加熱器是一種常見(jiàn)熱交換裝置，一般用于對(duì)介質(zhì)加熱升溫，并使介質(zhì)文件穩(wěn)定在一個(gè)合適的范圍。

　　這里假定一些設(shè)計(jì)輸入條件，然后以這些技術(shù)要求進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

　　設(shè)計(jì)要求

　　設(shè)計(jì)一個(gè)密封的熱交換裝置，用于管道中水的即熱加熱。熱交換裝置為一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)單元，加熱控制系統(tǒng)應(yīng)具備加熱器防干燒、防爆、加熱器異常檢測(cè)功能。系統(tǒng)能夠適應(yīng)管路系統(tǒng)流量變化時(shí)，經(jīng)過(guò)熱交換裝置后，輸出的溫度精準(zhǔn)穩(wěn)定（假定設(shè)計(jì)輸出溫度為70℃）。

　　加熱系統(tǒng)構(gòu)建

　　STEP1梳理控制要求

　　在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)前，我們先對(duì)以上的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的梳理。

　　1、“設(shè)計(jì)一個(gè)密封的熱交換裝置，用于管道中水的即熱加熱”，這一條說(shuō)明加熱系統(tǒng)的工況；

　　2、“加熱控制系統(tǒng)應(yīng)具備加熱器防干燒、防爆、加熱器異常檢測(cè)功能”，這一條主要是要求控制系統(tǒng)應(yīng)具備完善的安全保護(hù)措施；

　　3、“系統(tǒng)能夠適應(yīng)管路系統(tǒng)流量變化時(shí)，經(jīng)過(guò)熱交換裝置后，輸出的溫度穩(wěn)定”，由這一點(diǎn)要求可以初步判斷，此加熱系統(tǒng)應(yīng)具備自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)功能。

　　STEP2加熱控制系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

　　從上一步的梳理知道，此加熱系統(tǒng)的控制核心為第三點(diǎn)“加熱系統(tǒng)應(yīng)具備自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)功能”，故這里以這一條技術(shù)要求入手。

　　很容易知道要實(shí)現(xiàn)一個(gè)連續(xù)運(yùn)行的過(guò)程系統(tǒng)穩(wěn)定，最行之有效的方式就是將其構(gòu)建為一個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng)，并運(yùn)用PID控制方法。這可以快速、高效的構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。此加熱系統(tǒng)既可以使用PLC構(gòu)建一個(gè)PID控制閉環(huán)。另外，因PID算法為一個(gè)單輸入單輸出控制系統(tǒng)算法，故應(yīng)該就選擇那些參數(shù)作為輸入輸出進(jìn)行選擇。

　　PID控制輸入

　　因系統(tǒng)的控制目標(biāo)為對(duì)管路中的溫度進(jìn)行控制，故選擇加熱器的管路輸出口溫度作為PID的控制輸入；

　　PID控制輸出

　　從以上的分析已經(jīng)知道，管路中的水流量是一個(gè)隨時(shí)變化的量（即可能會(huì)一會(huì)快，一會(huì)慢），且水流量是被管路其他系統(tǒng)控制。故無(wú)法選擇對(duì)水的流量控制作為PID控制輸出；加熱器的加熱單元是一個(gè)獨(dú)立的器件，所以選擇加熱單元作為PID控制輸出是一個(gè)合理的方式。

　　由此，可以構(gòu)建出如下所示的閉環(huán)控制模型。

　　STEP3安全保護(hù)功能設(shè)計(jì)

　　1、防干燒

　　此功能是為防止熱交互裝置在管路中無(wú)水時(shí)，對(duì)加熱單元啟動(dòng)。要實(shí)現(xiàn)此功能，應(yīng)該對(duì)管路中的水的有無(wú)進(jìn)行檢測(cè)。在實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，一般常見(jiàn)有以下幾種方式實(shí)現(xiàn)：

　　檢測(cè)管路中的水的流量，有流量值，則說(shuō)明管路中有水流動(dòng)，那么也就說(shuō)明熱交互裝置非空；

　　檢測(cè)管路中水的壓力，當(dāng)水流過(guò)管道時(shí)，會(huì)在管道中形成一定的壓力，通過(guò)檢測(cè)管道水壓力，從而判斷水的有無(wú)；

　　2、防爆

　　此功能是為了防止出現(xiàn)管管路中的水溫被異常加高，使加熱裝置變成有一個(gè)類(lèi)似于一個(gè)鍋爐的裝置。檢測(cè)方法通上，檢測(cè)管路中的流量和壓力均可實(shí)現(xiàn)。但在進(jìn)行加熱裝置硬件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)該要考慮安全解壓閥，在控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，也能保證加熱裝置的安全。

　　3、加熱器異常檢測(cè)功能

　　這個(gè)一般需要依照加熱裝置加熱器選擇來(lái)考慮。如果加熱器為加熱棒，那么可以對(duì)加熱棒電源線(xiàn)路中的電流進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)電流判斷加熱器是否出現(xiàn)異常（斷線(xiàn)、短路、部分加熱組件損壞等）。

　　加熱裝置各單元設(shè)置

　　加熱裝置各單元設(shè)置如下圖所示：

　　流量測(cè)放置于加熱裝置輸出側(cè)，可以確保有水流過(guò)加熱器后，再開(kāi)啟加熱控制，防止“干燒”；

　　溫度檢測(cè)放置于加熱裝置輸出側(cè)，可以確保輸出水溫被精準(zhǔn)的控制在要求的溫度范圍。