DE112008001872B4

DE112008001872B4 - Extremwertregelung mit Rücksetzsteuerung

Info

Publication number: DE112008001872B4
Application number: DE112008001872.3T
Authority: DE
Inventors: Yaoyu Li; John E. Seem
Original assignee: Johnson Controls Technology Co
Current assignee: Johnson Controls Technology Co
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2016-08-11
Anticipated expiration: 2028-07-17
Also published as: US20120239166A1; CN101779172B; GB201000621D0; DE112008001872T5; WO2009012282A3; WO2009012282A2; US8666517B2; US8200344B2; CN101779172A; GB2463218A; US20100106328A1; GB2463218B

Abstract

Verfahren zum Optimieren eines Steuerprozesses für eine Anlage, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Betreiben der Anlage unter Verwendung einer Extremwertregelungsstrategie; Erfassen einer plötzlichen Änderung im Betrieb der Anlage; Verwenden eines Schaltkreises, um die plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage durch Zurücksetzen der Extremwertregelungsstrategie auszugleichen, wobei das Zurücksetzen der Extremwertregelungsstrategie folgenden Schritt umfasst: Bereitstellen eines Rücksetzparameters für ein Hochpassfilter von Schaltungen für die Extremwertregelungsstrategie, wobei der Rücksetzparameter die Zeit reduziert, welche die Extremwertregelungsstrategie benötigt, um sich der plötzlichen Änderung anzupassen.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung nimmt die vorläufige US-Anmeldung Nr. 60/962,833, eingereicht am 1. August 2007, in Anspruch, die hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen wird. Die vorliegende Anmeldung nimmt auch die vorläufige US-Anmeldung Nr. 60/950,314, eingereicht am 17. Juli 2007, in Anspruch, die hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen wird. Die vorliegende Anmeldung übernimmt hiermit zur Bezugnahme ausdrücklich den vollen Umfang der folgenden Dokumente: US-Patentanmeldung Nr. 11/699,859, eingereicht am 30. Januar 2007, mit dem Titel „Sensor-Free Optimal Control of Air-Side Economize” und die US-Patentanmeldung Nr. 11/699,860, eingereicht am 30. Januar 2007, mit dem Titel „Adaptive Real-Time Optimization Control”.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Anmeldung betrifft im Allgemeinen Extremwertregelungsstrategien. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Regulierung, über eine Extremwertregelung, der Luftmenge, die durch eine Heizungs-, Lüftungs- und Klima-(HLK)Anlage fließt, um das Ausmaß der mechanischen Heizung und Kühlung zu reduzieren, das innerhalb einer raumlufttechnischen(RLT-)Einheit benötigt wird.
Bei der Extremwertregelung (ESC) handelt es sich um eine Art selbstoptimierender Steuerstrategien, die dynamisch nach den unbekannten und/oder zeitvariablen Eingaben eines Systems suchen können, um einen bestimmten Leistungsindex zu optimieren. Man kann sie als dynamische Ausbildung einer Gradientensuche unter Verwendung von Zittersignalen ansehen. Der Gradient des Systemausgangs im Verhältnis zum Systemeingang wird typischerweise erzielt, indem der Systembetrieb geringfügig gestört und eine Demodulationsmessung angewendet wird. Die Optimierung der Systemleistung kann erzielt werden, indem der Gradient unter Verwendung eines Integrators in dem geschlossenen System abgesteuert wird. Die ESC ist eine Steuerstrategie, die nicht auf einem Modell basiert, d. h. dass die ESC für das gesteuerte System kein Modell benötigt, um das System zu optimieren.
Eine plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage eines herkömmlichen ESC-Systems kann eine unerwünschte Verzögerung verursachen, während sich die ESC den neuen optimalen Einstellungen für das System anpasst. Wenn die ESC für HLK-Vorwärmeranwendungen verwendet wird, kann dies bedeuten, dass die RLT-Einheit zusätzliche Energie verbraucht.
KURZDARSTELLUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1 zum Optimieren eines Steuerprozesses für eine Anlage. Das Verfahren umfasst den Betrieb der Anlage unter Verwendung einer Extremwertregelungsstrategie. Das Verfahren umfasst ferner das Erfassen einer plötzlichen Änderung im Betrieb der Anlage. Das Verfahren umfasst auch ferner die Verwendung eines Schaltkreises, um die plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage durch Zurücksetzen der Extremwertregelungsstrategie auszugleichen.
Die Erfindung betrifft auch eine Steuereinrichtung nach Anspruch 8, nach Anspruch 8, um eine Anlage zu steuern. Die Steuereinrichtung umfasst einen Schaltkreis, der konfiguriert ist, um die Anlage unter Verwendung einer Extremwertregelungsstrategie zu betreiben. Der Schaltkreis ist ferner konfiguriert, um eine plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage zu erfassen und eine plötzliche Änderung in der Anlage durch Zurücksetzen der Extremwertregelungsstrategie auszugleichen.
Weitere Ausführungsbeispiele betreffen weitere Merkmale und Merkmalskombinationen, wie sie im Allgemeinen in den Unteransprüchen erwähnt werden mögen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Offenbarung wird aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Figuren gesehen, besser verständlich werden, in denen die gleichen Bezugszeichen sich auf gleiche Elemente beziehen. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Gebäudes mit einer HLK-Anlage gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 eine schematische Darstellung eines Umgebungssteuersystems mit einer RLT-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel.
3 ein Zustandsdiagramm einer RLT-Einheit, die eine Extremwertregelungsstrategie verwendet, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
4A ein Blockschaltbild einer Extremwertregelschleife, die konfiguriert ist, um plötzliche Änderungen im Betrieb der Anlage zu erfassen und auszugleichen, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
4B ein Blockschaltbild einer Extremwertregelschleife mit einer Vielzahl von Messungen, und die konfiguriert ist, um plötzliche Änderungen im Betrieb der Anlage zu erfassen und auszugleichen, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
5 ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Ausgleichen plötzlicher Änderungen im Betrieb der Anlage einer ESC-Schleife, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
6 eine Filter-ESC-Schleife, die konfiguriert ist, um die Auswirkungen einer plötzlichen Änderung im Betrieb der Anlage der ESC-Schleife einzuschränken, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
7 eine Darstellung einer Extremwertregelschleife zum Steuern einer RLT-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel.
8 eine Darstellung eines Steuersystems für eine RLT-Einheit, die konfiguriert ist, um plötzliche Änderungen im Betrieb der RLT-Einheit auszugleichen, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
9 ein Blockschaltbild der in 8 gezeigten Steuereinrichtung, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
10 eine Grafik mit Leistungskurven für eine Extremwertregelungsstrategie, die eine RLT-Einheit steuert, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bevor wir uns den Figuren zuwenden, welche die Ausführungsbeispiele ausführlich abbilden, versteht es sich, dass die Anmeldung nicht auf die Einzelheiten oder die Methodik beschränkt ist, die in der Beschreibung dargelegt und in den Figuren abgebildet werden. Es versteht sich ebenfalls, dass die Terminologie allein der Beschreibung dient und nicht als einschränkend anzusehen ist.
Mit allgemeinem Bezug auf die Figuren ist eine Steuereinrichtung konfiguriert, um eine Anlage unter Verwendung einer Extremwertregelungsstrategie zu steuern. Die Extremwertregelungsstrategie ist konfiguriert, um plötzliche Änderungen im Betrieb der Anlage zu erfassen und auszugleichen, um die Zeit zu reduzieren, welche die Steuereinrichtung benötigt, um sich an die neuen optimalen Einstellungen für die Anlage anzupassen.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Gebäudes 5 mit einer HLK-Anlage gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wie abgebildet, weist das Gebäude 5 eine raumlufttechnische (RLT) Einheit 10 auf. Die RLT-Einheit 10 ist Teil einer HLK-Anlage und wird verwendet, um die Umgebung eines Raums 12 in dem Gebäude 5 zu klimatisieren, abzukühlen, aufzuheizen und/oder zu steuern. Das Steuersystem für die RLT-Einheit 10 verwendet eine Extremwertsuche, um eine Vorwärmerfunktionalität bereitzustellen, indem es die Luftströmung durch die RLT-Einheit 10 optimiert, um den Energieverbrauch der RLT-Einheit 10 zu minimieren. Gemäß diversen anderen Ausführungsbeispielen kann das Gebäude 5 weitere RLT-Einheiten umfassen. Jeder RLT-Einheit kann ein Bereich (z. B. ein Raum 12, eine Reihe von Räumen, ein Teil eines Raums, ein Boden, eine Reihe von Böden, ein Teil eines Bodens, usw.) des Gebäudes 5, für das die RLT-Einheit konfiguriert ist (z. B. Klimatisierung, Abkühlung, Heizung, Lüftung, usw.), zugewiesen werden. Jeder Bereich, der einer RLT-Einheit zugewiesen wird, kann durch die Verwendung variabler Luftvolumenkästen oder anderer HLK-Konfigurationen weiter unterteilt werden.
Mit Bezug auf 2 und 3 wird nun eine schematische Darstellung eines Umgebungssteuersystems 400 mit einer RLT-Einheit 430 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Umgebungssteuersystem 400 umfasst eine Arbeitsstation 402, eine leitende Steuereinrichtung 404 (z. B. eine Netzwerkautomatisierungs-Engine (NAE)) und eine die Extremwertsuche verwendende Steuereinrichtung 410 der RLT-Einheit, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Steuereinrichtung 410 der RLT-Einheit ist mit der leitenden Steuereinrichtung 404 über eine Kommunikationsverbindung 420 gekoppelt. Die Arbeitsstation 402 und die leitende Steuereinrichtung 404 sind über einen Kommunikationsbus 406 gekoppelt. Der Kommunikationsbus 406 kann mit zusätzlichen Abschnitten oder zusätzlichen Steuereinrichtungen, sowie mit anderen Bauteilen, die in dem Umgebungssteuersystem 400 verwendet werden, gekoppelt sein. Das Umgebungssteuersystem 400 kann ein Gebäudeautomatisierungssystem sein, wie etwa ein System der Marke METASYS^®, das von Johnson Controls, Inc., hergestellt wird. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann das System 400 ein einheitliches System sein, das eine RLT-Einheit oder ein anderes Luftklappensystem aufweist.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 40 mit einer gesteuerten raumlufttechnischen Einheit, wie die RLT-Einheit 430, betriebsmäßig verknüpft. Die Steuereinrichtung 410 ist konfiguriert, um als endlicher Automat mit den drei in 3 abgebildeten Zuständen zu funktionieren, wobei die RLT-Einheit 430 eine Extremwertsuchlogik verwendet, wenn sie sich im Zustand 503 befindet. Ein Übergang von einem Zustand zum anderen erfolgt, wie durch die Pfeile angegeben, wenn eine vorgeschriebene Bedingung oder eine Reihe von Bedingungen auftritt. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Betriebsdaten der RLT-Einheit 430 überprüft, wenn die Steuereinrichtung 410 sich in einem bestimmten Zustand befindet, um zu bestimmen, ob eine definierte Übergangsbedingung vorliegt. Eine Übergangsbedingung ist eine Funktion des gegenwärtigen Zustands und kann sich auch auf ein spezifisches Zeitintervall, eine Temperaturbedingung, eine Zuluftbedingung und/oder eine Abluftbedingung beziehen.
Bei einem Ausführungsbeispiel erfolgt eine Übergangsbedingung, wenn die Steuereinrichtung 410 über einen vorherbestimmten Zeitraum in einem gegebenen Betriebsmodus bleibt, ohne in der Lage zu sein, auf angemessene Art und Weise eine Ausgabe bereitzustellen, die einem Sollwert entspricht, welcher der Steuereinrichtung 410 von der leitenden Steuereinrichtung 404 bereitgestellt wird. Eine Übergangsbedingung erfolgt z. B. in einem mechanischen Kühlmodus, wenn das System nicht in der Lage ist, innerhalb einer annehmbaren Zeit einen Luftausstoß auf der gewünschten Temperatur bereitzustellen.
Im Zustand 501 wird das Ventil 442 für die Heizschlange 440 gesteuert, um die Strömung von Warmwasser, Dampf oder Strom zur Heizschlange 440 zu modulieren, wodurch die Energiemenge gesteuert wird, die an die Luft übertragen wird. Somit wird die Zulufttemperatur auf dem Sollwert gehalten. Die Luftklappen 460, 462 und 464 sind für einen minimalen Durchsatz von Außenluft positioniert und es gibt keine mechanische Kühlung (d. h. das Ventil 446 für Kaltwasser ist geschlossen). Der minimale Außenluftdurchsatz ist die kleinste Menge, die für eine zufriedenstellende Lüftung für die Zuführleitung 490 erforderlich ist. Beispielsweise sind 20% der Luft, die der Leitung 490 zugeführt wird, Außenluft. Die Bedingung für einen Übergang in den Zustand 502 wird dadurch definiert, dass das Heizsteuersignal im „Nichtheizmodus” bleibt. Ein derartiger Modus erfolgt, wenn das Ventil 442 der Heizschlange 440 über einen festen Zeitraum geschlossen bleibt (d. h. eine Erwärmung der Zuluft ist während dieser Periode nicht erforderlich). Diese Übergangsbedingung kann sich daraus ergeben, dass die Außentemperatur bis zu einem Punkt ansteigt, an dem die Luft aus der Zuführleitung 490 keine mechanische Erwärmung benötigt.
Im Zustand 502 werden die Luftklappen 460, 462 und 464 alleine verwendet, um die Zulufttemperatur in der Zuführleitung 490 zu steuern (d. h. ohne mechanische Erwärmung oder Abkühlung). In diesem Zustand wird die Außenluftmenge, die sich mit der Abluft aus der Abführleitung 492 vermischt, reguliert, um die Luft zu erwärmen oder abzukühlen, die über die Zuführleitung 490 zugeführt wird. Da keine mechanische Erwärmung oder Abkühlung vorliegt, führt die Unfähigkeit, die Sollwerttemperatur zu erreichen, zu einem Übergang entweder in Zustand 501 oder Zustand 503. Es erfolgt ein Übergang in Zustand 501 für mechanische Erwärmung, wenn entweder die Außenluftströmung über einen festen Zeitraum geringer ist als für die korrekte Lüftung erforderlich oder die Außenluft-Einlassluftklappe 464 über einen bestimmten Zeitraum in der Mindestöffnungsposition bleibt. Der endliche Automat nimmt einen Übergang von Zustand 502 zu Zustand 503 für mechanische Kühlung vor, nachdem die Luftklappensteuerung über einen festen Zeitraum in der maximalen Außenluftposition (z. B. 100% der von der RLT-Einheit zugeführten Luft sind Außenluft) geblieben ist.
Im Zustand 503 wird das Kaltwasserventil 446 für die Kühlschlange 444 gesteuert, um die Strömung von Kaltwasser zu modulieren und die Energiemenge zu steuern, die der Luft entzogen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Extremwertregelung verwendet, um die Luftklappen 460, 462 und 464 zu modulieren, um eine optimale Außenluftmenge in die RLT-Einheit 430 einzuführen. Bei einem Ausführungsbeispiel erfolgt ein Übergang in Zustand 502, wenn über einen festen Zeitraum keine mechanische Kühlung erfolgt (d. h. die Kühlsteuerung ist im Nichtkühlmodus gesättigt).
Weiter mit Bezug auf 3 wird ein Zustandsdiagramm einer RLT-Einheit, die eine Extremwertregelungsstrategie verwendet, gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Zustand 501 wird eine Erwärmung mit minimaler Außenluft, die zur Lüftung erforderlich ist, eingeleitet. In kalten Klimagebieten ist der Anfangszustand der Steuerung ein Zustand 501 einer Erwärmung mit minimaler Außenluft. Das System wird im Zustand 501 eingeschaltet, um das Risiko zu minimieren, dass die Kühlschlange 444 und die Heizschlange 440 einfrieren. Der Zustand 501 steuert die Zulufttemperatur, indem er die Wärmemenge moduliert, die von der Heizschlange 440 zugeführt wird. Die Luftklappen 460, 462 und 464 werden für minimale Lüftung gesteuert. Bei einem Ausführungsbeispiel erfolgt ein Übergang in den Zustand 502, nachdem das Heizsteuersignal über einen festen Zeitraum auf seinem Mindestwert (Nichtheizposition) gewesen ist.
Im Zustand 502 verwendet das System Außenluft, um freie Kühlung für das System bereitzustellen. Der Zustand 502 steuert die Zulufttemperatur, indem er die Luftklappen 460, 462 und 464 moduliert, um die Mischung von Außenluft mit Abluft anzupassen. Bei einem Ausführungsbeispiel erfolgt ein Übergang in den Zustand 501, nachdem sich die Luftklappen 460, 462 und 464 über einen festen Zeitraum auf einem minimalen Lüftungsbedarf befanden oder das Luftklappensteuersignal über einen festen Zeitraum auf einem Mindestwert liegt. Bei einem Ausführungsbeispiel erfolgt ein Übergang in den Zustand 503, nachdem die Luftklappen 460, 462 und 464 gesteuert wurden, um über einen festen Zeitraum 100% Außenluft zuzuführen.
Im Zustand 503 verwendet das System mechanische Kühlung mit einer Extremwertregelungsstrategie, um die Luftklappen 460, 462 und 464 zu steuern. Der Zustand 503 steuert die Zulufttemperatur, indem er den Durchsatz von Kaltwasser oder Kühlmittel durch die Kühlschlange 444 moduliert. Es wird eine Extremwertregelungsstrategie verwendet, um die Positionen der Luftklappen 460, 462 und 464 zu bestimmen, um das erforderliche Ausmaß an mechanischer Kühlung zu minimieren. Eine plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage der Extremwertregelungsstrategie kann erfolgen, welche die RLT-Einheit 430 dazu veranlasst, mit nicht idealen Einstellungen zu funktionieren, während sich die ESC-Strategie an die Änderung anpasst. Bei HLK-Anwendungen kann eine Änderung im Betrieb der Anlage einer Änderung der optimalen Einstellungen für die Luftklappen 460, 462 und 464 entsprechen. Die Steuereinrichtung 410 wurde angepasst, um die negativen Auswirkungen einer plötzlichen Änderung im Betrieb der Anlage einzuschränken. Die Lüftungsanforderungen werden für die Außenluftmenge in der Zuführleitung 490 auf eine niedrigere Grenze gesetzt. Bei einem Ausführungsbeispiel erfolgt ein Übergang in den Zustand 502, nachdem sich das Steuersignal für die Kühlung über einen festen Zeitraum im Nichtkühl-Befehlsmodus befand.
Mit Bezug auf 4A wird ein Blockschaltbild einer ESC-Schleife 600, die konfiguriert ist, um plötzliche Änderungen im Betrieb der Anlage zu erfassen und auszugleichen, gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Eine Steuereinrichtung 603, die eine Extremwertregelungslogik aufweist, ändert ihre Ausgabe ständig als Reaktion auf die sich ändernde Messung 621, die von der Anlage 624 über eine Eingangsschnittstelle 604 empfangen wird. In der Regeltheorie ist eine Anlage die Kombination eines Prozesses und einer oder mehrerer mechanisch gesteuerter Ausgänge. Die Steuereinrichtung 602 verwendet den Änderungsdetektor 612, um zu bestimmen, ob eine plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage erfolgt ist, was bedeutet, dass die sich die optimalen Einstellungen für die Anlage 624 plötzlich geändert haben. Eine „plötzliche Änderung” ist von der Anwendung abhängig und bezieht sich im Allgemeinen auf eine beliebige Änderung im Betrieb der Anlage 624, die zu einer unerwünschten Reaktionsverzögerung durch die Steuereinrichtung 602 führt. Z. B. kann eine plötzliche Änderung für eine HLK-Anlage eine Änderung von ≥ 2% im Verlauf von mehreren Minuten sein. Bei einem Strahltriebwerk kann eine plötzliche Änderung jedoch eine Änderung von mehreren Prozenten im Verlauf einer Sekunde sein. Eine plötzliche Änderung im Betrieb einer Anlage entspricht einer Verschiebung der optimalen Steuerparameter für die Anlage auf einen neuen Satz optimaler Werte, d. h. der Extremwert der Leistungskurve ändert sich plötzlich. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Änderungsdetektor 612 einen Elektronikschaltkreis umfassen, wie etwa einen Differentiator oder einen anderen Elektronikschaltkreis, der in der Lage ist, plötzliche Änderungen in Signalen zu erfassen. Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel mag der Änderungsdetektor 612 als Software umgesetzt werden und eine Logik umfassen, um plötzliche Änderungen in Daten zu erfassen.
Wenn eine plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage 624 von dem Änderungsdetektor 612 erfasst wird, setzt die Rücksetzsteuerung 613 die Steuereinrichtung 602 zurück. Bei einem Ausführungsbeispiel schaltet die Rücksetzsteuerung 613 die Energie für die Steuereinrichtung 602 hin und her. Ein Ausschalten und dann wieder Einschalten der Steuereinrichtung 602 reinitialisiert die ESC-Schleife 600, wodurch die Zeit reduziert wird, welche die Steuereinrichtung 602 benötigt, um gegen die neuen optimalen Einstellungen für die Anlage 624 zu konvergieren. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel setzt die Rücksetzsteuerung 613 über einen eingestellten Zeitraum einen Rücksetzparameter in die ESC-Schleife 600 durch. Der Rücksetzparameter und der Rücksetzzeitraum sind von System und Anwendung abhängig. Bei einem Ausführungsbeispiel für eine HLK-Anlage kann der Rücksetzparameter ein beliebiger Wert zwischen der alten und der neuen optimalen Einstellung für die Anlage 624 sein. Der Rücksetzzeitraum für die gleiche HLK-Anlage kann drei- oder viermal so lang sein wie derjenige der Zitterperiode, die verwendet wird, um den Leistungsgradienten zu erfassen. Die Ausgabe der Steuereinrichtung 602 wird nämlich kurzfristig aufgehoben, um es der ESC-Logik zu erlauben, sich den Änderungen der optimalen Einstellungen für die Anlage 624 anzupassen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der in die ESC-Schleife 600 durchgesetzte Rücksetzparameter der Durchschnitt der vergangenen optimalen Einstellungen für die Anlage 624 sein. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Rücksetzparameter als Eingabe für die Leistungsgradientensonde 614 verwendet. Eine Stellgrößen-Aktualisierungsvorrichtung 616 gibt den aufgehobenen Wert für die Stellgröße 620 an die Ausgangsschnittstelle 606 weiter. Die Ausgangsschnittstelle 606 stellt dann der Anlage 624 die aufgehobene Stellgröße 620 bereit.
Wenn keine plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage 624 von dem Änderungsdetektor 612 erfasst wird, verwendet die Steuereinrichtung 602 eine normale ESC-Logik, um die Anlage 624 zu steuern. Die Leistungsgradientensonde 614 erfasst einen Leistungsgradienten, der dem Unterschied zwischen der Stellgröße 620 und der Systemleistung der Anlage 624 entspricht. Wenn die Steuereinrichtung 602 als Elektronikschaltkreis umgesetzt ist, mag die Leistungsgradientensonde 614 ein Hochpassfilter, ein Demodulationssignal, ein Tiefpassfilter und ein Zittersignal umfassen. Wenn die Steuereinrichtung 602 als Software umgesetzt ist, mag die Leistungsgradientensonde 614 eine mathematische Operation sein, um den Leistungsgradienten zu bestimmen. Die Stellgrößen-Aktualisierungsvorrichtung 616 empfängt Informationen über den Leistungsgradienten von der Leistungsgradientensonde 614 und ergibt eine Stellgröße 620, um den Leistungsgradienten abzusteuern. Wenn die Steuereinrichtung 602 als Elektronikschaltkreis umgesetzt ist, mag die Stellgrößen-Aktualisierungsvorrichtung 616 einen Integratorschaltkreis umfassen. Wenn die Steuereinrichtung 602 als Software umgesetzt ist, mag die Stellgrößen-Aktualisierungsvorrichtung 616 eine Programmroutine umfassen, welche die Integration ausführt. Bei einem Ausführungsbeispiel mag die Stellgrößen-Aktualisierungsvorrichtung 616 konfiguriert sein, um die Integration nur auszuführen, wenn keine plötzliche Änderung von dem Änderungsdetektor 612 erfasst wurde. Die Stellgrößen-Aktualisierungsvorrichtung 616 gibt dann die aktualisierte Stellgröße 620 über eine Ausgangsschnittstelle 606 an die Anlage 624 weiter, um die Anlage 624 zu steuern.
Mit Bezug auf 4B wird ein Blockschaltbild einer Extremwertregelschleife mit einer Vielzahl von Messungen und die konfiguriert ist, um plötzliche Änderungen im Betrieb der Anlage zu erfassen und auszugleichen, gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Die ESC-Schleife 601 enthält viele der Funktionen und Strukturen der ESC-Schleife 600 (4A), verwendet jedoch eine Vielzahl von Messungen 622, um einen Leistungsindex zu bestimmen. Die Steuereinrichtung 603 empfängt Messungen 622 von der Anlage 600 über die Eingangsschnittstelle 604. Ein Leistungsindex wird von dem Leistungsindexrechner 610 unter Verwendung von Messungen 622 berechnet. Der Leistungsindex ist eine mathematische Darstellung der Systemleistung der ESC-Schleife 601 unter Verwendung von Messungen 622. Der Änderungsdetektor 612 erfasst plötzliche Änderungen des Leistungsindexes und löst eine Rücksetzsteuerung 613 aus, wenn eine plötzliche Änderung erfasst wird. Wenn keine plötzliche Änderung erfasst wird, empfängt die Leistungsgradientensonde 612 den Leistungsindex von dem Leistungsindexrechner 610, um den Leistungsgradienten zu erfassen. Wenn eine plötzliche Änderung erfasst wird, stellt die Rücksetzsteuerung 613 über einen eingestellten Zeitraum einen Rücksetzparameter für die Leistungsgradientensonde 614 bereit. Die Stellgrößen-Aktualisierungsvorrichtung 616 erzeugt eine aktualisierte Stellgröße 620 basierend auf der Ausgabe der Leistungsgradientensonde 614. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Stellgrößen-Aktualisierungsvorrichtung 616 einen Integrator, um den Leistungsgradienten abzusteuern. Die Stellgrößen-Aktualisierungsvorrichtung 616 stellt dann der Anlage 624 über die Ausgangsschnittstelle 606 eine aktualisierte Stellgröße 620 bereit.
Mit Bezug auf 5 wird ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Ausgleichen plötzlicher Änderungen im Betrieb der Anlage einer ESC-Schleife gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Die ESC-Schleife kann eine Steuereinrichtung umfassen, die eine Extremwertregelungslogik verwendet, und eine Anlage, die eine Stellgröße von der Steuereinrichtung empfängt. Der Prozess 700 kann z. B. auf die ESC-Schleife 600 angewendet werden, wie in 4A gezeigt. Der Prozess 700 wird gezeigt, wie er das Empfangen einer Messung von der Anlage umfasst (Schritt 702). Bei einem Ausführungsbeispiel verwendet die Steuereinrichtung für die ESC-Schleife eine einzige Eingangsmessung von der Anlage. Es ist zu bemerken, dass die Steuereinrichtung auch eine Vielzahl von Eingangsmessungen, wie etwa in der ESC-Schleife 601 aus 4B, aufweisen kann. Bei einem Ausführungsbeispiel für eine HLK-Anlage können die Messungen Eingaben von Temperatursensoren, Feuchtigkeitssensoren, Luftströmungssensoren, Luftklappenpositionssensoren oder Messungen des Energieverbrauchs umfassen.
Der Prozess 700 wird ferner gezeigt, wie er das Bestimmen umfasst, ob eine plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage erfasst wurde (Schritt 706). Wenn eine plötzliche Änderung bei den optimalen Einstellungen für die ESC-Schleife in Schritt 706 erfasst wird, werden entweder die Parameter der ESC-Schleife zurückgesetzt oder die ESC-Schleife selber wird zurückgesetzt (Schritt 712). Wenn die ESC-Schleifenparameter zurückgesetzt werden (Schritt 712), wird die von der Steuereinrichtung an die Anlage gesendete Stellgröße durch einen Festwert aufgehoben (Schritt 714). Wenn die ESC-Schleife selber zurückgesetzt wird, d. h. aus- und eingeschaltet wird, ist die von der Steuereinrichtung an die Anlage gesendete Stellgröße zeitweise gleich Null, um es der Steuereinrichtung zu ermöglichen, sich an die plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage anzupassen. Wenn keine plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage erfasst wird (Schritt 706), fährt die ESC-Strategie ununterbrochen fort. Der Prozess 700 umfasst das Sondieren nach einem Leistungsgradienten (Schritt 708) und das Integrieren des erfassten Leistungsgradienten, um den Gradienten abzusteuern (Schritt 710). Die Steuereinrichtung aktualisiert dann die Stellgröße und sendet die aktualisierte Stellgröße an die Anlage (Schritt 714).
In 6 wird eine Filter-ESC-Schleife 970, die konfiguriert ist, um die Auswirkungen einer plötzlichen Änderung im Betrieb der Anlage einzuschränken, gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Filter-ESCs bestimmen einen Leistungsgradienten durch die Verwendung eines Hochpassfilters, eines Demodulationssignals, eines Tiefpassfilters und eines Zittersignals. Dann wird ein Integrator verwendet, um den Leistungsgradienten abzusteuern, um das geschlossene System zu optimieren. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Filter-ESC-Schleife 970 einen Änderungsdetektor 908 und eine Rücksetzsteuerung 910, um die Auswirkungen einer plötzlichen Änderung im Betrieb der Anlage 901 einzuschränken. Die Anlage 901 wird von der Filter-ESC-Schleife 970 gesteuert und kann mathematisch als eine Kombination einer linearen Eingangsdynamik 950, einer nicht linearen Leistungskurve 952 und einer linearen Ausgangsdynamik 954 dargestellt werden. Die Eingangsdynamik 950 empfängt eine Stellgröße von der ESC-Schleife 970 und ergibt ein Eingangssignal „x” für die nicht lineare Leistungskurve 952. Der Ausgang der Leistungskurve 952, „z”, wird dann an die Ausgangsdynamik 954 weitergegeben, um ein Rücksignal „z” für den Extremwertregler bereitzustellen. Die ESC-Schleife 970 versucht, einen Wert für „x” zu finden, der einem Extremwert der Leistungskurve 952 entspricht. Als rein erläuterndes Beispiel mag das Ausgangssignal „z” wie der folgende Ausdruck dargestellt werden: z = f(x) = (x – x_opt)² + 2 wobei f(x) die Leistungskurve und x_opt den Wert, bei dem f(x) minimiert ist, darstellen. Die tatsächliche Leistungskurve in einer ESC-Schleife ist für System und Anwendung spezifisch. Eine plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage 901, die von der Filter-ESC Schleife 970 gesteuert wird, entspricht ebenfalls einer plötzlichen Änderung von „x_opt”. Bei einem Ausführungsbeispiel erfasst der Änderungsdetektor 908 Änderungen bei Messungen, die von der Anlage 901 vorgenommen werden, d. h. im Signal „z”.
Die Filter-ESC-Schleife 970 dient als Standard-ESC-Schleife, wenn keine plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage 901 erfolgt ist. Ein Leistungsgradientensignal wird auf eine Art und Weise, die den ESCs gemeinsam ist, durch die Kombination eines Zittersignals 966, das an einem Verarbeitungselement 963 hinzugefügt wird, eines Hochpassfilters 956, eines Demodulators 961, der ein Demodulationssignal 958 verwendet, und eines Tiefpassfilters 960 erzeugt. Der erfasste Leistungsgradient ist eine Funktion des Unterschieds zwischen „x” und „x_opt”. Die Integration des Leistungsgradienten durch den Integrator 964 ergibt ein neues Steuersignal für die Anlage 901, das den Leistungsgradienten absteuert. Bei einem Ausführungsbeispiel überwacht und erfasst der Änderungsdetektor 908 Änderungen im Gradientensignal, da eine plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage 901 auch einer plötzlichen Änderung im Leistungsgradienten entspricht.
Wenn der Änderungsdetektor 908 eine plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage 901 erfasst, wird die Rücksetzsteuerung 910 ausgelöst. Bei einem Ausführungsbeispiel setzt die Rücksetzsteuerung 910 einen Rücksetzparameter über einen eingestellten Zeitraum für das Hochpassfilter 956 durch, um die plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage 901 auszugleichen. Das Durchsetzen eines Rücksetzparameters für das Hochpassfilter 956 ändert nämlich den Leistungsgradienten für die ESC-Schleife 970 und kann die Zeit, die benötigt wird, damit sich die ESC-Schleife 970 den plötzlichen Änderungen im Betrieb der Anlage 901 anpasst, erheblich reduzieren. Die Integration des geänderten Leistungsgradienten wird dann vom Integrator 964 ausgeführt und die sich ergebende Stellgröße wird dann an die Anlage 901 weitergegeben. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel zwingt die Rücksetzsteuerung 910 die ESC-Schleife 970 zum Ausschalten und dann wieder zum Einschalten, wenn eine plötzliche Änderung von dem Änderungsdetektor 908 erfasst wird.
In 7 wird eine Darstellung einer Extremwertregelschleife 76 zum Steuern einer RLT-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt Die ESC-Schleife 76 wurde angepasst, um plötzliche Änderungen im Betrieb der Anlage unter Verwendung des Änderungsdetektors 66 und der Rücksetzsteuerung 68 auszugleichen. Die RLT-Einheit umfasst einen Temperaturregler 80, eine Temperaturregelsystem-Steuereinrichtung 90, einen Luftklappenstellantrieb 850 und eine Luftklappe 852. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können mehrere Stellantriebe und/oder Luftklappen verwendet werden, um die Luftströmung innerhalb der RLT-Einheit zu steuern. Der Temperaturregler 80 kann auch ein beliebiger Mechanismus sein, der verwendet wird, um die Lufttemperatur zu ändern. Dazu können ohne Einschränkung Kühlschlangen, Heizschlangen, Dampfregler, Kaltwasserregler oder Luftverdichter gehören. Bei einem Ausführungsbeispiel senkt der Temperaturregler 80 die Temperatur der Luft. Die Temperaturregelsystem-Steuereinrichtung 90 hält eine Zulufttemperatur auf einem Sollwert 92, indem sie die Position des Kaltwasserventils 446 der Kühlschlange 444 anpasst (2). Der Stellantrieb 850 hält die Luftklappe 852 so, dass sie zwischen 0% und 100% Außenluft bereitstellt.
Eine Regelschleife, die aus der Temperaturregelsystem-Steuereinrichtung 90, dem Temperaturregler 80 und dem Temperatursensor 480 besteht, steuert das Ausmaß an mechanischer Kühlung in der RLT-Einheit, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Temperaturregelsystem-Steuereinrichtung 90 empfängt eine Sollwert-Zulufttemperatur 92 von einer leitenden Steuereinrichtung 404 (2), gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Temperaturregelsystem-Steuereinrichtung 90 empfängt auch Messungen von dem Temperatursensor 480, der die Temperatur der Luft misst, die dem Gebäude von der RLT-Einheit zugeführt wird. Die Temperaturregelsystem-Steuereinrichtung 90 vergleicht die Sollwerttemperatur mit der gemessenen Temperatur und passt das Ausmaß an mechanischer Kühlung an, das von dem Temperaturregler 80 bereitgestellt wird, um die Sollwert-Zulufttemperatur 92 unter Verwendung eines Steuersignals zu erreichen.
Die ESC-Schleife 76 wird mit der Temperaturregler-Regelschleife verbunden, um die Luftklappe 852 zu steuern, welche die Außenluftmenge in die RLT-Einheit reguliert. Bei einem Ausführungsbeispiel bestimmt die ESC-Schleife 76 eine optimale Einstellung für den Stellantrieb 850, um die Verwendung von Außenluft zur Kühlung zu maximieren, wodurch der Energieverbrauch des Temperaturreglers 80 minimiert wird. Der Leistungsgradient für die ESC-Schleife 76 wird durch die Kombination eines Zittersignals 62, das von dem Verarbeitungselement 67 hinzugefügt wird, eines Hochpassfilters 86, eines Demodulators 69, der ein Demodulationssignal 60 verwendet, und eines Tiefpassfilters 64 erfasst. Der Integrator 98 dient dazu, den erfassten Gradienten abzusteuern. Eine Stellgröße vom Integrator 98 wird an den Stellantrieb 850 weitergegeben, um die Luftklappe 852 zu regulieren, wodurch die von der RLT-Einheit verwendete Luftmenge gesteuert wird. Die Luft von außen und/oder die Luft von anderen Quellen (z. B. Abluft) werden kombiniert und von dem Temperaturregler 80 verarbeitet und dann dem von der RLT-Einheit bedienten Bereich bereitgestellt. Der Temperatursensor 480 misst die von der RLT-Einheit zugeführte Luft und stellt Temperaturinformationen für die Temperaturreglersystem-Steuereinrichtung 90 bereit.
Die Auswirkungen plötzlicher Änderungen im Betrieb der RLT-Einheit werden durch das Einfügen des Änderungsdetektors 66 und die Rücksetzsteuerung 68 beschränkt. Der Änderungsdetektor 66 empfängt Informationen von der Temperaturregler-Regelschleife, um zu bestimmen, ob eine plötzliche Änderung im Betrieb der RLT-Einheit erfolgt ist. Z. B. kann sich die optimale Luftklappenöffnung für die Luftklappe 852 unvermittelt von 30% offen auf 60% offen geändert haben. Der Änderungsdetektor 66 löst dann die Rücksetzsteuerung 68 aus, um über einen vorherbestimmten Zeitraum eine eingestellte Eingabe für das Hochpassfilter 86 durchzusetzen, um die Zeit zu reduzieren, welche die ESC-Schleife 76 benötigt, um sich den Änderungen im Betrieb der RLT-Einheit anzupassen. Es versteht sich, dass die Funktionen der ESC-Schleife 76 als elektronischer Schaltkreis, als Software, die in einem digitalen Verarbeitungsschaltkreis gespeichert ist, oder als Kombination davon umgesetzt werden können.
Mit Bezug auf 8 wird nun eine Darstellung eines Steuersystems für eine RLT-Einheit, die konfiguriert ist, um plötzliche Änderungen im Betrieb der RLT-Einheit auszugleichen, gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Die RLT-Steuereinrichtung 410 empfängt einen Temperatursollwert von der leitenden Steuereinrichtung 404. Der Temperatursollwert wird verwendet, um eine Regelschleife anzusteuern, die aus einer Temperaturreglersystem-Steuereinrichtung 90, einem Temperaturreglersystem 952 und einem Temperatursensor 480 besteht. Die Temperaturreglersystem-Steuereinrichtung 90 vergleicht die von dem Temperatursensor 480 gemessene Temperatur mit derjenigen der Sollwerttemperatur, die von der leitenden Steuereinrichtung 404 bereitgestellt wird. Ein Temperaturregler-Befehlssignal wird dann von der Steuereinrichtung 90 an das Temperaturreglersystem 952 gesendet, um mechanisches Erwärmen oder Abkühlen bereitzustellen, um die Temperatur der von der RLT-Einheit zugeführten Luft auf die des Sollwerts zu bringen.
Die RLT-Steuereinrichtung 410 enthält auch eine ESC-Schleife 860, um die Position der Außenluftklappe 852 über einen Stellantrieb 850 zu steuern. Die ESC-Schleife 860 ist mit der Temperaturregler-Regelschleife gekoppelt, um den Energieverbrauch des Temperaturreglersystems 952 zu minimieren. Bei einem Ausführungsbeispiel sucht die ESC-Schleife 860 nach einer Einstellung für die Luftklappenöffnung, welche die Energie minimiert, die von dem Temperaturreglersystem 952 verbraucht wild, indem sie die Außenluft verwendet. Eine Leistungsgradientensonde 862 erfasst einen Unterschied zwischen den optimalen Einstellungen für die Luftklappe 852 und die derzeitigen Einstellungen für die Luftklappe 852. Bei einem Ausführungsbeispiel verwendet eine Leistungsgradientensonde 862 ein Hochpassfilter, ein Demodulationssignal, ein Tiefpassfilter und ein Zittersignal, um den Leistungsgradienten zu erfassen. Die Integration des Gradienten ergibt ein Stellantriebbefehlssignal, um den Stellantrieb 850 auf seine optimale Einstellung zu bringen. Der Stellantrieb 850 empfängt das Stellantriebbefehlssignal und reguliert die Luftklappe 852, welche die Außenluftströmung in die RLT-Einheit steuert.
Die Auswirkungen einer plötzlichen Änderung im Betrieb der Anlage für die ESC-Schleife 860 werden durch das Einfügen des Änderungsdetektors 66 und die Rücksetzsteuerung 68 beschränkt. Der Änderungsdetektor 66 bestimmt, ob eine plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage für die ESC-Schleife 860 erfolgt ist, d. h. ob eine plötzliche Änderung in der RLT-Einheit erfolgt ist, welche die optimale Öffnung der Luftklappe 852 dazu veranlasst, sich ebenfalls plötzlich zu ändern. Die Rücksetzsteuerung 68 wird dann von dem Änderungsdetektor 66 ausgelöst, um die Auswirkungen der plötzlichen Änderung im Betrieb der Anlage einzuschränken. Bei einem Ausführungsbeispiel setzt die Rücksetzsteuerung 68 eine Zeit lang einen Rücksetzparameter in die ESC-Schleife 860 durch. Z. B. kann der Rücksetzparameter an den Eingang der Leistungsgradientensonde 862 weitergegeben werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel schaltet die Rücksetzsteuerung 68 die ESC-Schleife 860 aus und wieder an, wenn der Änderungsdetektor 66 eine plötzliche Änderung im Betrieb der RLT-Einheit erfasst.
Mit Bezug auf 9 wird ein ausführliches Blockschaltbild der in 8 gezeigten Steuereinrichtung, gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Steuereinrichtung 410 wird gezeigt, wie sie einen Verarbeitungsschaltkreis 418 umfasst. Der Verarbeitungsschaltkreis 418 wird gezeigt, wie er einen Prozessor 414 und einen Speicher 416 umfasst. Der Verarbeitungsschaltkreis 418 kann kommunikationsmäßig mit dem Gebläsesteuerausgang 456, dem Kaltwasserventilausgang 454, dem Heizventilausgang 452, dem Stellantriebbedienelement 458, dem Temperatureingang 450 und dem Kommunikationsanschluss 412 gekoppelt sein. Gemäß diversen Ausführungsbeispielen kann der Verarbeitungsschaltkreis 418 ein universeller Prozessor, ein anwendungsspezifischer Prozessor, ein Schaltkreis, der ein oder mehrere Verarbeitungsbauteile enthält, eine Gruppe von verteilten Verarbeitungsbauteilen, eine Gruppe von verteilten Computer, die für die Verarbeitung konfiguriert sind, usw. sein. Der Prozessor 414 kann einer beliebigen Anzahl von Bauteilen entsprechen oder diese umfassen, um eine Datenverarbeitung und/oder Signalverarbeitung auszuführen.
Der Speicher 416 (z. B. eine Speichereinheit, Speichervorrichtung, Archivierungsvorrichtung, usw.) kann einer oder mehreren Vorrichtungen zum Speichern von Daten und/oder Computercode entsprechen, um die diversen Prozesse, die in der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, zu erledigen und/oder zu erleichtern, wozu auch die Verwendung einer Extremwertsuchlogik zum Steuern einer RLT-Einheit gehört. Der Speicher 416 kann einen flüchtigen Speicher und/oder einen nichtflüchtigen Speicher umfassen. Der Speicher 416 kann Datenbankkomponenten, Objektcode-Komponenten, Script-Komponenten und/oder beliebige andere Informationsstrukturarten umfassen, um die in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen diversen Tätigkeiten zu unterstützen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können beliebige frühere, gegenwärtige oder zukünftige verteilte und/oder lokale Speichervorrichtungen mit den Systemen und Verfahren der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Speicher 416 kommunikationsmäßig mit dem Prozessor 414 verbunden (z. B. über einen Schaltkreis oder eine andere Verbindung) und umfasst Computercode, um einen oder mehrere hier beschriebene Prozesse auszuführen. Der Speicher 416 kann diverse Daten über den Betrieb einer Regelschleife (z. B. vorherige Sollwerte, vorherige Verhaltensmuster bezüglich der verwendeten Energie, um einen derzeitigen Wert auf einen Sollwert zu verstellen, usw.) umfassen.
Bei einem Ausführungsbeispiel können die Funktionen der Steuereinrichtung 410, wie in 8 abgebildet, als Software umgesetzt werden, die in dem Speicher 416 des Verarbeitungsschaltkreises 418 gespeichert ist. Die leitende Steuereinrichtung 404 stellt der Steuereinrichtung 410 über den Kommunikationsanschluss 412 einen Sollwert bereit. Der Temperatursensor 480 (8) stellt der Steuereinrichtung 410 eine Temperatureingabe 450 bereit, welche die gemessene Temperatur mit der Sollwerttemperatur vergleicht. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Temperaturreglerbefehl an den Kaltwasserventilausgang 454 gesendet, um die Luft in der RLT-Einheit abzukühlen. Die Extremwertregelungsstrategie 860 kann verwendet werden, um den Stellantrieb 850 für die Luftklappe 852 über einen Stellantriebbefehl 458 zu steuern. Bei einem Ausführungsbeispiel werden Änderungen in den optimalen Einstellungen für die Luftklappe 852 erfasst und die Parameter für die ESC-Schleife 860 werden zurückgesetzt. Die Rücksetzparameter können bestimmt werden, indem die vergangenen optimalen Parameter für die ESC-Schleife 860, die im Speicher 416 gespeichert sind, gemittelt werden. Die Rücksetzparameter können auch bestimmt werden, indem die optimalen Parameter für die ESC-Schleife 860, die dem Zeitraum, direkt bevor die plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage erfolgt ist, entsprechen, gespeichert und wiederverwendet werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird die ESC-Regelschleife zurückgesetzt, wenn eine plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage erfasst wird.
10 zeigt eine Grafik mit Leistungskurven für eine Extremwertregelungsstrategie, die eine RLT-Einheit steuert, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Obwohl die tatsächliche Leistungskurve bei ESC-Systemen typischerweise nicht bekannt ist, erläutert die Grafik 1000 eine plötzliche Änderung im Betrieb der RLT-Einheit, die einer Verschiebung des Extremwertes der Leistungskurve 1002 entspricht. Z. B. tritt der Extremwert der Leistungskurve 1002 bei einer Luftklappenöffnung von 40% auf, d. h. die mechanische Kühlenergie, die von der RLT-Einheit benötigt wird, ist minimiert, wenn die Außenluftklappe um 40% geöffnet ist. Die Extremwertregelungsstrategie erfasst einen Leistungsgradienten zwischen der tatsächlichen Luftklappenöffnung und 40%. Der Leistungsgradient wird dann verwendet, um die Luftklappenöffnung auf ihre optimale Einstellung von 40% zu bringen.
Wenn eine plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage erfolgt, kann sich die Leistungskurve 1002 bei einem erläuternden Beispiel plötzlich zur Leistungskurve 1004 verschieben. Die Leistungskurve 1004 weist einen Extremwert auf, der einer Luftklappenöffnung von 60% entspricht. Die Extremwertregelungsstrategie passt sich schließlich dem neuen Extremwert an, doch die Zeit, welche die Strategie zur Anpassung benötigte, bedeutet, dass unnötige Energie von der RLT-Einheit verbraucht wird. Das Rücksetzen der Parameter auf die Extremwertregelungsstrategie oder das Rücksetzen der Strategie selber reduziert die Zeit, welche die Extremwertregelungsstrategie benötigt, um gegen den neuen Extremwert zu konvergieren. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Rücksetzparameter unter Verwendung von vergangenen Daten über vorherige optimale Einstellungen (Extremwerte) für den Steuerprozess bestimmt. Noch einmal mit Bezug auf das Beispiel einer plötzlichen Verschiebung von der Leistungskurve 1002 auf die Leistungskurve 1004 kann die Extremwertregelungsstrategie Rücksetzparameter verwenden, die über einen kurzen Zeitraum einer Luftklappenöffnung von 40% entsprechen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet die Extremwertregelungsstrategie einen Durchschnitt von vergangenen Daten über den Steuerprozess, um die Rücksetzparameter zu bestimmen.
Die in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Rücksetzsteuerung könnte auf viele verschiedene HLK-Konfigurationen angewendet werden. Es können z. B. eine oder eine Vielzahl von Luftklappen verwendet werden, um die Luftströmung durch und/oder in der RLT-Einheit zu steuern. Eine Extremwertregelungsstrategie kann verwendet werden, um die eine bzw. mehreren Luftklappen zu steuern, um den Energieverbrauch der RLT-Einheit zu minimieren. Noch einmal mit Bezug auf 2 kann die Luftmenge, die verwendet wird, um den Energieverbrauch durch die RLT-Einheit zu reduzieren, durch eine Kombination aus Fortluftklappe 460, Umluftklappe 462 und Außenluft-Einlassklappe 464 reguliert werden. Wenn z. B. θ_ex, θ_re, und θ_out den Anteil der vollständig geöffneten Position jeweils der Luftklappen 460, 462 und 464 darstellen, können die Luftklappenpositionen wie folgt zusammenhängen: θ_re = 1 – θ_ex θ_out = 1 – θ_re = θ_ex
Bei diesem Beispiel ist die Beziehung zwischen den Luftklappenöffnungen derart, dass die ESC verwendet werden kann, um die Steuerung einer beliebigen Luftklappe zu optimieren, weil die Optimierung einer Luftklappenöffnung zur Optimierung aller Luftklappenöffnungen führt.
Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel können eine oder mehrere Luftklappen feststehende Positionen aufweisen, während andere Luftklappenöffnungen variabel sind und zusammenhängen. Bei dieser Ausführungsform können die Luftklappenpositionen für die Luftklappen 460, 462 und 464 folgende sein: θ_out = 1, θ_ex = Stellgröße von ESC, und θ_re = 1 – θ_ex
Bei diesem Beispiel wird die ESC verwendet, um die Steuerung der Luftklappe 460 zu optimieren, um den Energieverbrauch der RLT-Einheit zu minimieren, während die Außenluft-Einlassklappe 464 vollständig geöffnet bleibt und die Luftklappe 462 sich basierend auf der Luftklappe 460 ändert. Die ESC kann daher verwendet werden, um eine beliebige Kombination von Luftklappen mit feststehenden Positionen und von Luftklappen mit zusammenhängenden variablen Positionen in einer RLT-Einheit zu optimieren, wobei die ESC verwendet wird, um eine oder mehrere der Luftklappen mit variablen Positionen zu steuern.
Die ESC kann auch direkt eine oder mehrere Luftklappen auf einmal steuern. Es können z. B. mehrere ESC-Steuereinrichtungen verwendet werden, um eine Vielzahl von unabhängigen Luftklappen zu steuern. Alternativ kann eine einzelne ESC-Steuereinrichtung mit mehreren Eingängen und/oder Ausgängen verwendet werden, um eine Vielzahl von unabhängigen Luftklappen zu regulieren. Die Luftklappen in einer RLT-Einheit, die von der Extremwertregelungsstrategie gesteuert wird, können ohne Einschränkung Außenluft-Einlassklappen, Umluftklappen, Fortluftklappen oder eine Kombination davon umfassen.
Die Konstruktion und Anordnung der Systeme und Verfahren, wie sie in den diversen Ausführungsbeispielen gezeigt wurden, sind rein beispielhaft. Obwohl in der vorliegenden Offenbarung nur einige Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurden, sind zahlreiche Änderungen möglich. Alle derartigen Änderungen sind dazu gedacht, in den Umfang der vorliegenden Offenbarung einbezogen zu werden. Die Reihenfolge oder Sequenz beliebiger Prozess- oder Verfahrensschritte kann je nach alternativen Ausführungsformen geändert oder umgeordnet werden. Andere Substitutionen, Modifikationen, Änderungen und Auslassungen können an der Gestaltung, den Betriebsbedingungen und der Anordnung der Ausführungsbeispiele vorgenommen werden, ohne den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.
Ausführungsformen im Umfang der vorliegenden Offenbarung umfassen Programmprodukte, die maschinenlesbare Datenträger umfassen, um maschinenausführbare Anweisungen oder Datenstrukturen, die darauf gespeichert sind, zu enthalten oder aufzuweisen. Derartige maschinenlesbare Datenträger können beliebige verfügbare Datenträger sein, auf die ein universeller oder spezifischer Computer oder eine andere Maschine mit einem Prozessor zugreifen kann. Beispielhaft können derartige maschinenlesbare Datenträger RAM, ROM, EPROM, EEPROM, CD-ROM oder andere optische Plattenspeicher, Magnetplattenspeicher oder andere magnetische Speichervorrichtungen umfassen, oder einen beliebigen anderen Datenträger, der verwendet werden kann, um gewünschten Programmcode in Form von maschinenausführbaren Anweisungen oder Datenstrukturen zu enthalten oder zu speichern, und auf den ein universeller oder spezifischer Computer oder eine andere Maschine mit einem Prozessor zugreifen kann. Wenn Informationen über ein Netzwerk oder eine andere Kommunikationsverbindung (verkabelt, kabellos oder eine Kombination von verkabelt oder kabellos) an eine Maschine übertragen oder dieser bereitgestellt wird, erkennt die Maschine die Verbindung richtig als einen maschinenlesbaren Datenträger. Somit wird eine derartige Verbindung zu Recht als maschinenlesbarer Datenträger bezeichnet. Auch Kombinationen der obigen Angaben sind im Umfang der maschinenlesbaren Datenträger enthalten. Zu den maschinenausführbaren Anweisungen gehören z. B. Anweisungen und Daten, die einen universellen Computer, einen spezifischen Computer oder spezifische Verarbeitungsmaschinen dazu veranlassen, eine bestimmte Funktion oder Funktionsgruppe auszuführen.
Es ist zu beachten, dass obwohl die Figuren eventuell eine spezifische Reihenfolge von Verfahrensschritten zeigen, die Reihenfolge der Schritte anders als abgebildet sein kann. Es können auch zwei oder mehrere Schritte gleichzeitig oder teilweise gleichzeitig ausgeführt werden. Derartige Variationen sind von den ausgewählten Software- und Hardwaresystemen und von der Wahl des Konstrukteurs abhängig. Alle derartigen Variationen gehören zum Umfang der Offenbarung. Ebenso könnten Softwareumsetzungen mit Standardprogrammiertechniken mit einer Logik auf Regelbasis oder einer anderen Logik durchgeführt werden, um die diversen Verbindungsschritte, Verarbeitungsschritte, Vergleichsschritte und Entscheidungsschritte durchzuführen.

Claims

Verfahren zum Optimieren eines Steuerprozesses für eine Anlage, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Betreiben der Anlage unter Verwendung einer Extremwertregelungsstrategie; Erfassen einer plötzlichen Änderung im Betrieb der Anlage; Verwenden eines Schaltkreises, um die plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage durch Zurücksetzen der Extremwertregelungsstrategie auszugleichen, wobei das Zurücksetzen der Extremwertregelungsstrategie folgenden Schritt umfasst: Bereitstellen eines Rücksetzparameters für ein Hochpassfilter von Schaltungen für die Extremwertregelungsstrategie, wobei der Rücksetzparameter die Zeit reduziert, welche die Extremwertregelungsstrategie benötigt, um sich der plötzlichen Änderung anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erfassen einer plötzlichen Änderung im Betrieb der Anlage folgenden Schritt umfasst: Erfassen einer Änderung, die größer oder gleich zwei Prozent der Leistung der Anlage innerhalb eines definierten Zeitraums ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend folgende Schritte: Abrufen von vergangenen Daten über eine oder mehrere optimale Anlageneinstellungen, die zuvor von der Extremwertregelungsstrategie aus dem Speicher bestimmt wurden; und Verwenden der vergangenen Daten, um den Rücksetzparameter zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Rücksetzparameter für drei- bis viermal die Zitterperiode der Extremwertregelungsstrategie bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zurücksetzen der Extremwertregelungsstrategie folgenden Schritt umfasst: Ausschalten und Einschalten der Extremwertregelungsstrategie.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anlage eine raumlufttechnische Einheit ist, die konfiguriert ist, um die Temperatur zu regulieren, und von einer Steuereinrichtung gesteuert wird, die konfiguriert ist, um einem Temperaturregler ein Steuersignal bereitzustellen, wobei die raumlufttechnische Einheit auch eine Luftklappe umfasst, die von einem Stellantrieb gesteuert wird, und wobei die Extremwertregelungsstrategie verwendet wird, um den Stellantrieb zu betätigen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Erfassen einer plötzlichen Änderung im Betrieb der Anlage folgenden Schritt umfasst: Erfassen einer Änderung, die größer oder gleich zwei Prozent der Leistung der Anlage im Verlauf von mehreren Minuten ist.
Steuereinrichtung zum Steuern einer Anlage, wobei die Steuereinrichtung folgendes umfasst: einen Schaltkreis, der konfiguriert ist, um die Anlage unter Verwendung einer Extremwertregelungsstrategie zu betreiben, wobei der Schaltkreis konfiguriert ist, um eine plötzliche Änderung im Betrieb der Anlage zu erfassen, und wobei der Schaltkreis ferner konfiguriert ist, um die plötzliche Änderung durch Rücksetzen der Extremwertregelungsstrategie auszugleichen, wobei der Schaltkreis ferner konfiguriert ist, um einen Rücksetzparameter für die Extremwertregelungsstrategie bereitzustellen, wobei der Rücksetzparameter die Zeit reduziert, welche die Extremwertregelungsstrategie benötigt, um sich der plötzlichen Änderung anzupassen, und wobei die Steuereinrichtung ferner Schaltungen umfasst, um die Extremwertregelungsstrategie bereitzustellen, wobei die Schaltungen zum Bereitstellen der Extremwertregelungsstrategie ein Hochpassfilter aufweisen, und wobei das Hochpassfilter konfiguriert ist, um den Rücksetzparameter als Eingangsgröße zu empfangen.
Steuereinrichtung nach Anspruch 8, wobei die plötzliche Änderung eine Änderung ist, die innerhalb eines definierten Zeitraums größer oder gleich zwei Prozent ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 8, wobei der Schaltkreis ferner konfiguriert ist, um den Rücksetzparameter für die Extremwertregelungsstrategie für drei- bis viermal die Zitterperiode der Extremwertregelungsstrategie bereitzustellen.
Steuereinrichtung nach Anspruch 9, wobei der Schaltkreis ferner konfiguriert ist, um die Extremwertregelungsstrategie durch Ausschalten und wieder Einschalten der Extremwertregelungsstrategie zurückzusetzen.
Steuereinrichtung nach Anspruch 9, wobei die Anlage eine raumlufttechnische Einheit ist, die konfiguriert ist, um die Temperatur zu regulieren, und von einer Steuereinrichtung gesteuert wird, die konfiguriert ist, um einem Temperaturregler ein Steuersignal bereitzustellen, wobei die raumlufttechnische Einheit auch eine Luftklappe umfasst, die von einem Stellantrieb gesteuert wird, wobei der Schaltkreis ferner konfiguriert ist, um den Stellantrieb unter Verwendung der Extremwertregelungsstrategie zu betätigen, und wobei die plötzliche Änderung eine Änderung ist, die größer oder gleich zwei Prozent der Leistung der Anlage im Verlauf von mehreren Minuten ist.