DD276409A3 - Schaltungsanordnung zur dynamischen eigenueberwachung von flammenwaechtern - Google Patents

Abstract

Schaltungsanordnung zur dynamischen Eigenueberwachung von Flammenwaechtern, insbesondere in Feuerungsanlagen mit hohen Anforderungen an Sicherheit und Verfuegbarkeit. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei jeweils die Bewertungsschaltung (10, 20) fuer das Flammensignal und das Flammenrelais (11, 21) enthaltende am Ausgang (A) konjunktiv verknuepfte Uebertragungskanaele (1, 2) vorhanden sind, welche ueber eine taktgesteuerte Umschalteinrichtung (3) wechselweise an den Flammenfuehler (4) anschaltbar sind, wobei in Reihe mit den Flammenrelais (11, 21) Schalter (13, 23) angeordnet sind, die durch jeweils ueber Dioden (17, 27) mit den Ausgaengen beider Bewertungsschaltungen (10, 20) verbundene, deren Schaltzustand auswertende Ansteuerschaltungen (110, 210) steuerbar sind und dass eine Anlaufschaltung (6) vorgesehen ist. Figur

Description

Tf > T_A > -y- > Ts

gilt

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung kann vorteilhaft zur Eigenüberwachung von FlarnmenwSchtern, Insbesondere in Feuerungsanlagen mit hohen Anforderungen an Sicherheit und Verfügbarkeit angewendet werden, wobei die Eigenüberwachung durchgehend dynamisch erfolgt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Von Flammenwächtern muß neben einer großen Ansprechempfindlichkeit auch ein hohes Maß an Eigensicherheit und Verfügbarkeit gefordert werden. Als eigensicher oder .failsafe" gilt ein Flammenwächter dann, wenn alle möglichen Bauelementefehler, die bei erloschener Flamme zu einer Flammenvortäuschung führen würden, immer die Signalisierung des Zustandes .Flamme aus" zur Folge haben. Eine hohe Verfügbarkeit ist dann gegeben, wenn die Wahrscheinlichkeit für Störabschaltungen trotz vorhandener Flamme gering ist. Es sind deshalb Schaltungen zur Eigenüberwachung entwickelt worden, bei denen der gesamte Flammenwächter oder einzelne Teile davon redundant ausgelegt sind und durch Vergleich der Ausgangssignaie Fehler erkannt werden können. Solche Schaltungen sind jedoch nicht eigensicher, weil aktive, das Flammensignal vortäuschende Defekte während des Betriebes nicht sofort erkennbar sind.

Vom Hersteller Durag Industrie Elektronik GMBH Hamburg (Technische Information zum UV-Flammenwächter der Typenreihe D-UV 460) ist ein Plammenwächtar auf dem Markt, der eine dynamische Eigenüberwachungsschaltung aufweist. Dabei wird durch getaktetes Abdecken des Flammenfühlers der gleiche Übertragungskanal im ständigen Wechsel zur Übertragung des Flammensignals und zur Kontrolle der Abschaltfunktion genutzt.

Nachteilig ist, daß diese Schaltung gegenüber unkontrollierten Schwingungen des Komparators nicht fehlersicher ist. In der DE-OS 33 21166 ist eine selbstüberwachende Schaltungsanordnung angegeben, welche nach dem gleichen Prinzip, in den Ausblendpausen Ci'e Funktionstüchtigkeit der Schaltung zu überprüfen, arbeitet und gegenüber möglichen unkontrollierten Schwingungen der Komparatoren infolge dor damit verbundenen unvermeidlichen Abweichungen von deren vorgegebenen exskt gegenphasigen Betrieb fehlersicher ist.

Beide Eigenüberwachungsschaltungan haben den Nachteil, daß innerhalb einer Taktzeit, die stets kleiner als die geforderte Sicherheitsabschaitzeit (bei Gas z. B. < 1 s) sein muß, stets ein Kompromiß zu schließen ist zwischen dem zur Übertragung und Auswertung dos Flammensignals und dem zur Kontrolle der Abschaltfu^ktion zur Verfügung stehenden Zeitintervall, was einem Kompromiß zwischen Verfügbarkeit und Sicherheit gleichkommt. Wird dabei die Zeit für die Übertragung und Auswertung des Flammensignals zu klein gewählt, besteht die Gefahr, daß sich z. B. in der Startphase, wo der zu überwachende Brenner mit geringer Laststufe betrieben wird, kein stabiles Flammensignal ausbilden kann und die Flammenüberwachung auf „kleine Flamme" erkennt, was die Verfügbarkeit der Anlage einschränkt. Wird die Zeit für die Kontrolle der Abschaltfunktion zu klein gewählt, ist damit die Fehlererkennung eingeschränkt. Weitere Nachteile der genannten Schaltungen sind in der zusätzlich erforderlichen separaten Überwachungsschaltung für das Taktsignal und dem letztendlich die Verfügbarkeit einschränkenden relativ hohen Schaltungsaufwand zu sehen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur dynamischen Eigenüberwachung von Fiammenwächtern, welche eine höhere Verfügbarkeit ermöglicht.

Darlegung de» Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur dynamischen Eigenüberwachung von Flammenwächtern zu schaffen, welche die Übertragung und Auswertung des Flammensignals im gesamten Zeitbereich ohne Ausblendpausen ermöglicht, und keine Modulation des Flammensignrls mit dem Systemtakt sowie keine separate Überwachung des Systemtaktes erfordert. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwei jeweils die Bewertungsschaltung für das Flammensignai und das Flammenrelais enthaltende am Ausgang konjunktiv verknüpfte Übertragungskanäle vorhanden sind, welche über eine taktgesteuerte Umschalteinrichtung wechselweise an den Flammenfühler anschaltbar sind, wobei in Reihe mit den Flammenrelais Schalter angeordnet sind, die durch jeweils über Dioden mit den Ausgängen beider Bewertungsschaltungen verbundene, deren Schaltzustand auswertende Ansteuerschaltungen steuerbar sind und daß eine Anlaufschaltung vorgesehen ist.

Die Schaffung zweier unabhängiger, unspaltbarer Übertragungskanäle gestattet die Übertragung und Auswertung des Flammonsignals ohne Unterbrechung durch Ausblendpausen, wobei im jeweils nichtaktivlerten Übertragungskanal die Kontrolle der Abschaltfunktion stattfindet.

Bei aufgenommenem Flammensignal und Intakter Schaltung befindet sich die Schaltungsanordnung in einem dynamisch stabilen Zustand, bei dem die Flammenrelais angezogen und die Schalter geschlossen sind. Ein Flammenabriß wird dann in bekannter Weise über das Flammenrelais des gerade aktiven Übertragungskanals registriert.

Durch die Erfindung wird ermöglicht, daß nicht nur alle Bauelementefehler, Unterbrechungen in den Übertragungskanälen und Schwingungen der Bewertungsschaltungen sondern auch das Weglaufen der Taktfrequenz aus dem Toleranzbereich zur Störung der dynamischen Stabilität und damit durch öffnen mindestens oines Schalters zur Störabschaltung führen. Bei der Inbetriebnahme odai beim Wiedereinschalten ist zum Erreichen des dynamisch stabilen Zustandes eine Einschalthilfe erforderlich, die in der Anmeldung al» Anlaufschaltung bezeichnet wird.

In weiterer konkreter Ausgestaltung der Erfindung bestehen die beiden Ansteuerschaltungen jeweils aus einem Relais mit Abfallverzögerung und einer in Reihe geschalteten Diode, wobn! die beiden Dioden antiparallel angeordnet sind und die Schalter Arbeitskontakte dieser Relais sind. Es ist zweckmäßig, als taktgesteuerte Umschalteinrichtung einen elektronischen Umschalter einzusetzen und als Auslösekriterium für die Anlaufschaltung das Flammensignal selbst zu verwenden. Eine der Forderung nach Eigensichorheit entsprechende zweckmäßige Realisierungsform der Anlaufschaltung besteht darin, an den Eingängen der Ansteuerschaitungen Schwellwertschalter anzuordnen, die in Reihe mit den Flammenrelais liegenden Schaltor mit Anlaufwfdsrständen zu überbrücken und die Erregerstromkreise der Flammenrelais durch einen Haltewiderstand miteinander zu verbinden. Um das Vorhandensein des jeweils am Ausgang einer Bewertungsschaltung liegenden Flammenanwesenheitssignals bei jeder Kanalumschaltung zu sichern, müssen die Bewertungsschaltungen eine Schalthysterese aufweisen.

Ausführungsbelsplel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen . Flammenwächter mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur dynamischen Eigenüberwachung. Dabei kann der Flammenwächter nach einem beliebigen bekannten nicht den Gegenstand dieser Anmeldung bildenden Überwachungsverfahren arbeiten. Es ist lediglich vorauszusetzen, daß der Flammenfühler 4 selbst eigensicher ist, was z.B. für ein optoelektronisches Fühlerelement bei nach dem Wechsellichtverfahren arbeitenden Flammenwächtern für einen

lonisationsfühler zutrifft. Wird eine UV-Zelle als Fühlerelement verwendet, ist diese, um die Forderung nach Eigensicherheit zu erfüllen, im Flammenfühler 4 mit einer allgemein bekannten Überwachungsschaltung zu versehen. Dia Schaltungsanordnung besteht aus zwei jeweils die Bewertungsschaltung 10,20 für das Flammensignal und das Flammenrelais 11,21 enthaltende am Ausgang A über die Arbeitskontakte 12,22 der Flammenrelais konjunktiv verknüpften Übertragungskanälen 1,2 welche über die taktgesteuerte Umspuleinrichtung 3 wechselweise an don Flammenfühler 4 anschaltbar sind. Weiterhin sind in Reihe mit den Flammenrelais 11,21 die Schalter 13,23 angeordnet, die mittels der jeweils über die Dioden 17,27 mit den Ausgängen der beiden Bewertungsschaltungen 10,20 verbundenen, deren Su altzustand auswertenden Ansteuerschaltungen 110,210 steuerbar sind. Außerdem enthält die Schaltungsanordnung die durch das Flammensignal auslösbare Anlaufschaltung 6. Als Bewertungsschaltungen 10,20 für das Flammensignal sind bekannte bereits in anderen Anmeldungen beschriebene Anordnungen eingesetzt, über deren Ausgang ein Flammenrelais ansteuerbar ist und die eine Schalthysterese aufweisen, wodurch die Einschaltverzögerung kleiner ist als die Ausschaltverzögerung. Die beiden Ansteuerschaltungen 1 10,210 bestehen aus den Relais 15,25 mit den in Reihe geschalteten zueinander anti;: uallel angeordneten Dioden 16,26 wobei den Relais Verzögerungskondensatoren 19,29 und Freilaufdioden 111,211 parallel geschaltet sind. Die Schalter 13,23 sind Arbeitskontakte dieser Relais 15,25. Als taktgesteuerte Umschalteinrichtung 3 ist zweckmäßigerweise ein elektronischer Umschalter zu verwenden, dessen Schaltung der Fachliteratur entnommen werden kann. Beispielsweise ist aufgrund des geringen Leistungsbedarfs ein entsprechend beschälte ter CMOS-Schaltkreis 4007 sinnvoll einsetzbar. Die durch das Flammsignal auslösbare Anlaufschaltung β besteht aus den an oen Eingängen der Ansteuerschaltunyen 110,210 angeordneten Schwellwertschaltern 18,28, den Anlaufwiderständen 14,24 und dem die Erregerstromkreise dor Flammenrelais 11,21 miteinander verbindenden Haltewiderstand 5. Im folgenden soll die Funktionsweise der Schaltungsanordnung beschrieben werden.

Bei aufgenommenem Flammensignal und intakter Schaltung befindet sich die Schaltungsanordnung in einem dynamisch stabilen Zustand, bei dem alle 4 Relais angezogen sind. Die taktgesteuerte Umschalteinrichtung 3 schaltet das durch den Flammenfühler 4 aufgenommene Flammensignal mit der Taktfrequenz U im Wechsel an die Eingänge der Beweriungsschaltungen 10,20 an deren Ausgängen beispielsweise L-Pegel bei anliegenden Flammensignal und Η-Pegel bei Nichterfüllung des Bewertungskriteriums liegt. Infolge der Schalthysterese nntsteht eine zeitliche Überlappung der Signalpegel an den Ausgängen der Bewertungsschaltungen 10,20 zum Zeitpunkt der Kanalumschaltung, so daß immer an einem οβι beiden Ausgänge L-Pegel vorhanden ist. Die beiden Dioden 17,27 sind jeweils in Durchlaßrichtung bei Flammenanwesenheit geoolt.

Zunächst sei der Übertragungskanal 1 während der Zeit mit dem Flammenfühlor 4 verbunden. Am Ausgang der

2Tt

Bewertungsschaltung 10 liegt L-Pegel und am Ausgang der Bewertungsschaltung 20 Η-Pegel, so daß die Diode ?? sperrt. Das Flammenrelais 11 erhält über den geschlossenen Schalter 13 die volle Betriebsspannung Ub. Die Anlaufschaltung 6 soll für die Beschreibung des dynamisch stabilen Zustandes zunächst unberücksichtigt bleiben. Somit liegt auch über der Reihenschaltung bestehend aus dem Relais 15 der Diode 16 und dem Flammenrelais 21 die Betriebsspannung. Der über den Relais abfallende Teil der Betriebsspannung reicht aus, diese im Haltezustand zu belassen. Gleichzeitig wird der Verzögerungskondensator 19 nachgeladen. Das Relais 25 verbleibt durch den Verzögerungskondensator 29 im Haltezustand. Um ein Abfallen dieses Relais noch vor der nächsten Kanalumschaltung zu vermeiden muß der Verzögerungskondensator 29 uo bemessen sein, daß die Abfallverzögerungszeit T_A größer ist als die Zeit

——,während der Übertragungskanal 1 mit dem Flammenfühler 4 verbunden ist. Das gilt analog für den 2it

Verzögerungskondensator 19. Mit der Umschaltung auf den Übertragungskanal 2 nach Ablauf der Zeit —— wechseln die' egel

2 «τ

an den Ausgängen der Bewertungsschaitungen 10,20, so daß in analoger Weise nunmehr das Flammenrelais 21 die volle Betriebsspannung U₈ erhält und die Relais 25 und 11 in Reihe an der Betriebsspannung Ua liegen. Das Relais 15 wird jetzt durch den Verzögerungskondensator 19 gehalten und der Verzögerungskondensator 29 wird nachgeladen. Bei der Inbetriebnahme oder beim Widereinschalten der Flammenüberwachung wird der oben beschriebene dynamisch stabile Zustand nicht ohne zusätzliche Hilfe erreicht, da zu diesem Zeitpunkt alle Relais abgefallen sir J. An die als Einschalthilfe wirkende Anlaufschaltung ist die Forderung zu stellen, selbst oder im Zusammenwirken mit den anderen Teilen der Gesamtschaliung eigensicher zu sein. Weiterhin ist es zweckmäßig, das F jmmensignal selbst als Aus'ösekriterium für die Anlaufschaltung zu verwenden.

Dem wird die in der 7eichnung enthaltene Anlaufschaltung β gerecht, deren Funktionsweise im folgenden beschrieben wird. Im Einschaltmoment sind zunächst noch alle Relaiit 11,21,15,25 abgefallen und die beiden Schwellwertschalter 18,28 liegen über die Widerstände 14,24 und die Flammenrelais 71,21 an der Betriebsspannung U|. Über die Umschalteinrichtung 3 erreicht je nach deren Schalterstellung, die euch durch weitere hier nicht dargestellte Schaltungsteile eindeutig festgelegt sein kann, das Flammensignal beispielsweise die Bewertungstchaltung 20, deren Ausgang L-Pegel annimmt.

Am Eingang des Schwellwertschalters 28 wird ?o Iglich der Schwellwert unterschritten und die entstandene Spannungsdifferenz an den Ausgängen der Schwellwertschalter 18, i!8 führt zur Ladung des Kondensators 29 und zum Anziehen des Relais 25, wodurch auch das Flammenrelais 21 mit der vollen Betriebsspannung aktiviert wird. Der über den Haltewiderstand 5, der, Widerstand 14 und das Flamrrenrelais 11 fließende Strom bewirkt einen Spannungsabfall am Widerstand 5 um dessen Betrag der am Eingang des Schwellwertschalters 18 liegende Pegel fällt, wodurch dessen Schwellwert aber nicht unterschritten wird. Der Widerstand 14, der lediglich die Aufgabe hat, im Einschaltmoment bzw. bei geöffnetem Schalter 13 den H-Pegelfür den Schwellwertschalter 18 zu liefern, muß entsprechend groß gewählt werden, um den über das Flammenrelais 11 fließenden Strom so zu begrenzen, daß mit Sicherheit kein Auslösen erfolgen kann.

Mit dem Umschalten des Flemmensignals an den Eingang der Bewertungsschaltung 10 führt der an deren Ausgang entstehende L-r'egel zur Unterschreitung des Schwellwertes des Schwellwertschalters 18. Gleichzeitig wird mit der Pegeländerung an der ' Bewertungsschaltung 20 über den Haltewiderstand 5 das Flammenrelai» 21 im Haltestrombereich gehalten. Das damit verbundene Anheben des Eingangspegels des Schwellwertschalters 28 über den Schwellwert führt zu dessen Umschaltung. Die so erzielte Potentialumkehr an den Ansteuerschaltungen 110,210 bewirkt das Laden des Kondensators 19 und Anziehen dos

Relais 15 so Nie des Flammenrelais 11 infolge Schließens des Arbeitskontaktes 13. Damit ist der weiter oben bereits ohne Berücksichtigung der Anlaufschaltung 6 beschriebene dynamiich stabile Zustand erreicht. Die Schwellwertschalter 18,28 bewirken dabei zusätzlich eine Potentialabtrennung der Ansteuerschaltungen 110,210, die dadurch mit dem vollen Spannungshub betrieben werden. Der Haltestrom für das Flammenrelais des jeweils nichtaktiven ÜtTertragungskcnata wird nach Hinzufügen der Anlaufschaltung 6 über den Haltewiderstand 5 gewonnen. Die beiden Freilaufdioden 111,211 schützen die Schwellwertschalter 18,28 vor induktiven Spitzen. Für die zu verwendende Taktfrequenz fy und für die Abfallverzögerungszeit Ta der Relais 15,25 gilt die Beziehung

wobei T_F die Fehlerabschaltzeit, d. h. die maximal mögliche Zeit vom Auftreten eines Defektes bis zu Störabschaltung darstellt.

Bei Auftreten eines Flammenabrisses erfolgt innerhalb der mit der Bewurtungsschaltung 10 bzw. 20 realisierten Sicherheitsabschaltzeit Ts das Umschalten des Ausganges der im Moment des Flammenabrisses über die Umschalteinrichtung 3 gerade mit dem Flammenfühler 4 verbundenen Bewertungsschaltung auf den Η-Pegel und das Anfallen

des betreffenden Flsmmenrelais.

Die Schaltungsanordnung ist eigensicher bezüglich der in Betracht zu ziehenden Defekte wie Unterbrechungen von Leit jngen

und Widerständen, Schluß und Unterbrechung von Kondensatoren und Dioden, Parameterveränderungen der

Schwellwertschalter und möglichem Schwingen der Bewertungsschaltungen. Diese Defokte bewirken eine Störung des weiter oben beschriebenen dynamisch stabilen Zustandes. ndem je nach Art des Defektes entweder paritätische Pegel in den beiden Kanälen auftreten oder infolge verminderter Ladung der Kondensatoren 19,

29 die Zeitrelation T_A > nicht mehr zutrifft und die Relais 15,25 abfallen.

2f_T

Da °über hinaus wird mit dieser Schaltungsanordnung zugleich eine Überwachung der Taktfrequenz ίτ erreicht. Ein unzulässiges Ansteigen der Taktfrequenz ίγ führt infolge der Hystereso der Bewertungsschaltungen 10,20 zu paritätischen Signalpegeln am Ausgang der Bewertungsschaltungen, das Absinken der Taktfrequenz fr bewirkt das Abfallen der Relais 15,25 da die in den Kondensatoren 15,25 gespeicherte Ladung nicht mehr ausreicht, während der größeren nichtaktiven Zeit jedes Kanals die Relais 15,25 zu halten.

Die erfindungsgomäße Schaltungsanordnung kann auch sinnvoll zur dynamischen Eigenüberwachung zweier auf die gleiche Flamme gerichteter Flimmenfühler eingesetzt werden, indem jeder Flammenfühler direkt mit einer der beiden Bewertungsschaltungen verbunden wird. Anstelle der Umschalteinrichtung erfolgt in diesem Fall taktgesteuert im Wechsel die Simulation des Zusttndes ,Flamme erloschen" gegenüber den den beiden Übertragungskanälen zugeordneten Flammenfühlern, z. B. durch wechselweises Abdecken bei UV-Fühlern, wodurch diese von der Eigenüberwachung der Schaltungsanordnung mit erfaßt werden. Dabei können sich die Fühler, die Bewertungsschaltungen und die Überwachungsveriahren der beiden Kanäle auch voneinander unterscheiden, so daß die Schaltungsanordnung auch die gleichzeitige Überwachung miteinander kombinierter auf unterschiedliche Eigenschaften der Flamme ansprechender Flammenwächter ermöglicht.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung zur dynamischen Eigenüberwachung von Flammenwächtern, gekennzeichnet dadurch, daß zwei jeweils die Bewertungsschaltung (10,20) für das Flammensignal und das Flammenrelais (11,21) enthaltende am Ausgang (A) konjunktiv verknüpfte Übertragungskanäle (1,2) vorhanden sind, welche über eine taktgesteuerte Umschalteinrichtung (3) wechselweise an den Flammenfühler (4) anschaltbar sind, wobei in Reihe mit den Flammenrelais (11,21) Schalter (13,23) angeordnet sind, die durch jeweils über Dioden (17, 27) mit den Ausgängen beider Bewertungsschaltungen (10,20) verbundene, deren Schaltzustand auswertende Ansteuerschaltungen (110,210) steuerbar sind und daß eine Anläufschaltung (6) vorgesehen ist.

2. Schaltungsanordnung zurdynamischen Eigenüberwachung von Flammenwächtern nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden Ansteuerschaltungen (110,210) jeweils aus einem Relais (15,25) mit Abfallverzögerung und einer in Reihe geschalteten Diode (16,26) bestehen, wobei die beiden Dioden (16,26) antiparallel angeordnet sind und die Schalter (13,23) Arbeitskontakte dieser Relais (15,25) sind.

3. Schaltungsanordnung zur dynamischen Eigenüberwachung von Flammenwächtern nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß als taktgesteuerte Umschalteinrichtung (3) ein elektronischer Umschalter eingesetzt ist.

4. Schaltungsanordnung zur dynamischen Eigenüberwachung von Flammenwächtern nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Anlaufschaltung (6) durch das Flammensignal auslösbar ist.

5. Schaltungsanordnung zur dynamischen Eigenüberwachung von Flammenwächtern nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß als Anlaufsohaltung (6) an den Eingängen der Ansteuerschaltung (110,210) angeordnete Schwellwertschalter (18,28), die Schalter (13,23) überbrückende Anlaufwiderstände (14,24) und ein die Erregerstromkreise der Flammenrelais (11, 21) miteinander verbindender Haltewiderstand (5) vorgesehen sind.

6. Schaltungsanordnung zur dynamischen Eigenüberwachung von Flammenwächtern nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Bewertungsschaltungen (10,20) eine Schalthysterese aufweisen.

7. Schaltungsanordnung zur dynamischen Eigenüberwachung von Flammenwächtern nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß für die Taktfrequenz (f_T) und die Abfallverzögerungszeil (Ta) der Relais (15,25) in Relation zur Fehlerabschaltzeit (T_f) und zur Sicherheitsabschaltzeit (T₅) die Beziehung