选矿自动化练习题及答案

选矿自动化练习题及答案考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、单项选择题1.在自动控制系统中，将被控变量的测量值与给定值进行比较，产生偏差的环节是（）。A.检测环节B.控制环节C.比较环节D.执行环节2.在PID控制中，消除稳态误差（静差）主要靠（）。A.比例作用B.积分作用C.微分作用D.比例和微分作用3.标准电流信号为0-20mA，而0-10mA也是常用的模拟量信号，目前工业现场应用最广泛且抗干扰能力最强的是（）。A.0-10mAB.4-20mAC.0-5VD.0-10V4.气动薄膜调节阀中，当气源中断时，阀门能自动关闭以保证安全的阀是（）。A.气开式B.气关式C.直通单座D.直通双座5.在PLC控制系统中，PLC扫描周期的长短主要取决于（）。A.I/O点数的多少B.用户程序的长短C.外部设备的响应速度D.供电电压的稳定性6.DCS集散控制系统的最底层是（）。A.过程控制层B.过程监控层C.生产管理层D.决策管理层7.在选矿过程中，用于测量矿浆浓度和流量的传感器通常不包括（）。A.超声波传感器B.电容式传感器C.热电阻D.电磁流量计8.能够实现开环控制的系统是（）。A.电加热炉温度控制系统B.液位自动控制系统C.恒值转速控制系统D.交通红绿灯控制系统9.模拟量输出模块将PLC内部的数字量信号转换为外部设备可接收的模拟量信号，常用的标准电压信号是（）。A.0-10VB.0-5VC.4-20mAD.0-20mA10.某压力变送器量程为0-10MPa，输出为4mA，此时压力值为（）MPa。A.2B.4C.6D.8二、多项选择题1.自动控制系统的基本组成包括（）。A.被控对象B.测量元件及变送器C.控制器D.执行机构2.PLC的硬件系统主要由（）组成。A.中央处理器B.存储器C.输入输出单元D.电源3.下列关于PID控制中P、I、D三个参数作用的描述，正确的有（）。A.比例作用主要反应当前偏差，消除偏差速度快B.积分作用主要用来消除系统的稳态误差C.微分作用能预测偏差变化趋势，抑制振荡D.积分作用过大会导致系统响应变慢4.在选矿自动化中，常用的执行机构有（）。A.电动调节阀B.气动调节阀C.变频器D.继电器5.关于传感器选型，以下说法正确的有（）。A.测量高温介质通常选用热电偶B.测量低温介质通常选用热电阻C.测量腐蚀性液体通常选用不锈钢材质传感器D.测量大流量通常选用孔板流量计6.DCS系统的基本结构包括（）。A.过程控制单元B.操作站C.通信网络D.现场仪表7.下列属于闭环控制系统的特征有（）。A.有反馈环节B.输出量影响输入量C.系统存在稳态误差D.按照给定值进行控制8.在PID参数整定过程中，如果系统出现剧烈振荡，通常采取的措施有（）。A.增大比例度B.增大积分时间C.增大微分时间D.减小积分时间9.常用的工业总线技术包括（）。A.ProfibusB.ModbusC.CAN总线D.以太网10.下列属于选矿过程自动化的主要内容有（）。A.磨矿分级自动控制B.浮选过程自动控制C.跳汰选自动控制D.选矿厂能源管理中心三、填空题1.在工业自动化控制中，将连续变化的物理量转换为数字量信号的过程称为__________。2.PID控制器中，比例度KP越小，系统的控制精度__________，但稳定性变差。3.4-20mA电流信号中，0mA表示__________，20mA表示__________。4.气动调节阀由__________、__________、阀体和阀内组件等部分组成。5.PLC的编程语言中，梯形图是图形语言，类似于__________电路图。6.在选矿过程中，为了保证磨矿效率，通常对__________浓度和粒度进行自动控制。7.自动控制系统的基本控制方式有开环控制、__________控制和复合控制。8.电磁流量计测量导电液体的流速，其测量原理是基于__________。9.在PLC中，用于存储用户程序的存储器是__________。10.模拟量输入模块将现场传感器传来的4-20mA电流信号转换为PLC可处理的数字信号，其分辨率通常以__________表示。四、判断题1.开环控制系统比闭环控制系统抗干扰能力强，控制精度高。（）2.气动执行机构以压缩空气为动力，具有结构简单、动作可靠、防爆等特点。（）3.热电阻和热电偶都可以用来测量温度，但热电阻主要用于测量高温，热电偶主要用于测量低温。（）4.在PID控制中，微分作用对于纯滞后环节的控制效果非常明显。（）5.4-20mA电流信号在传输过程中，导线电阻的大小会影响信号的大小。（）6.PLC的输入继电器线圈通电后，常开触点闭合，常闭触点断开，这种状态是永久保持的。（）7.DCS系统的主要特点是分散控制、集中管理。（）8.变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率电源的电气装置。（）9.在选矿自动化中，通常使用料位计来检测储料仓的物料高度。（）10.控制器的输出信号直接驱动调节阀动作，这种控制方式称为直接控制。（）五、简答题1.简述PID控制中比例、积分、微分三个作用的基本原理及各自的特点。2.什么是开环控制系统？什么是闭环控制系统？请各举一个选矿过程中的例子。3.简述DCS集散控制系统的主要特点。4.在选矿自动化中，为什么要对球磨机进行负荷控制？主要控制哪些参数？六、综合分析题1.某选矿厂球磨机给料系统采用变频器控制皮带输送机。已知皮带输送机的负载电流信号（4-20mA）与给料量成正比。PLC接收电流信号，经过PID运算后输出0-10V电压信号给变频器控制电机转速。请回答：（1）该系统属于哪种控制方式（开环/闭环）？为什么？（2）如果给料量突然增大，PLC的输入信号会如何变化？PID输出会如何变化？电机转速会如何变化？2.某选矿厂浮选槽液位控制系统示意图如下（文字描述）：浮选槽内的液位通过差压变送器检测，信号送入PLC控制器。控制器与液位设定值比较后，输出控制信号给气动调节阀，调节浮选槽底部的尾矿排矿量，以维持液位稳定。（1）请画出该控制系统的方框图（文字描述方框图结构）。（2）如果调节阀选型为气开式，且气源突然中断，浮选槽液位会发生什么变化？为什么？试卷答案一、单项选择题1.C解析：比较环节是将被控变量的测量值与给定值进行比较，产生偏差。控制器根据这个偏差进行运算，输出控制信号。2.B解析：积分作用（I）是累积误差的过程，只有当误差完全消除（偏差为0）时，积分作用才停止，因此主要用于消除系统的稳态误差（静差）。3.B解析：4-20mA是目前工业现场应用最广泛的模拟量信号标准。它具有“零点偏置”的特性（0mA不代表0测量值，而是代表下限值），且当导线断线时，电流会降为0mA，便于故障检测。4.B解析：气关式调节阀在气源中断（无气）时，由于弹簧的作用力，阀门处于全关状态；气开式调节阀在气源中断时处于全开状态。为了安全起见（如防止事故扩大），通常选用气关式。5.B解析：PLC的扫描周期包括输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。其中程序执行阶段的时间长短主要取决于用户程序指令的多少和复杂程度，因此主要取决于用户程序的长短。6.A解析：DCS集散控制系统的层级结构中，最底层是过程控制层（或现场控制层），由各种现场控制站（PLC）或智能仪表组成，直接与生产过程连接。7.C解析：热电阻主要用于测量中低温（通常在-200℃~500℃之间），利用金属导体的电阻随温度变化的特性。而热电偶用于高温测量。电磁流量计和超声波传感器常用于测量流量或液位。8.D解析：开环控制系统是指没有反馈环节的系统，输出量不对输入量产生影响。交通红绿灯控制系统通常按照固定的时间周期运行，不根据车流量进行反馈调整，属于典型的开环控制。9.A解析：常用的标准电压信号有0-10V和0-5V，其中0-10V由于量程较大，在工业现场应用更为广泛。10.A解析：4-20mA信号对应0-10MPa量程，线性关系为：输出电流=(测量值/量程)*(量程电流)+下限电流。即：mA=(P/10)*16+4。当mA=4时，P=0；当mA=20时，P=10。当mA=8时，(8-4)/16=0.25，即0.25*10=2.5MPa。二、多项选择题1.A、B、C、D解析：自动控制系统通常由被控对象、测量元件及变送器、控制器、执行机构等基本环节组成。2.A、B、C、D解析：PLC的硬件系统主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入输出单元（I/O单元）和电源模块组成。3.A、B、C、D解析：比例作用响应快但有余差；积分作用能消除余差但响应慢；微分作用能预测趋势、抑制超调，但易受噪声干扰；积分时间过大确实会使系统响应变慢。4.A、B、C解析：执行机构是指能产生驱动力直接或间接控制被控介质的装置。电动调节阀、气动调节阀和变频器都是连续调节的执行机构。继电器通常用于逻辑控制（开关控制），虽然也能控制电机，但在自动化术语中，执行机构更多指连续调节设备。5.A、B、C、D解析：热电偶测温范围广（高温），热电阻测温范围较窄（中低温）；孔板流量计适合大流量测量；不锈钢材质耐腐蚀。这四个选项在各自的适用场景下都是正确的选型原则。6.A、B、C、D解析：DCS系统由过程控制单元（PCU）、操作站（OS）、通信网络和现场仪表组成，这四个部分构成了DCS的完整体系。7.A、B、C、D解析：闭环控制系统具有反馈环节，输出量会反过来影响输入量，系统存在稳态误差（取决于控制算法），且按照给定值进行控制，符合闭环控制的所有特征。8.A、B解析：当系统出现剧烈振荡时，说明系统过强。增大比例度（减小比例作用）和增大积分时间（减小积分作用）都可以削弱控制作用，抑制振荡。9.A、B、C、D解析：Profibus、Modbus、CAN总线、以太网都是工业现场常用的通信总线技术。10.A、B、C、D解析：选矿自动化涵盖的范围很广，包括磨矿分级、浮选、重选（如跳汰选）、选煤等工艺环节的控制，以及能源管理等。三、填空题1.模数转换（A/D转换）解析：将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的过程称为A/D转换。2.越高（越灵敏）解析：比例度KP越小，控制作用越强，系统反应越灵敏，控制精度越高，但稳定性变差，容易引起振荡。3.下限值（或零点），上限值（或满量程值）解析：4-20mA信号中，0mA代表最小值（下限），20mA代表最大值（满量程）。4.气动薄膜执行机构，定位器解析：气动调节阀主要由执行机构（推动阀杆动作）和调节阀本体（改变流道截面积）组成，执行机构中常配有定位器以保证控制精度。5.电气解析：PLC的梯形图编程语言沿用了传统继电器控制电路的逻辑符号，因此被称为电气控制电路图。6.磨矿分级解析：磨矿是选矿的第一道工序，给矿量和浓度直接影响磨矿效率和产品质量，因此是重点控制对象。7.闭环解析：自动控制系统的基本方式除了开环，就是闭环控制（反馈控制）。8.法拉第电磁感应定律解析：电磁流量计基于法拉第电磁感应定律，导电液体在磁场中切割磁感线产生感应电动势，该电动势与流速成正比。9.用户存储器（或RAM）解析：PLC内部用于存储用户编写的程序和数据的存储器被称为用户存储器。10.位（Resolution，如12位、16位）解析：模拟量输入模块将模拟量转换为数字量，其分辨率通常用数字量的位数来表示，如12位分辨率。四、判断题1.×解析：开环控制系统没有反馈环节，抗干扰能力弱，控制精度低；闭环控制系统有反馈环节，抗干扰能力强，控制精度高。2.√解析：气动执行机构以压缩空气为动力，具有结构简单、动作可靠、本质安全（防爆）等优点，非常适合在化工和选矿等有粉尘爆炸危险的场所使用。3.×解析：热电偶主要用于测量高温（通常大于500℃），利用热电效应；热电阻主要用于测量中低温（通常在-200℃~500℃），利用金属的电阻温度系数。4.√解析：微分作用具有“超前”预测功能，能根据偏差的变化趋势提前进行控制，对于纯滞后较大的对象控制效果显著。5.×解析：4-20mA是电流信号，具有恒流源特性，导线电阻的变化不会影响信号的大小（电流保持不变）。只有电压信号受导线电阻影响。6.×解析：PLC的输出状态是瞬时刷新的，程序执行完后才输出。如果没有保持指令，一旦程序执行结束，输出状态就会恢复到初始状态（线圈断电），而不是永久保持。7.√解析：DCS系统采用“集中管理、分散控制”的架构，即监控操作集中在操作站，而控制功能分散在各个控制站中，互不影响，提高了可靠性。8.√解析：变频器的基本原理就是通过改变电力电子器件的通断角度来改变输出电压和频率，从而实现电机的调速。9.√解析：料位计是选矿厂中常用的仪表，用于监测料仓、溜槽或漏斗内的物料高度或储量。10.×解析：如果控制器直接根据设定值输出控制信号，不经过测量值的反馈比较，这是开环控制。题目中描述的是典型的闭环控制过程（有反馈回路），因此不是直接控制。五、简答题1.答案：*比例作用（P）：基于当前偏差进行控制，偏差越大，控制作用越强。特点是反应快，控制及时，但存在稳态误差（静差）。*积分作用（I）：对偏差的累积进行控制，只要偏差存在，积分作用就不断增强，直到偏差消除。特点是能消除稳态误差，但响应速度慢，容易引起超调。*微分作用（D）：基于偏差的变化趋势进行控制，预判未来的偏差变化，在偏差增大前提前施加反向作用。特点是能抑制超调，改善系统动态性能，但易受噪声干扰，对纯滞后对象效果不明显。2.答案：*开环控制系统：输出量不影响输入量，没有反馈环节。*例子：交通红绿灯控制系统（按固定时间切换，不根据车流量反馈）。*闭环控制系统：输出量影响输入量，有反馈环节。*例子：电加热炉温度控制系统（通过温度传感器检测炉温，并与设定值比较，控制加热功率）。3.答案：*分散控制：将控制功能分散到各个现场控制单元（如PLC站），避免了集中控制带来的风险。*集中管理：操作员可以在操作站上监视整个工厂的生产过程，进行集中操作和优化管理。*通信网络：各站之间通过高速数据通信网络连接，实现信息共享。*高可靠性：单个站故障不影响全局，且采用冗余技术，可靠性高。4.答案：*原因：磨矿是选矿的“龙头”工序，其负荷直接影响后续浮选作业的指标（如精矿品位和回收率）。负荷控制不稳定会导致磨矿效率下降、能耗增加甚至设备损坏。*主要参数：1.给矿量：控制进入磨机的矿石量。2.磨机负荷（钢球量或矿浆浓度）：控制磨机内的矿量和钢球量，保证磨机处于最佳工况（如溢流粒度合格）。六、综合分析题1.答案及解析思路：*（1）该系统属于闭环控制系统。*解析：系统中存在反馈环节，皮带输送机的负载电流信号反映了实际的给料量，这