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冷热水混合控制水温和水量及其APC实现

2025年02月02日 17:18:05      来源:云南昌晖仪表制造有限公司 >> 进入该公司展台      阅读量:42

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冷水和热水混合同时控制水温和水量



使用冷水和热水混合同时控制水温和水量,热水调节阀和冷水调节阀是两个MV,水温和水量是两个CV。上图上边是两个单回路上图下边是2×2的控制方案。当没有约束时,两种控制方案是等价的。


如果非要找点不同,在设定值变化时,两个单回路PID会互相影响。而控制则可以同时考虑两个MV对两个CV的影响,实现动态解耦控制。解耦是控制的天生禀赋,单回路则需要设计。如果追求动态性能,在单回路上增加前馈控制和串级控制,是提高闭环性能的常用方法。控制则可以直接直接实现动态性能。


一旦牵涉到MV控制权切换,PID单回路的控制逻辑就需要想象力。一般的原则是MV从一而终。如果水量太大,导致水温控制的热水调节阀饱和,这种情况下如何仍能保证水温控制放弃水量控制呢?下面两个方案给出控制的解决思路。


水温控制方案1

阀位控制器当检测到水温控制器输出,处于较高阀位有失控风险时,会减少输出并通过低选超驰控制关小冷水调节阀,从而放弃水量控制保证水温控制。这个方案有两个问题:①热水阀不能全开,性能没有达到;②阀位控制调节缓慢,动态性能可能略差。





如果用上图下边的控制,只要设置水温的高优先级,就会在自由度充足时通知控制水温和水量,在自由度不足时有限保证水温。


如果上下限不合理导致水温失控,则是不充分或者设备限制,超出了APC的能力,PID控制器设计时不用考虑。


水温控制方案2

水温控制回路可以修改为分程控制,当水温低时首先开大热水调节阀至全开,然后关闭冷水调节阀,通过通过低选超驰控制关小冷水调节阀,从而放弃水量控制保证水温控制。这个方案有个问题:分程+超驰太复杂往往不是好方案,切换的空档期不可避免。

水温控制回路为分程控制



如果用上图下边的控制,只要设置水温的高优先级,就会在自由度充足时通知控制水温和水量,在自由度不足时有限保证水温。注意这个方案和上面的APC方案是一样的。换句话说方案1和方案2,对控制而言是等价的。


如果上下限不合理导致水温失控,则是不充分或者设备限制,超出了APC的能力,PID控制器设计时不用考虑。


当使用APC进行控制时,变量和模型不变,仅仅通过控制要求和参数的不同就能适应变化的控制要求。


作者:冯少辉博士






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