合肥工业大学过程仪表复习题

6. 在图 1-11 的换热器出口温度控制系统中，工艺要求热物料出口温度保持为某一设定值。试画出该控制系统的方框图；方框图中各环节的输入信号和输出信号是什么？整个系统的输入信号和输出信号又是什么？系统在遇到干扰作用（如冷物料流量突然增大）时，该系统如何实现自动控制的？蒸汽tctt冷物料热物料干扰ts温度控制器执行器换热器t答：如图所示为该控制系统的方框图。温度测量变送装置该控制系统及各环节的输入、输出信号如图所示。整个系统的输入信号为：给定值ys，干扰作用f，输出为热物料出口温度t，当冷物料流量增大，则出口温度y 减小， tt 检测后所得ym 减小，偏差信号e=y m-y s0 ，输入调节器后产生控制信号 u，使执行器或调节阀加大阀门开度，使温度t 升高，从而实现控制。7. 图 1-12 为贮糟液位控制系统，工艺要求液位保持为某一数值，（ 1）试画出该系统的方框图；（ 2）指出系统中被控对象，被控变量，操纵变量，干扰作用各是什么？精品资料qv1ltlcqv2（ 1）如图所示为该控制系统的方框图；fhs贮槽h液位控制器执行器液位测量变送装置-（ 2）该系统中被控变量对象为贮槽；被控变量为贮槽液位；操纵变量为出水流量；干扰作用为：进水流量，大气温度等。例 1 管式加热炉出口温度串级控制系统。1） 指出该系统中主、副对象、主、副变量、操纵变量、主、副扰动变量、主、副调节器各是什么？2） 画出该控制系统的方块图，并确定各个环节的正反作用方向；3 ） 当 燃 料 油 负 荷 突 然 增 加 ， 试 分 析 该 系 统 是 如 何 实 现 自 动 控 制 的 。3） 当燃料油负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制的。在稳定工况下，原料油出口温度和炉膛温度处于相对稳定状态，控制燃料油的阀门保持在一定的开度。当燃料油负荷突然增加，这个干扰会使炉膛的温度t2 升高，原料油出口温度t1 也会随之提高，此时温度检测变送器tt1 将信号送给主控制器tc1 ， e1 增大，主控制器输出 u1 减小，即副控制器的给定值减小，副控制器的输入偏差e2 增大，副控制器的输出信号u2 减小，控制阀开度减小，即操纵变量燃料油m 减小，炉膛温度t2 下降，从而炉管内原料油出口温度t1 也会随之下降。例 题 2： 如 图 1-5 所 示 的 夹 套 反 应 器 温 度 控 制 系 统 图1）指出该系统中主被控对象、副被控对象、主被控变量、副被控变量、操纵变量、扰动变量各是什么 ？ 2） 画 出 该 控 制 系 统 的 方 块 图 ， 并 确 定 各 个 环 节 的 正 反 作 用 方 向 ； 3）当蒸汽负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制。3）当蒸汽负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制。当蒸汽负荷突然增加，反应器内的温度t1 将升高， 此时温度检测变送器tt1 将信号送给主控制器tc1 ， e1 增大， 主控制器输出u1 减小，即副控制器的给定值减小，副控制器的输入偏差e2 增大，副控制器的输出信号u2 减小，控制阀开度减小，即操纵变量m减小，夹套内的蒸汽温度t2下降，从而反应器内的温度t1 也会随之下降。例题 3 ： 如图所示为聚合釜温度控制系统，冷却水通入夹套内，以移走聚合反应所产生的热量。试问：（ 1）这是一个什么类型的控制系统？试画出它的方块图。（ 2）如果聚合温度不允许过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、气关形式。（ 3）确定主、副控制器的正、反作用。（ 4）简述当冷却水压力变化时的控制过程。（ 5）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进？（ 6）如果选择夹套内的温度作为副变量构成串级控制系统，试画出它的方块图，并确定主、副控制器的正、反方向。例题 1：若被测介质的实际温度为500 ，仪表的指示值为495 ，仪表的量程为0 1000 ，试确定绝对误差、相对误差、折合误差和对仪表的读数的修正值。解:绝对误差 := x 指x0 = 495 500= 5仪表读数的修正值:c= x0 x 指 = 5相对误差 :y= /x0 = -5/500100% = -1%引用误差 := max/（ x 上 x 下） = -0.5%例 2：某台测温仪表的测温范围为200700 。校验该表时得到的最大绝对误差为4，试确定该仪表的精度等级。解：该仪表的允许的引用误差为：max允x上x下100%4700200100%0.8%0.5 0.8 1.0所以，该测温仪表的精度等级为1.0 级 。例 3 ：某反应器内的最高温度500 。根据工艺要求，最大允许误差不超过+7 ，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？解：根据工艺要求：仪表的量程上限：x 上=2 x max= 1000 仪表的允许引用误差为：允maxx上x下100%710000100%0.7%去掉、%， 0.5 0.7 1.0 ，所以选精度等级0.5 的仪表才能满足工艺要求。精度等级1.0 的仪表，其允许引用误差为1.0% ，超过了工艺上允许的数值.小结：在确定一个仪表的精度等级时，要求仪表的允许误差应该大于或等于仪表校验时所得到的最大引用误差；而根据工艺要求来选择仪表的精度等级时，仪表的允许误差应该小于或等于工艺上所允许的最大引用误差。这一点在实际工作中要特别注意。例 4 ：一台精度等级为0.5 ，量程范为6001200 的电子电位差计，校验时， 其中的某一点最大绝对误差是4，问此表是否合格？解：根据工艺上的要求，仪表的允许误差为：允max=n %=（ 1200 600 ） 0.5% =3而测 max= 4 3 ，所以此表不合格，需重新进行校验。补充题 1 ：某化学反应器工艺规定操作温度为（ 800 10）。为确保生产安全， 控制中温度最高不得超过850 。现设计的温度控制系统，在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如下图所示。（ 1 ）分别求出最大偏差a 、超调量b 、余差 c、衰减比n、过渡时间ts（温度进入 1% 新的稳定值即示为系统已稳定）和震荡周期t。（ 2 ）分析此温度控制系统是否满足工艺要求？（ 1 ）分别求出最大偏差a 、超调量b、余差 c、衰减比n、过渡时间ts （温度进入 1% 新的稳定值即示为系统已稳定）和震荡周期t。解：最大偏差： a =845 800 = 45 超调量：=（ 845805 ） /805 = 4.97%衰减比： n= b/b = （ 845 805 ）/ （ 815 805 ）=4： 1余差：c= 805 800= 5 过渡 时间： ts = 25 min震荡 周期： t = 20 7=13 min(2) 符合要求：系统新的稳定值是805，符合工艺规定操作温度为（ 800 10 ）的要求845 850，符合控制中温度最高不得超过850 的要求6. 什么叫气动执行器的气开式与气关式？其选择原则是什么？答：随着送经执行器的气压信号的增加，阀逐渐打开的称为气开式，反之称为气关式。气开式，气关式的选择主要是由工艺生产上安全条件决定的。一般来讲，阀全开时，生产过程或设备比较危险的选气开式；阀全关时，输出过程或设备比较危险的应选择气关式。21. 何为阻塞流？他有什么意义？答：阻塞流是指当阀入口压力p1 保持恒定，并逐步降低出口压力p2 时，流过阀的流量会增加到一个最大值，此时若继续降低出口压力，流量不再增加，此极限流量称为阻塞流。意义：在阻塞流条件下， 流经阀的流量不随阀后压力的降低而增加，因此在计算流量系数时，首先要确定调节阀是否处于阻塞流状态。22. 流量叙述的定义是什么？试写出不可压缩流体系数计算的基本公式。答：我国规定的流量系数定义为：在给定行程下， 阀两端的压差为0.1mpa ，流体密度为1000kg/m 3 时流经调节阀的流量数(m 3/h), 以 c表示，它表示流体通过调节阀的流通能力，不可压缩流体：pf 2 ( pfp), c10q/( pp )l1fvvll12pf 2 ( pfp), c10q/ f 2 ( pfp )l1fvvlll1fvc10q/ f 2 ( pfp )vlll1fv1. 计算机控制系统是由哪几部分组成的？各部分有什么作用？答：计算机控制系统是由工业对象和工业控制计算机两大部分组成。工业控制计算机主要由硬件和软件两部分组成。其中硬件部分主要包括计算机主机，外部设备，外围设备，工业自动化仪表和操作控制台，软件是指计算机系统的程序系统，各部分作用参见课本p234-235 。9试列出一些改进的pid 算法，并分析其改进特点及适用场合答：改进的pid 算法有：（ 1）带有死区的pid 控制 当控制偏差在某个阀值以内时，系统不进行调节；当超过这个阀值时，系统按照pid 进行调节，表示为p(k)p(k).当| e(k) | 0.当| e(k) |b, pid控制动作b，无控制输出值式中 b为阀值， o-b 的区间称为死区。该控制方式适用于要求控制作用尽可能少变动的场合，如在中间器皿的液面控制。（ 2）饱和作用的抑制（a） pid 位置算法的积分饱和作用机器抑制 采用遇限削弱积分法和积分分离法。（b ） pid 增量算法的饱和作用及其 抑制（ c）干扰的抑制 四点中的差分法。该控制方式适用于可能出现饱和效应的场合，即控制量因受到执行元件机械和物理性能的约束而限制在有限范围以内，umax=u=umax，控制器执行的控制量不再是计算值。u1 1）的) h另一种介质充满，crrlnln在 保 证 电 容 不 放 电 的 情 况 下 ， 电 容 量 发 生 变 化 ， 则rr两 式 相 减 得在、1、r 、r 均为常数时， 电容变化量 c 与液位高度h 成正比。 当测得电容变化后，可以测得h 的大小。选择液位计主要考虑：仪表特性工作环境输出方式过程控制装置与被控对象构成了过程控制系统的基本要素。测量变送单元、调节器和执行器三个环节构成了过程控制装置的硬件差压变送器用来把差压、流量、液位等被测参数转换成统一标准信号，并将此统一信号输送给指示、记录仪表或调节器等，以实现对上述参数的显示、记录或调节。ddz- 型系列差压变送器是两线制安全火花型变送器，主要用于测量液体、气体或蒸汽的差压、流量、液位、相对密度等物理量。 其主要性能指标： 输出信号 420ma; 供电电压 24v dc 10%; 负载电阻 250350 ；基本误差 0.5% ；变差0.25% ；灵敏度 0.05% ；长期稳定性 0.3%防爆安全栅的作用防爆安余栅分输入式安全栅和输出式安伞栅两种.图 1-4 是安全栅作用示意图。电动仪表中的变送器、执行器、电气转换器、安全栅属安全火花防爆仪表.安全栅安装在安全场所，作为控制室仪表和现场仪表的关联设备。一方面传输信号，另一方面把流入危险场所的能量控制在爆炸性气体或混合物的点火能量以下，以确保系统的安全火花性能.安全姗起隔离危险场所和安全场所的作用。2. 防爆安全结构的分类（1）隔爆型（ 2）本质安全防爆防爆安全栅放在安全场所的入口处，他不会影响到仪表的正常工作，只会起到防止危险能量由安全场所进入危险场所的作用。目前用得最多的防爆安全栅有齐纳式安全栅与变压器隔离式安全栅标准仪表的信号标准：目前大多数模拟仪表遵循420madc 的标准信号范围。调节器又称控制器，是构成自动控制系统的核心仪表，其作用是将参数测量值和规定的参数值（给定值） 相比较后， 得出被调量的偏差，再根据一定的调节规律产生输出信号，从而推动执行器工作，对生产过程进行自动调节。假如被调参数的测量值增加时，调节器的输出信号也增加，则称为正作用调节器，反之为反作用调节器。调节器分类：直接作用调节器间接作用调节器集成运算放大器具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等特点。pid 调节器从整定方式来分，有普通型和电整定型pid 调节器主要由输入电路pid 运算电路和输出电路三部分组成执行器的作用是接受调节器送来的控制信号，自动地改变操纵量，达到对被调参数进行调节的目的。执行器按照工作能源分类：液动启动电动执行器气动执行器由气动执行机构和调节机构（阀体）两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它按调节器输出气压信号（ 20100kpa ）的大小产生相应的推力，使执行机构推杆产生相应位移，推动调节机构动作，因此是将信号压力大小转换为阀杆位移的装置。调节机构是执行器的调节部分，其内腔直接与被调介质接触，调节流体的流量，是将阀杆位移转换为流过阀的流量的装置。气动薄膜执行机构：调节信号压力增大，阀杆向下移动的，称为正作用式；反之称为反作用式，正作用式的信号压力通入波纹膜片上方的薄膜气室，而反作用式的信号压力通入波纹膜片下方的薄膜气室调节阀有正作用和反作用两种，当阀芯向下位移时，阀芯与阀座之间的流通截面积减少时，称为正作用式或正装； 反之，则称为反作用式或反装调节阀的流量特性是指被调介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）之间的关系，表示为在调节阀前后压差一定情况下的流量特性称为调节阀理想流量特性。根据阀芯形状的不同， 主要有直线、 等百分比、抛物线及快开四种理想流量特性。中国规定的流量系数定义为：在给定行程下、阀两端的压差为0.1mpa 、流体密度为 1000kg/m 3 时每小时流经调节阀的流量数（ m 3 /h） ,以 c 表示。当调节阀全开时的流量系数称为额定流量系数，以c 100 表示。 c100 反应了调节阀容量的大小，是确定调节阀口径大小的主要依据阻塞流 ：当阀入口压力 p 1 保持恒定，并逐步降低出口压力 p 2 时，流过阀的流量会增加到一个最大值；这时若继续降低出口压力，流量不在增加，此极限流量称为阻塞流。在阻塞流的条件下，流经阀的流量不随阀后压力的降低而增加在过程控制系统中，由于调节执行单元品种繁多，电气信号常常混用，因而需要进行电-气或气 -