TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol.12, No.5, May 2014, pp . 3529 ~ 35 3 6   DOI: http://dx.doi.org/10.11591/telkomni ka.v12i5.3538          3529     Re cei v ed  Jun e  19, 2013; Revi sed  De ce m ber 12, 201 3; Acce pted  De cem ber 3 1 ,  2013   Application of   Intelligent Three-state Pang-Pang  Control to Heat Exchan ge Station      Wen Biao  Wang*,   Yong Sun, Si Yuan  Wang, Ha n Wen   Coll eg e of infor m ation sci ence  and tech nol og y, Dal i a n  Mariti me Univ ersit y Dali an, 11 60 26 , China    *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l w w b 2 01@ g m ail.co m*, d l mu_su n y o ng@ 1 63.com,dl _ w s y @sina.c o m,  w e n han _d lmu @ 12 6.com       A b st r a ct  The heat exc h ange st ation of  central he ating system  has  been increas in gly widely us ed as the  inter m e d iate  h ub co nnecti ng  the heat so urce an d h e a t  users. If th e specific te mp eratur e co ntro l   requ ire m e n ts are not satisfied  effect ively and  specifical ly, the security  and  stability of the pri m ary netw o r k   and q ual ity of the seco ndary  netw o rk w ill be affected di rect ly. A temperat ure contro l scheme of the he at   excha n g e  station is pr ese n te d bas ed o n  int e lli ge nt  three-s t ates Pang-P a ng. On the b a s is of mecha n i s ana lysis, w e  c hoos e th e av e r age  of su pp ly  an d retur n  w a ter temper atur es of s e con dar y netw o rk as  the   control l ed v a ri abl e in pr ese n t ed temper atur e control sc he me, w h ich is  e quiv a le nt to in duci ng the s u p p ly  water tem p erature as the feedforwa rd signal. The  advantages  of t he  intelligent thr ee- state Pang-Pang  control  algorit hm lie in im provin g the stability  of the  primary ne twork, reducing the overs h oot and  accel e ratin g  th e resp ons e of  the sec ond ary  netw o rk.  T he a pplic atio n of th e pres ente d  co ntrol sch e m e t o   the practic a l e n g in eeri ng sh ow s that it  not onl y imple m ents the a u to matic c ontrol  of the te mp eratur e of h eat   excha n g e  stat ion  he nce  i m proves  its co ntrol  per for m a n ce but also   en ha nces a nd i m prov es th e   control l ability  of the system   effectiv ely and  espec ial l y has  the r e ferent i a l  and extending signific ance  for  heat exch an ge  station transfo rmi ng o pen- lo o p  to closed- lo o p  control.     Ke y w ords :  he ating q u a lity, averag e te mper ature, intel lig en t three- state Pang-P a n g , controlla bi lity    Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  With the deve l opment of gl obal urbani za tion,  the appli c ation of cent ral heatin g ha s bee becoming  m o re  and  mo re wi dely u s e d . And  also   the he at exchang statio n is in cre a si ngly  promi nent b e ca use of t he imp o rtant  role i n  th e heat di stribution a n d  tran sform a tion.  Ho wever,m o st of the heat excha nge  sta t ions a r e ge n e rally controll ed by manu a l  operation a nd  in ope n-lo op  control mo de. The a u tomation d e g r ee i s  lo w [1]. Even if  along  with t h e   advan ceme nt of informatio n techn o logy,  in recent  years, the  station reali z e s  th e telemetry a nd  remote  cont rol to a ce rta i n extent, it i s  st ill difficult  to meet the dynamic  ch ange s he atin g   deman d in re al-time. Mea n whil e,due to  the whole  society attach es g r eat imp o rtan ce to en ergy   con s e r vation,  the terminal  heat users  who a c ti vely partici pate in  the heat measu r em ent and   regul ation, which have b e c ome the in e v itable trend.  Therefore, p r essing ne ed s are put forward  for practi cal  a l gorithm  of th e clo s e d -l oop  cont rol  eith e r  from  the p e r sp ective  of the security a n d   eco nomy of heat excha nge  station or me eti ng the feasibility of proce ss  requi rem e nts.  In the traditio nal co ntrol m ode, it usuall y  chang ed th e regul ating  valve of the prima r netwo rk to satisfy the return wate r temperatu r to h eating index  requi rem ents accordi ng to  the  outdoo r environment temp eratu r e.  Because of the cha r a c teri stics of heat storag e and the   essen c e  of la rge  ine r tia lin k, the  station  not  o n ly me ets the  de ma nd of th se conda ry net wo rk  temperature,   but al so  en su res the  sta b ili ty of pr e s su re  fluctuatio ns i n  p r ima r y net work  a c cordi ng  to the techn o logi cal re qui reme nts an d  con s trai nt s. Thus the  reg u lating valve  shoul d not act  freque ntly, so  su ch a s  PID cont rol alg o rithm is  difficu lt to adapt to  the heatin system  co ntrol  requi rem ents [2]. The simple Pang -Pan g cont rol alg o r ithm whi c h h a s be en successfully appli e d   in practi ce  re gulate s  the  re gulating valv e by limit ing  the valve a m p litude to e n su re the  impa ct  to  prima r y net work p r e s sure   fluctuation s  i n  the te chn o l ogy lice n se  range. At the   same  time, ta king   the cha r a c teristic  of h eat  stora g e  an large   lag  int o  a c count  to  meet  heat   deman of the  se con dary n e twork, the  system p u ts forwa r the  idea that repla c e s  precise  control  with   satisfa c to ry control. Pan g -Pang cont rol  algorith m  refl ects it s st ron g  pra c ticabilit y in the practi cal  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3529 – 35 36   3530 heating  control en ginee rin g . But Pang -Pang  cont rol  is  really  simp le to  stabili ze  the  se con d a r netwo rk  controlled tem p e r a t ure i n to a  satisfacto ry  rang e. The  up per  and l o wer limi t s of th e valv openi ng of  Pang-P ang  co ntrol a r e  con s train ed  by water a nd  heat  bala n ce of  p r imary  netwo rk.  Wheth e can  we ad opt the  more si mple  and co nveni ent improve m ent to  enha nce the  stabil i ty,  accuracy  and  spe ed  of the heat in co ntrol  system  comp re hen si vely to prod u c e the  follo wi ng  intelligent three-state Pan g -Pan g co ntrol.      2. Contr o l Process   The process flow diagra m  of control  system  is shown in Fig u re 1. He at excha nge  st at ion  co nt ro l sy st e m  mai n ly  inclu d e s  h e a t i ng t e mp era t ure cont rol, circul ating pu mp  tra n sfe rri ng   heat co ntrol, make -u p wat e r co ntrol  a n d  pressu re reli ef control.                       Figure 1. Pro c e ss Fl ow Di agra m  of Con t rol System       The h eating t e mpe r ature  control m a inly  re g u late s th e prim ary n e twork valve  b a se d on  the he at de m and  of the  se con dary  network.  Ci rculat i ng p u mp  tran sferring  he at  control tran sfers  the heat ci rcu l ating pump t o  terminal h e a t use r safel y  and relia bly by frequen cy  control. Make- up water p u m p  co ntrol  kee p s the n e two r k full of wate r to avoid emp t y and air resi stan ce al so t o   prevent  air corrosi on  by  make-up  pump; Pressure relief  control  ut ilizes pressure relief  val v to  ensure th at there  are no  o v erpressu re  and b u rst pi p e s in  se co nd ary network  system in o r de r to  the safe  op eration of h eati ng net wo rk. T he res earch  focu se s o n  th e heatin g tem peratu r co ntrol   of the heat  excha nge  st ation. Firstly, make  a si m p le summa ry analysi s  for the other th ree  control co mp onent s.     2.1. Circula t i ng Pump Tr ansferring  Heat  Co ntrol,  Make -up  Water  Co ntr o l and Pr ess u r Relief Control  Circulatin g p u mp tran sferring  heat  co ntrol  in clu d e s  con s tant p r essu re   cont rol  a n d   differential pressure cont rol.  Co nsta nt  pressu re co ntrol sele ct s the  circul ation p u mp  ou tlet  pre s sure a s  set value while  differential  pressure   contro l sele cts  pressure differen c e between th sup p ly  water pipe network and  th e return  water  pi p e   netwo rk of  se con dary  network.  The  working   prin ciple of b o th is adju s ti ng the sp eed  of the  circul ation pump b y  altering the  circulating p u mp   operating fre quen cy ba se d on the set value chan gin g  to ensure th at the se con d a ry network h eat  is sent to the  use r s in tim e  orderly. Th e co nt rol  stru cture  blo c k d i agra m  of fre quen cy control   spe ed is sho w n in Figu re 3. When the  measured  pressure value  is higher tha n  the set value,  PLC emit s si gnal to redu ce the freq uen cy to red u ce the second  ne twork flow to  maintain the  se t   value  con s ta nt acco rdin g t o  control al go rithm.  When  t he m e a s ured  pressu re val ue i s  lo we r th an  the set value  to incre a se the freque ncy to kee p  the se t value con s tant.  In the heat  excha nge  st ation op erati on of  central  heating  syst em, if the seco nda ry  netwo rk  wate r is n o t eno u gh, it will ca u s e the  pipe n e twork p r e ssure  red u ced  and lea d  to the  phen omen on  of empty a n d  air re si stan ce  of the  pi p e  net work  also it ca co rro de pip e  n e twork  and affect th e life of equ ipment. Wh a t ’s wo rse,  it can result that the heat  load ca n't be   transpo rted to the heat u s ers i n  time which affe ct s h eat quality directly. The pri n cipl e of make-u p   water  cont rol  is that when the measured pressure  is below the set value to fill water to the  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Applicatio n of Intelligent Three - state Pan g -Pan g Co ntrol to Heat Excha nge … (Wen Biao Wa n g 3531 system, when  rea c he s the requireme nt to stop.  In the intermitt ent he ating, due to t he expan sio n   and  contracti on of water in  pipe net wo rk, the syst em  also  need s to  make -u p wat e r an d p r essure   relief dynami c ally.        Figure 2. Block  Diag ram o f  Average  Tempe r atu r e Control   Figure 3. Prin ciple  Diag ram  of Freque ncy   Control              Whe n  mo re t han o ne u s e r s cl ose the re gulating valv e at the sam e  time, the seco nda ry  netwo rk  pre s sure of heat  excha nge  sta t ion will incr e a se  sha r ply  whi c h will  ca use the a c cid ent of  bursting the p i pe netwo rk of the user s. In order to prevent exce ssive  pressu re, it is ne cessa r y to  ensure that the maximum  pressu re val ue of heat  e x chan ge stati on must not  excee d  the set  value or the  minimum p r e s sure valu must not exceed the set value. Wh en the mea s u r ed  value  is hi ghe r tha n  the  set val ue to  relieve   the pres su re   to gua rante e   the safe o peration of  heati ng  network.  However, in the  course of the  pressure  relief, the sy stem  vents out the hot  water, f ills  the cold  wat e r wh en the  system n eed s to make  u p  water. Th e r efore, unde r the premi s e  o f   safety, the system shoul d perfo rm a s  little as po ssibl e  relief a c tion  to avoid the phen omen on  of  side of ma kin g  up wate r while pre s su re  relief     2.2. Principle of He ating  Tempera t ure  Contr o The  schem of heatin g te mperature  co ntrol  se le cts  the average   of su pply an d retu rn  water tem perature s  of se conda ry  netwo rk a s  the cont rolled p a ram e ters. Th e co ntrolled o b je ct is  the re gulating  valve on p r i m ary net wo rk of heat  ex ch ange  station.  Und e r th e co ndition of  clim ate  comp en satio n , sel e ct  ave r age  temp era t ure  set valu e of the  seconda ry net work a s  the  gi ven  value, the valve openin g  (f requ en cy) a s   the outpu t, so  that the average of the  su pply and retu rn  water tempe r ature s  of  se con dary  net work m a intai n s at th se t value, the  block di ag ra m is  s h ow n  in  F i gu r e  2 .   Whe n  the average temp eratu r e is le ss tha n  the set value, the controller adopt rea s on able  al gorithm to  ad apt the  regul ating valv e a u tomatically t o  incre a se th e heat l oad  when   the average  tempe r ature i s  mo re t han t  set valu e,  th e controll er  a dapts the  reg u lating valve  to  redu ce the h e a t load       3. The Theor etical De sig n  Value of Av erage  of Supply  and Return Wa ter Te mperatu r es  of  Seconda r y  N e t w o r k   The he ating  quality autom atic control o f  heat  exch a nge  station i s  t hat it en su res that  use r  ind oor t e mpe r ature i s  re asona ble  and me et ing the heat d e m and of u s ers  whe n  the out side  temperature  i s   cha ngin g So the i ndo or tempe r at u r is u ndo ubtedl y the mo st i n tuitive co ntroll ed   para m eters, but in the most of the  users, it's difficult to find a broa dly repre s e n tative point. In  the  heating  syste m  the heat supplie d by system equal s the heat dissipatin g ca pa city and of the   indoo r tempe r ature maintai ned by users.  System adju s tment form ul a [3] shows:     1 1 1 1 1 1 11 t= t ( ' ' 2 ) ( ' ' ) 2' 2 ' 11 t= t ( ' ' 2 ) ( ' ' ) 2' 2 ' 1 () / 2 t ( ' ' 2 ) 2' nw nw B gn g h n g h nw n w nw n w B hn g h n g h nw nw nw B pg h n g h n nw tt t t tt t t t tt G t t tt tt tt t t t tt G t t tt tt t t t t tt        () () () () () .       (1)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3529 – 35 36   3532 Whe r e  tn  i s   indoo r tem p e r ature  cal c ul ated in  wi nte r  h eating,  tw  re pre s e n ts  outdoo temperature   cal c ulate d  in  winte r  h eati ng,  tg  a nd  th  del egate t he  sup p ly a nd return water  temperature  unde r heatin g system d e s ign  con d itio ns,  B   repre s ent s ra diato r  heating tra n sfer  index whi c h e qual s to 03,  G  is  the relative flow rate of c i rculating water.   The fund ame n tal Equation  (1) of op era t ing  reg u latio n  in heating  system  sho w s that  unde r the  condition  of the in doo r te mperat ure  u n ch ang ed, th e average  tempe r ature  tp  in  se con dary n e twork i s  ju st a uniform f unctio n  of o u tside tem p e r ature  tw tp  can a c cu rat e ly  respon se to u s er's h eat loa d  cha nge.     3.1. The D y n a mic Set Value of Av erag e Tempera t u r e of Secon d a r y  Net w o r k   The relation ship bet wee n   set value  an d the outd o o r  temperature  can  be d e fin ed a s  a   linear e quatio n sho w n  in E quation  (2).  Figure 4.  de scrib e s the  rel a tionship  bet wee n   set val ue  and the outd o o r tempe r atu r e clea rly.    S V = A * X + B.                                                                                                                                                                         (2)    Whe r SV  is  the set valu of the avera g e  of su pply  a nd retu rn  wat e r temp eratu r es of  se con d a ry  netwo rk,  X  i s  the o u tdoo r tempe r atu r e,  A  and  B   are th e pa ra meters to d e fine the lin ear  relation shi p   who s e  value   and  symbol   can  be  set a c cordi ng to  a c tual  nee ds.  A  and  B  can  be  obtaine d as f o llows. Fo r e x ample, w h e n  the outd oor temperature  is -1 5 Ԩ , we  mak e   SV  is  60 Ԩ whe n  the out door tem pera t ure is eq ual to 5 Ԩ SV  is 40 Ԩ It is  eas y  to obtain  A =-1,   B = 4 5 then subs titute them into  Equation  (2). After that , we can  get the li nea r equ ation a b out the  set v a lue  of  the a v erage  temp eratu r of se con dary  network  and the  outd oor te mpe r at ure th at is  sh own i n  Eq u a tion (3). T he  relation ship  b e twee n set value   and outd oor t e mpe r ature is sho w n in Fig u re 5.     SV=(-1)*X+45.                                              (3)             Figure 4. Rel a tionship bet wee n  Set Value and  Outdoo r Tem peratu r e   Figure 5. Time Corre c tion  Curve of Se conda ry  Network Tem peratu r e       Huma n-m a ch ine dial og of the high e s t out do or t e mpe r ature,  the lowest  outdoo r   temperature  and  th e co rresp ondi ng  mi nimum aver a ge wate tem peratu r e, ma ximum  ave r a g e   temperature  are given  in  t h is syst em. A fter users inp u t the two  set s  of value s  a c cordi ng to l o cal  con d ition s  or person a l ha bits, the sy stem can  cal c ulate  the set value  of average temp erature   automatically [4]. So wh en the o u td oor tem per ature i s  hig h e r , the set value of ave r age  temperature i s  sm alle r; wh en the outd o o r temp eratu r e is lo we r, the set value i s  large r . And t he  minimum av erag e tempe r ature and th e maximum av erag e tem peratu r e rest rict the ra ng e of  averag e tem p eratu r e to  av oid the  tempe r ature too  la rge o r  too  sm all. By this m ean s, the  system  can adj ust th e averag e temperature in  a suitable  val ue. So it can save a lot of energy on the  basi s  of en su ring hu man  comfort.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Applicatio n of Intelligent Three - state Pan g -Pan g Co ntrol to Heat Excha nge … (Wen Biao Wa n g 3533 3.2. The Calc ulation of Se t v a lue Correction   To meet the heat req u ire m ents of indo or t herm a l co mfort is not si mply depen di ng on the   outdoo r tem p eratu r e, it i s   also  cl osely  related  to  factors  su ch as  solar ra diation,  wind dire ctio n,  wind  spee d. When the  system  can't  obtain com p reh e n s ive me teorologi cal para m eters, for  further e n e r g y  saving an d rai s ing h e a t quality,  multi-pe riod  co rre ction fun c t i on of avera ge  temperature  set value  can  be adde d in  accordan ce   with the stati s tic de man d s on the ba sis of  norm a l clim a t e com pen sa tion. That is  to say  ba se d on diffe ren t  cha r a c teri stics i n  differe nt   regio n s o r  di fferent u s e r   deman ds to  do fu rther   refinement co rrection. Co rre c tion method   i s   sho w n i n  Eq uation  (4),  where   SVc   rep r esents the  correctio n  valu e and  k0  k23 corre s po n d  to  the day from  0:00 to twent y three i n  24   hours  sh ow in Tabl e 1. T he  corre c tion  cu rve i s  sho w in Figure 5. By adding or  subtra cting the  va lue to fine tuning for furt her corre c tion     SVc = SV+ t.                                                                                                                                                                   (4)    Duri ng the  sl eepin g  peri o d  of "0:00 - 6:00" and  "11:00  ~ 15:00" at n oon, co rrectio n  value   has a  ce rtain  degree  of red u ction  ba se on the  set va l ue in  the  origi nal  setting  while in  the tim e   living of "18:00 ~ 21:00 ", t he co rrectio n  value is in cre a sin g  to a certain degree.       Table 1. Co rrection  Coefficient  Ti me  [h]  ……  k21 k22 k23  []  -2  -3    -2         4    2     2      3.3. The Smart Pang-P a n g  Control  Equation  (1) i ndicates th at the retu rn (su pply wate r te mperature )   water temp erat ure of   the second ary netwo rk   an d outd o o r  te mperature   co rre sp ond   to e a ch othe r. When we a dopt  the   cla ssi cal  con t rol, the  retu rn  (supply  water tem p e r a t ure) water tempe r ature i s   contin uou sly  tracking the  outdoo r temp eratu r e, so t hat t he regul ating valve moves fre q u ently and ca use  pre s sure fluct uation s  of p r i m ary net wo rk stro ngly  whi c h m a y indu ce indu stri al a cci dent. O n  the   other ha nd it can lead th e life of the  regul ator  to sho r ter to da mage the eq uipment ea sil y Although Pan g -Pan g cont rol accuracy is not high,  it  can a c hieve t he cont rol sta ndard, meet the  heat de man d  and  solve  th e problem  ab ove, so P ang -Pang  co ntrol  is fea s ibl e  in  ce ntral  heati ng  system  with chara c te risti c s of big delay and large lag  [5].    The  ba sic pri n cipl e of P a n g -Pan cont rol is sho w n i n  Fig u re  6. P ang-P ang  co ntrol  ha   two po sitions—the upp er  limit and the lower limi t.Whe n the measure d  tem peratu r e valu e is  highe r than th e uppe r limit tempe r ature o f  Pang-P ang,  the prima r y network regul a t ing valve run s   in the lower limit position automatically to decreas e t he wate r flow of primary n e twork to red u ce   heat lo ad;  When th e m e a s ured  temp era t ure val ue i s  l o we r th an Pa ng-Pa ng l o we r limit valu e, t he  prima r y n e twork regul ating  valve o perates i n   the  upp er limit positi on to incre a se the water flow  to improve th e heat load.  The calculation equ at ion  of the uppe r and limit temperatu r e of P ang- Pang i s  sho w n a s  Eq uati on (5). Th e regulatin val v e setting  of dynamic up p e r a nd lo we limit  value and the  amplitude va lue depe nd o n  the pro c e s s actual dem a nds  whi c h includs the a r ea  of  taken  warm   and th e p r e s sure influ e n c e cau s ed  by  all the  he at exch ang station o peni n g  or  clo s ing in th e permitted range [6].  σ 1% and  σ 2% rep r e s ent the  over sh oots  of the avera g e   temperature  of se con gda ry network. Beca use t he a m plitude valu e between th e two po sitio n s i s   relatively far  distan ce  so t hat  it  can  ea sily lea d  to  p r essu re  fluctu ation of th prima r y net work  and the overshoot will be relatively large .     1. 5 1. 5 Tu S V c Tl S V c             ( 5 )                                                                                                                                                                                                                                    Whe r e  SVc  is the corre c tio n  value of  SV Tu  is the Pang-Pa ng tem peratu r e u p p e r limit, while   Tl   is Pang -Pang  temperatu r lowe r limit.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3529 – 35 36   3534     Figure 6. Prin ciple  Diag ram  of P-P Control  Figure 7. Prin ciple  Diag ram  of Three - stat Control       3.4. The Thr ee-s t a t e Pan g -Pang  Control  In orde r to redu ce the p r essure fluctu ation of the  prima r y network  and  red u c e the   overshoot to  prom otes th e co ntrol a c curacy  to e n han ce the  h eat quality o f  the se con d a ry  netwo rk. On the  ba si of Pang-Pa ng control  t w o - po sition limit, th e sy stem int r odu ce s the t h ird   limit—the median limit (the  median limit is equal to  averag e of the uppe r and lo wer limit) so that  the amplitude  value of valve relatively shrin ks to  reli e v e the pipe network p r e s sure fluctu atio ns  cau s e d  by va lve actio n . Th e pri n ci ple  of  the thr ee-stat e Pang -Pan g  co ntrol  is sh own  in Fi gu re  7.  Whe n  the av erag e temp erature m e a s ured is  high er t han the te mp eratu r e u ppe r limit value o f   Pang-Pa ng, the prima r y network re gula t ing valve runs  to the lower limit position automatically to   decrea s e  the  avera ge te m peratu r e,  wh en the  avera ge temp eratu r e i s  le ss tha n  up per limit  of  |Pv -Sv  |    0.5 ,  the valve switche s  to valve media n  lim i t  position to  e a se th e avera ge tempe r atu r decrea s in g speed of  seco ndary network.  When  th e   avera ge te mperature  m easure d  i s  lo wer  than the temperatu r e lo we r limit of Pan g -Pan g ,the  valve run s  to upper limit po sition to increa se   the he at load ; whe n  the  averag e tem per ature i s   more  than th e lo wer limit  of  | Pv -S v  |    0.5 ,t he   valve switche s  to median p o sition to alle viate the  average tempe r at ure to co ntinu e  to rise. In the  ideal ca se, when the outd oor tempe r at ure is relati ve ly low, the regulati ng valve stays in up per  limit position  to increa se the heat  loa d . When th e measure d  tem peratu r Pv  is goin g  to re ach   the set value   Sv , the valve run s  to the median po sition then  Pv  tend s to  Sv  gently to stay in a  rea s on able t e mpe r ature range; Simila rly, when the  temperature i s  rel a tively high, be cau s of  the media n  limit of the re gulating valv e,  Pv  will reach to  Sv  g e n t ly and stay in a rea s o n a b le  temperature  rang e to get  the cont rol ef fect [4 ]. The intelligent three-state Pan g -Pan g co ntrol  redu ce s the  pre s sure fluct uation of the  prima r y network,alleviate s  the fluctu ation ra nge of  the  averag of supply  an d re turn wate te mperatur e s  i n  seconda ry  network a n d  redu ce s t h e   overshoot co mpared to si mple Pang – P ang co ntrol  whi c h mea n σ '1% <&1%, σ '2%  0.     3.5. Process  Indicator s   The re se arch  focuses o n  a  heat excha n ge st ation of  a university student apa rtments in  Dalia n whi c taken  wa rm covers  an a r e a  of 3900 0 m 2  cu rre ntly and the he at u s ers a r e m a inly  for stu dent h o stel s. The  schem e t hat  select s the  averag e of the   sup p ly and  re turn temp erature s   of the  se co nd ary n e two r k a s  the   controll ed p a ramete rs m ean while   Pang-Pa ng  control  algo rith and thre e-st ate cont rol  algorith m  are applie d to  the actual  temperature  control sy ste m s.  Corre s p ondin g  para m eters in the control l er are set sh own in Ta ble  2.      Table 2. Para meter Setting  of the Contro ller  Parameter settin g   Upper limit value  Median limit valu Lo w e r limit value  Pang-Pang valve opening   Three - state contr o l valve opening  O u t d o o r  t e m p er at u r Average tempe r a t ure    40  40  5°  40°                 30      20   20    -15°      60°       4. Experiment Re sult an d Analy s is   Makin g  a co mpre hen sive comp ari s o n  Pang-Pa ng control effect  with three - sta t e Pang- Pang co ntrol  effect from Figure 8 an d Figure 9,  we  can see that the amplitud e  value of valve   Valve        tp  Ph < P sv σ '1 %   σ '2 %   tp  Val v e   t σ 1%   σ 2%   P-P lower  l i mi t   P-P Upper  limit  P-P L o wer li mi t   P-P Upper  limit  Upper limit  Lower limit  Lower limit  Upper limit  Median limit    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Applicatio n of Intelligent Three - state Pan g -Pan g Co ntrol to Heat Excha nge … (Wen Biao Wa n g 3535 limit is relativ e ly large  due  to the two-p o siti on of the  Pang-Pa ng  control so th at the mea s u r ed  value u s ually  deviates fro m  the set val ue of the  tem peratu r whi c h re sults i n  a  relatively large  overshoot. Als o , the valve ac t s   relatively fr equ ently. If ado pting  the  three-sta t e Pang -Pan control whi c is equival ent to two set s  Pa ng-Pa ng cont rol be cau s o f  the median l i mit.Thereby it  enabl es the  a v erage  temp eratu r e val u e  mea s u r ed  re mains in  the   area  of |  Pv - Sv  | 0.5. Wh en  the outdoo r t e mpe r ature i s  lo w, the re g u lating valve  is in the upper limit to  incre a se th e prim ary  netwo rk  wate r flow and th e se cond ary  network  ave r age temp erature ri se s. As the avera ge  temperature  raises to  co n f orm the me dian limit  op eration  co ndi tion, the valve moves to t he  median  limit to ease the i n crea sing  slo pe of  the averag temp erature, whi c h is  bette for  Pv   stabili ze s ne ar the  set val ue  Sv ; Simil a rly, whe n  the  outdo or tem peratu r e  is  hi gh, the m edi an  limit also pl ays a  role i n  re duci ng the  overshoo t. So t hat, rega rdl e ss  of the out door te mpe r a t ure   raises or falls, the medi an  limited acts t w o times i n  t he transition  process. S o  t hat the valve  will  remai n  in th e media n  lim it position  relative ly lon g  time whi c h  redu ce s the  overshoot a n d   improve s  the   control a c curacy (heatin quality).  Som e  evaluatio n i ndexe s  can  b e  obtain ed from  the hi stori c al   data: Pan g -P ang  co ntro l  a l gorithm, th averag oversho o σ % = 7.9%,  whil t he  use of three-state control  Pang-P ang av erag e oversh oot  σ %= 3.1 % ,which  red u c e s  86.1%.            Figure 8. The  Curve of P-P  Control   Figur e 9. The  Curve of  Th ree-state Co ntrol                       The three - sta t e Pang-Pan g  control alg o rith m re du ces the overs hoot and imp r oves the  control a c curacy effe ctively comp ared  to Pang -Pan g control  alg o rithm. Th averag e of t h e   sup p ly and re turn tempe r at ure s  as the  controlle d para m eter an d the inte lligent three - state Pang- Pang  cont rol  algo rithm i m prove s  th e  co ntro l  pe rforma nce a n d  heatin g q u a lity and h a the  benefit for the  primary net work p r e s sure stability.       5. Conclusio n   The  avera g e  of  sup p ly a nd  return  wa ter temp erature s   of seco ndary  net work a s  the   controlled  pa rmeter i s   si milar to in du cing th sup p ly water te mperature  as the feedforward   sign al whi c played a rol e  in lead co ntro l. It’s  very important for  ce ntra l heatin g control syste m with a larg e time con s tant  and large del ay.    The Pang -Pang co ntrol  with rea s o nable setting bound ari e s co nform s  process  requi rem ents espe cially the intelligent three - st ate Pang-P ang co ntrol algo rith m is simple  and   effective to accelerate the spe ed  of re sp onse of the controlle r.   The intelli gent three-state  Pang-Pang control  not  only im proves the stability of the  prima r y network and  re du ce s the ove r sho o t of t he  se con dary n e twork b u t al so imp r ove s   the  controllability  of the system, solv es  uncontrollability  that the si m p le PID algorithm doesn't  do   ,brea ks th e " bottlene ck" th at the pro c e s s he at of  the  heat exchan g e  stat ion tran sfers fro m  op en- loop into  a  clo s ed  loop   and im prove s  the  qu ality of he ating  whi c has referential  an d   prom otional v a lue on the g r owin g popul a r ity of the heat exchang e st ation   Furthe re se arch a nd i m provem ents i n clu d e s  o n   the ba si s of  statisti cal  a nalysi s   introdu ce th e  dynamic th ree-st ate Pan g -Pan g co ntrol whi c h me a n s to re gulat e the dynami c al  boun dari e s o f  Pang-Pang  according to the time pr op ortion of the uppe r limit or the lower li mit  everyday.Me anwhile,ma k e  su re  that th e  prim ary  net work di sturban ce i s  in th e p r oce s s p e rmitt ed  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3529 – 35 36   3536 rang e a c cord ing to the  proce s s a c tual  deman d a nd  the average t e mpe r ature  stays at me di an  limit value in more time as   far as  poss ible.       Ackn o w l e dg ements   This work is fi nan cially sup ported by “ th e Funda ment al Re sea r ch Fund s for the  Central   Univ er sitie s ”.       Referen ces   [1]  W enbi ao W a n g , Yan w u   Ch en, Si yu an  W ang,  Xing lo ng  Dua n  a n d  F an Y u Res e a r ch on  He at   Exchan ge Stati on Dyn a m ic C ontro l Bas ed o n  Heat Pred icti on . 201 2: 618- 621, 20 12ICICI P.  [2] Bennett  S.  Develo p m ent of th e PID controll e r .  IEEE Control System s . 199 3b; 13: 58 65.   [3] Hong  Kang.  Choic e  of Contro lled P a ra meter  of  Auto Control System  in Substation . In Chi n ese. 200 3.   [4]  Si yua n  W a n g F u  Ji, Jia l Du,  W enbi ao  W a n g T e mper atur e Co ntrol  of H eat Exch an ge  Station B a se d   on ITGC  PART 1.   2010; 39 4-3 97, 201 0ICICI P.    [5]  Peng C han gh a i , W u  Z h ishen, Che n  Z henq ia n, Li Min.  Dela y rates an d time lags of he at cond uctio n  i n   buil d i ng co nstruction u n d e r field co nditi ons.  Journ a l of Sout heast Un iversit y .  26(2): 249-2 53.   [6]  Si yua n  W a n g Don g  W a n g , C hen g Sh ao,  R unton g Z h a ng.   On  control decision m a nagem ent  system   for heatin g bo il ers . 26th Chi n e s e Contro l Con f erence.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.