过程控制系统与仪表习题答案

1、一、某化学反应器 ,工艺规定操作温度为 00 10，考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过 15。现设计运行得温度定值调节系统，在最大阶跃干扰作用下得过渡过程曲线如下图所示 ,试求：该系统得过渡过程品质指标 （最大偏差、余差、衰减比、振荡周期与过渡时间） ，并问该调节系统就是否满足工艺要求。参考答案 :最大偏差 =3000= 30 余差 =0- 0=5衰减比n=y1： y3 = 5： 5： 1振荡周期t = 20 = 15（m )设被控变量进入稳态值得土2，就认为过渡过程结束,则误差区域 = 5（ %） 4 1在新稳态值（ 0）两侧以宽度为 4.画一区域（阴影线） 。曲线进入时间点ts

2、 22 n工艺规定操作温度为2000,考虑安全因素 ,调节过程中温度规定值最大不得超过15,而该调节系统 = 0,不满足工艺要求。最大偏差a 20200 = 30余差c=05-20 = 5 衰减比n y1: 3= 2 ： ：二、如图所示 ,用差压变送器检测液位。已知 1=1 00k m ，2=95 kg m3 ，h= 0 ,h25.0m ，液位变化得范围为 03 。0，如果当地重力加速度 98m s，求差压变送器得量程与迁移量。当液位在 03.0m 变化时，差压得变化量为1gma = 1200 9、83、03280 pa根据差压变送器得量程系列，可选差变得量程为40pa当 h时 ,有p= 2g

3、(h2 h )= 09、8(、 01、0)= 37240pa所以，差压变送器需要进行负迁移，负迁移量为7、2 kpa迁移后该差变得测量范围为37、242、7kp若选用ddz型仪表，则当变送器输出 =4 时，表示= ;当 i 0时，h=40 3、 0/35 、 28=3.4m, 即实际可测液位范围为0 3。 4 .如果要求 h30时差变输出满刻度 (20ma）,则可在负迁移后再进行量程调整，使得当p= 37、2 3、 28-1 、 6pa 时,差变得输出达到 0ma.三、有一台电动差压变送器，表量程为25000p ,对应得最大流量为50t ,工艺要求 40t/h时报警。问：不带开方器时,报警值设

4、定在多少？带开方器时,报警信号设定在多少 ?参考答案：不带开方器时对应40t/h 流量得差压p1= 000（ 40/ 0）2 600pa? 对应 40t/h 流量得输出i 出 1= （100/25000 ）16 4=12 、 ma? 报警值 s=12、 4a带开方器时，q=k? 对应 0t/h 流量得差压p2= 5000(4） =20000pa对应 40 /h 流量得输出i 出（ 2000/250 )16+4 6、8ma报警值 s 16、 m四、某比例控制器，温度控制范围为400800 ,输出信号范围就是4 0。当指示指针从 0变到 00时，控制器相应得输出从8变为16a.求设定得比例度。即：

5、温度得偏差在输入量程得50%区间内（即 0)时,与 y 就是 2 倍得关系 .五、有一台比例积分调节器，它得比例度为50%，积分时间为1 分，开始时，测量、给定与输出都在50，当测量变化到5时 ,输出变化到多少?1分钟后又变化到多少？（1）当测量由50跃变到 55%得一瞬间，时间t=0 。已知调节器得比例度 5 ,积分时间 t=1 分，= 入= 550%=5? 代入上式可得y（ 0+）i 出（ 0+ ） = =10 即输出变化为 10加上原有得 ,所以输出跃变到6%。（）一分钟后，输出变化为y(） =i 出 (1） = 0%加上原有得 50%，所以一分钟后输出变到5%+20%=70六、请判定图

6、所示温度控制系统中，调节阀与调节器得作用型式。t物料1. 当 物 料 为 温 度 过 低 时 易析 出 结晶 颗 粒 得 介 质 ， 调 节 介 质 为 过 热蒸 汽时 ；（ a ）2. 当 物 料 为 温 度 过 高 时 易 结 焦 或 分 解 得 介 质 , 调 节 介 质 为 过 热 蒸 汽 时 ; ( b ）3.当物料为温度过低时易析出结晶颗粒得介质，调节介质为待加热得软化水时；（ c)4. 当物料为温度 过高时 易结焦或分解 得介质，调节 介质为待加热 得软化 水时；（ d ）a、气关调节阀，正作用调节器;b、气开调节阀，反作用调节器；、气开调节阀 ,正作用调节器 ;、气关调节阀 ,

7、反作用调节器、七、对于图示得加热器串级控制系统.要求 :（ )画出该控制系统得方框图，并说明主变量、副变量分别就是什么？主控制器、副控制器分别就是哪个？(2 ）若工艺要求加热器温度不能过高，否则易发生事故,试确定控制阀得气开气关型式；(3 ）确定主、副控制器得正反作用 ;（）当蒸汽压力突然增加时，简述该控制系统得控制过程；（5 ）当冷物料流量突然加大时，简述该控制系统得控制过程;(注:要求用各变量间得关系来阐述)解：（1）该控制系统得方框图扰动 1扰动 2主设副设操纵蒸汽出口定值温度定值流量控制阀变量流量温度对温度流量对控制器控制器象副测量值流量测量变 送主测量值温度测量变 送(2）由于工艺要

8、求加热器温度不能过高，否则易发生事故，所以控制阀应选用气开型式，一但气源故障断气 ,控制阀自动关闭，蒸汽不再进入加热器，以避免介质温度过高发生事故.(3）确定主、副控制器得正反作用:在副回路中， 由于流量对象就是 “ ”作用 (阀开大 ,流量增加 )得( 0 ），控制阀也就是“+ 作用 (气开式）得（ kv），故副控制器 f就是 “” 特性 (kc20)，选反作用，这样才起到负反馈得控制作用；在主回路中，由于主对象就是“+ ”作用（副变量蒸汽流量增大，主变量出口温度也增大）得 ( o10 ）,故主控制器就是 “” 特性 ( 10）,选反作用 ,这样才起到负反馈得控制作用。(4）当蒸汽压力突然增

9、加时 ,该控制系统得控制过程如下:蒸汽压力增加， 则蒸汽流量增加 ,由于fc 为反作用，故其输出降低 ,因而气开型得控制阀关小， 蒸汽流量减少以及时克服蒸汽压力变化对蒸汽流量得影响 ,因而减少以致消除蒸汽压力波动对加热炉出口物料温度得影响，提高了控制质量。（5）当冷物料流量突然加大时,该控制系统得控制过程如下：冷物料流量加大,加热炉出口物料温度降低 ,反作用得tc 输出增加 ,因而使 c 得给定值增加 ,为反作用 ,故其输出也增加，于就是气开型得控制阀开大,蒸汽流量增加以使加热炉出口物料温度增加，起到负反馈得控制作用。九、试判断图示两系统各属于何种控制系统？说明其理由，并画出相应得系统方框图。

10、右图就是以加热器出口温度为主被控变量,以燃料油流量为副被控变量与操纵变量构成得典型串级控制系统；左图就是一种形似串级控制但实际就是一种前馈反馈控制系统。两个控制器tc 与 fc 串级工作 ,tc 得输出作为 f得给定，形似串级控制， 但并没有副回路 ,只有一个反馈回路， 执行器得输出并不能改变原料得流量，所以不能认为就是一个串级控制系统.为静态前馈反馈控制得非标准形式 .有时前馈反馈控制系统从其系统结构上瞧与串级控制系统十分相似,试问任何区分它们？试分析图示得两个系统各属于什么系统？说明其理由。? 前馈反馈控制系统也有两个控制器，但在结构上与串级控制系统就是完全不同得。? 串级控制系统就是由内

11、、外两个控制回路所组成；? 而前馈 - 反馈控制系统就是由一个反馈回路与另一个开环得补偿回路叠加而成。图（ b)就是以加热器出口温度为主被控变量,以燃料油流量为副被控变量与操纵变量构成得典型串级控制系统；图( )就是一种形似串级控制但实际就是一种前馈反馈控制系统。两个控制器t与 fc串级工作 ,tc 得输出作为 f得给定 ,形似串级控制 ,但并没有副回路 ,只有一个反馈回路， 执行器得输出并不能改变原料得流量,所以不能认为就是一个串级控制系统.为静态前馈 反馈控制得非标准形式。参考答案 :ftfc炉出口温度对燃料油流量得串级控制tc+加热炉得前馈 - 反馈控tt制系统t十、图示得热交换器中，物料与蒸汽换热被加热,原要料求出口温度达到规定得出要口求温度 .试分析下述情况下应采取何种控制方案为好。画出系统得结构图与方块图.（1）物料流量比较稳定，而蒸汽压力波动较大。(）蒸汽压力比较稳定，而物料流量f 波动较大。(3) 物料流量 f 比较稳定，而物料入口温度及蒸汽压力波动都较大。燃料油(1)物料流量 f 比较稳定，而蒸汽压力波动较大.可设计出口温度为主变量，蒸汽压力为副变量得得串级控制系统。扰动 f2扰动 f1设定值温度控压力控p温度 t压力对象温度对象制器 tc+执行器+制器 pc测量、变送 y2测量、变送