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。
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：
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：
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。
