DE60111359T2

DE60111359T2 - Diagnosegerät für feuerungsanlage

Info

Publication number: DE60111359T2
Application number: DE60111359T
Authority: DE
Inventors: Abraham W. ANTHONY; Raffaelli G. JOSEPH; Cuomo W. ROBERT; Johnson Daniel DEREK; Lewis Wayne ROBERT; Vaughn Eldon
Original assignee: Robertshaw Controls Co
Current assignee: Robertshaw Controls Co
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2001-01-24
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2021-01-25
Also published as: US20030004682A1; EP1259764A1; AU3302401A; ATE297530T1; KR20020092942A; AU778003B2; JP2003521662A; EP1259764B1; CA2398965A1; US6535838B2; US20020052713A1; KR100750977B1; DE60111359D1; WO2001055644A1; US6658372B2; ES2243445T3

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Diagnosesysteme für einen Wohnraum-Ofen. Insbesondere betrifft die Erfindung sowohl ein Verfahren zum Messen, Abspeichern, Ausgeben und Analysieren von diagnostischen Ofen-Informationen als auch elektronische Schaltungen und Software, die zur Ausführung eines derartigen Verfahrens geeignet sind.
Die Komplexität moderner Heizungssysteme hat die Diagnose und Reparatur von Fehlern, an denen solche Systeme leiden können, komplizierter gemacht. Eine Fehldiagnose und der Austausch der falschen Komponenten ist sowohl teuer als auch zeitaufwendig und kann zu einem für alle Beteiligten beträchtlichen Mißstand führen. Einerseits sieht sich der Hauseigentümer einer anhaltenden Fehlfunktion des Heizungssystems ausgesetzt und er muß wiederholte Service-Anrufe tätigen. Andererseits muß der Service-Anbieter Zeit und Mühe aufbringen, um wiederholt Personal in den Außendienst zu entsenden, um das Problem herauszufinden, während der Hersteller des Ofens aufgefordert werden kann, für den Austausch von Komponenten zu sorgen, die tatsächlich fehlerfrei und absolut betriebsbereit sind.
Früher wurde ein leichter Fortschritt darin erzielt, einen umfassenderen analytischen Ansatz für den Betrieb von Ofensystemen zu erleichtern und es dadurch zu ermöglichen, daß Probleme schneller und effizienter diagnostiziert und die zugrunde liegenden Fehler korrekt identifiziert werden. Dies hat sowohl die Modifikation von Ofen-Konfigurationen umfasst, um die aktive Überwachung verschiedener Funktionen vorzusehen, als auch die Entwicklung von externen analytischen Instrumenten, welche dazu geeignet sind, den Betrieb von bestehenden Ofensystemen zu untersuchen. Keiner der früher bekannten Ansätze hat jedoch ein adäquat umfassendes System zur Verfügung gestellt, welches alle der derzeit verfügbaren Instrumente nutzt, um es dadurch zu ermöglichen, daß Probleme so schnell und so genau wie möglich identifiziert werden.
Bei bestimmten früher bekannten Systemen wurden Überwachungs- und Diagnose-Systeme innerhalb eines Ofens integriert, um dadurch eine Datensammlung und Speichermöglichkeit zu schaffen. Fehlfunktionen einschließende Betriebsdaten werden registriert und auf diese kann von einem Service-Techniker zugegriffen werden, der eine tragbare, fest verdrahtete Daten-Ausleseeinheit verwendet.
Die US 5 612 904 offenbart eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebs eines Ölbrenners zur Ermöglichung der bequemen Diagnose von Brenner-Problemen. Die Vorrichtung weist zwei Hauptkomponenten auf: Eine ständig befestigte oder integrierte Daten-Sammeleinheit, welche mit entscheidenden Punkten im Ölbrenner verbunden ist, sowie eine tragbare Daten-Ausleseeinheit. Die Daten-Sammeleinheit nimmt Informationen betreffend die Schlüsselfunktionen, welche den Betrieb eines Ölbrenners wiedergeben, auf und speichert diese. Wenn ein Fehler auftritt, erzeugt die Vorrichtung ein Signal, um einem nachgeschalteten Mikroprozessor, falls ein solcher angeschlossen ist, anzuzeigen, daß ein Problem aufgetreten ist. Der Techniker des Ölbrenners stellt unter Verwendung der tragbaren Daten-Ausleseeinheit eine Verbindung mit der Daten-Sammeleinheit unter Zugriff auf die in der Daten-Sammeleinheit gespeicherten, die Ursache des Problems betreffenden Informationen her.
Die DE 198 06 112 offenbart die Einstellung eines Heizgeräts, wobei eine Bedarfswert-Spezifikation in einer Steuerung erfolgt. Das Verfahren umfasst die Verwendung einer elektronischen Steuerung, deren Temperatur-Bedarfswert der Steuerung direkt als ein Digitalwert über eine bestehende Datenleitung oder einen Kabelbaum unter Verwendung eines bestehenden Heizgerät Diagnose-Steuerungsprogramms übermittelt. Eine bidirektionale Funkverbindung ist zwischen einem stationären Teil des Heizgerätes und einer entfernt vorgesehenen, vorzugsweise mobilen Steuerung bereitgestellt. Der Digitalwert wird direkt über die Datenleitung oder den Kabelbaum an die Steuerung übertragen.
Es wurden weitere Systeme konzipiert, bei denen eine integrierte elektronische Ofen-Steuerungs-Anordnung die Funktion eines Selbsttests einschließt, welcher den Ofen abschaltet, wenn das Ereignis irgendeines aus einer Vielzahl von möglicherweise erfassten Fehlern eintritt. Dieses System überprüft Ofen-Sensoren auf falsche Anzeigen sowohl während der Sensor einen bestimmten Brenner-Parameter detektieren sollte als auch, wenn der Sensor diesen Parameter nicht abfragen sollte, und führt beim Auftreten einer Unstimmigkeit eine Sicherheits-Unterbrechung und ein Verriegelungs-Kommando aus, um den Ofen abzuschalten. Zusätzliche Merkmale, die vorliegen können, schließen eine Vielzweckanzeige zur se lektiven Darstellung von Komponenten wiedergebenden Fehlercodes, Temperatur-Reduzierungs-Tabellen, der Tageszeit und des Wochentages ein.
Es wurden Systeme beschrieben, welche ein Steuerungssystem für einen Gasbrenner mit Direktzündung umfassen, welches einen Mikrocomputer und einen zugehörigen Schaltkreis zur Kontrolle der Stromversorgung der Zündvorrichtung und von Ventilen und für viele Überprüfungen der Unversehrtheit der Komponenten des Systems verwendet. Derartige Systeme können einen Zündungssteuerungs-Prozessor aufweisen, welcher codierte Datensignale an ein tragbares Anzeigemodul über eine festverdrahtete Leitungsverbindung übermittelt. Das tragbare Anzeigemodul enthält einen Prozessor, um die von dem Zündungssteuerungs-Prozessor empfangene Signale zu verarbeiten, und zur Steuerung einer Anzeigeeinrichtung, um die ausgewählten Betriebsmoden und die letzen bekannten Fehlerbedingungen in einer von Menschen lesbaren Form anzuzeigen. Es sind außerdem Verwaltungssysteme für Haushaltsgeräte und Kommunikationssysteme bekannt, welche ein Schnittstellenmodul aufweisen, welches an jedem Haushaltsgerät installiert ist. Im Falle eines Ofens arbeitet das Schnittstellenmodul mit dem Mikroprozessor des Ofens zusammen und meldet den Status der Ofenkomponenten sowie Fehler an eine zentrale Steuerung.
Obwohl derartige Systeme die Diagnose bestimmter Fehler, an denen ein Ofen laborieren kann, unterstützen, ermöglicht es jedoch keines der früher beschriebenen Systeme einem Techniker, in den Genuss des vollen Vorteils einer computergestützten Analyse sowohl in Echtzeit als auch historischer Daten zukommen. Es besteht Bedarf an einem System, bei welchem derartige Fähigkeiten gleichzeitig auf ein bestimmtes Problem angewendet werden können, so daß es möglich ist, einen zugrunde liegenden Fehler schnell und genau zu identifizieren. Ein derartiges System muß nicht nur während seines Betriebs effizient sein, sondern muß auch einfach zu transportieren und einfach an seinem Einsatzort zu verwenden sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zum Erhalten, Ausgeben und Analysieren von diagnostischen Informationen für Öfen zur Verfügung, um eine Fehlersuche- und beseitigung sowie eine Reparatur zu unterstützen. Die Erfindung ist mit der Erkenntnis formuliert, daß eine Vielzahl von unterschiedlichen Faktoren zu einer Fehldiagnose beitragen können, was das Unvermögen eines Technikers einschließt, verschiedene Funktionen eines Systems schnell und einfach zu überprüfen, um dadurch Fehler in Echtzeit zu identifizieren. Zusätzlich, falls eine bestimmte Fehlerart periodisch auftritt, kann ein Unvermögen, vorhergehende Fehlfunktionen betreffende Umstände wieder abzurufen, eine positive Identifizierung des Problems verhindern. Die Unkenntnis des Technikers über den Fehler und die Instandhaltungs-Historie der bestimmten Einheit abhängig von der Fehlfunktion kann zusätzlich eine schnelle und genaue Diagnose verhindern. Schließlich können sowohl das Unvermögen, einen bestimmten Satz von Symptomen im Zusammenhang mit der vergangenen Historie des individuellen Heizungssystems schnell und genau zu analysieren als auch der gesamte Bestand derartiger Systeme Bemühungen vereiteln, ein bestimmtes Problem genau zu diagnostizieren und als Folge schnell und effizient zu beheben.
Die vorliegende Erfindung wendet sich an alle der oben beschriebenen Quellen oder Ursachen einer Fehldiagnose. Außerdem ermöglicht es die Erfindung einem Techniker, alle relevanten Daten von dem Ofen schnell und einfach zu erzeugen und wiederzuerlangen, und nutzt die Erfindung die Analyseleistung von entfernt angeordneten Diagnoseeinrichtungen zur Analyse der Daten. Als solches weist das erfindungsgemäße System verschiedene Sensoren auf, welche überall in einem Ofen eingebaut sind und dessen verschiedene Funktionen überwachen, und ist dazu fähig, die von derartigen Sensoren erzeugten Daten abzuspeichern, so daß eine Fehler-Historie erzeugt und es einem Techniker ermöglicht wird, auf derartige Daten mittels eines entfernt angeordneten Handgeräts zuzugreifen. Das Handgerät ermöglicht es dem Techniker zusätzlich, verschiedene Funktionen des Systems zu steuern und dadurch, für dessen Betrieb einschlägige Zeit-Daten zu erzeugen. Das Handgerät dient dazu, die Daten zu analysieren, so daß das zugrundeliegende Problem diagnostiziert wird. Schließlich ermöglicht es das System, daß Daten an eine enfernt angeordnete zentrale Computereinrichtung zur weiteren Verarbeitung übertragen werden. Eine derartige zentrale Einrichtung ist dazu fähig, eine große Datenmenge abzuspeichern, welche den Betrieb und die Fehler-Historie des gesamten Bestandes individueller Ofensysteme in der Umgebung betreffen. Die Möglichkeit, auf eine derartige Datenbank zurückzugreifen, schafft außerdem eine Unterstützung für den Techniker, so daß es diesem ermöglicht ist, einen bestimmten Satz von Echtzeit- und/oder historischen Daten schneller und genauer mit einem zugrundeliegenden Fehler in Beziehung zu setzen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ofendiagnosesystem zur Verfügung gestellt, wie es in Anspruch 1 wiedergegeben ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Unterstützung eines Service-Technikers bei der Diagnose von Fehlern in einem Ofen während dessen Betriebs zur Verfügung gestellt, wie es in Anspruch 9 wiedergegeben ist.
Vorzugsweise wird ein Software-System zur Verfügung gestellt, welches an einem Mikrocontroller sitzt und mit dem elektronischen Schaltkreis zusammenarbeitet, um auf die erhaltenen Diagnose-Informationen zuzugreifen und um außerdem mit einem tragbaren Handgerät zusammenzuarbeiten, so daß die Informationen einem Benutzer des Systems zur Verfügung gestellt werden.
Vorzugsweise wird ein elektronischer Schaltkreis und eine Software bereitgestellt, welche dazu fähig sind, den Betrieb des Ofens betreffende Daten für einen späteren Zugriff auf sie abzuspeichern.
Vorzugsweise besteht die Erfindung aus einer auf einem Mikrocontroller basierenden Ofen-Steuerung für einen Wohnraum-Ofen mit verschiedenen Sensoren und einem drahtlosen Hand-Anzeigengerät (wie einer PalmOS^TM-Einrichtung). Sowohl auf die Echtzeit-Daten als auch auf die gespeicherten historischen Daten ist für eine Analyse mittels des Handgerätes zuzugreifen. Die Erfindung fasst dadurch detaillierte Diagnose-Informationen und die neueste Computer-Technologie zum Vorteil des Service-Technikers zusammen.
Die Erfindung erlaubt dem Techniker, den Betrieb des Ofens über das Handgerät zu steuern und dadurch Echtzeit-Datenpunkte zu erzeugen, ohne einen physikalischen Zugriff auf die Schaltkreise der Ofensteuerung zu haben.
Die Erfindung stellt die Speicherung von und den Zugriff auf Leistungs-/Fehler-Daten eines Bestandes gleicher Ofensysteme in einer zentralisierten Datenbank bereit, um die Diagnosefähigkeit des Systems weiter zu erhöhen.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich, welche in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung die Prinzipien der Erfindung beispielhaft veranschaulichen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Ofendiagnosesystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein logisches Steuerdiagramm, welches im wesentlichen das Verfahren der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3 zeigt ein Flußdiagramm des ZÜNDUNGS-Abschnitts des Steuerdiagramms in 2;
4 zeigt ein Flußdiagramm des BRENNER-Abschnitts des Steuerdiagramms in 3;
5 zeigt ein Flußdiagramm des KÜHLUNGS-Abschnitts des Steuerdiagramms in 2;
6 zeigt ein Flußdiagramm des VERRIEGELUNGS-Abschnitts des Steuerdiagramms in 2;
7 zeigt ein elektronisches Schaltkreis-Diagramm, welches ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Ausführung der Funktionen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
8A-M zeigen die verschiedenen Verriegelungs-Codes und zugehörige Diagnose-Meldungen, die dem Benutzer angezeigt werden, einschließlich möglicher von dem Benutzer durchzuführender Maßnahmen in Verbindung mit dem VERRIEGELUNGS-Steuerdiagramm in 6.
Ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Die vorliegende Erfindung offenbart ein neues Verfahren zur Übermittlung von Steuerungen und sowohl historischen als auch Echtzeit-Diagnoseinformationen zwischen einer Steuerung eines Wohnraum-Ofens und einem von einem Service-Techniker getragenen tragbaren Handgerät. Das System stellt ein Verfahren zur Verfügung, den Ofen während des Betriebs abzufragen, sowohl die Echtzeit-Informationen als auch gespeicherte historische Daten über die Vorgänge des Ofens zu diagnostizieren, Komponenten des Ofens zu steuern und die resultierende Reaktion in Echtzeit zu überwachen sowie dem Service-Techniker schnell eine auf Kenntnissen basierende Fehlersuch- und -beseitigungs-Unterstützung zur Verfügung zu stellen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens sieht Infrarot-Kommunikationsanschlüsse an der Ofensteuerung und dem Handgerät vor, um physikalische Anschlüsse an dem Ofen zu erübrigen. Eine drahtlose Verbindung führt nicht nur dazu, daß der Zugriff schneller und bequemer erfolgt, sondern ermöglicht auch einen Zugriff auf elek tronische Steuerungen ohne das Risiko einer versehentlichen Einflußnahme auf den Betrieb des Steuerschaltkreises des Ofens mit physikalischen Anschlüssen, was möglicherweise die Ursache einer Fehlfunktion überdecken kann. Das Handgerät mit einem Mikrocontroller, einer Anzeige und einem Tastenfeld, stellt die Logik zur Verfügung, welche die Diagnoseinformationen von dem Ofen auswertet und den Außendienst-Techniker mit Instruktionen zur Fehlersuche und -beseitigung und zum schnellen Beheben von Fehlfunktionen versorgt. Das System ermöglicht es außerdem, daß auf eine zentrale Computereinrichtung mit einer Leistungs-/Fehler-Datenbank betreffend einen Gesamtbestand derartiger Ofensysteme zugegriffen werden kann, so daß die Diagnosefähigkeit des Systems weiter erhöht wird.
Somit ist die vorliegende Erfindung bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie in 1 gezeigt, gerichtet auf ein elektronisches Steuersystem 10 und zugehörige Software zur Verwendung als Diagnoseinstrument bei einer Anwendung eines Wohnraum-Ofens mit anvisierten 100 000 BthU ("British Thermal Unit"), Wohnraum-Öfen mit 80 % Wirkungsgrad. Die Erfindung stellt die Fähigkeit einer genauen Diagnose bei einer im Ofen 20 installierten Steuerung 30 eines Wohnraum-Ofens zur Verfügung. Während des üblichen Betriebs arbeitet die Ofensteuerung 30 mit einem Thermostat 50 zusammen, um manuelle Ofensteuerungs-Signale zu empfangen, und arbeitet außerdem mit Ofensteuerungs-Elementen und Sensoren zusammen, um den erforderlichen Betrieb bereitzustellen. Während Fehlersuch- und Diagnose-Vorgängen arbeitet ein Infrarot-Kommunikationsanschluß 31 an der Ofensteuerung über eine Infrarotverbindung mit einem Infrarot-Kommunikationsanschluß 41 an dem Handgerät 40 des Service-Technikers zusammen. Unter Verwendung der Infrarotverbindung hat der Service-Techniker die Möglichkeit, auf der Anzeige 42 des Handgeräts 40 Fehlersuch- und -Beseitigungs-Anweisungen auszulesen und Kommandos unter Verwendung des Tastenfelds 43 des Handgeräts 40 zur gleichen Zeit auszugeben, in der der Ofen 20 in Betrieb ist. Das Handgerät 40 verwendet eine Informationsdatenbank, um die aufgefundenen Fehlertypen in Beziehung zueinander zu setzen, und macht dem Techniker Vorschläge, wo etwa die Suche nach Problemen zu beginnen ist. Dies hilft dabei, zu identifizieren, an welchem Punkt im Steuerkreis ein Fehler vorliegt und welche Komponente oder welches Teilsystem die Ursache sein könnte. Das System weist zusätzlich eine zentralisierte Computereinrichtung 45 auf, auf welche über Modem 60 zugegriffen werden kann. Eine derartige Einrichtung weist sowohl eine Datenbank der Fehler-Historie des gesamten Bestandes gleicher Öfen als auch fortschrittliche Diagnosefähigkeiten auf, um dadurch die Diagnosefähigkeiten des Handgeräts zu erweitern. Wie in den 2-6 gezeigt ist, stellt das System folgende Diagnosehilfe zur Verfügung:

– Ofensteuerungs-Status: Die Ofensteuerung 30 überträgt den aktuellen Status des Steuerungssystems an das Handgerät 40.
– Echtzeit-Hilfe: Das Handgerät 40 setzt den aktuellen Status des Steuerungssystems mit den zweckdienlich wahrscheinlichen Problemursachen innerhalb des Fehler-Suchschemas in Beziehung.
– Vorverdichter-Funktion: Zusätzlich zu der automatischen Überwachung kann der Techniker das Gebläse des Vorverdichters einschalten und den Status des Druckschalters "sehen", wenn dies die Steuerung tut.
– Zündvorrichtungs-Funktion: Zusätzlich zu der automatischen Überwachung kann der Techniker die Heißglühzündungs-Einrichtung einschalten und die Menge aufgenommenen Stroms "sehen".
– Verteiler-Druck: Zusätzlich zu der automatischen Überwachung kann der Techniker die Größenordnung des Verteiler-Gasdruckes überwachen.
– Filter-Differentialdruck: Zusätzlich zu der automatischen Überwachung kann der Techniker den Differentialdruck durch den Filter hindurch zur Identifizierung eines zugesetzten Filters überwachen.
– Zündungs-Funktion: Zusätzlich zu der automatischen Überwachung kann der Techniker eine Zündungsfrequenz starten, um Ereignisse zu beobachten oder eine bestimmte Komponente auf Fehler zu untersuchen.
– Umwälz-Funktion: Zusätzlich zu der automatischen Überwachung kann der Techniker die verschiedenen Geschwindigkeiten des Umwälzgebläses einschalten, um eine Fehlersuche am Motor zu unterstützen.
– Auslesen von Thermostat-Signalen: Zusätzlich zu der automatischen Überwachung kann der Techniker diejenigen Signale überprüfen, welche die Ofensteuerung 30 von dem Termostaten 50 "sieht".

Unter Bezugnahme auf 7 zeigt der elektronische Schaltplan das bevorzugte Ausführungsbeispiel einer Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens Erfindung. Die Steuerung weist eine 24V-Gleichstromder Erfindung. Die Steuerung weist eine 24V-Gleichstrom- Energieversorgung auf, die eine Diode CR1 und einen Kondensator C1 umfasst. Die 24V-Gleichstrom-Energieversorgung stellt den Relais Energie zur Verfügung. Die Steuerung weist außerdem eine 5V-Gleichstrom-Energieversorgung auf, welche eine Diode CR2, einen 5V-Regulator U11 mit drei Anschlüssen und einen Kondensator C2 umfasst. Die 5V-Gleichstrom-Energieversorgung stellt dem Rest des Schaltkreises Energie zur Verfügung.
Ein Relaistreiber, U3, wird dazu verwendet, die Relais auf Erdungsniveau herunterzuziehen. Um einen zusätzlichen Schutz vor einem Fehler zu geben, der das Gasventil-Relais K6 freigibt, ist ein 1kHz-Signal an einen Integrator angelegt, so daß der Relaistreiber des Gasventils vorbelastet ist. Der Integrator besteht aus den Kondensatoren C6 und C7, den Dioden CR3 und CR4 sowie den Widerständen R30 und R31. Dieser Integrator, in Verbindung mit einem von dem Mikroprozessor U1 über den Widerstand R13 zur Basis des Transistors Q1 angelegten Dauersignals, stellt den Erdungszweig zu dem Gasventil-Relais K6 zur Verfügung. Ein weiteres einzigartiges und neues Merkmal dieses Schaltkreises ist die Fähigkeit, den Zustand des Transistors Q1 und des Relaistreibers U3 zu überprüfen. Dies wird dadurch zustande gebracht, daß ein 2,5V-Gleichstrom-Referenzsignal über den Widerstand R34 und die Referenzdiode CR13 bereitgestellt ist. Dieses 2,5V-Gleichstrom-Signal wird dem Netz zwischen dem Emitter von Q1 und dem geöffneten Kollektor-Ausgang von U3 über den Widerstand R33 zugeführt. Das Signal wird außerdem zu einem analogen Eingang des Mikroprozessors U1 zurückgeführt. Wenn beide dieser Treiber aus sind, kann das 2,5V-Gleichstrom-Signal von dem Mikroprozessor ausgelesen und als Kalibrierung für den Analog-Digital-Wandler verwendet werden. Das Signal wird auf annähernd 5V-Gleichstrom an steigen, wenn der Transistor Q1 eingeschaltet ist. Wenn der Relaistreiber, U3, angeschaltet wird, indem dem Integrator ein 1kHz-Signal zugeführt wird, wird das Signal am Mikroprozessor auf annähernd 0,7V-Gleichstrom verringert.
Der Transformator T1, die Diode CR11, die Kondensatoren C4 und C5 sowie die Widerstände R54 und R55 erzeugen eine Spannung, welche proportional zu dem Strom der Zündvorrichtung ist. Diese Spannung wird dem Mikroprozessor in einem analogen Eingang zugeführt. Dies ermöglicht es dem Mikroprozessor, den Strom der Zündvorrichtung zu messen.
Der Schaltkreis nutzt außerdem eine einzigartige Methode, den Flammenstrom zu messen. Der Flammenabtast-Schaltkreis besteht aus Kondensatoren C8 und C9, Widerständen R23, R24, R25, R26, R27 und R28 sowie Transistoren Q2 und Q3. Ein Wechselstrom-Signal wird dem Flammenabtast-Schaltkreis über den Kondensator C8 zugeführt. Bei Vorhandensein einer Flamme wird an dem Flammenabtast-Eingang ein negativer Gleichstrom angelegt. Dieser Gleichstrom reicht aus, um den Kondensator C9 zu entladen, bis er ausreichend niedrig ist, um die Vorspannung des FET Q3 zu beenden, was somit das Vorhandensein einer Flamme anzeigt. Der Schaltkreis wird durch den Puls-Transistor Q2 des Mikroprozessors automatisch an seine maximale Empfindlichkeit herauf und herunter geregelt. Wenn der Transistor Q2 angeschaltet ist, wird der Kondensator C9 auf 5V Gleichstrom aufgeladen. Die Impulsbreite des zu dem Transistor Q2 führenden Signals beginnt bei einem 50%igen Arbeitszyklus. Wenn keine Flamme detektiert wird, wird der Arbeitszyklus so lange wiederholt um einen Faktor 2 verringert, bis eine Flamme detektiert wird. Dann wird der Puls-Arbeitszyklus all mählich vergrößert, bis C9 ausreichend entladen ist, um den FET Q3 vorzubelasten, und eine Flammen-Abtastung nicht länger detektiert wird. Die Impulsbreite kurz bevor eine Flammen-Abtastung nicht länger detektiert wird ist direkt proportional zum Flammenstrom.
Der Schaltkreis weist außerdem zwei Druckwandler auf, welche mit dem Mikroprozessor U1 verbunden sind. Diese Druckwandler, U6 und U7, sind über U2 und verschiedene Verstärkungs-Widerstände verstärkt, so daß eine analoge Spannung an dem Mikroprozessor zur Verfügung steht, die proportional zu den gemessenen Drücken ist.
Der standardmäßige externe Thermostat 50 hat Kontakte R, W, Y, und G. Diese werden überwacht, um zu ermitteln, ob der Thermostat zu einer Aufheizung oder Abkühlung auffordert, oder ob ein manuelles Gebläse eingeschaltet ist. Die Eingangs-Anschlüsse von den Thermostat-Kontakten sind durch Widerstände geteilt und an den 5V-Gleichstrom- und Erdungsniveaus über das Dioden-Array U8 festgeklemmt. Der Schaltkreis überwacht außerdem den Hochlimit-Thermostaten, Überschlags-Schalter und einen Druckschalter. Diese Eingänge sind ebenfalls durch Widerstände aufgeteilt und an 5V-Gleichstrom und Erde mittels des Dioden-Arrays U8 und der Dioden CR12 und CR13 festgeklemmt.
Innerhalb der Ofensteuerung 30 sind die Schaltungen zur Kontrolle und Überwachung von Funktionen, wie die Auf heiz- und Abkühl-Geschwindgkeit des Luft-Umwälzgebläses und der Geschwindigkeit des manuellen Gebläses, der Zündvorrichtung, des Gasventils sowie des induzierten Luftstrom-Gebläses, mit Klemmleisten oder -Anschlüssen zur einfachen Verbindung mit einem Ofen verbunden. Ein 4-Stellungs-DIP-Schalter wird verwendet, um verschiedene Gebläse-Anschalt- und -Ausschalt-Verzögerungen auszuwählen. Der Schaltkreis umfasst außerdem einen Anschluß für eine Flash-Programmierung. Dies ermöglicht es, daß der Mikroprozessor umprogrammiert wird, während er im Schaltkreis angeordnet ist.
Der Schaltkreis schließt außerdem Verfahren zur Kommunikation mit anderen Computern ein. Das erste Verfahren erfolgt über ein IRDA-Interface. Die seriellen Eingangs- und Ausgangsleitungen des Mikroprozessors werden über einen analogen zweiseitigen Schalter U9 zu der Infrarot-Kommunikations-HSDL-7001-Steuerung U4 geführt. U4 verbindet dann mit HSDL-3610, einem Infrarot-Transolver, welcher den Infrarot-Eingang und -Ausgang des Schaltkreises zur Verfügung stellt. Dieser Infrarot-Kommunikationsanschluß ist in 1 als Element 31 gezeigt. Ein anderes Verfahren externer Kommunikationen erfolgt über ein RS232-Interface. Eine DCE RS232-Verbindung ist ausgebildet, indem die seriellen Eingangs- und Ausgangsleitungen des internen UART des Mikropozessors genommen werden und diese über den analogen zweiseitigen Schalter U9 mit dem MAX232E, U10, übergeleitet werden. Die RS232-Spannungsniveaus werden über U10 und Kondensatoren C10, C11, C12 und C13 erreicht. Diese Signale werden dann zu dem SUB-D9-Verbindungsglied geführt. Dieser Anschluß ist in 1 als Element 32 gezeigt und kann dazu verwendet werden, eine Verbindung mit einem Modem 60 herzustellen, so daß historische Daten auch über eine Telefonleitung oder über das Internet eingeholt werden können.
Die oben vorgesehenen Fähigkeiten zur Kommunikation sind eines der wichtigen neuen Merkmale des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung und ermöglichen es, daß auf die Steuerungs-Einrichtung entweder über das IRDA-Interface 31 oder das RS232-Interface 32 zugegriffen wird. Dieser Zugriff versetzt den Service-Techniker in die Lage, die Ofensteuerung 30 auf Fehler zu untersuchen und verschiedene Parameter zu messen, ohne einen der Schaltkreise zu berühren. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Software-Interface in ein Handgerät 40 eingebunden, welches es dem Techniker ermöglicht, sowohl Abschnitte des Schaltkreises der Ofensteuerung nach Bedarf abzuarbeiten als auch mögliche Probleme über verschiedene Diagnose-Meldungen zu identifizieren, die auf der Anzeige 42 des Handgeräts angezeigt werden, wie es in 8A-M gezeigt ist. Dies steigert die Möglichkeit des Technikers enorm, Fehler zu suchen und zu diagnostizieren, was mit dem Schaltkreis nicht simmt. Die Software ermöglicht es dem Techniker außerdem, eine Aufforderung zum Aufheizen zu erzeugen, wobei in diesem Fall die Steuerung 30 so arbeitet, als ob der Thermostat 50 höhergedreht wurde und eine Aufforderung zum Aufheizen erzeugt wurde.
Das Zwei-Wege-Interface stellt außerdem Echtzeit-Daten über die Zustände innerhalb der Vorrichtung (z. B. des Ofens) zur Verfügung. Der Strom der Zündvorrichtung, der Strom der Flammenabtastung, der Verteilerdruck der Zuleitungsdruck etc. können in Echtzeit ausgelesen werden. Wenn eine Aufforderung zum Aufheizen erzeugt wird, kann das Handgerät 40 alle gemessenen Informationen in Echtzeit anzeigen.
Der Mikroprozessor U1 der Steuerung 30 speichert außerdem historische Daten. Die historischen Daten werden dann an das Handgerät 40 übertragen. Diese Daten können dann archiviert werden, um Informationen über die Historie der Steuerung zur Verfügung zu stellen.
Daten, wie die Anzahl von Zyklen, die Anzahl von erfolgreichen Zündungszyklen beim ersten Versuch, zweiten Versuch, dritten Versuch und Zeitzahlen verschiedener Verriegelungen, des Verlustes der Flammabtastung, etc. werden für einen späteren Abruf gespeichert. Die Steuerung gibt diese Daten über die Lebensdauer der Steuerung hinweg und ab der letzten Abfrage durch das Handgerät 40 aus.
Das Nachstehende ist eine Zusammenfassung der Software-Merkmale:

1. Die Software ist für sicherheitskritische Anwendungen ausgestaltet und wird in Übereinstimmung mit der Spezifikation für Software-Sicherheit von Underwriters Laboratory (UL), 1998, Tabelle 7, stehen. Andere Merkmale sind weit über UL 1998 hinausgehend hinzugefügt, um Zuverlässigkeit und eine stabile Leistung sicherzustellen.
– Software-Wiederherstellung von Störungen und Einschwingvorgängen. Dies ermöglicht ein Wiederherstellen, wenn möglich ohne ein vollständiges Reset.
2. Die Software ist als Standvorrichtung ausgestaltet, welche alle Phasen der Gaszündung bei Ofen-Anwendungen steuert.
– Wartephase
– Vorspülphase
– Aufwärmphase
– Zündphase
– Brennphase
– Zwischenspülphase
– Nachspülphase
– Abkühlphase
3. Der Software-Kernel ist generisch ausgestaltet, damit er bei vielen Hardware-Konfigurationen funktioniert.
– Jeder I/O-Anschluß im Haupt-Kernelprogramm ist generisch, um eine Abstraktionsebene zu Anschluß-Definitionen hinzuzufügen.
– Es werden Software-Bibliotheks-Routinen verwendet, um Anschluß-Definitionen bestimmten Produkten zuzuweisen. Dies ermöglicht es, daß neue Produkte ohne Änderung der Haupt-Kernel-Software hinzugefügt werden können.
– Alle Konfigurations-Informationen werden aus EEPROM ausgelesen, damit das Haupt-Kernel-Programm generisch bleibt.
4. Die Software ist derart ausgestaltet, daß sie einem Handgerät 40 über einen Infrarot-Anschluß die nachstehenden Diagnose-Fähigkeiten zur Verfügung stellt:
– Verfügbarkeit von Echtzeitdaten auf der Anzeige 41 des Handgeräts.
– Phase und Zeiteinstellungen des Systems.
– Strom der Zündvorrichtung
– Flammenstrom
– Druck des Gaseinlasses
– Differentialdruck des Gasventils
– Verteilerdruck
– Differentialdruck des Luftfilters
– Fähigkeit zur einfachen Systemaktivierung von dem Handgerät 40 zur Fehlersuche.
– ACB manuelles Gebläse An/Aus
– ACB-Aufheizgeschwindigkeit An/Aus
– ACB-Abkühlgeschwindigkeit An/Aus
– Vorverdichter-Gebläse An/Aus mit Druckschalter Offen/Geschlossen-Rückmeldung
– Zündvorrichtung An/Aus mit Auslesen der Stromstärke
– Historische Daten werden an dem Handgerät 40 zur Verfügung stehen. Dies wird Daten einschließen, welche sich auf alle kritischen Aspekte der Ofensteuerung und -Instandhaltung über einen Zeitraum hinweg beziehen.
– Anzahl der Zyklen von Aufheizen, Abkühlen und des manuellen Gebläses.
– Anzahl von ersten, zweiten und dritten Zündungsversuchen.
– Anzahl der einem Flammenverlust nachfolgenden Neuversuche
– Verriegelungen und zugehörige Fehlerursachen

Der hierzu beigefügte Anhang A umfasst eine Liste des Quellcodes für das oben beschriebene Softwaresystem. Insbesondere umfasst das HEADER-Programm Konfigurationsdaten zum Einbinden des Verfahrens der Erfindung in einen Atmel-Mikrocontroller, MAIN den Funktionscode zum Betrieb des Systems, PROTO Funktionsprototypen, die von dem Compiler verwendet werden, um dem Compiler zu definieren, welche Funktionen er compilieren soll. RF2001 umfasst anwendungsspezifische Definitionen, wie welche Stifte des Mikrocontrolers welcher Funktion innerhalb des Systems zugeordnet sind, und SERIAL umfasst den Code, der für die Infrarot- und RS232-Kommunikation des Systems notwendig ist.
Obwohl eine bestimmte Ausgestaltung der Erfindung veranschaulicht und beschrieben wurde, wird es Fachleuten darüber hinaus ersichtlich sein, daß verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne sich von dem Gedanken und dem Gegenstand der Erfindung zu entfernen. Dem gemäß ist es nicht beabsichtigt, daß die Erfindung eingeschränkt wird, ausgenommen durch die beigefügten Ansprüche.

Claims

Ofendiagnosesystem (10) zur Erleichterung der Fehlersuche und -beseitigung von Funktionsstörungen im Betrieb eines Ofens (20), umfassend: Messfühler, die innerhalb des Ofens (20) zur Überwachung verschiedener Parameter angeordnet sind, die mit dem Betrieb des Ofens (20) verbunden sind; eine elektronische Schaltung (30) zur Übertragung der von den Messfühlern erzeugten Daten und zur Speicherung der von den Messfühlern erzeugten Daten; eine handgehaltene Vorrichtung (40) zum Empfangen von Daten aus der elektronischen Schaltung (30) und zum Analysieren von Daten, die von der Schaltung (30) empfangen werden, um eine Leitlinie für die Identifikation von fehlerhaften Komponenten bereitzustellen, die einer speziellen Funktionsstörung des Ofens (20) zugrunde liegen können, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung (30) die von den Messfühlern erzeugten Daten durch drahtlose Mittel überträgt und den Betrieb des Ofens (20) gemäß Befehlen steuert, die von den drahtlosen Mitteln empfangen werden; und dass die handgehaltene Vorrichtung (40) Daten durch drahtlose Mittel von der elektronischen Schaltung (30) empfängt und durch drahtlose Mittel Befehle zu der elektronischen Schaltung überträgt, um den Betrieb des Ofens (20) zu steuern, wobei das Diagnosesystem weiter eine zentrale Recheneinheit (45) umfasst, welche historische Daten speichern kann, die eine Anzahl von Öfen betreffen, wobei die handgehaltene Vorrichtung (40) in der Lage ist, mit einer derartigen Einheit (45) zu kommunizieren, um ihre Fähigkeit zu verbessern, Fehlfunktionen des Ofens (20) zu diagnostizieren.
Diagnosesystem (10) nach Anspruch 1, bei dem die drahtlosen Mittel eine Infrarot-Verbindung umfassen.
Diagnosesystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zentrale Recheneinheit (45) weiter in der Lage ist, der handgehaltenen Vorrichtung (40) eine Diagnoseunterstützung zu liefern.
Diagnosesystem (10) nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, bei dem die Parameter, die von den Messfühlern überwacht werden, den Zündeinrichtungsbetrieb und den Brennerbetrieb einschließen.
Diagnosesystem (10) nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, bei dem die handgehaltene Vorrichtung (40) Diagnosen durchführen kann, indem sie Funktionen des Ofens (20) steuert.
Diagnosesystem (10) nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, bei dem die handgehaltene Vorrichtung (40) in der Lage ist, Diagnosen auf der Grundlage von historischen Daten durchzuführen, die von der elektronischen Schaltung (30) gespeichert sind.
Diagnosesystem (10) nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, bei dem die handgehaltene Vorrichtung (40) Diagnosen auf der Grundlage von Echtzeitdaten durchführen kann, die von der elektronischen Schaltung (30) erzeugt werden.
Diagnosesystem (10) nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, bei dem die handgehaltene Vorrichtung (40) Diagnosen auf der Grundlage von in einer zentralen Recheneinheit (45) gespeicherten Daten durchführen kann, mit der die handgehaltene Vorrichtung (40) kommunizieren kann.
Verfahren zur Unterstützung eines Kundendiensttechnikers bei der Diagnose von Fehlern in einem Ofen (20), während er in Betrieb ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: die Bereitstellung einer an einem Ofen befestigten Regeleinrichtung (30), die eine Mikroregeleinrichtung und eine elektronische Schaltung zur Überwachung von Ofensteuerungsbefehlen enthält, die Steuerung von Ofenfunktionen als Antwort auf diese Befehle, die Überwachung und Aufbereitung einer Mehrzahl von Ofenmessfühlersignalen, die Umwandlung von Ofendaten in ein IRDA-Format, die Übertragung derartiger Informationen durch einen Infrarot-Kommunikationsanschluss (31) für die externe Verwendung und das Empfangen von externen Befehlen im IRDA-Format durch den Infrarot-Anschluss (31) und die Umwandlung in elektrische Signale; das Bereitstellen von Software, die sich auf der Mikroregeleinrichtung befindet, wobei die Software als Zustandsmaschine gebaut ist, die alle Stufen der Ofenfunktionen steuert und Diagnosen bei Ofendaten durchführt; die Bereitstellung einer zentralen Recheneinheit (45), die historische Daten speichern kann, welche eine Mehrzahl von Öfen betreffen; die Bereitstellung einer drahtlosen handgehaltenen Vorrichtung (40), die mit der zentralen Recheneinheit (45) kommunizieren kann; die Verwendung der Mikroregeleinrichtung zum Sammeln von Ofendaten von der elektronischen Schaltung, das Speichern der Daten, die Durchführung von Diagnosen bei den Daten, die Bereitstellung von Ofen-Systemsteuerungsinstruktionen an die elektronische Schaltung und die Bereitstellung von Echtzeit- und historischen Daten an die elektronische Schaltung zur Umwandlung in IRDA-Format und Übertragung durch einen Infrarot-Kommunikationsanschluss (31) für die externe Verwendung; das Empfangen der Informationen auf der drahtlosen handgehaltenen Vorrichtung (40), die eine Wissensbasis enthält, und die Durchführung von mehreren Ebenen von Diagnosen, einschließlich der Steuerung der Ofen-Regeleinrichtung (30) von der handgehaltenen Vorrichtung (40), das Sammeln von historischen Daten von der Ofen-Regeleinrichtung (30), das Sammeln von Echtzeitdaten von der Ofen-Regeleinrichtung (30), das Sammeln von historischen Daten, die eine Mehrzahl von Öfen betreffen, von der zentralen Recheneinheit (45) und das Analysieren von Daten, die von der Ofen-Regeleinrichtung (30) und der zentralen Recheneinheit (45) gesammelt wurden, um zu bestimmen, welche Komponente oder Komponenten die Ursache der Funktionsstörung sind, und das Anzeigen dieser Informationen für den Kundendiensttechniker; und das Führen des Kundendiensttechnikers durch die Reparaturstufen, die von der Wissensbasis, die sich in der handgehaltenen Vorrichtung (40) befindet, und den Daten, die von der Ofen-Regeleinrichtung (30) und der zentralen Recheneinheit (45) empfangen werden, festgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem ein Kundendiensttechniker bei der Diagnose von Fehlern in einem Zündungssystem eines Ofens (20) in einem Wohnhaus unterstützt wird, während dieser in Betrieb ist, wobei der Ofen (20) einen Induzierventilator mit Druckschalter, eine Zündeinrichtung, einen Verteiler-Gasdruck-Messfühler, einen Filter-Wirkdruck-Messfühler, ein Zirkulationsgebläse, ein Gasventil und einen Thermostaten aufweist und wobei die Software, die sich auf der Mikro-Regeleinrichtung befindet, alle Stufen der Ofenzündung steuert und Diagnosen bei den Ofendaten durchführt.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die elektronische Schaltung einen Flammen-Strommessschaltkreis enthält, der in Verbindung mit einer Logik, die in der Mikro-Regeleinrichtung enthalten ist, den Flammen-Strom durch Anlegen eines Wechselstrom-Signals und eines von der Mikro-Regeleinrichtung gesteuerten Pulses an einer Schaltung bestimmt, welche auch einen negativen Strom von einem Flammen-Messfühler empfängt, wobei ein derartiger Puls einen positiven Strom proportional zum Auslastungsgrad zu dem Flamme-anwesend-Anzeigeeinrichtungsschaltkreis liefert, welcher dazu tendiert, eine Flammeanwesend-Anzeigeeinrichtung abzuschalten, wobei ein derartiger Flammen-Messfühler einen negativen Strom zu dem Flamme-anwesend-Anzeigeeinrichtungsschaltkreis liefert, der dazu tendiert, die Flamme-anwesend-Anzeigeeinrichtung anzuschalten, wobei ein derartiger Puls-Auslastungsgrad bei einem nominellen Wert startet und, falls keine Flamme nachgewiesen wird, wiederholt halbiert wird, bis eine Flamme nachgewiesen wird, dann allmählich erhöht wird, bis keine Flammen-Anwesenheit mehr nachgewiesen wird, wobei die Pulsbreite unmittelbar bevor die Flammen-Anwesenheit nicht mehr nachgewiesen wird, direkt proportional zum Flammen-Strom ist.