OBJECTIVE
This technical information details the new Power Cascade algorithm that can be selected within the OpenTherm page of the RegConfig Configurator.
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The following image shows, within the OpenTherm page of the RegConfig, the position of the System Cascade control Algorithm section (redblue) and the Buffer tank Compensation Temperature section (blue), closely related to the PID cascade algorithmyellow):PHOTO TBD
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The cascade algorithm can be of three types:
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Enabled OpenTherm generators are those generators that have a number (which can range from 1, highest priority, to 8, lowest priority) in the Generators section (highlighted in green) on the OpenTherm page and not OFF in the box corresponding to the “Heat/Cool” column. The number indicates the priority of the call, so in the image below G1 and G3 generators have priority 1 (they are called first), while G2 has priority 2 and G4 priority 3:
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Warning
Do not use G0 as it is the OpenTherm generator used with the DOT product, not with the REG system, therefore it is never considerate in the cascade logic.
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To define when to switch a generator on/off, the algorithm compares the minimum power supplied between the active generator (and not degraded by the system) with the PotUp and PotDown parameters (which will be illustrated below) after a settable minimum time has passed during which no change is made to the number of switched on generators, to allow the active generators to go full speed.
L’aggiunta o lo spegnimento di un generatore devono sempre rispettare i seguenti 3 parametriThe addition or switching off of a generator must always observe the following 3 parameters:
N. Generatori Start : indica il numero di generatori che vengono accessi partendo dalla condizione “tutti i generatori OpenTherm sono spenti”. Ad esempio si ipotizza di porre il numero di generatori Start pari a 2: si è nella condizione “tutti i generatori OpenTherm sono spenti” e l’algoritmo di cascata ha come risultato l’accensione di un solo generatore, però come minimo ne accende 2 contemporaneamente. Dopo l’accensione (e quindi perlomeno dopo il tempo indicato da “Pausa tra variazioni”) l’algoritmo potrà valutare se il numero di generatori è congruo alla richiesta dell’impianto (e quindi lasciarlo invariato), oppure diminuirlo o aumentarlo; il numero di generatori allo start è utile nel caso in cui ci siano impianti con molti generatori. Si supponga di avere un impianto con 8 generatori: se il sistema parte con un solo generatore e poi ogni “Pausa tra variazioni” (tipicamente 3 minuti) ne aggiunge un altro, passeranno almeno 21 minuti prima che il sistema vada a pieno regime; impostando invece il numero iniziale a 4 il sistema parte subito con 4 generatori, e poi si deciderà se aumentare tale numero (e comunque al massimo in 12 minuti andrebbe al massimo) o diminuirlo;
N. Generatori Minimo: indica il numero minimo di generatori attivi. Se per esempio è impostato su 3 e attualmente sono attivi 3 generatori, anche se l’algoritmo di cascata determinasse la necessità di spegnere un ulteriore generatore, non ne verrebbe spento nessuno; detto in altro modo non verrebbero mai lasciati accesi meno di 3 generatori (nota bene: si intende che il sistema REG abilita 3 generatori i quali possono poi decidere di spegnere la fiamma/il compressore, perché determinano che la loro temperatura di mandata è soddisfatta);
N. Generatori Massimo: indica il numero massimo di generatori che possono essere contemporaneamente accesi. Se sono abilitati 5 generatori, ma il numero massimo è pari a 3 significa che al massimo l’algoritmo può accendere 3 generatori anche se ne servirebbero 4. Questa scelta ha come conseguenza diretta il fatto che il set point potrebbe non essere mai raggiunto o potrebbe essere raggiunto, ma in un arco di tempo molto lungo.
Una volta definito il numero di generatori start/minimo/massimo è necessario definire i seguenti parametri:
Pausa tra variazioni (s): la variazione è il cambiamento corrispondente all’accensione o allo spegnimento di un generatore OpenTherm. La pausa tra due variazioni è il tempo minimo che trascorre tra l’accensione o lo spegnimento di un generatore OpenTherm e la successiva accensione (o successivo spegnimento) di un altro generatore OpenTherm. Ad esempio se al tempo x viene acceso un generatore, per il tempo indicato nella casella Pausa tra variazione, l’algoritmo non aggiungerà o toglierà generatori (anche se il risultato del calcolo lo richiederebbe) per dare il tempo ai generatori accesi di andare a regime e di vedere gli effetti sull’impianto;
PotUp [%]: tra tutte le caldaie accese (con fiamma accesa e con riscaldamento acceso), ignorando quelle eventualmente degradate e quelle che non stanno producendo ACS, il valore di potenza erogata (in %) più basso viene confrontato con PotUp: se superiore viene acceso un altro generatore. Di solito impostato a 50%. Se c'è solo un generatore acceso la potenza erogata sarà da sola confrontata con PotUp. Non bisogna dimenticare che bisogna sempre rispettare gli eventuali limiti dati dal numero di generatori start/minimo/massimo, quindi ad esempio se c'è un impianto con 8 generatori abilitati, ma il numero di generatori massimo è 6, il sistema chiamerà a rotazione i vari generatori, ma più di 6 contemporaneamente non ne accenderà mai anche se l’algoritmo lo richiederebbe;
PotDown [%]: tra tutte le caldaie accese (con fiamma accesa e con riscaldamento acceso), ignorando quelle eventualmente degradate e quelle che non stanno producendo ACS, il valore di potenza erogata (in %) più basso viene confrontato con PotDown: se inferiore viene spenta la prima caldaia che era stata accesa. Di solito impostato a 30%. Se c'è solo una caldaia accesa la potenza erogata sarà da sola confrontata con PotDown. Anche in questo caso il sistema può continuare a togliere generatori, ma non scenderà mai sotto il numero generatori start a meno che non cessi la richiesta di riscaldamento da parte delle zone;
Gap [%]: rappresenta l’escursione massima di potenza che ci può essere tra il generatore che lavora di meno e quella che lavora di più, di solito impostato a 8 %. Questo parametro serve per far lavorare i generatori accesi più o meno alla stessa potenza. Quindi se la potenza minima espressa tra i generatori accesi è 25% e Gap è 8%, tutti i generatori verranno limitati al 33% (= Potenza Massima). Attenzione: le potenze sono espresse in percentuale, quindi se ci sono generatori di potenza diversa, ad esempio da 24kW e 35kW, a parità di potenza % corrisponde una potenza effettiva diversa. Inoltre alcune caldaie danno in uscita la potenza effettiva, quindi considerano 0% con caldaia spenta, mentre con fiamma accesa il valore di potenza letto dal sistema è ≥ 15-17%, cioè la potenza minima a cui riescono a modulare; altre invece indicano la % rispetto al range utile di regolazione, quindi con 0% indicano che la caldaia sta lavorando al minimo della sua modulazione (probabilmente un 15-20% della potenza nominale), ma comunque accesa. Questo può avere un impatto sulle impostazioni (anche se di solito non grande): per le prime la potenza minima = 30% indica un 30% effettivo, mentre nel secondo caso la potenza minima = 30% indica probabilmente più un valore intorno al 40% effettivo, supponendo che il suo minimo sia il 15%, sarebbe Generators: indicates the number of generators that are switched on starting from the condition “all OpenTherm generators are off”. For example, let us assume that the Start generators number is 2: you are in the condition “all OpenTherm generators are off” and the cascade algorithm results in only one generator switched on, but at least two generators are switched on at the same time. After switch-on (and therefore at least after the time indicated by “Stop between changes”) the algorithm may assess if the number of generators is appropriate to the demand of the system (and therefore leave it unchanged) or decrease or increase it; the number of generators at the start is useful if there are systems with many generators. Let us suppose we have a system with 8 generators: if the system starts with only one generator and then every “Stop between changes” (typically 3 minutes) adds another one, it will pass at least 21 minutes before the system goes at full speed; instead, if we set the initial number at 4, the system starts immediately with 4 generators, and then we decide if increase this number (and, in any case, in 12 minutes it would go to the maximum) or decrease it.
N. Minimum Generators: indicates the minimum number of active generators. If, for example, it is set to 3 and 3 generators are currently active, even if the cascade algorithm were to determine the need to switch off a further generator, none would be switched off; in another way, they would have never less than 3 generators on (Note: this means that the REG System enables 3 generators which can then decide to switch off the flame/compressor, because they determine that their water outlet temperature is satisfied).
N. Maximum Generators: indicates the maximum number of generators that can be switched on at the same time. If 5 generators are enabled, but the maximum number is 3, this means that the algorithm can switch on maximum 3 generators, even though 4 would be needed. This choice has the direct consequence that the set point may never be reached or that may be reached but over a long period of time.
Once the number of start/minimum/maximum has been defined, it is necessary to define the following parameters:
Stop between changes (s): the variation is the change corresponding to the switching on or off of an OpenTherm generator. The pause between two variations it the minimum time that passes between the switching on or off of an OpenTherm generator and its subsequent switching on (or subsequent switching off) of another OpenTherm generator. For example, if at time x a generator is switched on, for the time indicated in the Stop between changes box, the algorithm will not add or remove generators (even though the result of the calculation would require it) to give the switched-on generators time to get up to speed and see the effects on the system;
PotUp [%]: among all the switched-on boilers (with flame and heating on), ignoring those that maybe are degraded and those that are not producing DHW, the lowest power output value (in %) is compared with PotUp: if higher, another generator is switched on. Usually set at 50%. If only one generator is switched on, the only power output will be compared with PoutUp. It must not be forgotten that any limits given by the number of generators start/minimum/maximum must be always respected, so for example if there is a system with 8 generators enabled, but the maximum number of generators is 6, the system will call the various generators in rotation, but it will never switch on more than 6 generators at the same time even though the algorithm would require it;
PotDown [%]: among all the switched-on boilers (with flame and heating on), ignoring those that maybe are degraded and those that are not producing DHW, the lowest power output value (in%) is compared with PotDown: if lower, the first boiler that had been switched on is switched off. Usually set at 30%. If only one boiler is switched on, the only power output is compared with PotDown. Even in this case, the system can keep removing generators, but it will never drop below the start generator number, unless the heating demand from the zones stops;
Gap [%]: represents the maximum power range that can be between the generator working less and the one working more, usually set at 8%. This parameter is useful to make the switched-on generators work at, more or less, the same power. So, if the minimum power expressed between the switched-on generators is 25% and Gap is 8%, all the generators are limited to 33% (=Maximum Power).
Attention: the powers are expressed in percentage, so if generators of different power are present, for example 24 kW and 35 kW, the same % power corresponds to a different real power. Moreover, some boilers give the real power output, so they consider 0% with boiler off, while with the flame on the power value read by the system is ≥ 15-17%, that is the minimum power at which they can modulate; other boilers instead indicate the % in relation to the useful regulation range, so with 0% they indicate that the boiler is working at the minimum of its modulation (probably 15-20% of the power rating), but still on. This may have an impact on the setting (although usually not a big one): for the former the minimum power = 30% probably indicates an actual 30%, while in the latter case the minimum power = 30% probably indicates roughly an actual 40% value, assuming its minimum is 15%, this would be [(100%-15%)*0,3+15%)];
Idle: questo parametro (che significa inattivo) è il limite inferiore della limitazione di potenza, un generatore non viene mai limitato ad una potenza inferiore a Idle. Quindi se la potenza minima erogata tra i generatori accesi è 5% e Gap é 8%, la Potenza massima sarebbe 13%, ma se Idle è 30% allora i generatori saranno limitati a 30%. Questo parametro è fondamentale nel momento in cui un nuovo generatore viene acceso. Ipotizziamo di aver acceso 2 generatori che sono intorno al 45 % di potenza entrambi. La potenza minima erogata tra i due generatori supera il 50% (Pot Up) e il sistema ne chiama un terzo, il quale parte da potenza 0%. Se il parametro Gap è 8% significa che tra il generatore che esprime la potenza minima e quello che esprime la massima ci può essere una differenza al massimo dell’8%. Quindi se il terzo generatore è a 0%, gli altri dovrebbero stare a 8%! Per evitare ciò si mette un limite inferiore alla potenza dei generatori già attivi, ad esempio 30% (Idle). Quindi anche se i generatori accesi dovrebbero per rispettare il parametro Gap stare sull’8% di potenza andranno al valore di Idle impostato;
GESTIONE DEI GENERATORI DEGRADATI
Restano da impostare 2 parametri (non obbligatori):
Power degraded
Temperatura degraded
se lasciati a zero l’algoritmo non gestisce i generatori degradati.
Un generatore viene considerato degradato se:
è passato il tempo di pausa (cioè non si considerano le condizioni durante l’intervallo successivo all’aggiunta/rimozione di una caldaia);
un generatore è in richiesta di riscaldamento o raffrescamento (non si considera la produzione ACS);
la potenza a cui è limitato il generatore è maggiore della potenza degradata
la temperatura di mandata del generatore è inferiore al set richiesto al generatore di più della Temperatura degradata (T mandata < set point - temperatura degradata dove quest’ultima è un delta di temperatura K e non un valore assoluto). Ad esempio se il set point è 40°C e la temperatura degradata 5 K, la temperatura del generatore deve scendere sotto i 35°C prima di poter essere degradato sempre che si verifichino anche gli altri quattro punti;
la potenza erogata dal generatore è inferiore a “Potenza degradata” (che é un valore assoluto e non un delta di potenza). Ad esempio se la potenza degradata è 20% la potenza erogata del generatore deve scendere sotto il 20% prima di poter essere degradato sempre che si verifichino anche gli altri quattro punti.
Se un generatore viene degradato il sistema lo esclude da tutti i calcoli illustrati (calcolo potenza minima, potenza massima per confronto con PotUp, PotDown, Gap e Idle).
l risultato delle impostazioni effettuate è visualizzato nella parte in alto a destra della pagina OpenTherm “Stato Richiesta Generatori”:
PHOTO TBD
Abilita Set/Riscaldamento: se il quadrato ha la spunta significa che c'è una richiesta ai generatori e nel rettangolo a destra è indicato il set point richiesto. Se il quadrato non è spuntato e il set point è a zero significa che dai circuiti non sta arrivando nessuna richiesta a OpenTherm.
Abilita Set/Sanitario: se il quadrato ha la spunta significa che c'è una richiesta ai generatori e nel rettangolo a destra è indicato il set point richiesto per la produzione di Acqua calda Sanitaria. Se il quadrato non è spuntato e il set point è a zero significa che dai circuiti o dalla pagina ACS non sta arrivando nessuna richiesta a OpenTherm.
Numero Generatori attivi (cascata): indica quanti generatori sono stati attivati per la cascata in riscaldamento (non per la produzione ACS).
l’ultimo rettangolo in basso (riquadro giallo) è il countdown della pausa tra variazioni in centesimi di secondo.
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Facendo sempre riferimento all'immagine relativa alla sezione Generatori della pagina OpenTherm:
PHOTO TBD
si fa presente quanto segue:
la produzione di Acqua Calda Sanitaria non risponde all'algoritmo di cascata di potenza;
l’algoritmo di cascata accende i generatori OpenTherm in base alla priorità inserita.
Nella parte inferiore della pagina OpenTherm si riporta per ogni generatore il risultato delle richieste di riscaldamento e ACS (riquadro rosso) e il feedback dai generatori verso il sistema REG (giallo):
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Evidenziato in rosso si trova:
la richiesta di R = Riscaldamento, A = ACS;
la temperatura richiesta in riscaldamento [°C];
la potenza in riscaldamento [%] è il limite superiore ed è il maggiore tra Idle e la minore delle potenze delle caldaie attive più il gap.
Se il generatore viene chiamato per la sola produzione ACS sia la temperatura richiesta che la potenza sono a zero, i valori che vengono passati in caso di produzione ACS sono quelli che si visualizzano in Stato Richiesta Generatori (in alto a destra nella pagina OpenTherm).
La pagina OpenTherm può gestire caldaie mediante protocollo OpenTherm. In giallo si evidenziano i valori trasmessi dalla caldaia strettamente legati a come il produttore dei generatori ha implementato il protocollo OpenTherm sulla caldaia stessa (fare sempre riferimento alla documentazione del generatore a riguardo). Passando con il mouse sopra i vari rettangoli/quadrati compare un tag con una descrizione estesa:
Stato Generatore: indica in che stato si trova il generatore (G = guasto, R = riscaldamento, SA = Acqua sanitaria, F = fiamma, S = service, ecc.). Se non implementato nessun quadrativo verrà popolato con le spunte.
Temperatura mandata, Temperatura ritorno, Temperatura ACS [°C]: sono le letture dei sensori del generatore se presenti.
Pot.: potenza erogata dal generatore in % (fare riferimento al manuale del produttore della caldaia).
Errore OT: errori Opentherm più frequenti (Ra = richiesta assistenza, Rr = reset remoto abilitato, Bp = Bassa pressione acqua, ecc.).
Errore OEM: indicazione del numero dell’errore, fare riferimento al manuale del generatore per la diagnostica.
Reset: reset dell’errore, funziona solo se la caldaia lo gestisce, fare riferimento al manuale del generatore per la diagnostica.
ROTAZIONE
A parità di priorità l’accensione segue l’ordine numerico dei generatori per la prima accensione, mentre per le successive accensioni i generatori vengono fatti ruotare:
PHOTO TBD
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this parameter (that means inactive) is the lower limit of the power limitation; a generator is never limited to a power lower than Idle. So, if the minimum power output between the switched-on generators is 5% and Gap is 8%, the maximum power would be 13%, but if Idle is 30%, then the generators will be limited at 30%. This parameter is essential when a new generator is switched on. Let us assume that we have switched on 2 generators that are both roughly 45% power. The minimum power output between the generators exceeds 50% (PotUp) and the system calls a third one, which starts at 0% power. If the Gap parameter is 8%, it means that between the generator expressing the minimum power and the one expressing the maximum power there can be a difference of at most 8%. So, if the third generator is at 0%, the others should be at 8%! To avoid this, a lower limit is put on the power of the already active generators, for example 30% (Idle). So, even if the generators that are switched on should stay at 8% power to conform to the Gap parameter, they will go to the set Idle value.
MANAGEMENT OF DEGRADED GENERATORS
Two (non-mandatory) parameters are left to be set:
Power degraded
Temperature degraded
If left at zero, the algorithm does not manage degraded generators.
A generator is considered degraded if:
The stop time is passed (that is the conditions during the pause following the addition/removal of a boiler are not considered);
A generator is in heating or cooling demand (the DHW production is not considered);
The power to which the generator is limited is bigger than the power degraded.
The generator water outlet temperature is lower than the set point required of the generator less the temperature degraded (T water outlet < set point – temperature degraded, where the latter is a temperature delta K and not an absolute value). For example, if the set point is 40°C and the degraded temperature is 5 K, the generator temperature must drop below 35°C before it can be degraded, as long as the other four points also occur;
The generator power output is lower that the “Power degraded” (which is an absolute power and not a power delta). For example, if the power degraded is 20%, the power output of the generator must drop below 20% before it can be degraded, as long as the other four points also occur.
If a generator is degraded, the system excludes it from all the calculations shown (minimum power calculation, maximum power for comparison with PotUp, PotDown, Gap, and Idle).
The result of the settings made is displayed at the top right of the OpenTherm “Generator Demand Status” page:
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Enable/set Heating: if the square is ticked, this means that there is a request to the generators and in the rectangle on the right is indicated the required set point. For heat pumps, the set point is either heating or cooling. If the square is not ticked and the set point is zero, this means that no demand is coming from the circuits to OpenTherm.
Enable/Set DHW: if the square is ticked, this means there is a request to the generators and in the rectangle on the right is indicated the required set point for the production of Domestic Hot Water. If the square is not ticked and the set point is zero, this means that no demand is coming from the circuits or the DHW page to OpenTherm.
N. active generators (cascade): indicate how many generators have been activated for the cascade in heating or cooling (not for DHW production).
The last rectangle at the bottom (yellow box) is the countdown of the Stop between changes in hundredths of a second.
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Always referring to the image in the Generators section of the OpenTherm page:
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note the following:
Domestic Hot Water production does not respond to the power cascade algorithm;
The cascade algorithm switches on the OpenTherm generators according to the priority entered.
The lower part of the OpenTherm page shows, for each generator, the result of the heating and DHW demands (red frame) and the feedback from the generators to the REG System (yellow frame):
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Highlighted in red:
The request for H = Heating, W = DHW;
The required temperature in heating [°C];
The heating power [%] is the upper limit and it is the greater between Idle and the lower of the active boiler power plus the Gap.
Warning
If the generator is used for DHW production only, both the required temperature and the power are at zero, the values that are passed in case of DHW production are those that are displayed in Generator Demand Status (top right of OpenTherm page).
The OpenTherm page can manage boilers via OpenTherm protocol. In yellow are highlighted the values transmitted by the boiler, closely linked to how the generator manufacturer has implemented the OpenTherm protocol on the boiler itself (always refer to the generator’s manual). By hovering the mouse over the various rectangles/squares, a tag appears with an extended description:
Generators Status: indicates in which status the generator is (F = fault, H = heating, D = domestic hot water, F = flame, C = cooling etc.) If not implemented, no square will be ticked.
Water outlet temperature (T outlet), Water inlet Temperature (T inlet), DHW Temperature [°C]: are the readings of the generator sensors if present.
Pow.: power delivered by the generator in % (refer to boiler manufacturer’s manual).
OT error: most frequent OpenTherm error (Ts = service request, Rr = remote reset enabled, Lp = low water pressure, etc.).
OEM Error: indication of the number of the error, refer to generator manual for diagnostic.
Reset: reset of the error, it only works if the boiler manages it; refer to the generator manual for diagnostic.
ROTATION
With equal priority, ignition follows the numerical order of generators for the first ignition, while for subsequent ignitions the generators are rotated:
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So, in the example above at the first ignition the order will be:
G1 → G3 → G2 → G4
Alla seconda accensioneAt the second ignition:
G3 → G1 → G2 → G4
Attenzione: la produzione di Acqua Calda Sanitaria non risponde all'algoritmo di cascata di potenzaWarning
Domestic Hot Water production does not respond to the power cascade algorithm.