CDS-100 visar hur ett kylsystem kan återskapas som en interaktiv modell för att analysera driftfall, fel, reglering, larm och systemdynamik. Exemplet är generiskt, men metodiken är relevant för industriella kylsystem, pumpsystem, värmesystem och andra tekniska processystem.
Tekniska system kan bete sig oväntat när flöde, värmeöverföring, pumpar, ventiler och reglering samverkar. Vid driftstörningar räcker det ofta inte med statiska ritningar eller enstaka mätvärden.
Systemet byggs som en fysikbaserad modell med tydliga komponenter, mätpunkter, styrsignaler, scenarier och antaganden. Modellen gör det möjligt att testa hypoteser och jämföra driftfall.
Resultatet kan användas för felsökning, utbildning, scenariotestning, teknisk kommunikation och beslutsunderlag inför åtgärd eller investering.
CDS-100 är ett generiskt demonstrationssystem och inte ett konstruktions- eller dimensioneringsunderlag.
CDS-100 is a single-loop cooling demonstration system. Water stored in vessel V-101 (volume V = 5 m³) is continuously heated by a process heat load Qₙ and cooled by a shell-and-tube heat exchanger HX-101.
Energy balance — tank temperature
ρ · V · cₙ · dT/dt = Qₙ − Qₕₕₓₙ
Flow
Each running pump delivers nominal flow Fₙ = 25 m³/h through CV-101. Two pumps in parallel double the flow. Flow is zero when no pump runs or CV-101 is fully closed.
F = nₘ · Fₙ · x𝐶𝑉 [kg/s]
Heat exchanger — NTU effectiveness method
HX-101 is modelled using the ε-NTU method for a single-pass heat exchanger with cooling water inlet temperature T𝑢 = 20°C:
UA = UA₀ · h𝑓 · (F/Fₙ)^0.8
ε = 1 − exp(−UA / Cₙ)
Qₕₕₓₙ = ε · Cₙ · (T − T𝑢)
Alarms
Instrumentation
Cooling water side
The cooling water (CW) enters HX-101 at Tu = 20°C. The outlet temperature is estimated assuming a nominal CW circulation rate of 30 m³/h (8.33 kg/s):
TCW,out = Tu + Qcool / (ṁCW · cp)
TIC-101 controls the tank temperature T by adjusting the position of control valve CV-101. The controller acts in reverse: when T rises above setpoint, the valve opens further to increase cooling flow.
PID equation (positional form, discrete)
u(t) = bias + Kₙ · e(t) + K𝑖 · ∫e dt + K𝑑 · de/dt
e(t) = T(t) − Tⱼₙ (error, positive when too hot)
Parameters
| Parameter | Symbol | Default | Effect |
|---|---|---|---|
| Bias | b | 0.50 | Valve position at zero error — set to expected steady-state opening |
| Proportional gain | Kₙ | 0.10 | Larger → faster response, smaller offset; too large → oscillation |
| Integral gain | K𝑖 | 0.030 | Eliminates steady-state offset; too large → slow oscillation / windup |
| Derivative gain | K𝑑 | 0.000 | Damps fast changes; amplifies measurement noise — use cautiously |
Anti-windup
The simulator uses conditional integration: the integral accumulates only when the output u is within [0, 1]. When the valve is saturated (fully open or fully closed), the integral is frozen unless accumulating in that direction would reduce saturation. This prevents integral windup during pump trips and large setpoint steps.
Tuning guide