EP0763694B1 - Verfahren zur Temperaturregelung für eine sensorgesteuerte Garungseinheit - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for temperature control for a sensor-controlled cooking unit consisting of a cooking device, sensors and hob, for example a glass ceramic hob, with both the hob and the cooking appliance May contain sensor-specific configurations.
- EP 0 658 067 A1 describes a Control for household appliances for the evaluation of sensor signals, especially for radiant heating in glass ceramic cooktops, known, the control sensory operated, direct and indirect temperature measurements of the decoding the respective hotplate of a glass ceramic cooktop and compares it with typical temperature profiles, and wherein the controller performs a pot detection and in In the event of a hotplate idle, the control unit controls the radiant heating switches off.
- the object of the invention is therefore the temperature of the food in cookware on troughs by an infrared sensor to measure without contact, the signals of this sensor too a controller, through which the food temperature led as precisely as possible to a setpoint and held there shall be.
- Figures 1, 2 show both the starting process and the holding process of the regulation in the case of conventional regulation and almost ideal regulation recognizable.
- the controller estimates the approach from the difference a first target temperature of the start value and the setpoint up to which the cookware is heated up without the heating of the hotplate being cycled. In order to the fastest possible heating is achieved. Is the first When the target temperature is reached, the hotplate is switched off. Because of the possible heat capacity of the hotplate the temperature of the cookware can be reheated for a short time become and rise slightly, the temperature of the cookware so the actual target temperature of the Cookware is approaching.
- the controller that is equipped with intelligence is determined by experimentally determined times Switched off the hotplate after the start-up process be on operation heating the setpoint.
- the holding process of the setpoint is made up of two sections. This is particularly important if the temperature of the food has to be kept relatively constant over a long period of time.
- the control device switches to the holding process I.
- the setpoint is held by simply comparing the temperatures T setpoint and T actual with the corresponding switching of the control device with respect to the heating device of the hotplate.
- the control system can also intelligently take into account on and off times for switching cycles of the hotplate heating, which defines the current energy consumption of the cookware. As a result, the holding process I can be further optimized.
- the minimum on and off times of the hotplate are determined, and the holding process II is initiated. From now on, the controller will automatically cycle with the previously determined switching times. If the temperature of the food drifts, the switching times are corrected so that the on and off times of the hotplate remain minimal.
- the strict program sequence sequences of a regulation consisting of the starting process, the stopping process I and the stopping process II, are defined. 3 can be seen from the start of the control 31, the subsequent step that the control takes in the control process, 32, namely firstly estimating the first target temperature, secondly switching on the hotplate. This happens in the start-up process.
- control determines that the desired target temperature has been reached, it switches off the hotplate in step 34 and waits for the temperature of the food to settle.
- step 33 if the position target temperature is negated, the hotplate continues to be operated until the target temperature of the food to be cooked is reached.
- the evaluation of the actual temperature to the target temperature after the transient process follows.
- the comparison temperature check carried out in step 35 leads, in the event that the actual temperature has already exceeded the target temperature, to switching off the hotplate and registering the necessary switching time. If the actual temperature has not yet reached the target temperature, the hotplate remains switched on and the necessary switch-on time until the target temperature is reached is registered by the intelligent control.
- This step 36 leads to the fact that the hotplate is continuously clocked with the determined switching times in the controller step 37, the switching times having to be corrected continuously if necessary.
- control according to the invention are, in particular, that by dividing the control process into a start-up towards the setpoint and the stages of maintaining the setpoint of the temperature, overshoots and undershoots can be kept within tolerable limits, if necessary effectively avoided. This is important for cooking processes, as it is particularly overshoots that cause the food to burn, boil and boil over.
- the division of the holding process in the form shown in FIG. 4 allows the temperature setpoint T Soll to be controlled with a minimum possible control amplitude.
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Temperaturregelung
für eine sensorgesteuerte Garungseinheit, bestehend
aus Gargerät, Sensorik und Kochfeld, beispielsweise Glaskeramik-Kochfeld,
wobei sowohl das Kochfeld als auch das Gargerät
sensorspezifische Ausgestaltungen enthalten kann.
Es ist üblich, die Wärmezufuhr in Gargeräten zur Erwärmung
von Gütern in Abhängigkeit einer zu erreichenden Mindesttemperatur
zu regeln. Insbesondere sind für Haushaltsgeräte
einfache Zweipunktregler im Gebrauch, wobei die Erwärmung
der Gargüter nicht immer optimierbar ist. Es ist daher bekannt,
die Wärmezuführung für Gargeräte durch Temperatursensoren
zu überwachen und zu steuern. Es ist zudem bekannt,
auf Kochmulden plazierte Kochgeschirre durch Infrarotsensoren
temperaturmäßig zu überwachen und zu regeln. Konventionelle
Lösungen des Regelproblems, gemäß derer die Leistungszufuhr
zur geregelten Kochstelle abgeschaltet wird, wenn die
Ist- temperatur die Solltemperatur erreicht oder überschreitet,
gehören zum Stand der Technik. Diese konventionellen
Regelsysteme neigen besonders beim Anfahren bzw. Erreichen
des Sollwertes zu mehr oder weniger starkem Über- und Unterschwingern
des Sollwertes der Erwärmungsendtemperatur. Durch
dieses Verhalten ist es schwierig, mit einem konventionellen
Regler beispielsweise Milch, gebundene Suppen, Gulasch, Einsprechende
Gerichte in einem kalten Kochgeschirr durch Erwärmen
auf Kochmulden auf eine Solltemperatur zu bringen,
ohne daß dabei aufgrund des ersten Überschwingers das Kochgut
im Kochgeschirr ansetzt und möglicherweise auch anbrennt.
Weiterhin ist aus der Druckschrift EP 0 658 067 A1 eine
Steuerung für Haushaltsgeräte zur Auswertung von Sensorsignalen,
insbesondere für Strahlungsheizungen bei Glaskeramik-Kochflächen,
bekannt, wobei die Steuerung sensorisch
betriebene, direkte und indirekte Temperaturmessungen der
jeweiligen Kochstelle einer Glaskeramik-Kochfläche entschlüsselt
und mit typischen Temperaturverläufen vergleicht,
und wobei die Steuerung eine Topferkennung leistet und im
Falle eines Kochstellen-Leerlaufes die Steuerung die Strahlungsheizung
abschaltet.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Temperatur von Kochgut
in Kochgeschirr auf Mulden durch einen Infrarotsensor
berührungslos zu messen, wobei die Signale dieses Sensors zu
einem Regler geführt werden, durch den die Kochguttemperatur
möglichst genau zu einem Sollwert geführt und dort gehalten
werden soll.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Andere vorteil-hafte Lösungsvarianten sind den Unteransprüchen entnehmbar. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigt:
- Fig. 1
- einen Regelungsverlauf bei relativ konventioneller Regelung im Diagramm,
- Fig.2
- einen Regelungsverlauf bei idealer Regelung im Diagramm,
- Fig.3
- ein spezielles Ablaufprogramm für die Temperaturregelung und
- Fig.4
- eine Sollwertvorgabe für verschiedene Garverfahren.
Aus den Figuren 1, 2 sind sowohl der Anfahrvorgang als auch
der Haltevorgang der Regelung im Falle konventioneller Regelung
und nahezu idealer Regelung erkennbar. Zu Beginn des
Anfahrens des Sollwertes schätzt der Regler aus der Differenz
des Startwertes und des Sollwertes eine erste Zieltemperatur
ab, bis zu der das Kochgeschirr aufgeheizt wird,
ohne daß die Heizung der Kochstelle getaktet wird. Damit
wird ein schnellstmögliches Aufheizen erreicht. Ist die erste
Zieltemperatur erreicht, wird die Kochstelle abgeschaltet.
Aufgrund einer möglichen Wärmekapazität der Kochstelle
kann die Temperatur des Kochgeschirres kurze Zeit nachgeheizt
werden und etwas ansteigen, wobei sich die Temperatur
des Kochgeschirrs so der eigentlichen Solltemperatur des
Kochgeschirrs nähert. Der Regler, der mit Intelligenz ausgestattet
ist, kann durch experimentell bestimmte Zeiten zum
Abschalten der Kochstelle nach dem Anfahrvorgang umgeschaltet
werden, auf den Betrieb Heizen des Sollwertes.
Der Haltevorgang des Sollwertes setzt sich zusammen aus zwei
Abschnitten. Dies ist besonders dann wichtig, wenn die Temperatur
des Kochgutes über lange Zeit relativ konstant gehalten
werden muß. Zunächst wird auf den Haltevorgang I
durch die Regeleinrichtung umgeschaltet. Mit Hilfe des Haltevorganges
I geschieht das Halten des Sollwertes durch einfaches
Vergleichen der Temperaturen TSoll und TIst mit entsprechendem
Schalten der Regeleinrichtung bezüglich der
Heizeinrichtung der Kochstelle. Die Regelung kann auch Einund
Auszeiten für Schaltzyklen der Kochstellenheizung intelligent
berücksichtigen, womit der aktuelle Energiebedarf des
Kochgeschirres definiert ist. Dadurch kann der Haltevorgang
I weiterhin optimiert werden. Auf der Basis des Haltevorganges
I werden unter Beachtung der zulässigen Flicker- und
Knackraten, die durch die Belastungsgrenzen des Versorgungsnetzes
bestimmt sind, die minimalen Ein- und Auszeiten der
Kochstelle bestimmt, und der Haltevorgang II eingeleitet. Ab
jetzt taktet der Regler von sich aus mit den zuvor ermittelten
Schaltzeiten. Wenn die Temperatur des Kochgutes abdriftet,
dann werden die Schaltzeiten so korrigiert, daß die
Ein- bzw. Auszeiten der Kochstelle minimal bleiben. Gemäß
Fig.3 sind die strengen Programmablauffolgen einer Regelung,
bestehend aus dem Anfahrvorgang, dem Haltevorgang I und dem
Haltevorgang II festgelegt. Fig.3 entnehmbar ist über den
Start der Regelung 31 der nachfolgende Schritt, den die Regelung
im Regelverfahren geht, 32, nämlich erstens Schätzen
der ersten Zieltemperatur, zweitens Einschalten der Kochstelle.
Dieses geschieht im Anfahrvorgang. Stellt die Regelung
fest, daß die angestrebte Zieltemperatur erreicht ist,
so schaltet sie im Schritt 34 die Kochstelle aus und wartet
auf ein Einschwingen der Temperatur des Gargutes. Im Schritt
33 wird mit Verneinung der Position Zieltemperatur erreicht,
die Kochstelle weiterbetrieben, solange, bis die Zieltemperatur
des Gargutes erreicht ist. Nach Abarbeitung des Verfahrensschrittes
34 gemäß Fig.3 folgt die nach dem Einschwingvorgang
vergleichende Auswertung von Isttemperatur zu
Solltemperatur. Die im Schritt 35 so erfolgte Vergleichstemperaturkontrolle
führt im Fall, daß die Isttemperatur die
Solltemperatur bereits überschritten hat, zum Ausschalten
der Kochstelle und Registrieren der notwenigen Schaltzeit.
Hat die Isttemperatur die Solltemperatur noch nicht erreicht,
dann bleibt die Kochstelle eingeschalten und die
notwendige Einschaltzeit bis zum Erreichen der Solltemperatur
wird von der intelligenten Regelung registriert. Das
führt schließlich dazu, daß die Regelung minimale Schaltzeiten
bestimmt hat, mit deren Hilfe künftige Prozesse der
gleichen Art ad hoc bearbeitet werden können. Dieser Schritt
36 führt dazu, daß im Reglerschritt 37 die Kochstelle mit
den ermittelten Schaltzeiten ständig getaktet wird, wobei
die Schaltzeiten falls notwendig, weiterhin laufend korrigiert
werden müssen.
Um Anhaltspunkte für die Sollwerte verschiedener Garungsprozesse
zu gewinnen, ist durch Kochbuchsoftware eine Sollwerttabelle
erstellt, die aus Fig.4 ersichtlich ist. Man erkennt
Sollwerte für Erwärmungsvorgänge, die zwischen 60°C und 80°C
im allgemeinen liegen, Sollwerte für sogenanntes Garziehen,
die unterhalb der 100°-Temperaturgrenze von 90° an positioniert
sind und weitere spezielle Sollwertangaben für unterschiedliche
Garverfahren. So wird für Dampfkochtöpfe und
Dampfgaren in zwei typischen Temperaturintervallen gearbeitet,
einmal von 105° an und einmal ab 115°C. Das gern ausgeübte
Fritieren, beispielsweise beim Herstellen von pommes
frites, liegt zwischen Solltemperaturvorgaben von 180° C und
200° C.
Vorteile der erfindungsgemäßen Regelung liegen besonders
darin, daß durch die Aufteilung des Regelvorganges in ein
Anfahren zum Sollwert hin und den Etappen des Haltens des
Sollwertes der Temperatur Überschwinger und Unterschwinger
in erträglichen Grenzen gehalten, gegebenenfalls wirksam
vermieden können. Dies ist insofern für Kochvorgänge von Bedeutung,
als es insbesondere Überschwinger sind, die ein Anbrennen,
Verkochen und Überkochen des Gargutes zur Folge haben.
Die Aufteilung des Haltevorganges in der oben dargestellten
Form gemäß Fig.4 gestattet eine Regelung des Temperatur-Sollwertes
TSoll mit einer minimal möglichen Regelamplitude.
Claims (5)
- Verfahren zur Temperaturregelung für eine sensorgesteuerte Garungseinheit, bestehend aus Kochgeschirr, Sensorik und Kochfeld, beispielsweise Glaskeramik-Kochfeld, wobei sowohl das Kochfeld als auch das Kochgeschirr sensorspezifische Ausgestaltungen enthalten kann,
dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur von Kochgut in dem Kochgeschirr auf dem Kochfeld berührungslos durch einen Infrarotsensor gemessen wird, daß das Temperaturregelungsverfahren aus einem Anfahrvorgang und einem Haltevorgang, bezogen auf den jeweils zu erreichenden Temperatursollwert, besteht, wobei das Anfahren des Temperatursollwertes aus der Differenz von Temperatursollwert und Temperaturstartwert mit einer ersten Zieltemperatur erfolgt und in den Haltevorgang für das Temperaturverhalten des Sollwertes überleitet, wobei der Temperaturhaltevorgang durch einen Soll-Ist·Wertvergleich der Garguttemperaturen schrittweise optimiert wird. - Verfahren zur Temperaturregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kochstelle im ersten Anfahrvorgang ungetaktet betrieben wird.
- Verfahren zur Temperaturregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturhaltevorgang in zwei Etappen erfolgt.
- Verfahren zur Temperaturregelung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Temperaturhaltevorgang 1 die Regelung das Halten des Sollwertes dadurch realisiert, daß sie einen Vergleich von Soll- und Isttemperatur mit dem Schalten der Kochstelle kombiniert.
- Verfahren zur Temperaturregelung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Temperaturhaltevorgang 2 die Regelung mit bereits ermittelten Schaltzeiten die Heizleistung taktet.
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