化工仪表及自动化-课后-答案-第5版-厉玉鸣-(史上最全版本)

P161.化学自动化是化学、炼油、食品、轻工业等化学类型生产过程自动化的简称。化工设备中配备了一些自动化设备，代替部分操作员直接劳动，使生产达到不同水平管理这种称为自动化的化学生产过程的自动化装置的使用方法。化工生产过程自动化的重要性：(1)加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。(二)减少劳动强度，改善劳动条件；(3)能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，延长设备使用寿命，提高设备使用能力的目的。(4)改变劳动方式，提高劳动者文化技术水平，逐步创造消除体力劳动和脑力劳动差异的条件。化学自动化主要包括什么？一般包括自动检测、自动保护、自动操作和自动限制等内容。1-3自动限制系统主要由哪些部分组成？自动控制系统主要由变送器、控制器、执行器、控制对象等4个会话组成。4、自动控制系统主要由什么组成？自动控制系统主要由测量元件和变送器、自动控制器、执行器、控制对象等4个会话组成。1-5问题1-5图是管蒸汽加热器控制流程图。请在图中分别说明PI-307、TRC-303和FRC-305的意思。问题1-5图加热器控制流程图解决方案PI-307是现场安装压力指示器，第3节，米序列号07；TRC-303表示安装了集中式仪表盘，具有表示日志记录功能的温度控制仪表。区段号码是3，仪表序号是03。FRC-305表示安装了集中式仪表盘，具有表示记录功能的流控制仪表盘。区段号码是3，仪表序号是05。6、图为管蒸汽加热器控制流程图。请在图中分别说明PI-307、TRC-303和FRC-305的含义。PI-307是现场安装压力指示器，第3节，仪表序列号07；TRC-303表示安装了集中式仪表盘，具有表示日志记录功能的温度控制仪表。区段号码是3，仪表序号是03。FRC-305表示安装了集中式仪表盘，具有表示记录功能的流控制仪表盘。区段号码是3，仪表序号是05。在1-7自动控制系统中，传输设备、控制器和执行器分别扮演什么角色？传输设备的解除测量功能是测量控制变量的大小，并将其转换为气压信号或电压、电流信号等固定输出信号，作为传输控制器。控制器接收测量仪发送的信号，将其与工艺中必须保持的受控变量的设置进行比较，计算偏差，通过一定的计算法则得出结果，然后将结果发送到特定的信号(气压或电流)执行器是控制阀，它根据控制器发送的信号值自动改变阀打开，从而改变控制变量的大小。7.方块图是用来表示控制系统中每个连结之间关系的图形类型。每个链接在图中均显示为一个框，因此称为块图。1-8 .请分别说明目标、控制变量、赋值、变量操作和介质操作是什么。解决方案：受控对象(对象)自动限制系统中需要由流程参数控制的生产流程、生产设备或机器。受控变量必须保持设定值的受控目标内的进程参数。控制系统通常使用此变量的名称，例如温度控制系统、压力表系统等。给定值(或设定值或期望值)控制系统要实现的目标，即控制变量的期望值。可以是固定的，也可以根据程序变化。操作变量(调整变量)是直接影响控制变量且易于调整(操作)的变量。或实现控制角色的变量。控制介质(操纵剂)用于控制功能的材料。8.测量元件和变送器：用于感受控制变量的变化并转换为特定信号(例如气压信号、电压、电流信号等)。控制器：传输测量元素和发射器的测量信号和流程需要保修根据偏差的大小和变化趋势，将给定的设定信号与预先设计的控制规律进行运算，然后作为特定信号发送给执行器进行比较。执行器：可以根据控制器自动发送的信号值相应地改变流入控制对象的材料量或能量，克服扰动的影响，达到控制要求。Ex9 .控制对象：在自动控制系统中，需要控制流程参数的生产设备或机器。受控变量：受控目标中必须保留指定值的进程参数。给定值：受控变量的预定值。操控变数：被控制阀操纵以克服干涉影响并保持控制变量给定值的材料量或能量。11、图示了反应器温度控制系统的示意图。a，b两种物质进入反应器，改变进入夹具的冷却液流，从而使反应器内的温度保持不变。绘制温度控制系统的方块图，指出该系统的控制对象、控制变量、控制变量和可能影响控制变量的干扰是什么。反应堆温度控制系统温度控制系统的方块图反应堆温度控制系统方框图其中控制对象：reactor；控制变量：反应器的温度；操作变量：冷却液流动。可能影响受控变量的干涉因素主要包括a，b两种物质的温度、供应量、冷却剂的压力、温度和环境温度的高低。图1-11问题l-11显示了反应堆温度控制系统的示意图。a，b两种物质进入反应器，改变进入夹具的冷却液流，从而使反应器内的温度保持不变。绘制温度控制系统的方块图，指出该系统的控制对象、控制变量、控制变量和可能影响控制变量的干扰是什么。表明温度控制系统是具有负反馈的闭环系统。问题1-11图反应器温度控制系统温度控制系统的框图求解故障排除1-11图反应器温度控制系统方框图其中控制对象：reactor；控制变量：反应器的温度；操作变量：冷却液流动。可能影响受控变量的干涉因素主要包括a，b两种物质的温度、供应量、冷却剂的压力、温度和环境温度的高低。当反应器内的控制温度在干扰作用下升高时，测量与给定值进行比较，获得偏差信号，在温度控制器运算处理后，输出控制信号驱动控制阀，实现热增量，冷却水流增加，降低反应器内的温度。所以这个温度控制系统是具有负反馈的闭环控制系统。在图1-12问题1-11所示的温度控制系统中，由于进给温度的增加，反应器的温度超过指定值，试图说明此控制系统的运行状态。此时，系统如何通过控制角色克服干扰对控制变量的影响？解决方案：当反应器的温度超过指定值(即上升)时，温度测量组件将温度值与指定值进行比较，温度控制器TC比较的偏差经过控制运算后，输出控制信号增加冷却液阀热量，增加冷却液流量，降低反应器内的温度，克服干扰效果对控制变量的影响。1-13根据指定的值格式，自动限制系统可以分类哪些类型？解决方案：根据给定的值格式，自动限制系统可以分为以下三类：值控制系统恒值控制系统。伺服控制系统(自动跟踪系统)值随机变化的系统。程序控制系统程序在特定时间更改的系统。15.值控制系统，伺服控制系统，程序控制系统。16.在自动化领域，不随时间变化的控制变量的平衡状态称为系统的静态，随时间变化的控制变量的不平衡状态称为系统的动力学。干涉是客观的，是必然的。自动控制系统运行时总是受到干扰，破坏正常的工艺生产状态。为此，需要持续的控制功能，以通过自动化设备防止或抵消干扰效果的影响，从而将控制变量保持为流程所需的规格。总是经常受到干扰，总是在频繁的动态过程中正常运行的自动控制系统。了解系统动力学更重要。17.阶段角色：在某一时刻，t0中，碰撞突然添加到系统中，并保持在此阶段。阶跃干涉的原因：阶跃干涉更突然、更危险，对控制变量的影响最大。如果一个控制系统能有效地克服步进干涉，那么还必须很好地克服其他更平缓的干涉。步进干涉形式简单，易于实现，便于分析、实验和计算。19.等角振荡过程和发散振荡过程是不稳定的过程，不能在生产中采用；非周期衰减过程是稳定的过程，但控制变量达到新稳定性值的过程太慢，需要控制变量很长时间与给定值分开，通常不使用。衰减振动过程可以使系统快速稳定，最终正常状态值必须在两个峰值之间。绝对不会发生远离给定值或过低的现象事故。所以.1-19化学反应器工艺规定操作温度为90010。考虑到安全因素，控制过程中温度不能超过指定值80 。设计了基于最大步长干涉的转换过程曲线1-19图所示的温度值控制系统。尝试转换过程质量指标，例如最大偏差、过冲、阻尼比、剩余、振动周期和转换时间(控制温度进入新稳态值的1%，即900(1%)=9的时间)，并回答控制系统是否能满足问题中给出的过程要求。问题1-19温度控制系统过渡过程曲线解决最大偏差a=950-900=50 (c)。泛光化b=950-908=42(c)；B=918-908=10 (c)，因此衰减比n=b :b=42333610=4.2剩馀c=908-900=8；振动周期t=45-9=36(min)；转换时间ts=47min。因为a=50c 80c、c=8c 10c，所以此控制系统可以满足表头上指定的工艺要求。1-20问题l-20(a)图是蒸汽加热器的温度控制结构图。请绘制该系统的方块图，并指出控制对象、控制变量、控制变量和可能的干扰是什么。由于生产要求，出口材料温度现在应该从80 提高到81 ，如果给仪表设定阶段的变化，控制变量的变化曲线显示在标题1-20(b)图中。最大偏差、阻尼比和余量(提示：系统是后续控制系统，新值为81)等系统的转换过程质量指标。问题1-20蒸汽加热器温度控制解蒸汽加热器温度控制系统的框图如下图所示。故障排除1-20图蒸汽加热器温度控制系统方框图其中：控制对象是蒸汽加热器。控制变量是出口材料温度。操作变量是蒸汽流量。可能的干扰主要是进口物质的流动、温度的变化。加热蒸汽压力、温度变化；环境温度的变化等。系统的转换过程质量指标：最大偏差a=81.5-81=0.5(c)；B=81.5-80.7=0.8 (c)，b=80.9-80.7=0.2 (c)，因此衰减比n=b : b=0.8:0.2=4；剩馀c=80.7-81=-0.3 (c)。21、特定化学反应器工艺规定操作温度为(90010)。考虑到安全因素，控制过程中温度不能超过指定值80 。设计了基于最大步长干涉的转换过程曲线1-19图所示的温度值控制系统。尝试转换过程质量指标，例如最大偏差、过冲、阻尼比、剩余、振动周期和转换时间(控制温度进入新稳态值的1%，即900(1%)=9的时间)，并回答控制系统是否能满足问题中给出的过程要求。问题1-19温度控制系统过渡过程曲线解决最大偏差a=950-900=50 (c)。泛光化b=950-908=42(c)；B=918-908=10 (c)，因此衰减比n=b :b=42333610=4.2剩馀c=908-900=8；振动周期t=45-9=36(min)；转换时间ts=47min。因为a=50c 80c、c=8c 10c，所以此控制系统可以满足表头上指定的工艺要求。22，标题l-20(a)图为蒸汽加热器的温度控制结构图。请绘制该系统的方块图，并指出控制对象、控制变量、控制变量和可能的干扰是什么。由于生产要求，出口材料温度现在应该从80 提高到81 ，如果给仪表设定阶段的变化，控制变量的变化曲线显示在标题1-20(b)图中。最大偏差、阻尼比和余量(提示：系统是后续控制系统，新值为81)等系统的转换过程质量指标。问题1-20蒸汽加热器温度控制解蒸汽加热器温度控制系统的框图如下图所示。故障排除1-20图蒸汽加热器温度控制系统方框图其中：控制对象是蒸汽加热器。控制变量是出口材料温度。操作变量是蒸汽流量。可能的干扰主要是进口物质的流动、温度的变化。加热蒸汽压力、温度变化；环境温度的变化等。系统的转换过程质量指标：最大偏差a=81.5-81=0.5(c)；B=81.5-80.7=0.8 (c)，b=80.9-80.7=0.2 (c)，因此衰减比n=b : b=0.8:0.2=4；剩馀c=80.7-81=-0.3 (c)。第二章控制对象的数学模型P33Ex1 .对象属性表示对象输入量和输出量之间的关系。各种物件种类繁多，有些操作很稳定，容易操作。ITZY稍有不慎，就会超出正常的工程条件，引发事故。ITZY有经验的工作人员必须熟悉这些物件，才能执行生产工作心满意足。设计自动化设备时，需要深入了解对象的特性要知道性，其内在规律，才能根据工艺调节质量设计合理的控制系统，选择适当的控制变量和操作。选择适当的测量因素和控制器。控制系统启动根据物件性质，选取适当的控制器参数，使系统成为正数惯常经营。2-1物件性质是什么？为什么研究对象特性？解决对象特性为的对象的输出-输入关系。研究对象的特性是用数学方法说明对象输入量和输出量之间的关系。采用的时候自动化装置配置自动控制系统时，首先要深入了解对象的特性，了解其本质规律，才能根据过程控制质量要求设计合理的控制系统，选择适当的控制变量和操作变量，选择合适的测量因素和控制器。控制系统运行时，必须根据对象属性选择相应的控制器参数(也称为控制器参数的工程设置)，以便系统正常运行。受控对象的特性对自动控制系统的控制质量影响很大，需要深入研究。Ex2 .物件的数学模型表示物件性质的数学描述。静态数