ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 2015 года по МПК H01J9/06 

Изобретение относится к предохранительному управляющему устройству для исполнительного элемента со схемой выдачи установочного значения, которая выдает установочное значение безопасности для исполнительного элемента, определяющее положение безопасности исполнительного элемента. В частности, предохранительное управляющее устройство предназначено для исполнительного элемента с исполнительным приводом с заслонкой или клапаном для управления или регулирования потока газа или жидкости. Предохранительное управляющее устройство предпочтительно применяется в установке для нагревания-вентиляции-кондиционирования (HLK), противопожарной защиты и/или защиты помещений.

Кроме того, изобретение относится к установке с таким предохранительным управляющим устройством и к способу эксплуатации установки.

Для установки заслонок или клапанов в вентиляционной или водопроводной системе и, тем самым, регулирования воздушного или водяного потока применяются так называемые исполнительные приводы, причем относительно слабые электродвигатели через понижающий редуктор приводят в действие заслонки или клапаны, соответственно, регулирующие органы. Отклонение заслонки или поворот шарового крана клапана осуществляется с высокой точностью посредством многочисленных оборотов приводного вала электродвигателя.

При работе вентиляционной или водопроводной системы по причинам безопасности требуется, чтобы при пропадании электропитания объемный расход газа или жидкости прерывался, чтобы предотвратить нанесение ущерба зданиям или людям, то есть клапаны или заслонки вентиляционной или водопроводной системы запираются.

Это может осуществляться с помощью возвратной пружины, которая при отпирании клапана или заслонки с помощью электродвигателя натягивается. При пропадании электропитания усилие электродвигателя пропадает, после чего клапан или заслонка запирается усилием возвратной пружины.

Как описано в WO 2007/134471 (Belimo), может предусматриваться электрическая предохранительная схема, с помощью которой при наличии электропитания заряжается конденсатор. Предохранительная схема выполнена таким образом, чтобы при пропадании электропитания использовать сохраненную в конденсаторе энергию для запирания клапана или заслонки. Напряжение или емкость могут увеличиваться за счет того, что множество конденсаторов располагается в схеме последовательного соединения или параллельного соединения.

US 2005/127854 (Siemens Corp.) раскрывает управление для защищенного от отказов привода вентиляционной заслонки или клапана в HLK системе. Клапан, при пропадании электропитания, может переводиться в открытое, запертое или среднее положение. Энергия для того, чтобы приводить клапан в желательное положение, предоставляется конденсатором. Применение электрического привода и конденсатора позволяет при простом конфигурировании при пропадании электропитания осуществить перевод в конечное положение или также в среднее положение. Это невозможно при использовании пружины. По сравнению с батареей, емкостный накопитель имеет преимущество, состоящее в более низкой технической сложности и повышенной надежности.

US 5744923 (National Environmental Products) раскрывает привод воздушного клапана, который при пропадании электропитания переводится в положение безопасности. Предусмотрено управление с «мягкой посадкой», чтобы приводимый в действие от емкости привод не переводился без торможения в положение безопасности. В положении безопасности клапан может принимать открытое, закрытое или среднее положение в зависимости от требований проектировщика установки.

С помощью установки клапанов или заслонок при пропадании электропитания в открытое, среднее или закрытое положение объемный поток в вентиляционной или водопроводной системе регулируется для установки на заданное значение. Если имеет место пропадание электропитания в связи с пожаром с сильным образованием дымовых газов, то дымовые газы при закрытых клапанах больше не отводятся через вентиляционную систему. В противоположность этому, закрытые клапаны являются выгодными, чтобы при одновременном пропадании электропитания и пожаре препятствовать распространению пожара вдоль вентиляционной системы. Регулирование объемного потока при пропадании электропитания для установки на заданное значение приводит, таким образом, не всегда к оптимальному результату и может даже, в противоположность этому, привести к увеличенному ущербу для зданий и людей.

Задачей изобретения является создание предохранительного управляющего устройства, относящегося к вышеназванной технической области, которое при событиях, таких как пропадание электропитания, может применяться более гибко и сохраняет нанесение ущерба зданиям и людям по возможности малым.

Решение этой задачи определяется признаками пункта 1 формулы изобретения. Согласно изобретению предусмотрена схема выдачи установочного значения, которая выдает установочное значение безопасности для исполнительного элемента, определяющее положение безопасности исполнительного элемента. Схема выдачи установочного значения имеет по меньшей мере один вход для переменного сигнала состояния и выполнена таким образом, чтобы установочное значение безопасности в зависимости от упомянутого сигнала состояния устанавливать на одно из по меньшей мере двух различных установочных значений.

Таким образом, в основе изобретения лежит идея о том, что положение безопасности устанавливается в зависимости от определенных сигналов. Положение безопасности, таким образом, больше не задано фиксированным образом, а устанавливается адаптивно в соответствии с изменяющимися с течением времени состояниями, например среды, установки или привода. Под сигналом состояния предпочтительно понимается физически определяемый (и преобразованный в электрическую или электронную форму) сигнал. Но сигнал состояния может также формироваться из управляющих или контрольных параметров установки. Важным является, что сигнал состояния схемы выдачи установочного значения может передаваться на автоматизированной основе.

Схема выдачи установочного значения содержит логику (в форме цифровой схемы, выполняемой в контроллере программы обработки данных и т.п.), которая на основе по меньшей мере одного входного сигнала состояния и, возможно, других параметров выдает установочное значение безопасности, которое может принимать по меньшей мере два разных значения. Допустимые значения могут, например, соответствовать положению безопасности «открыто» и «заперто» или также лежащему между ними положению «полуоткрыто».

Предпочтительным образом предохранительное управляющее устройство содержит контроллер, который имеет вход для сигнала спада напряжения или детектор для сигнала спада напряжения внешней схемы электропитания и который имеет режим безопасности, в котором при заданном спаде напряжения исполнительный элемент с помощью электрического накопителя энергии, в частности емкостного накопителя энергии, переводится в положение безопасности, которое соответствует установочному значению безопасности, выданному посредством схемы выдачи установочного значения. Контроллер в типовом случае интегрирован в электронный компонент, который оснащен микропроцессором и всеми обычными входами и входами, чтобы, например, контролировать электропитание привода и чтобы привод при спаде питающего напряжения снабжать энергией из конденсаторного накопителя (см. WO 2007/134471). Таким способом широко используемые функциональные блоки могут снабжаться дополнительными контрольными свойствами, которые не должны быть жестко заданными, а могут использоваться или активироваться по потребности (то есть адаптивно).

Предохранительное управляющее устройство может также размещаться в отдельном электронном компоненте или быть реализовано в центральном управляющем устройстве в форме подпрограммы большей компьютерной программы.

Особенно предпочтительно предохранительное управляющее устройство (то есть, по меньшей мере один вход для переменного сигнала состояния) соединить с сенсором так, что предохранительное управляющее устройство в зависимости от сигнала сенсора устанавливается на одно из по меньшей мере двух различных установочных значений. В зависимости от сложности установки и требований к предохранительному управляющему устройству, может быть полезным подсоединить к предохранительному управляющему устройству два, три или более сенсоров.

Сенсорный сигнал относится, например, к измерению температуры или измерению дыма. В зависимости от места установки заслонки или клапана, которые управляются или регулируются с помощью исполнительного привода, может быть желательным, при определенной температуре или дымообразовании и одновременном нарушении питания, клапан или заслонку перевести в определенное положение, таким образом, например, в положение, при котором клапан или заслонка открыта на 10%.

Так, очень высокое измерение температуры и незначительное дымообразование может потребовать, чтобы клапан или заслонка при нарушении питания была полностью или частично заперта, чтобы воспрепятствовать распространению пожара с незначительным дымообразованием и оптимальным образом предотвратить нанесение ущерба зданиям или людям.

С другой стороны, высокое дымообразование может потребовать, чтобы клапан или заслонка полностью или практически полностью открывались, чтобы гарантировать оптимальный отвод дымовых газов и вентилирование помещений.

В результате пропадания или спада электропитания, которое может возникнуть при пожаре в здании, ввиду разрушений или воздействия воды, используемой для тушения, энергоснабжение исполнительного привода осуществляется в режиме безопасности через предохранительную схему, и клапан или заслонка могут переводиться в такое положение, которое при имеющем место опасном положении может обеспечивать поддержание ущерба, наносимого людям или зданиям, по возможности малым.

В нормальном режиме энергоснабжение исполнительного привода осуществляется через схему электропитания, в то время как в режиме безопасности энергоснабжение осуществляется через предохранительную схему.

Сенсорный сигнал может определяться непрерывно или в установленные моменты времени, чтобы установочный параметр отслеживал соответствующие текущие измеренные значения, так что в случае пропадания или спадания электропитания уже определен требуемый установочный параметр.

Согласно другому варианту к входу для сигнала состояния подключен регулировочный механизм, приводимый в действие вручную, так что установочное значение безопасности устанавливается в зависимости от текущего положения регулировочного механизма. Для этого может, например, предусматриваться регулирующее колесико, регулирующий винт или один или более тумблеров. Это может, в частности, осуществляться при установке исполнительного привода. Так частичное открытие может быть желательным в случае заслонки, которая регулирует вытяжной поток для помещения, или полное запирание для заслонки, которая регулирует воздушный поток между двумя зданиями. Приводимый в действие вручную регулировочный механизм может размещаться непосредственно на корпусе привода или электронного источника энергоснабжения. Но также возможно, что элементы управления (поворотная кнопка и т.д.) удалены на некоторое расстояние от вентиляционной заслонки, например на несколько метров, и предусмотрены на хорошо доступном месте.

Логика, согласно которой в зависимости от полученных сигналов состояния определяется установочное значение безопасности, зависит от конкретных обстоятельств использования вентиляционной заслонки или установки, обслуживающей вентиляционные заслонки. Как правило, логика работает согласно пороговому принципу. Это означает, что обычное установочное значение безопасности соответствует запертому положению клапана, но затем, если сигнал состояния превышает заданное пороговое значение, то выдается другое установочное значение безопасности, которое, например, соответствует открытому или полуоткрытому положению клапана. Также может быть, что несколько пороговых значений для различных сигналов состояния комбинируются и что только тогда выдается установочное значение, отклоняющееся от обычного установочного значения безопасности, когда несколько сигналов состояния превышают, соответственно, предусмотренное для них установочное значение.

Другой предпочтительный вариант выполнения состоит в том, что на входе для сигнала состояния подключен модуль параметров установки. Упомянутый модуль параметров установки предоставляет в распоряжение параметры состояния для всей HLK-установки (с ее множеством вентиляционных заслонок), так что установочное значение безопасности устанавливается в зависимости от по меньшей мере одного значения параметра блока управления установки. Параметрами установки могут быть, например, степень пропадания электропитания (полностью или частично), число активных вентиляторов, число непосредственно запертых или открытых вентиляционных заслонок, непосредственно активная специфическая для времени года рабочая программа и т.д.

Модуль параметров установки, как правило, имеется в центральном блоке управления. Но он может также устанавливаться децентрализовано (например, для локальной группы клапанов). Если предохранительное управляющее устройство встроено в емкостное устройство электропитания, то создается контакт к модулю параметров установки через интерфейс передачи данных.

При малых установках, в которых электропитание, например, пропадает либо полностью, либо нет, можно отказаться от применения значений параметров установки. Сигналы состояния, предоставляемые модулем параметров установки, как правило, не основываются на значениях сенсоров. Однако не исключается, что для определения параметров установки можно обратиться к контрольным сенсорам управляющего устройства установки.

Сигналом состояния может быть также параметр схемы электропитания, электрического накопителя энергии и/или рабочего состояния соседнего компонента системы, например вентилятора системы нагревания-вентилирования, чтобы на основе его сигнала сенсора определять регулируемый параметр и/или устанавливать режим безопасности.

В зависимости от того, работает ли в вентиляционной трубе вентилятор или нет, заслонка может устанавливаться в минимальное положение или полностью запираться. Электрический параметр электрического накопителя энергии, например спадающее электрическое напряжение, может указывать спадающую емкость электрического накопителя энергии или старение, и клапан или заслонка в этом случае может устанавливаться в положение, адаптированное к месту установки.

Другая возможность использования адаптивного предохранительного управляющего устройства состоит в том, чтобы предусмотреть интерфейс передачи данных для доступа к серверу и что установочное значение безопасности устанавливается в зависимости от по меньшей мере одного значения параметра сервера. Сервер может, например, быть доступным через Интернет и предоставлять прогнозные данные о штормовых предупреждениях и о погоде.

Предпочтительным образом предохранительная схема содержит электрический, в частности емкостный накопитель энергии. Контроллер тогда в типовом случае интегрирован в микропроцессоре для управления накопителем энергии. Иными словами, соответствующая изобретению предохранительная схема встроена в переключающий блок согласно WO 2007/134471. Но электрический накопитель энергии может быть образован аккумулятором или каким-либо иным электрическим накопителем энергии.

Предохранительная схема, емкостный накопитель энергии, детектор для обнаружения спадания напряжения внешней схемы электропитания и контроллер также предпочтительно выполнены как конструктивный блок, который как единое целое может быть электрически соединен с (например, размещенным в отдельном корпусе) исполнительным приводом и механически связан (составная компоновка).

В варианте схемы энергоснабжение осуществляется также вне режима безопасности, то есть в нормальном режиме, посредством электрического накопителя энергии, причем последний постоянно подзаряжается с помощью схемы электропитания.

В качестве альтернативы, предохранительная схема содержит механический накопитель энергии, такой как, например, пружина или маховик. Механическая энергия может либо непосредственно передаваться на клапан или заслонку, в частности, в случае использования пружины, либо может осуществляться преобразование механической энергии в электрическую энергию, в частности, в случае использования маховика. В случае непосредственной передачи механической энергии могут быть предусмотрены электрически приводимые в действие фиксаторы, чтобы определять в режиме безопасности установку клапанов или заслонок.

Предохранительная схема может также быть интегрирована в управляющее устройство привода. Если происходит пропадание нормального электропитания, то привод знает свое положение безопасности и будет переводиться в желательное положение, если он снабжается энергией, например, емкостного накопителя энергии. Также емкостный накопитель энергии может размещаться вместе с управляющим устройством привода в общем корпусе так, что предоставляется один конструктивный блок (а именно, так называемый интегрированный исполнительный элемент), который может использоваться различным образом.

Предпочтительным образом предусмотрен контроллер и/или центральный компьютер, чтобы регистрировать по меньшей мере один сигнал сенсора и определять установочный параметр.

Контроллер и/или центральный компьютер имеет цифровой процессор для обработки программ (модулей программного обеспечения), а также аналоговый или цифровой интерфейсы, например, аналого-цифровые преобразователи или интерфейс шины, чтобы регистрировать сигналы сенсоров и подавать на цифровой процессор.

Модули программного обеспечения оценивают зарегистрированные сигналы сенсоров по конкретным критериям и устанавливают установочный параметр, который, например, через цифровой интерфейс передается на управляющее устройство двигателя исполнительного привода. В частности, в случае контроллера исполнительный привод может быть экономичным образом оснащен предохранительным управляющим устройством.

С сенсорами ассоциирован модуль передачи данных, чтобы сенсорные сигналы передавать на контроллер или центральный компьютер. Могут предусматриваться проводные и/или беспроводные модули передачи данных, которые в уровне техники известны согласно различным стандартам, таким как USB, Ethernet, Bluetooth или беспроводная LAN.

За счет того, что при передаче данных одновременно передается идентификация сенсора, на основе таблицы мест расположения сенсоров и текущих измеренных сигналов сенсоров установочный параметр может устанавливаться и адаптироваться к текущей окружающей среде, причем он может затем передаваться по соединению передачи данных на исполнительный привод. В здании может предусматриваться множество сенсоров и исполнительных приводов. За счет того, что структура здания, установка водопроводных и вентиляционных труб, а также сенсоры и исполнительные приводы в здании электронным образом регистрируются, при заданных измеренных значениях сенсоров могут рассчитываться различные сценарии, в частности сценарий распространения пожара и дымовых газов для различных положений клапанов или заслонок, и из вычисленных сценариев могут устанавливаться оптимальные установочные параметры.

Предпочтительным образом по меньшей мере один сенсор интегрирован в исполнительный привод и/или по меньшей мере один сенсор размещен снаружи относительно исполнительного привода.

Сенсоры, которые встроены в исполнительный привод, имеют преимущество, состоящее в том, что не требуются никакие устройства передачи данных, например кабель, размещать между сенсорами и исполнительным приводом. Это облегчает монтаж исполнительного привода.

В противоположность этому, сенсоры, которые размещены снаружи относительно исполнительного привода, имеют преимущество, состоящее в том, что может контролироваться большая окружающая среда и изменения в окружающей среде, которые релевантны для исполнительного привода, могут распознаваться раньше. Применение внешних сенсоров позволяет реализовать модульный принцип системы: к предохранительному управляющему устройству, при необходимости, могут быть подключены различные сенсоры. Сенсоры проще использовать и заменять.

Предпочтительным образом по меньшей мере один сенсор предусмотрен для регистрации химических и/или физических измеренных значений, причем сенсор представляет собой, в частности, датчик газа, датчик дыма, датчик температуры, датчик воздушного давления и/или датчик потока, чтобы на основе такого сигнала сенсора определять установочный параметр и/или устанавливать режим безопасности.

На основе таких сенсоров можно очень точно предсказать динамику (возможного) пожара в здании и (если он возникает) регистрировать и отслеживать, так что установочные параметры исполнительных приводов могут устанавливаться более точно. Так могут, в частности, учитываться внешняя и внутренняя температуры здания, которые оказывают существенное влияние на динамику.

Предпочтительным образом модуль определения выполнен так, чтобы динамически определять установочный параметр, в частности, по прошествии определенного временного интервала или на основе зарегистрированных сигналов сенсоров. Тем самым при пропадании электропитания определяется установочный параметр, который оптимально соответствует текущей ситуации в здании, посредством чего минимизируется ущерб, наносимый людям или зданиям.

Электропитание исполнительного привода и контроллера осуществляется в нормальном режиме через схему электропитания. В режиме безопасности предохранительная схема берет на себя электропитание исполнительного привода и контроллера. До пропадания электропитания или спада электропитания могут регистрироваться и оцениваться различные сигналы сенсоров, чтобы определять установочный параметр, например, регулярным образом по истечении некоторого временного интервала. Отслеживание установочного параметра и, тем самым, установка клапана или заслонки могут, при необходимости, продолжаться так долго, пока достаточен ресурс электрического накопителя энергии, чтобы снабжать током контроллер и исполнительный привод. Тем самым может гарантироваться оптимальная установка заслонки во избежание нанесения ущерба людям или зданиям в течение длительного промежутка времени.

Определение установочного параметра может инициироваться при установке режима безопасности. Тем самым гарантируется, что заслонка устанавливается на основе текущего опасного состояния.

Предпочтительным образом предусмотрен временной модуль, чтобы определять установочный параметр в зависимости от времени, в частности в зависимости от времени суток, дня недели и/или времени года. Так может потребоваться, что, например, в одном цеху с парком машин в дневном режиме работы или в ночном режиме или в режиме выходных дней необходимы различные установочные параметры, так как, например, запирание заслонок при полном режиме эксплуатации машин днем может привести к перегреву парка машин и, тем самым, к повышенной опасности пожара. Во время типично засушливого времени года, например осени, может, кроме того, потребоваться определять установочные параметры таким образом, чтобы принимать во внимание возможность распространения (пожара) на близлежащие постройки, а не на ближайший лес, чтобы минимизировать ущерб, наносимый людям или зданиям, так как лесной пожар может создавать угрозу для близлежащих сел.

Согласно другому варианту выполнения предохранительное управляющее устройство имеет схему задержки, чтобы при неисправности или отказе схемы электропитания переходить на режим безопасности только спустя некоторое (заданное) время задержки. Время задержки может быть целым кратным нормального времени реакции, например оно составляет по меньшей мере одну секунду. Таким образом короткие прерывания электропитания до нескольких секунд могут перекрываться, не вызывая установки режима безопасности и ненужное срабатывание заслонок. В качестве альтернативы, предохранительное управляющее устройство может быть выполнено таким образом, что при возникновении события режим безопасности непосредственно устанавливается, причем предусмотрено приводимое в действие вручную устройство возврата, чтобы предохранительное управляющее устройство перевести обратно из режима безопасности в нормальный режим. Одновременно может потребоваться подтвердить, что положение заслонки установлено корректным образом. За счет этого, в частности, обеспечивается то, что при событии, которое приводит к режиму безопасности, контролируется работоспособность предохранительного управляющего устройства.

Изобретение обеспечивает возможность повышения функциональной гибкости существующих установок для управления и/или регулирования нагревания-вентиляции-кондиционирования (HLK), и/или для противопожарной защиты, и/или защиты помещений. Требуется по меньшей мере один исполнительный привод (предпочтительно несколько) и приводимый им в действие клапан или заслонка для управления или регулирования потока газа или жидкости (или нескольких клапанов или заслонок). Соответствующее изобретению предохранительное управляющее устройство вышеописанного типа может размещаться в исполнительных приводах, в предохранительных схемах или также в центральном управляющем устройстве установки. В частности, возможны смешанные модели, в которых, например, некоторые приводы имеют встроенное предохранительное управляющее устройство, а другие не имеют их. Также некоторые предохранительные схемы (которые предусмотрены для локального энергоснабжения при отказе электропитания) могут иметь соответствующее изобретению предохранительное управляющее устройство, а другие не имеют их. Также предохранительное управляющее устройство может быть встроено непосредственно в центральное управляющее устройство.

Предпочтительным образом в установке предусмотрен по меньшей мере один сенсор, внешний относительно исполнительного привода, сигнал которого совместно принимается во внимание при определении установочного значения безопасности согласно изобретению.

В частности, если предохранительное управляющее устройство размещено в центральном управляющем устройстве установки, то очень просто к входу предохранительного управляющего устройства подключить выход модуля параметров установки, так что установочное значение безопасности устанавливается в зависимости от по меньшей мере одного значения параметра установки. Это может быть значение давления, значение температуры, значение потока или также вычисленное значение.

Изобретение также может быть реализовано способом для эксплуатации установки для управления и/или регулирования нагревания-вентиляции-кондиционирования (HLK), и/или для противопожарной защиты, и/или защиты помещений, содержащим следующие этапы:

а) определение сигнала состояния;

b) установление установочного значения безопасности в зависимости от сигнала состояния на одно из по меньшей мере двух различных установочных значений;

с) детектирование сбоя или отказа электропитания и

d) при необходимости инициирование режима безопасности, в котором положение безопасности исполнительного элемента устанавливается в соответствии с установочным значением безопасности.

Если предусмотрен (опциональный) модуль временной задержки вышеописанного типа, то инициирование режима безопасности может осуществляться не принудительно в каждом случае, а только при необходимости (то есть если прошло время задержки, прежде чем нормальное электропитание вновь будет подаваться по сети).

Предпочтительным образом регистрация сигнала состояния и установление установочного значения безопасности осуществляются в нормальном режиме установки. Таким способом гарантируется, что при пропадании тока с помощью простой и надежной процедуры установка может перейти в режим безопасности.

Если положение безопасности заслонки или клапана должно зависеть от параметров, которые имеются непосредственно при пропадании тока, то необходимо соответствующие параметры определять в реальном времени и отсюда вычислять или определять установочное значение безопасности.

Предпочтительные формы выполнения способа следуют из одной или более описанных выше форм выполнения предохранительного управляющего устройства.

Изобретение может быть реализовано в форме компьютерного программного продукта, то есть программного обеспечения, которое выполняет описанный способ, когда оно загружается в центральный компьютер, или в микропроцессор предохранительной схемы, или в управляющее устройство привода.

Из последующего детального описания и формулы изобретения следуют предпочтительные формы выполнения и комбинации признаков изобретения.

Чертежи, используемые для пояснения примера осуществления, схематично показывают следующее:

фиг.1 - HLK-установка с соответствующим изобретению предохранительным управляющим устройством;

фиг.2 - предохранительное управляющее устройство для нескольких сигналов состояния;

фиг.3 - предохранительная схема с емкостным накопителем энергии и предохранительным управляющим устройством; и

фиг.4 - диаграмма последовательности операций для установления установочных параметров.

Представленное далее выполнение изобретения относится к заслонке для регулирования газового потока в вентиляционном канале. Оно может без труда быть перенесено на клапан или применено в нем для регулирования потока жидкости в трубопроводе. Устройство для регулирования воздушного потока известно из ЕР 2052191 (Belimo). Шаровой кран для регулирования потока жидкости известен, например, из ЕР 1924793 (Belimo). Такие установки или устройства могут быть снабжены соответствующим изобретению управлением.

Заслонка 3 размещена внутри вентиляционного канала 4 и имеет возможность поворота, например, вокруг одной оси, так что посредством поворота заслонки 3 газовый поток в вентиляционном канале 4 может дросселироваться. В зависимости от положения заслонки 3 газовый поток в вентиляционном канале 4 может пропускаться полностью или частично и вплоть до полного прерывания блокироваться, то есть заслонка 3 может устанавливаться в положения от максимального открытия на 100% до полного запирания. Тем самым обеспечивается возможность установки (настройки) воздушного потока в системе нагревания или вентиляции, чтобы регулировать подачу или отвод, например, свежего воздуха, теплого воздуха или отработанного воздуха.

Упоминаемые далее модули могут быть выполнены в общем случае как интегрированные компоненты, то есть ASIC (специализированная интегральная схема), или как выполняемая на процессоре программа программного обеспечения.

Фиг.1 показывает схему включения HLK-установки с несколькими вентиляционными каналами 4.1, 4.2, 4.3, в которых расход воздуха контролируется или регулируется известным образом с помощью заслонок 3.1, 3.2, 3.3. Заслонки 3.1, 3.2, 3.3 приводятся в действие соответствующим исполнительным приводом 2.1, 2.2, 2.3. Каждый исполнительный привод 2.1, 2.2, 2.3 включает в себя электродвигатель 5.1, 5.2, 5.3 и понижающую передачу 7.1, 7.2, 7.3. Управляющие устройства 6.1, 6.2, 6.3 электродвигателей, которые предпочтительно помещены с электродвигателями и редукторами в общем корпусе, электрически соединены со схемами 8.1, 8.2, 8.3 электропитания, которые подключены к обычной сети электропитания и в нормальном режиме предоставляют электрическую энергию для приведения в действие исполнительных приводов 2.1, 2.2, 2.3. Между схемой 8.1, 8.2, 8.3 электропитания и исполнительным приводом 2.1, 2.2, 2.3 вставлена соответствующая предохранительная схема 9.1, 9.2, 9.3, которая при спаде тока или пропадании тока схемы 8.1, 8.2, 8.3 электропитания предоставляет необходимую резервную энергию, чтобы перевести заслонку в положение безопасности. Предохранительные схемы 9.1, 9.2, 9.3, при условии соответствующей изобретению адаптации (как показано на фиг.1 для 9.3 и как поясняется ниже), могут быть выполнены как описано в WO 2007/134471.

Для управления и регулирования в нормальном режиме предусмотрен блок 23 управления установкой, который техническими средствами управления связан с управляющими устройствами 6.1, 6.2, 6.3 электродвигателей (пунктирная линия).

На фиг.1 представлены три различных варианта изобретения. В первом варианте схема 1.1 выдачи установочного значения помещена в предохранительной схеме 9.1. Как видно из фиг.1, схема 1.1 выдачи установочного значения может быть соединена с модулем 12 параметров установки, который встроен в центральный блок 23 управления установкой, и с локальным сенсором 11.1. Схема 1.1 выдачи установочного значения имеет в этом варианте два входа, к которым прикладываются сигналы состояния (значения параметров установки, значения сенсора).

Во втором варианте схема 1.2 выдачи установочного значения встроена в управляющее устройство 6.2 электродвигателя. И здесь предусмотрен, в качестве дополнительного входа, сигнал сенсора 11.2. Предохранительная схема 9.2 в этом варианте может быть выполнена обычным образом.

В третьем варианте схема 1.3 выдачи установочного значения содержится в центральном блоке 23 управления установкой. Сенсор 11.3, сигнал которого используется для определения установочного значения безопасности, соединен с блоком 23 управления установкой, точнее говоря, со схемой 1.3 выдачи установочного значения. Управляющее устройство 6.3 электродвигателя имеет только локальную память установочных значений безопасности, к которой может быть получен доступ при пропадании электропитания. Схема 1.3 выдачи установочного значения выдает, например, с регулярными временными интервалами текущее установочное значение безопасности (причем сохраненное перед этим значение стирается). При пропадании электропитания не требуется, чтобы соединение передачи данных к блоку 23 управления установкой было работоспособным, потому что последнее переданное установочное значение безопасности имеется в памяти 22.1 установочных значений безопасности.

Если питающее напряжение нарушается и предохранительные схемы 9.1, 9.2, 9.3 это обнаруживают и выдают сигнал для режима безопасности, то каждое управляющее устройство 6.1, 6.2, 6.3 электродвигателя переводит соответствующую заслонку 3.1, 3.2, 3.3 в положение безопасности, которое задается установочным значением безопасности. Три схематично показанные заслонки 3.1, 3.2, 3.3 не обязательно должны переходить в одинаковое положение безопасности.

Фиг.2 показывает возможную форму выполнения соответствующего изобретению предохранительного управляющего устройства 1.4.

Предусмотрены, например, четыре входа Е1, …, Е4 для сигналов Z1, …, Z4 состояния. Сигнал Z1 состояния выдается, например, от модуля 12 параметров установки. Сигнал Z2 состояния передается, например, через сеть 14 передачи данных (Интернет, интранет) от сервера 15. Сигнал Z3 состояния выдается, например, сенсором 11.4, и сигнал Z4 состояния получается путем опроса устанавливаемого вручную потенциометра 13.

Сигналы Z1, …, Z4 состояния, в зависимости от выполнения предохранительного управляющего устройства 1.4, подаются на вычислительный модуль 19 или модуль 20 таблиц. Эти оба модуля определяют согласно специфическому для применения алгоритму установочное значение SSW безопасности, например вычисляется по определенной формуле SW(Z) или значение по определенным критериям считывается из таблицы SW1, SW2, SW3.

Может быть предусмотрен селектор 21, который установлен таким образом, что, в зависимости от требований, вычисленное значение в качестве установочного значения безопасности или считанное из таблицы значение выдается на выход А. (Как правило, предусмотрен либо вычислительный модуль 19, либо модуль 20 таблиц и селектор 21 оказывается ненужным). Установочное значение SSW безопасности сохраняется в памяти 22.2 установочных значений безопасности.

На фиг.2 также показан временной модуль 17. Он служит для того, чтобы инициировать опрос сигналов состояния в определенный (предварительно запрограммированный или периодический) момент времени.

На фиг.3 показана предохранительная схема 9.4, которая получается посредством соответствующего изобретению изменения или адаптации предохранительной схемы согласно WO 2007/134471.

Микропроцессор 16 управляет преобразователем 28 энергии и блоком 29 контроля емкостного накопителя 30 энергии (с одним или несколькими конденсаторами большой емкости). То есть, микропроцессор 16 обеспечивает то, что накопитель 30 энергии при нормальном режиме находится в заряженном состоянии. При понижении нормального питающего напряжения микропроцессор 16 обеспечивает то, что ток из емкостного накопителя 30 энергии подается на исполнительный привод 2.1 (фиг.1), так что заслонка может переводиться в сохраненное положение безопасности.

К микропроцессору 16 подключен детектор 27 для обнаружения спада напряжения. Если этот детектор 27 срабатывает, то это активирует (предусмотренный в варианте выполнения) модуль 18 задержки. Если сигнал для спада напряжения продолжает существовать в течение предопределенной длительности Т₀ (например, 5 секунд), то контроллер 10 активируется для инициирования режима безопасности. Если длительность пропадания электропитания короче, чем предопределенная длительность Т₀, то контроллер 10 остается в нормальном режиме.

В режиме безопасности контроллер передает установочное значение SSW безопасности, сохраненное в памяти 22.3 установочных значений безопасности, на управляющее устройство электродвигателя и передает энергию, содержащуюся в емкостном накопителе 30 энергии, чтобы управляющее устройство электродвигателя могло выполнить полученную команду и перевести заслонку в положение безопасности.

Согласно варианту выполнения, также может быть предусмотрено, что схема 1.5 выдачи установочного значения только тогда определяет установочное значение SSW безопасности, когда контроллер 10 переходит в режим безопасности. Тогда применяется сигнал сенсора 11.5 и, возможно, дополнительный сигнал состояния, чтобы вычислить установочное значение безопасности.

Схема 8.1, 8.2, 8.3 электропитания, например сетевое питание 230 В или 110 В АС или электропитание 24 В или 72 В АС или DC, может размещаться непосредственно в исполнительном приводе 2.1, 2.2, 2.3 или централизованно в здании, в котором смонтирована установка нагревания и вентиляции.

Передача сигналов сенсоров от сенсоров в центральный компьютер может, в частности, осуществляться через коммуникационные соединения, такие как, например, Ethernet или беспроводная LAN (локальная сеть). В принципе также возможно применять однонаправленное цифровое соединение передачи данных, либо проводное, либо беспроводное, чтобы измеренные значения сенсоров передавать на центральный компьютер.

Центральный компьютер может быть образован любой компьютерной системой и может содержать модуль регистрации и модуль определения, чтобы выполнять основанное на сигналах сенсоров или параметрах установки определение установочного значения безопасности. Может быть предусмотрен модуль 24 оценки распространения пожара, чтобы на основе зарегистрированного электронными средствами описания здания, то есть, в частности, на основе геометрии пространства и расположения вентиляционной установки, оценивать распространение пожара или дымового газа путем вычисления различных сценариев. После того как текущая пожарная ситуация на основе сенсоров определена, например, в первом, втором и третьем сценарии, установочное значение безопасности исполнительного привода 2.1 может приниматься как полностью запертое, полуоткрытое и полностью открытое, а также соответствующее значение для остальных исполнительных приводов 2.2, 2.3 как полностью запертое, и распространение пожара и дымового газа с помощью модуля 24 оценки распространения пожара может определяться для последующих временных интервалов путем вычислений. В других сценариях исполнительные приводы 2.2, 2.3 могут приниматься друг за другом также как полуоткрытые или полностью открытые, и распространение пожара может определяться модулем 24 оценки распространения пожара. Из полученных таким образом сценариев, в итоге, выбирается сценарий с наименьшим ущербом для людей и зданий, и установочные значения безопасности определяются в соответствии с этим.

Центральный компьютер может также включать в себя временной модуль согласно форме выполнения по фиг.3.

Фиг.4 схематично показывает последовательность операций модуля программного обеспечения с наиболее существенными этапами для установления установочного значения безопасности. Как упомянуто, это может осуществляться в нормальном режиме, после того как в момент времени регистрации зарегистрированы новые сигналы сенсоров 11.1, 11.2, 11.3, это может осуществляться при установлении режима безопасности (т.е. вначале) или это может осуществляться в некоторый момент регистрации после начала режима безопасности.

На этапе S1 регистрируются сигналы сенсоров 11.1, 11.2, 11.3 схемой 1.4 выдачи установочного значения (фиг.2) и сохраняются в рабочей памяти микропроцессора. Сигналы сенсоров могут регистрироваться квазинепрерывно, при этом они регистрируются с высокой частотой выборки, например, в несколько сотен Гц. Для многих применений достаточно сигналы сенсоров сохранять во временных интервалах порядка нескольких минут или часов. Сохранение может относиться только к текущему значению или в табличной структуре может регистрироваться временной ряд.

На этапе S2 сохраненные сигналы сенсоров оцениваются для определения установочного значения безопасности. Также может выполняться оценка будущей эволюции сигналов сенсоров и, тем самым, ущерба зданиям и людям. Если сигнал сенсора превышает пороговое значение, сохраненное в сравнительной таблице, т.е., например, измерение температуры указывает на сильный нагрев, то это может потребовать того, чтобы при установлении режима безопасности определенные исполнительные приводы 2.1, 2.2, …, 2.3 были установлены на запертое или преимущественно запертое положение, чтобы воспрепятствовать распространению пожара. Путем вычисления будущей эволюции сигналов сенсоров можно, например, определить, в какое положение установить заслонку, то есть следует ли установить ее открытой на 10% или на 70%.

На этапе S3 установочные значения безопасности различных исполнительных приводов сохраняются, например, в векторной структуре.

На этапе S4 установочные значения безопасности векторной структуры передаются на отдельные исполнительные приводы 2.1, 2.2, 2.3. Это осуществляется предпочтительно непосредственно после того, как упомянутые значения определены, так что постоянно актуализированные значения имеются в исполнительных приводах.

В заключение следует отметить, что соответствующее изобретению предохранительное управляющее устройство при событиях, таких как пропадание электропитания, может быть применено более гибким образом и позволяет поддерживать ущерб, наносимый зданиям и людям, настолько малым, насколько это возможно.

Изобретение относится к предохранительному управляющему устройству для исполнительного привода (2.1, 2.2, 2.3) для управления или регулирования потока газа или жидкости с помощью заслонки (3.1, 3.2, 3.3) или клапана, в частности, в области установок нагревания-вентиляции-кондиционирования (HLK), противопожарной защиты и/или защиты помещений. Предохранительная схема (9.1, 9.2, 9.3) выполнена таким образом, чтобы при сбое или отказе схемы (8.1, 8.2, 8.3) электропитания гарантировать энергоснабжение в режиме безопасности. Схема (1.1, 1.2, 1.3) выдачи установочного значения регистрирует сигналы состояния, в частности сигналы сенсора (11.1, 11.2, 11.3) и/или параметры состояния установки, и/или задаваемое положение приводимого в действие вручную регулировочного механизма. Установочное значение безопасности устанавливается в зависимости от сигналов состояния на одно из по меньшей мере двух различных установочных значений (SW1, SW2, …) так, что положение безопасности заслонки определяется адаптивным образом. Технический результат - обеспечение более гибкого режима работы устройства. 5 н. и 18 з.п п. ф-лы, 4 ил.

1. Предохранительное управляющее устройство для исполнительного элемента, содержащее схему (1.1, 1.2, 1.3) выдачи установочного значения, которая выдает установочное значение (SSW) безопасности для исполнительного элемента, определяющее положение безопасности исполнительного элемента, причем схема (1.1, 1.2, 1.3) выдачи установочного значения имеет по меньшей мере один вход (Е1,…, Е4) для переменного сигнала состояния и выполнена таким образом, чтобы установочное значение (SSW) безопасности в зависимости от упомянутого сигнала состояния устанавливать на одно из по меньшей мере двух различных установочных значений (SW1, SW2,…), отличающееся тем, что схема (1.1, 1.2, 1.3) выдачи установочного значения выполнена таким образом, что при превышении определенного заданного порогового значения упомянутого по меньшей мере одного переменного сигнала состояния установочное значение (SSW) безопасности устанавливается на другое из упомянутых двух различных установочных значений (SW1, SW2,…).

2. Предохранительное управляющее устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит контроллер (10), который имеет вход для сигнала спада напряжения или детектор для сигнала спада напряжения внешней схемы (8.1, 8.2, 8.3) электропитания и который имеет режим безопасности, в котором при заданном спаде напряжения исполнительный элемент (2.1, 2.2, 2.3) с помощью электрического накопителя (30) энергии, в частности емкостного накопителя энергии, переводится в положение безопасности, которое соответствует установочному значению (SSW) безопасности, выданному посредством схемы (1.1, 1.2, 1.3) выдачи установочного значения.

3. Предохранительное управляющее устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что оно сдержит сенсор (11.4), который соединен с по меньшей мере одним входом (Е3) для переменного сигнала состояния так, что установочное значение (SSW) безопасности устанавливается в зависимости от сигнала сенсора (11.4) на одно из по меньшей мере двух различных установочных значений (SW1, SW2,…).

4. Предохранительное управляющее устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что на входе (Е1) для сигнала состояния подключен модуль (12) параметров установки так, что установочное значение безопасности устанавливается в зависимости от по меньшей мере одного значения параметра блока (12) управления установки.

5. Предохранительное управляющее устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что на входе (Е4) для сигнала состояния подключено приводимое в действие вручную устройство (13) установки так, что установочное значение безопасности устанавливается в зависимости от текущего положения устройства (13) установки.

6. Предохранительное управляющее устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что оно имеет интерфейс (Е2) данных для доступа к серверу (15) и что установочное значение безопасности устанавливается в зависимости от по меньшей мере одного параметра сервера (15).

7. Предохранительное управляющее устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно содержит емкостный накопитель (30) энергии и что контроллер (10) встроен в микропроцессор (16) для управления накопителем (30) энергии.

8. Предохранительное управляющее устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно имеет управляющее устройство (6.3) привода.

9. Предохранительное управляющее устройство по п. 3, отличающееся тем, что сенсор (11.1, 11.2, 11.3) является датчиком газа, датчиком дыма, датчиком температуры, датчиком воздушного давления и/или датчиком потока.

10. Предохранительное управляющее устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что предусмотрен временной модуль (17), чтобы определять установочный параметр (SSW) безопасности в зависимости от времени, в частности в зависимости от времени суток, дня недели и/или времени года.

11. Предохранительное управляющее устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что оно имеет схему (18) задержки, чтобы при неисправности или отказе схемы (8) электропитания переходить на режим безопасности только спустя некоторое время задержки.

12. Исполнительный элемент с исполнительным приводом (2.1, 2.2, 2.3) для позиционирования заслонки (3.1, 3.2, 3.3) или клапана для управления или регулирования потока газа или жидкости, отличающийся предохранительным управляющим устройством по любому из пп. 1-11.

13. Исполнительный элемент по п. 12, отличающийся тем, что он представляет собой исполнительный элемент установки для нагревания-вентиляции-кондиционирования (HLK), противопожарной защиты и/или защиты помещений.

14. Предохранительная схема (1.4) с емкостным накопителем (30) энергии, детектором (27) для обнаружения спада напряжения внешней схемы (8.1, 8.2, 8.3) электропитания и контроллером (10), отличающаяся предохранительным управляющим устройством по любому из пп. 1-11.

15. Установка для управления и/или регулирования нагревания-вентиляции-кондиционирования (HLK) и/или для противопожарной защиты и/или защиты помещений с по меньшей мере одним установочным приводом (2.1, 2.2, 2.3) и одной приводимой им в действие заслонкой (3.1, 3.2, 3.3) или клапаном для управления или регулирования потока газа или жидкости, отличающаяся предохранительным управляющим устройством по п. 1 или 2.

16. Установка по п. 15, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере один сенсор (11.1, 11.2, 11.3), внешний относительно исполнительного привода (2.1, 2.2, 2.3).

17. Установка по п. 15 или 16, отличающаяся тем, что на входе для сигнала состояния подключен модуль параметров установки так, что установочное значение (SSW) безопасности устанавливается в зависимости от по меньшей мере одного значения параметра установки, причем по меньшей мере одно значение параметра установки представляет собой, в частности, значение давления, значение температуры, значение потока.

18. Способ эксплуатации установки для управления и/или регулирования нагревания-вентиляции-кондиционирования (HLK) и/или для противопожарной защиты или защиты помещений, содержащий следующие этапы:
a) определение сигнала состояния;
b) установление установочного значения безопасности в зависимости от сигнала состояния на одно из по меньшей мере двух различных установочных значений;
c) установление установочного значения безопасности на другое из упомянутых по меньшей мере двух различных установочных значений, если сигнал состояния превышает определенное заданное пороговое значение;
d) детектирование сбоя или отказа схемы электропитания и
e) при установлении необходимости инициирование режима безопасности, в котором положение безопасности исполнительного элемента устанавливается в соответствии с установочным значением безопасности.

19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что регистрация сигнала состояния и установление установочного значения безопасности осуществляются в нормальном режиме установки.

20. Способ по п. 18 или 19, отличающийся тем, что сигнал состояния состоит из по меньшей мере одного значения параметра установки.

21. Способ по п. 18 или 19, отличающийся тем, что
установочное значение (SSW) безопасности определяется в зависимости от времени, в частности в зависимости от времени суток, дня недели и/или времени года.

22. Способ по п. 18 или 19, отличающийся тем, что регистрируются несколько сигналов сенсоров от сенсоров (11.1, 11.2, 11.3,…,11.n), расположенных внутри и/или снаружи относительно установочного привода.

23. Способ по п. 18 или 19, отличающийся тем, что при сбое или отказе схемы (8.1, 8.2, 8.3) электропитания режим безопасности инициируется только тогда, когда сбой или отказ продолжает сохраняться в течение заданного минимального промежутка времени.