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自动控制的基本概念：在人不直接参与的情况下，利用外加的设备或装置使整个生产过程和工作机械自动地按预定规律运行，或使某个参数按预定要求变化。反馈：系统的输出和输入信号以一定方式又回到输入端。负反馈：指令信号与被控量相减为负反馈。相加则为正反馈。自动控制基本方式：双位控制 比例积分 比例微分 比例积分微分 比例控制自动控制系统的构成：控制对象 辅助装置 自动控制装置自动控制特点：单向作用性（输入只能影响输出，输出不能影响输入） 有反馈存在 按偏差进行控制自动控制装置包括：测量元件 比较元件 调节元件 执行器闭环控制三大特点：信号按箭头方向传递是封闭的 负反馈 按偏差控制闭环控制的主要优点：控制精度高 抗干扰能力强 缺点：滞后开环控制：信号只有给定值单向传递到被控量。开环不能单独作用。优点：结构简单，快。缺点：不能测量控制精度，不能测量被控量。复合控制：把按偏差控制与按干扰控制结核起来，对主要扰动采用适当的补偿，实现按干扰控制；同事，再组成反馈系统实现按偏差控制，以消除其他偏差。主要优点：精度高，能针对主要的干扰迅速及时地改变控制量，客服扰动对被控量的影响。传递函数：一个环节或一个自动控制系统输出拉氏变换与输入拉氏变换之比。 传递函数方法：用以s为变量的代数方程，代替了以t为变量的微分方程，来表示系统或环节固有的动态特性。环节的传递函数与外界输入到该环节的输入信号无关，它的形式只决定于环节或系统的内部结构和特性系数。比例环节（放大环节或无惯性环节）输出信号会以一定比例浮现输入信号的变化积分环节：只要有输入信号存在，输出信号就一直等速地增加或减少。特点：精度高，滞后，一般很少用微分环节（超前环节）特点：输出变化与微分时间和输入信号的变化速度成比例，而与输入信号的大小无关。纯滞后环节：当输入信号产生一个阶跃值得变化时，输入信号经过一段纯滞后时间后等量地复现输入信号的变化自动控制系统的输入有两种，其一为设定值的变化或设定作用，另一种是扰动的变化或称扰动作用。静态：当一个自动控制系统的输入恒定不变时，既不改变给定值又没有干扰，真个系统就会处于一种相对平衡的静止状态。动态：从输入开始，经过控制，直至简历静态，在这段时间中整个系统各个环节和变量处于变化的过程中过渡过程的品质指标：a最大偏差A（稳定性）b过渡时间ts（快速性）c余差C（准确性）d衰减比（稳定性）f振荡周期Tp（快速性）双位控制：执行器只有开和关两个极限位置特点：只有两个输入值，相应的执行器也只有两个极限位置，“开”和“关”，而且从一个位置到另一个位置是极其迅速的这种特性亦称继电特性比例（有差）调节：当系统处于动态时，振荡倾向加强，稳定程度下降，工作周期缩短，Kc反映控制作用的强弱。积分调节的优点（无差调节）：当调节器的输入偏差存在时，其输出变化率就不为零，会一直变化下去，直到输入偏差为零，调节器的输入变化率才等于零，调节器的输出信号不再变化，执行器停止动作，系统才能稳定。比例积分调节（PI）：输出是比例调节作用与积分作用的叠加，是比例粗调和积分细调作用的组合，粗调及时克服干扰，细调逐渐克服余差，可见在调节作用上仍以比例为主。微分调节：根据被调参数的变化趋势，即变化速度而输出调节信号具有明显的超前作用。比例微分控制器的特点是具有超前作用的控制规律。它既有和偏差大小成比例的控制作用，又有和偏差变化率成比例的微分作用，有利于克服干扰，降低最大偏差。比例积分微分调节（PID）：它仍以比例作为基本调节规律，以微分的超前作用克服滞后的积分作用，最后消除余差。控制方式的选择：时间常数较小，负荷变化不大，工艺要求不高。（比例控制）时间常数较小，复合变化较大，工艺要求无余差。（比例积分）时间常数较大或容量滞后大。（微分）滞后很小或噪声严重。（不用微分）时间常数很大（或存在很大的纯滞后），复合变化很大。（单回路控制满足不了要求，采用前馈，串级，采样等复杂系统）自动控制系统与人工控制系统有什么共同点？目标相同使工作按预定要求运行。有什么差别？不需要人的直接参与，自动控制提高精度，节约劳动力方块图和传递函数有什么作用？方块图可以直接看出各环节的联系，及环节对信号的传递过程。（直观地看出控制回路特性，反映环节特性，预测输出）给排水工程自动化常用仪表与设备：过程参数检测仪表、过程控制仪表、执行设备、其他机电设备）水质参数在线检测仪表：水温、浊度、pH值、电导率、溶解氧、余氯等系统工作参数在线检测仪表：压力、液位、流量等城镇供水水质标准：6.5-8.5（1-4类水体地面水环境质量）城镇污水厂污染物排放标准：6-9电导率检测仪表测水中含盐量电解质溶液导电能力的强弱称为电导度，简称为电导电导电极：低电导用光亮铂片电极 高电导用铂黑电极浊度：反映水中悬浮物含量的水质替代参数，表达水样的光学性质生活饮用水标准 浑浊度1NTU比尔-朗伯定律和雷莱方程式：It=Ioe-kdl Ie=PIoNV2/4按照所测浊度范围的高低，可分为低浊度仪、中浊度仪和高浊度仪按浊度测定方法来分可为透视光测定法、散射光测定法、透视光和散射光比较测光法、表面散射光法透射光测定法：射入液槽的平行测定光束，通过水样受到衰减后到达受光部的光电池或光电管优点：结构比较简单，测定范围较广，可以测定高浊度缺点：受干扰因素较多，稳定性差，测定窗污染，仓度影响大，光电元件老化散射光测定法：来自光源的光束投射到试样水中，由于水中存在悬浮物而产生散射，散射光的强度与悬浮颗粒的数量和体积成正比，因而得浊度优点：检测感度高，色度影响较小，低浊度测量时明显缺点：测定窗污染透射光和散射光比较测定法：同时或交替测定透射光和散射光的强度，求出二者之比值来表示浊度 优点：高检测灵敏度，色度影响很小，补偿了电源变动光源劣化及环境干扰的影响，测定窗污染小表面散射光测定法：把试样水溢流，往溢流面照射斜光，在上方测定散射光的强度来求出浊度优点：无测定窗污染，色度影响小于散射光法，测定范围广，在测定高浊度水样时，可以直接测定而不用稀释缺点：若溶液表面与内部的杂质分布不均匀，就会造成测定误差 污泥界面测定计、超声波（泥位）测量系统用于初沉池或污泥浓缩池分界面和污泥泥位测量（适用于密度接近的分层界面）出厂水游离性余氯在接触30min后不低于0.3mg/L 管网末端不应低于0.05mg/L 氯加在前面起氧化作用，加在后面起消毒作用，过多会引起消毒副产物力学原理 压差流量计 转子流量计（浮子流量计，变面积流量计）电学原理 电磁流量计（法拉第电磁感应）声学原理 超声波流量计（时差法 多普勒效应法）超声波时差法：声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大逆流方向则减少，同一传播距离就有不同的传播时间，利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速。多普勒（效应）去超声流量计是利用在静止（固定）点检测从移动源发射声波而产生多普勒频移现象多普勒（效应）法不是一个数值，而是一个频率差当声源（发射器）和观察者（接受器）之间有相对运动时，观察者（接受器）所感受到得声频率不同于声源电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量到点液体体积流量的仪表。特点：无阻流检测件的光滑直观，不易阻塞，不形成压力损失，测量范围度大，可用于腐蚀性流体缺点：不能测量电导率很低的液体，造价较高，信号易受外磁场干扰液位检测仪表反冲洗时会运用到浮力式液位计：阿基米德原理超声液位计：基于晶体的压电效应，用压电晶体作探头（即换能器）发射出声波，声波遇到两相界面被反射回来，又被探头所接收，根据声波往返所需要的时间而测出液位的高度。基本构造：换能器和电子装置特点：没有可移动部件，检测元件（探头）可以不与被测介质直接接触，可以利用切换开关进行多点测量，便于集中控制。缺点：超声波液位计的电路比较复杂，造价较高经验目测法：操作人是根据工作经验或者观察絮凝池矾花生成情况。这是以原水浊度为控制参数的一种控制方法。模拟滤池法：依据：模型与原型（生产系统）的相似性。数学模型法：准确建模难；投资大，维护要求高；模型灵活性差，难以适应混凝剂品种改变，控制目标调整等变化。以若干原水水质，水量参数位变量，建立其与投药量之间的相关函数，即数学模型；计算机系统自动采集数据，并按此模型自动控制投药。交替电荷控制法：a.$电位法：直接测量胶体的$电位，作为确定投药量的依据。缺点： 不能连续在线监测并构成自动控制系统。b.胶体滴定法：对于带电荷的胶体分散系，可用加入相反电荷的等量胶体来中和，测定原水的胶体电荷。缺点一样。高浊度水特指泥沙含量很高，能形成均浓浑水层，以界面形成沉降的天然厚水高浊度水的混凝则主要表现为絮凝过程是使本来具有一定沉速的泥沙以更快的速度下沉。沉淀池的运行（排泥）控制：按数学模型计算积泥量控制，适用于自动化程度高的水T（这样的系统复杂，要求参数在线测量，投资大，运行维护费用高）按池底积泥聚积程度控制，提高泥水界面检测的准确性与可靠性是该方法应用的关键。排泥水浊度控制，增加自动化系统的投资与维护费用时间控制，缺点是排泥控制的准确度较低（多用）滤池反冲洗（历时）的控制模式按数学模型控制（适用于自动化程度高的水T）按滤料的积泥量控制（目前国内水厂很少应用）反冲洗水浊度控制（增加自动化系统的投资和维护费用）第一章1.自动控制系统与人工控制系统有什么共同点？有什么差别？答：共同点：使被控量按预定要求变化。不同点：自动控制系统，人不直接参与，精度高2自动控制系统有哪些基本组成部分?答：一个自动控制系统只要由以下基本见构成：(1)整定文件；(2)测量元件；(3) 比较文件；(4)放大元件；(5)执行元件；(6)校正元件； (7)能源元件。3自动控制系统由哪些形式？答：(1)闭环控制;(2)开环控制；(3)复合控制。4方块图和传递函数有什么作用？答：方块图和传递函数是自动化理论的重要基础。通过方块图可以直接看出各环节的联系，及环节对信号的传递过程；而传递函数可以用来描述环节或自动控制系统的特性，将输入-输出关系一目了然表示出来。7有哪些常用控制方式？各有何特点？答：常用控制方式有：(1)位式控制；(2)比例控制；(3)比例积分控制；(4)比例积分微分控制。14智能控制系统的基本功能是什么？答：智能控制系统的基本功能是：(1)容错性；(2)多模态性；(3)全局性；(4) 混合模型和混合计算；(5)学习和联想记忆能力；(6)动态自适应性；(7)组织协调能力。第二章检测仪器有哪些基本部分组成？各有什么作用？ 答：检测仪器的基本组成部分有传感器、变换器、显示器以及连接它们的传输通道。 传感器的作用：感受到被检测参数的变化，直接从对象中提取被检测参数的信息，并转换成一相应的输出信号。 变换机的作用：将传感器的输出信号进行远距离传送、放大、线性变化货转变成统一的信号，供给显示器等。显示器的作用：想观察者显示被检测数值的大小。传输通道的作用：连接仪表的各个环节，给各环节的输入和输出提供通道。检测仪表的性能指标是什么？简述重要性能指标。 答：仪表的性能指标是评价仪表性能的好坏、质量优劣的重要依据，它也是正确选择和使用仪表，以达准确检测之目的所必须的具备和了解的知识。详见P71-77。水质自动监测站点如何选择？ 答在主要污染部分的上游设对照子站，监测本区域污染前的水质状况；在主要污染部分设立污染监测子站，监测本地区货城市对河流的污染程度，并追踪污染情况的变化；在主要污染区的下游，设立水质自净情况监测子站，检查水的自净情况以及带给下游的污染物程度。详见P108-1094、PH测量的基本方法和原理是什么？答：PH测量的基本方法：电极电位法。原理是：PH计其主体是一个精密电位计，将电极插在被测溶液中，组成一个电化学原电池，通过测量原电池的电动势并直接用pH值表示出来。酸度计种类繁多，但其结构均由电极系统和高阻抗的电子管或晶体管直流毫伏计两部分组成。电极与待测溶液组成原电池，以毫伏计测量电极间的电位差，电位差经放大电路放大后，由电流表或数码管显示。溶解氧测量的基本方法和原理是什么？ 答：碘量法：在水中加入硫酸锰和碱性碘化钾，水中的溶解氧将二价的锰氧化成四价锰，并生成氢氧化物沉淀。加酸后，沉淀溶解，四价锰又可氧化碘离子而释放出与溶解氧量相当的游离碘。以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定释放出的碘，可计算出溶解氧含量。 高锰酸钾法：用高锰酸钾氧化亚铁离子，消除干扰，过量的高锰酸钾用草酸钠溶液除去，生成的高价铁离子用氟化钾掩蔽。 叠氮化钠修正法：叠氮化钠在酸性条件下将亚硝酸根分解破坏。 膜电极法：氧敏感膜电极浸没在电解质溶液中的两个金属电极和氧选择性半透膜组成。氧半透膜只允许透过半透膜和其他气体，而几乎完全阻挡水和溶解性固体。透过膜的氧在阴极上还原，产生的扩散电流与水样中氧的浓度成正比，将浓度信号变成电信号，由电流计读出。 电导测定法：利用非导电元素或化合物与溶解氧反应产生能导电的离子，如氧化氮气与溶解氧生成硝酸根离子，增加电导率，即可求得溶解氧含量。浊度测量的基本方法和原理是什么？ 答：浊度测量的基本方法：透光测定法，散色光测定法，透射光和散射光比较测定法，表面散射光法。原理都是光电光度法。生化需氧量测量的基本方法和原理是什么？ 答：生化需氧量（BOD）测量的基本方法：五天培养法、检压法、库伦法、微生物电极法等。五天培养法：水样经过稀释后，在（201）条件下培养5天，求出培养前后水样中溶解氧含量，二者的差值记为BOD5。如果水样的五日生化需氧量未超过7mg/L，则不必进行稀释，可直接测定。检压法：将水样置于装有一个以CO2吸收剂小池的密闭培养瓶中，当水样中的有机物被微生物氧化分解时，消耗的溶解氧则由气体管中的氧气补充，产生的CO2又被吸收池中的吸收剂吸收，结果导致密闭系统的压力降低，用压力计测出的压力降低值来求出水样中的BOD值，在实际测量中，先用葡萄糖谷氨酸标准溶液校正压力计，即可从压力计中直接读出水样的BOD值。化学需氧量（COD）测量的基本方法和原理是什么？答：基本方法有：重铬酸钾法，碱性高锰酸钾法，酸性高锰酸钾法重铬酸钾法：水在酸性溶液中加热回流2h，一定量的重铬酸钾氧化水中的还原物质，过量的重铬酸钾以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定。酸性高锰酸钾法：水样在酸性条件下，加入高锰酸钾溶液，使水中有机物被氧化，剩余的高锰酸钾以草酸回滴，然后根据实际消耗的高猛酸钾计算出化学耗氧量。碱性高锰酸钾法：在碱性溶液中，高锰酸钾氧化水中的还原性物质，酸化后，加入过量的草酸钠溶液，再用高锰酸钾溶液滴定至微红色。紫外（UV）吸收测量的基本方法和原理是什么？答：测定方法：分光光度法，原理：选一定波长的光照射被测物质溶液，测其吸光度，再依据吸光度计算出被测组份的含量。14可编程控制器的基本组成？答：硬件组成：1.中央处理单元，2.存储器，3.输入输出单元，4.通信接口，5.智能接口模块，6.编程装置，7.电源，8.其他外部设备。软件组成：系统程序和用户程序。11流量测量仪表有哪些类型?在给水排水工程中常用的有哪些？答：1.节流流量计，2.容积流量计，3.面积流量计，4.叶轮流量计，5.电磁流量计，6.超声波流量计，7.量热式流量计，8.毕托管，9.层流流量计，10.动压流量计，11.质量流量计，12.流体震动流量计，13.激光多普勒流量计。在给水排水常用的有压差流量计，超声流量计，浮子流量计，明渠流量计，电磁流量计。15PLC控制系统与电器控制系统比较有什么特点？ 答：1.可靠性高抗干扰能力强，2.编程简单实用方便，3.功能完善通用性强，4.设计安装简单维护方便，5.体积小重量轻能耗低。16PLC的性能指标是什么?有哪些发展趋势？答：PLC的性能指标：1.存储容量，2.I/O点数，3.扫描速度，4.指令的功能与数量，5.内部元件的种类与数量，6.特殊功能单元，7.课扩展能力。发展趋势：1.向高速度、大容量方向发展，2.向超大型、超小型两个方向发展，3.PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力，4.增强外部故障的检