondern auch bei unerwünschten Betriebszu ständen oder Fehlfunktionen das Freigabesignal ausfällt.According to a particularly preferred embodiment, the Control means with these assigned self-monitoring means and with means for monitoring the function of the Protection circuit and the disconnectability of the power output stage equipped, the generation of the release signal is prevented when a defect is found. It is ensures that not only in the event of complete failure of the Control means, but also in the case of undesirable operating conditions status or malfunction the release signal fails.
Sehr zwecksmäßig ist es, daß die Steuermittel zum Erzeugen eines ein Impulssignal bildenden Freigabesignals ausgebildet sind. Das heißt, daß die Steuermittel den Zustand der Ver bindung mit der Schutzschaltung zyklisch ändern. Ein solches aktives Erzeugen eines Signals dient als weitere Sicherheits maßnahme. Demnach reagiert die Schutzschaltung auf die Ände rung und nicht auf den Zustand der Verbindung und weist vor zugsweise ein monostabiles Kippglied auf.It is very useful that the control means for generating a release signal forming a pulse signal are. That is, the control means the state of Ver Change the binding with the protective circuit cyclically. Such one active generation of a signal serves as additional safety measure. Accordingly, the protective circuit reacts to the change tion and not on the condition of the connection and shows preferably a monostable flip-flop.
Vorteilhafterweise umfassen die Steuermittel einen nicht flüchtigen Speicher zum Speichern der im Durchlauferhitzer auftretenden Defekt-Daten, nämlich der Art und/oder der Erscheinungsform von ggf. nur kurzzeitig auftretenden Stör zuständen, Fehlfunktionen, Bauelemente-/Schaltungsfehlern und/od. dgl. Fehlern. Die gespeicherten Daten dienen dazu, den Durchlauferhitzer zu "verriegeln", indem sie die Wiederinbe triebnahme des Durchlauferhitzers durch die Steuermittel ver hindern. Ein weiterer Vorteil dieses Merkmals liegt darin, daß die gespeicherten Daten später zum Feststellen der Ur sache eines Fehlers oder beim statistischen Analysieren feh lerhafter Geräte verwendet werden können. Advantageously, the control means do not include one volatile memory for storing the in the water heater Defect data occurring, namely the type and / or the Appearance of sturgeon that may only appear for a short time conditions, malfunctions, component / circuit errors and / or Like errors. The stored data are used to To "lock" water heaters by returning them drive of the instantaneous water heater by the control means ver prevent. Another advantage of this feature is that the stored data later to determine the original due to an error or statistical analysis learning devices can be used.
Eine besonders sichere galvanische Isolation zwischen den Stromkreisen der Steuermittel und der Schutzschaltung läßt sich dadurch erreichen, daß die Isolationsmittel als Opto koppler ausgebildet sind. Insbesondere kann die Funktion der Schutzschaltung vor unerwünschten Einwirkungen infolge der Heizelemente-Leistung geschützt werden, indem die Kommuni kation der Schutzschaltung mit der Leistungsendstufe über einen Optokoppler erfolgt.A particularly safe galvanic isolation between the Circuits the control means and the protective circuit leaves can be achieved in that the insulation means as opto couplers are formed. In particular, the function of the Protection circuit against undesirable effects as a result of Heating element performance can be protected by the commun cation of the protective circuit with the power output stage an optocoupler.
Eine besonders bedienungsfreundliche Ausführungsform kann dadurch erreicht werden, daß den Steuermitteln ein Display zugeordnet ist, so daß beim Auftreten eines Defekts dem Be nutzer eine Fehlanzeige gegeben wird.A particularly user-friendly embodiment can can be achieved in that the control means a display is assigned so that when a defect occurs the loading a false report is given to the user.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Durchlauferhitzer eine Reset-Einrichtung zum Freigeben der Wiederinbetriebnahme des Durchauferhitzers nach dem Auftreten bestimmter Defekte auf. Diese Einrichtung soll insbesondere nur nach öffnen des Gehäuses des Durchlauferhitzers betätig bar sein.In a further advantageous embodiment, the Water heater a reset facility to release the Restart the instantaneous water heater after the occurrence certain defects. This facility is designed in particular only operated after opening the water heater housing be cash.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen oder -möglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigenFurther advantages and embodiments or possibilities the invention will become apparent from the following description of the in the schematic drawing embodiments shown forth. Show it
Fig. 1 ein die Funktionsweise eines mit einer erfin dungsgemäßen Steuer- und Sicherheitseinrichtung ausgestatteten Durchlauferhitzers darstellendes Blockschaltbild, Fig. 1 shows a the operation of a vehicle equipped with a control and safety to the invention OF INVENTION means flow heater block diagram illustrating,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Verbindung einer erfin dungsgemäßen Einrichtung zwischen Netzversorgung und Heizelementen, und Fig. 2 is a block diagram of the connection of an inventive device between the power supply and heating elements, and
Fig. 3 ein detailliertes Blockschaltbild einer erfin dungsgemäßen Steuer- und Sicherheitseinrichtung. Fig. 3 is a detailed block diagram of an inventive control and safety device.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Durchlauferhitzer um faßt eine eine Schutzschaltung 3 und Steuermittel 2 enthal tende Steuer- und Sicherheitseinrichtung 1, eine Anzahl Heiz elemente 5 bildende, in einer Heizpatrone angeordnete Blank widerstandsdrähte, einen im Wasserstrom angeordneten Durch flußgeber 6, mindestens einen ebenfalls im Wasserstrom an geordneten Einlauftemperatursensor 7 und Auslauftemperatur sensor 8 und eine über die Steuer- und Schutzeinrichtung 1 gesteuerte Leistungsendstufe 4 zur Speisung der Heizelemente 5 mit Netzspannung (Versorgung). Die Steuermittel 2 schalten eine der Wasserdurchflußmenge, der Einlauftemperatur und der Auslauftemperatur entsprechende Leistung über die Leistungs endstufe 4 den Heizelementen 5 zu, um die Temperatur des aus laufenden Wassers auf eine gewünschte, von außen einstellbare Temperatur zu ändern.The water heater shown schematically in Fig. 1 summarizes a protective circuit 3 and control means 2 containing the control and safety device 1 , a number of heating elements 5 forming, arranged in a heating cartridge blank resistance wires, a arranged in the water flow through flow sensor 6 , at least one in the water flow at an ordered inlet temperature sensor 7 and outlet temperature sensor 8 and a power amplifier 4 controlled via the control and protection device 1 for supplying the heating elements 5 with mains voltage (supply). The control means 2 switch one of the water flow rate, the inlet temperature and the outlet temperature corresponding power via the power output stage 4 to the heating elements 5 in order to change the temperature of the running water to a desired, externally adjustable temperature.
Die Schaltanordnung der Heizelemente-Leistungsversorgung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Netzversorgung ist eine Vollwel lenspannung L1, L2, L3, und die Heizelemente 5 sind in Drei eckschaltung an das Netz angeschlossen, wobei in diesem Aus führungsbeispiel zwei parallel geschaltete Heizelemente 5 in jedem Dreieckzweig angeordnet sind. Die Leistungsteuerung er folgt über die Leistungsendstufe 4 bildende Triacs 4-1, 4-2 (Zweirichtungs-Thyristortrioden), die phasensynchronisiert schalten, wobei sie die Leistung nur im Nulldurchgang der Vollwellenspannung über der Last ein- oder ausschalten. In der in Fig. 2 dargestellten Anordnung sind in jeder Dreieck zweig zwei Triacs 4-1, jeweils einer in Reihenschaltung mit dem zugehörigen Heizelement 5, vorgesehen, die über die Steu ermittel 2 geschaltet werden. Zudem ist in jeden Dreieck zweig in Reihe mit der Widerstands-Parallelschaltung ein zu sätzlicher Triac 4-2 geschaltet, der separat über die Schutz schaltung 3 angesteuert wird. Wie ersichtlich ist jedes Heizelement 5 mit dem einen Anschluß an den individuell zuge ordneten Triac 4-1 und mit dem anderen Anschluß an den für zwei Heizelemente 5 eines Dreieckzweigs vorgesehenen Triac 4- 2 geschaltet.The switching arrangement of the heating element power supply is shown in FIG. 2. The mains supply is a full wave voltage L1, L2, L3, and the heating elements 5 are connected in a triangular connection to the network, in this exemplary embodiment two heating elements 5 connected in parallel are arranged in each triangular branch. The power control takes place via the power output stage 4 forming triacs 4-1 , 4-2 (bidirectional thyristor triodes) which switch in phase synchronization, switching the power on or off only in the zero crossing of the full-wave voltage across the load. In the arrangement shown in FIG. 2, two triacs 4-1 , each in series connection with the associated heating element 5 , are provided in each triangle, which are switched via the control means 2 . In addition, an additional triac 4-2 is connected in each triangle branch in series with the parallel resistor circuit, which is controlled separately via the protective circuit 3 . As can be seen, each heating element 5 is connected with one connection to the individually assigned triac 4-1 and with the other connection to the triac 4- 2 provided for two heating elements 5 of a triangular branch.
Die Schutzschaltung 3 ist als separate Schaltung mit einer eigenen Spannungsversorgung 3-4 (Fig. 3) und von der restli chen Elektronik galvanisch getrennt ausgebildet. So können die zusätzlichen Triacs 4-2 unbeeinflußt von den restlichen Schaltungen und ohne Rücksicht auf den Zustand der anderen Triacs 4-1 die Leistungzufuhr zu den Heizelementen 5 abschal ten.The protective circuit 3 is designed as a separate circuit with its own voltage supply 3-4 ( Fig. 3) and galvanically isolated from the rest of the electronics. So the additional Triacs 4-2 unaffected by the remaining circuits and regardless of the state of the other Triacs 4-1 th power supply to the heating elements 5 th
Mit den Steuermitteln 2 werden in jedem Dreieckzweig die Pha senlagen der an den Heizelementen 5 angelegten Spannungen durch Stromrückmeldung über Kontakte A, B und C (Fig. 2) ge messen. So kann die Abschaltfähigkeit einzelner Triacs 4-1, 4-2 durch Analysieren der Spannung- bzw. Stromphasen geprüft und ein eventuell defekter Triac festgestellt werden, indem Größe und Phase der gemessenen Ströme zur Ermittlung ggf. eines bzw. mehrerer nicht abgeschalteter Triacs führen.With the control means 2 in each triangle branch, the phases of the voltages applied to the heating elements 5 are measured by current feedback via contacts A, B and C ( FIG. 2). The cut-off capability of individual triacs 4-1 , 4-2 can be checked by analyzing the voltage or current phases, and a defective triac can be determined by the size and phase of the measured currents leading to the determination of one or more triacs that have not been switched off.
Die Ausbildung und Funktion der Steuer- und Sicherheitsein richtung werden anhand der Fig. 3 näher erläutert.The design and function of the control and Sicherheitsein direction are explained in detail with reference to FIG. 3.
Die Kommunikation zwischen den Steuermitteln 2 und der Schutzschaltung 3 erfolgt durch eine Freigabesignal. Bei korrektem Betrieb erzeugen die Steuermittel 2 ein zyklisch sich änderndes Signal und senden dieses über einen galvanisch isolierenden Optokoppler 3-1 an den Eingang der Schutzschal tung 3. Bei Empfang dieses Signals gibt die Schutzschaltung 3 die Leistungszufuhr zu den Heizelementen 5 frei, indem sie die Triacs 4-2 flankengesteuert über ein galvanisch isolie rendes Mittel 3-3 in der "Schließposition" ansteuert.The communication between the control means 2 and the protective circuit 3 takes place by means of an enable signal. When operated correctly, the control means 2 generate a cyclically changing signal and send this via a galvanically isolating optocoupler 3-1 to the input of the protective circuit 3 . When this signal is received, the protective circuit 3 releases the power supply to the heating elements 5 by triggering the triacs 4-2 edge-controlled via a galvanically isolating means 3-3 in the "closed position".
Die Schutzschaltung 3 wird separat über ein Netzteil 3-4 versorgt, das in bekannter Weise mit nicht gezeigten Mitteln gegen Über- bzw. Unterspannung bis zu ca. ± 20% der normalen Netzspannung versehen ist. Eine vollständige Trennung zwi schen der Leistungsversorgung der Schutzschaltung 3 und der der Steuermittel 2 bzw. der Leistungsendstufe 4 erfolgt über galvanisch isolierende Mittel 3-1, 3-3. Diese Mittel 3-1, 3-3 können durch Optokoppler gebildet sein. Auch können Triacs durch Relais ersetzt werden, die als solche eine galvanische Trennung sicherstellen.The protective circuit 3 is supplied separately via a power supply 3-4 , which is provided in a known manner with means, not shown, for overvoltage or undervoltage up to approximately ± 20% of the normal mains voltage. A complete separation between the power supply of the protective circuit 3 and that of the control means 2 or the power output stage 4 takes place via galvanically insulating means 3-1 , 3-3 . These means 3-1 , 3-3 can be formed by optocouplers. Triacs can also be replaced by relays, which as such ensure galvanic isolation.
Das Freigabesignal wird von einem flankengesteuerten monosta bilen Kippglied oder Monoflop 3-2 empfangen, dem eine nicht gezeigte, zum Einstellen der Latenzzeit dienende RC-Schaltung in bekannter Weise zugeordnet ist. Das Kippglied 3-2 dient unmittelbar zur Zeitüberwachung des korrekten Betriebs der Steuermittel 2, was mittelbar zur Überwachung der restlichen Teile und Funktionen des Durchlauferhitzers führt. Die La tenzzeit wird so eingestellt, daß sie etwas länger als die Periodendauer des Freigabesignals ist. Solange das Freiga besignal an dem Eingang des Kippglieds 3-2 anliegt, wird des sen Ausgangssignal in einem nicht stabilen Zustand gehalten, der die Triacs 4-2 zum Freigeben der Leistungszufuhr an die Heizelemente 5 steuert. Wird aber das Freigabesignal aus irgendeinem Grund nicht mehr empfangen, kippt das Ausgangs signal des Kippgliedes 3-2 nach Ablauf der Latenzzeit in den stabilen Zustand um und veranlaßt somit die Sperrung der Lei stungszufuhr zu den Heizelementen 5 durch das "Öffnen" der Triacs 4-2.The enable signal is received by an edge-controlled monostable flip-flop or monoflop 3-2 , to which an RC circuit (not shown) which serves to set the latency is assigned in a known manner. The flip-flop 3-2 is used directly for time monitoring of the correct operation of the control means 2 , which indirectly leads to the monitoring of the remaining parts and functions of the instantaneous water heater. The latency is set so that it is slightly longer than the period of the release signal. As long as the release signal is present at the input of the flip-flop 3-2 , its output signal is kept in an unstable state, which controls the triacs 4-2 to release the power supply to the heating elements 5 . However, if the release signal is no longer received for any reason, the output signal of the flip-flop 3-2 tilts into the stable state after the latency period has elapsed and thus causes the power supply to the heating elements 5 to be blocked by the "opening" of the triacs 4- 2nd
Die Funktion der Schutzschaltung 3 kann beim Nicht-Betrieb des Durchlauferhitzers durch die Steuermittel 2 überprüft werden, indem diese das Freigabesignal während einer be stimmten begrenzten Zeit ausgeben. Hierbei können Phase und Größe der an die Heizelemente 5 angelegten Spannungen über die Kontakte A, B und C festgestellt und nach Abschalten des Freigabesignals die Latenzzeit bis zum Abschalten der Triacs überprüft werden. The function of the protective circuit 3 can be checked by the control means 2 when the instantaneous water heater is not in operation by the latter issuing the release signal for a certain limited time. The phase and magnitude of the voltages applied to the heating elements 5 can be determined via the contacts A, B and C and the latency until the triacs are switched off can be checked after the release signal has been switched off.
Die Haupt- oder Kernbestandteil der Steuermittel 2 ist eine programmierbare Kleinsteuerungs-Einheit 2-1 oder Mikrokon troller, der ein als Programmspeicher dienender nichtflüchti ger Speicher (EPROM) 2-4 zugeordnet ist. Die Spannungsversor gung erfolgt über ein Netzteil 2-9, das wie bei dem Netzteil 3-4 der Schutzschaltung 3 in bekannter Weise mit nicht ge zeigten Schutzmitteln gegen Über- bzw. Unterspannung bis zu ca. ± 20% der normalen Netzspannung versehen ist.The main or core component of the control means 2 is a programmable small control unit 2-1 or microcontroller, which is assigned to a program memory serving as non-volatile memory (EPROM) 2-4 . The voltage supply takes place via a power supply unit 2-9 , which, like the power supply unit 3-4 of the protective circuit 3, is provided in a known manner with protective means against overvoltage or undervoltage up to approximately ± 20% of the normal mains voltage.
Die Steuermittel 2 umfassen weiterhin rücksetzbare Zeitüber wachungsmittel (Watchdog) 2-8 zur Überwachung des Programm ablaufs des Mikrokontrollers. Diese werden in bekannter Weise aus mindestens einem eine RC-Schaltung umfassenden flankenge steuerten monostabilen (nicht gezeigten) Kippglied gebildet, das über ein durch den Mikrokontroller während des korrekten Programmablaufs erzeugtes zyklisch sich änderndes Signal angesteuert wird. Der Ausgang des Kippglieds ist mit einem RESET-Eingang des Mikrokontrollers verbunden und veranlaßt beim Ausfall eines durch das Programm erzeugten Impulssignals das Zurücksetzen des Mikrokontrollers.The control means 2 further include resettable time monitoring means (watchdog) 2-8 for monitoring the program flow of the microcontroller. These are formed in a known manner from at least one flank-controlled monostable (not shown) flip-flop comprising an RC circuit, which is controlled by a cyclically changing signal generated by the microcontroller during the correct program execution. The output of the flip-flop is connected to a RESET input of the microcontroller and, if a pulse signal generated by the program fails, causes the microcontroller to be reset.
Die Steuermittel 2 sind ferner mit Spannungsüberwachungsmit teln 2-7 versehen, die in bekannter Weise eine Über- bzw. Unterspannung der Versorgungsspannung feststellen. Die Span nungsüberwachungsmittel 2-7 sind auch mit dem RESET-Eingang des Mikrokontrollers verbunden, um beim Festellen eines Schwellenwerts der Versorgungsspannung das Zurücksetzen der Steuermittel zu veranlassen.The control means 2 are also provided with voltage monitoring means 2-7 , which determine an overvoltage or undervoltage of the supply voltage in a known manner. The voltage monitoring means 2-7 are also connected to the RESET input of the microcontroller in order to cause the control means to be reset when a threshold value of the supply voltage is determined.
Zur Programmierung des Durchlauferhitzers durch den Benutzer sind die Steuermittel 2 mit einer Tastatur 2-5 versehen. Der Benutzer kann ein gewünschtes Bedienungsprogramm und/oder die Auslauftemperatur wählen. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist den Steuermitteln 2 ferner ein Display 2-6 zuge ordnet, das zum Anzeigen von den Benutzer interessierender Information z. B. zu dem gewählten Bedienungsprogramm, der gewählten Auslauftemperatur usw. dienen kann.The control means 2 are provided with a keyboard 2-5 for programming the instantaneous water heater by the user. The user can select a desired operating program and / or the outlet temperature. In the embodiment of FIG. 3, the control means 2 is also assigned a display 2-6 , which for displaying information of interest to the user, for. B. can serve the selected operating program, the selected outlet temperature, etc.
Wie bei der Schutzschaltung 3 werden die von den Steuermit teln 2 gesteuerten Triacs 4-1 über galvanisch isolierende Mittel 2-3, die beispielsweise durch Optokoppler gebildet sind, angesteuert.As with the protective circuit 3 , the triacs 4-1 controlled by the control means 2 are controlled via galvanically insulating means 2-3 , which are formed, for example, by optocouplers.
Die drei Phasen der Vorsorgungsspannung L1, L2, L3 werden in einer dem Fachmann bekannten Weise in Digitalwerte umgewan delt und als Referenzphasen der Mikrosteuerung zugeleitet.The three phases of the supply voltage L1, L2, L3 are shown in converted into digital values in a manner known to those skilled in the art delt and fed to the microcontroller as reference phases.
An drei Kontakten A, B, C der Heizelemente gemessene Span nungen werden - ebenfalls in Form von Digitalsignalen - dem Mikrokontroller zugeleitet. Eine Stufe dieser Überwachungs schaltung kann insbesondere einen nicht gezeigten Schwellen wertschalter umfassen, dessen einer Eingang mit dem Kontakt A und dessen anderer Eingang mit einer Referenzspannung verbun den ist, deren Wert etwas unter der an einen Triac 4-1, 4-2 angelegten Spannung liegt. In dieser Weise kann vermieden werden, daß ausreichend kleine Spannungsabweichungen unbe rücksichtigt bleiben.Voltages measured at three contacts A, B, C of the heating elements are also fed to the microcontroller in the form of digital signals. One stage of this monitoring circuit can in particular comprise a threshold value switch, not shown, one input of which is connected to contact A and the other input of which is connected to a reference voltage, the value of which is somewhat below the voltage applied to a triac 4-1 , 4-2 . In this way it can be avoided that sufficiently small voltage deviations remain unconsidered.
Der Mikrokontroller empfängt weiterhin ein von dem Durchfluß geber 6 erzeugtes digitales Signal entsprechend der aufgrund eines gemessenen Drucks oder einer anderen Variablen festge stellten Wasserdurchlauf-Geschwindigkeit. Die durch die Sen soren 7, 8 ermittelten Einlauf- bzw. Auslauftemperaturen wer den durch den Mikrokontroller 2-1 ebenfalls ständig über wacht. Der Mikrokontroller 2-1 kann die Plausibilität der ermittelten Temperaturen nach Maßgabe zulässiger Temperatur relationen od. dgl. durch geeignete Software der Steuerschal tung überprüfen, und er stellt außerdem durch Vergleich mit einem vorbestimmten Wert fest, ob eine Über- bzw. Untertem peratur vorliegt. The microcontroller also receives a digital signal generated by the flow transmitter 6 corresponding to the water flow rate determined by a measured pressure or other variable. The inlet and outlet temperatures determined by the sensors 7 , 8 are also constantly monitored by the microcontroller 2-1 . The microcontroller 2-1 can check the plausibility of the determined temperatures in accordance with permissible temperature relations or the like by suitable software of the control circuit, and it also determines by comparison with a predetermined value whether there is an over or under temperature.
Wenn keine Fehler ermittelt werden, stellen die Steuermittel 2 die durch den Benutzer gewählte Wassertemperatur ein, indem sie die erforderliche Leistungszufuhr zu einzelnen Heizele mente 5 durch Steuerung der entsprechenden Triacs 4-1 bewir ken.If no errors are determined, the control means 2 set the water temperature selected by the user by causing the required power supply to individual heating elements 5 by controlling the corresponding triacs 4-1 .
Da der Mikrokontroller 2-1 einen wesentlichen Bestandteil der Steuermittel 2 bildet, kann die Überwachung der verschiedenen Betriebszustände und Systemparameter sowie das Prüfen ihrer Plausibilität einfach durch Software erreicht werden. Be triebsparameterfehler werden von dem Mikrokontroller 2-1 zu geordneten Software erkannt und führen zur Sperrung des Frei gabesignals, das nach Maßgabe der Software von der Steuer schaltung aktiv erzeugt wird. Nur im Falle eines positiven, durch Fehlerfreiheit sämtlicher Zustände und Funktionen re sultierenden Gesamtergebnisses wird das Freigabesignal zur Schutzschaltung 3 ausgegeben. Fehler in der den Mikrokon troller umgebenden Elektronik sowie in der Spannungsver sorgung führen zu einem RESET des Mikrokontrollers. Dieses Zurücksetzen verursacht zwangsläufig das Ausbleiben des Freigabesignals. Dadurch ist eine hohe Sicherheit des ge samten Systems erreicht.Since the microcontroller 2-1 forms an essential part of the control means 2 , the monitoring of the various operating states and system parameters as well as the checking of their plausibility can be easily achieved by software. Operating parameter errors are recognized by the microcontroller 2-1 to orderly software and lead to the blocking of the release signal, which is generated by the control circuit in accordance with the software. The release signal to the protective circuit 3 is only output in the event of a positive overall result resulting from the absence of errors in all states and functions. Errors in the electronics surrounding the microcontroller and in the power supply lead to a RESET of the microcontroller. This reset inevitably causes the release signal to fail to appear. This ensures a high level of security for the entire system.
Erkannte Zustands-/, Betriebs-/, Funktions-Fehler (Defekte) werden in einem außerdem in einem zweiten, den Steuermitteln 2 zugeordneten nichtflüchtigen Speicher (EEPROM) 2-2 gespei chert. Solange ein Defekt in dieser Weise gespeichert ist, verhindern die Steuermittel 2 die Wiederinbetriebnahme des Durchlauferhitzers durch das Sperren des Freigabesignals. Diese Defekt-Speicherung mittels des Speichers 2-2 kann na türlich auch später zur Reparatur genutzt werden, um defekte Teile des Durchlauferhitzers zu ermitteln oder eine statisti sche Auswertung von Defekten mehrerer Geräten vorzunehmen.Detected status /, operating /, function errors (defects) are also stored in a second non-volatile memory (EEPROM) 2-2 assigned to the control means 2 . As long as a defect is stored in this way, the control means 2 prevent the instantaneous heater from being put back into operation by blocking the release signal. This defect storage by means of the memory 2-2 can of course also be used later for repairs in order to determine defective parts of the instantaneous water heater or to carry out a statistical evaluation of defects in several devices.
Auch kann das Display 2-6 zu Fehleranzeigen verwendet werden, wobei der Benutzer über den Grund des gesperrten Betriebs des Durchlauferhitzers informiert und in die Lage versetzt wird, über der Notwendigkeit eines Einschaltens des Reparaturdien stes zu entscheiden.Also, the display 2-6 can be used for fault indications, the user being informed about the reason for the blocked operation of the instantaneous water heater and being able to decide on the need to switch on the repair service.
Ein weitere Funktion der Steuermittel 2 ist durch eine nicht gezeigte Reset-Einrichtung erreicht, die eine vorschrifts gemäß in dem Gehäuse des Durchlauferhitzers befindliche Re set-Taste umfaßt. Durch Betätigen der Reset-Taste kann die Sperrwirkung einiger der in dem Speicher 2-2 gespeicherten Defekte wahlweise aufgehoben und die Wiederinbetriebnahme des Durchlauferhitzers freigegeben werden. Nur nicht-kritische Defekte, wie z. B. eine thermische Überlastung, werden durch diese Reset-Funktion aufgehoben. Als kritisch eingestufte De fekte, z. B. ein nicht abschaltbarer Triac, werden nicht auf gehoben.Another function of the control means 2 is achieved by a reset device, not shown, which comprises a regulation set button located in the housing of the instantaneous water heater. By pressing the reset button, the blocking effect of some of the defects stored in the memory 2-2 can optionally be canceled and the recommissioning of the instantaneous water heater can be released. Only non-critical defects such as B. a thermal overload, are canceled by this reset function. Defects classified as critical, e.g. B. a triac that cannot be switched off are not canceled.
Bei manchen Defekten kann die Reset-Funktion mit einer La tenz- oder Verzögerungszeit versehen werden. z. B. ist nach Auftreten einer thermischen Überlastung erst nach einer be stimmten Zeit (z. B. zwanzig Minuten) eine Wiederinbetrieb nahme des Durchlauferhitzers durch Betätigen der Reset-Taste möglich. Dies wird erreicht, indem die Eckdaten des Anspre chens des Speichers 2-2 sowie die Systemzeit zusammen mit den zugehörigen Fehlerdaten gespeichert werden.With some defects, the reset function can be provided with a latency or delay time. e.g. B. after a thermal overload occurs only after a certain time (z. B. twenty minutes) a restart of the instantaneous water heater is possible by pressing the reset button. This is achieved by storing the key data for addressing the memory 2-2 and the system time together with the associated error data.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt die Reset- Funktion nach Maßgabe der dem Mikrokontroller mit Speicher mitteln zugeordneten Software. Es ist aber ohne weiteres auch möglich, daß die teilweise oder vollständige Reset-Löschung von im Defekt-Datenspeicher 2-2 befindlichen Daten durch die Hardware des Mikrokontrollers 2-1 bzw. der Steuerschaltung und/oder der Schutzschaltung 3 erfolgt.In the exemplary embodiment described, the reset function takes place in accordance with the software assigned to the microcontroller with memory means. However, it is also easily possible for the partial or complete reset deletion of data in the defect data memory 2-2 to be carried out by the hardware of the microcontroller 2-1 or the control circuit and / or the protective circuit 3 .
Sollte aufgrund einer an den Kontakten A, B und/oder C ermit telten Restspannung ein Defekt in der Schutzschaltung 3 in folgedessen die dadurch gesteuerten Triacs 4-2 nicht abzu schalten sind, oder einen der Triacs 4-2 selbst als nicht ab schaltfähig festgestellt werden, so können die Steuermittel 2 die Leistungszufuhr an die Heizelemente 5 von sich aus sper ren, indem sie die von ihnen gesteuerten Triacs 4-1 abschal ten und durch Speichern der Defekt-Daten in dem Speicher 2-2 eine Wiederinbetriebnahme des Durchlauferhitzers verhindern.If due to a at the contacts A, B and / or C telten residual stress ermit a defect in the protective circuit 3 As a consequence, the resulting controlled triacs are 4-2 switch not for the purpose, or any of the triacs are 4-2 itself is not found to be from switching capable , so the control means 2 can block the power supply to the heating elements 5 on their own by switching off the triacs 4-1 they control and by storing the defect data in the memory 2-2 preventing the heater from being put back into operation.
Claims (14)
- - die Steuermittel (2) selbstüberwachend ausgebildet sind, wobei sie die Leistungszufuhr zu den Heizele menten (5) durch Ansteuern mindestens eines an die Heizelemente geschalteten ersten Schaltmittels (4-1) steuern,
- - die Steuermittel (2) ein Freigabesignal erzeugen und mit diesem einen Eingang der Schutzschaltung (3) über Isolationsmittel (3-1) beaufschlagen, und
- - die Schutzschaltung (3) die Leistungszufuhr zu den Heizelementen (5) durch Ansteuern mindestens eines zweiten in Reihe mit den Heizelementen (5) geschalte ten Schaltmittels (4-2) steuert, wobei das zweite Schaltmittel (4-2) nur bei Beaufschlagung der Schutz schaltung (3) mit dem Freigabesignal zum Freigeben der Leistungszufuhr zu den Heizelementen (5) mittels der Schutzschaltung (3) angesteuert wird.
- - The control means ( 2 ) are self-monitoring, wherein they control the power supply to the Heizele elements ( 5 ) by controlling at least one of the heating elements switched first switching means ( 4-1 ),
- - The control means ( 2 ) generate a release signal and act on this with an input of the protective circuit ( 3 ) via insulation means ( 3-1 ), and
- - The protective circuit ( 3 ) controls the power supply to the heating elements ( 5 ) by actuating at least one second switching means ( 4-2 ) switched in series with the heating elements ( 5 ), the second switching means ( 4-2 ) only when the Protection circuit ( 3 ) with the release signal for releasing the power supply to the heating elements ( 5 ) by means of the protection circuit ( 3 ) is controlled.
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