如何用温控器设计加热器温度控制系统

2020/3/14 1:08:11 人评论 次浏览 分类:温度测量  文章地址:/tech/2945.html

加热器是一种常见热交换装置,一般用于对介质加热升温,并使介质温度稳定在一个合适的范围。这里假定一些设计输入条件,然后以这些技术要求进行温度控制系统的设计及温控器等设备配置。

设计要求

设计一个密封的热交换装置,用于管道中水的即热加热。热交换装置为一个独立的控制系统单元,加热控制系统应具备加热器防干烧、防爆、加热器异常检测功能。系统能够适应管路系统流量变化时,经过热交换装置后,输出的温度精准稳定(假定设计温度恒定为70℃)。

加热系统构建

1、STEP1 梳理控制要求
在进行方案设计前,我们先对以上的设计要求进行一个简单的梳理。
①“设计一个密封的热交换装置,用于管道中水的即热加热”,这一条说明加热系统的工况;
②“加热控制系统应具备加热器防干烧、防爆、加热器异常检测功能”,这一条主要是要求温度控制系统应具备完善的安全保护措施;
③“系统能够适应管路系统流量变化时,经过热交换装置后,输出的温度稳定”,由这一点要求可以初步判断,此加热系统应具备自动温度调节功能。

2、STEP2 加热控制系统框架设计

从上一步的梳理知道,此加热系统的控制核心为第三点“加热系统应具备自动温度调节功能”,故这里以这一条技术要求入手。很容易知道要实现一个连续稳定运行的过程系统,最行之有效的方式就是将其构建为一个闭环的控制系统,并运用PID控制方法。这可以快速、高效的构建一个稳定的控制系统。此加热系统使用温控器构建一个PID控制闭环。另外,因PID算法为一个单输入单输出控制系统算法。
温控器
3、PID控制输入

因系统的控制目标为对管路中的温度进行控制,故选择加热器的管路输出口温度作为PID的控制输入,选用Pt100铂电阻测量温度;

4、温控器输出

从以上的分析已经知道,管路中的水流量是一个随时变化的量(即可能会一会快,一会慢),且水流量是被管路其他系统控制,故无法选择对水的流量控制作为PID控制输出;加热器的加热单元是一个独立的器件,所以选择加热单元作为PID控制输出是一个合理的方式。温控器控制输出类型由加热部件的电气控制技术要求来确定,建议看看《温度控制系统构成及应用》这篇文章。由此,可以构建出如下所示的闭环控制模型:
加热系统的PID控制闭环


安全保护功能设计

1、防干烧
此功能是为防止热交互装置在管路中无水时,对加热单元启动。要实现此功能,应该对管路中的水的有无进行检测。在实际的工业现场,一般常见有以下几种方式实现:
①检测管路中的水的流量,有流量值,则说明管路中有水流动,那么也就说明热交互装置非空;
②检测管路中水的压力,当水流过管道时,会在管道中形成一定的压力,通过检测管道水压力,从而判断水的有无;

2、防爆

此功能是为了防止出现管管路中的水温被异常加高,使加热装置变成有一个类似于一个锅炉的装置。检测方法同上,检测管路中的流量和压力均可实现。但在进行加热装置硬件设计的过程中,应该要考虑安全解压阀,在控制系统出现异常时,也能保证加热装置的安全。

3、加热器异常检测功能

这个一般需要依照加热装置加热器选择来考虑。如果加热器为加热棒,那么可以对加热棒电源线路中的电流进行检测,通过电流判断加热器是否出现异常(断线、短路、部分加热组件损坏等)。

加热装置各单元设置

加热装置各单元设置如下图所示:
加热装置各单元设置示意图

流量监测放置于加热装置输出侧,可以确保有水流过加热器后,再开启加热控制,防止“干烧”;温度检测放置于加热装置输出侧,可以确保输出水温被精准的控制在要求的温度范围。

共有访客发表了评论 网友评论

  客户姓名:
邮箱或QQ: