過程控制系統(tǒng)與儀表習(xí)題答案

1、.一、某化學(xué)反應(yīng)器，工藝規(guī)定操作溫度為200±10，考慮安全因素，調(diào)節(jié)過程中溫度規(guī)定值最大不得超過15?，F(xiàn)設(shè)計(jì)運(yùn)行的溫度定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如下圖所示，試求：該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標(biāo)（最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過渡時(shí)間），并問該調(diào)節(jié)系統(tǒng)是否滿足工藝要求。參考答案：最大偏差 A = 230-200 = 30余差 C= 205-200 = 5衰減比 n = y1: y3 = 25:5 = 5:1振蕩周期 T = 20 5 = 15 （min）設(shè)被控變量進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值的土2，就認(rèn)為過渡過程結(jié)束，則誤差區(qū)域=205 ×（ ± 2） 

2、7; 4.1在新穩(wěn)態(tài)值（205）兩側(cè)以寬度為±4.1畫一區(qū)域（陰影線）。曲線進(jìn)入時(shí)間點(diǎn) Ts = 22min工藝規(guī)定操作溫度為200±10，考慮安全因素，調(diào)節(jié)過程中溫度規(guī)定值最大不得超過15，而該調(diào)節(jié)系統(tǒng)A=30，不滿足工藝要求。最大偏差 A = 230-200 = 30余差 C= 205-200 = 5衰減比 n = y1: y3 = 25:5 = 5:1二、如圖所示，用差壓變送器檢測(cè)液位。已知11200kgm3，2950kgm3，h11.0m，h25.0m，液位變化的范圍為 03.0m，如果當(dāng)?shù)刂亓铀俣?g9.8ms，求差壓變送器的量程和遷移量。 當(dāng)液位在03.0m變

3、化時(shí)，差壓的變化量為 1gHmax 1200×9.8×3.035280 Pa根據(jù)差壓變送器的量程系列，可選差變的量程為40kPa當(dāng)H0時(shí)，有 p2g（h2h1）950×9.8×（5.01.0）37240 Pa所以，差壓變送器需要進(jìn)行負(fù)遷移，負(fù)遷移量為37.24kPa遷移后該差變的測(cè)量范圍為37.242.76kPa 若選用 DDZ-型儀表，則當(dāng)變送器輸出 I4mA時(shí)，表示 H0；當(dāng)I20mA時(shí)，H40×3.035.283.4m，即實(shí)際可測(cè)液位范圍為 03.4m。如果要求H3.0m時(shí)差變輸出滿刻度（20mA），則可在負(fù)遷移后再進(jìn)行量程調(diào)整，使得當(dāng)p

4、37.2435.281.96kPa時(shí)，差變的輸出達(dá)到20mA。 三、有一臺(tái)電動(dòng)差壓變送器，表量程為25000Pa，對(duì)應(yīng)的最大流量為50t/h，工藝要求40t/h時(shí)報(bào)警。問：不帶開方器時(shí)，報(bào)警值設(shè)定在多少？帶開方器時(shí)，報(bào)警信號(hào)設(shè)定在多少？參考答案：不帶開方器時(shí)對(duì)應(yīng)40t/h流量的差壓 P1= 25000(40/50)2=16000Pa對(duì)應(yīng)40t/h流量的輸出I出1=（16000/25000）16+4=12.24mA報(bào)警值S=12.24mA帶開方器時(shí), Q=KP對(duì)應(yīng)40t/h流量的差壓 P2= 25000(40/50)=20000Pa對(duì)應(yīng)40t/h流量的輸出I出2=（20000/25000）16+

5、4=16.8mA報(bào)警值S=16.8mA四、某比例控制器，溫度控制范圍為400800，輸出信號(hào)范圍是420mA。當(dāng)指示指針從600變到700時(shí)，控制器相應(yīng)的輸出從8mA變?yōu)?6mA。求設(shè)定的比例度。即：溫度的偏差在輸入量程的50區(qū)間內(nèi)（即200）時(shí)，e和y是2倍的關(guān)系。五、有一臺(tái)比例積分調(diào)節(jié)器，它的比例度為50%，積分時(shí)間為1分，開始時(shí)，測(cè)量、給定和輸出都在50%，當(dāng)測(cè)量變化到55%時(shí)，輸出變化到多少？1分鐘后又變化到多少？(1)當(dāng)測(cè)量由50%躍變到55%的一瞬間，時(shí)間t=0。已知調(diào)節(jié)器的比例度=50%，積分時(shí)間TI=1分，=I入=55%-50%=5%代入上式可得y(0+)= I出 (0+)=

6、=10%即輸出變化為10%加上原有的50%，所以輸出躍變到60%。(2)一分鐘后，輸出變化為y(1)= I出(1)=20%加上原有的50%，所以一分鐘后輸出變到50%+20%=70%六、請(qǐng)判定圖所示溫度控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥和調(diào)節(jié)器的作用型式。TC物料1. 當(dāng)物料為溫度過低時(shí)易析出結(jié)晶顆粒的介質(zhì)，調(diào)節(jié)介質(zhì)為過熱蒸汽時(shí)； （ A ）2. 當(dāng)物料為溫度過高時(shí)易結(jié)焦或分解的介質(zhì)，調(diào)節(jié)介質(zhì)為過熱蒸汽時(shí)； （ B ）3. 當(dāng)物料為溫度過低時(shí)易析出結(jié)晶顆粒的介質(zhì)，調(diào)節(jié)介質(zhì)為待加熱的軟化水時(shí)； （ C） 4. 當(dāng)物料為溫度過高時(shí)易結(jié)焦或分解的介質(zhì)，調(diào)節(jié)介質(zhì)為待加熱的軟化水時(shí)； （ D ） A.氣關(guān)調(diào)節(jié)閥，正作用

7、調(diào)節(jié)器；B.氣開調(diào)節(jié)閥，反作用調(diào)節(jié)器；C.氣開調(diào)節(jié)閥，正作用調(diào)節(jié)器；D.氣關(guān)調(diào)節(jié)閥，反作用調(diào)節(jié)器.七、對(duì)于圖示的加熱器串級(jí)控制系統(tǒng)。要求：（1）畫出該控制系統(tǒng)的方框圖，并說明主變量、副變量分別是什么？主控制器、副控制器分別是哪個(gè)？（2）若工藝要求加熱器溫度不能過高，否則易發(fā)生事故，試確定控制閥的氣開氣關(guān)型式；（3）確定主、副控制器的正反 作用；（4）當(dāng)蒸汽壓力突然增加時(shí)， 簡(jiǎn)述該控制系統(tǒng)的控制過程；（5）當(dāng)冷物料流量突然加大時(shí)， 簡(jiǎn)述該控制系統(tǒng)的控制過程；（注：要求用各變量間的關(guān)系來闡述） 解：（1）該控制系統(tǒng)的方框圖溫度控制器控制閥流量對(duì)象象流量測(cè)量變送主設(shè)定值擾動(dòng)1出口溫度操縱變量流量控制

8、器溫度對(duì)象蒸汽流量溫度測(cè)量變送副設(shè)定值主測(cè)量值副測(cè)量值擾動(dòng)2（2）由于工藝要求加熱器溫度不能過高，否則易發(fā)生事故，所以控制閥應(yīng)選用氣開型式，一但氣源故障斷氣，控制閥自動(dòng)關(guān)閉，蒸汽不再進(jìn)入加熱器，以避免介質(zhì)溫度過高發(fā)生事故。（3）確定主、副控制器的正反作用：在副回路中，由于流量對(duì)象是“”作用（閥開大，流量增加）的（Ko2>0），控制閥也是“”作用（氣開式）的（Kv>0），故副控制器FC是“”特性（Kc2>0），選反作用，這樣才起到負(fù)反饋的控制作用；在主回路中，由于主對(duì)象是“”作用（副變量蒸汽流量增大，主變量出口溫度也增大 ）的（Ko1>0），故主控制器TC是“”特性（Kc

9、1>0），選反作用，這樣才起到負(fù)反饋的控制作用。（4）當(dāng)蒸汽壓力突然增加時(shí)，該控制系統(tǒng)的控制過程如下：蒸汽壓力增加，則蒸汽流量增加，由于FC為反作用，故其輸出降低，因而氣開型的控制閥關(guān)小，蒸汽流量減少以及時(shí)克服蒸汽壓力變化對(duì)蒸汽流量的影響，因而減少以致消除蒸汽壓力波動(dòng)對(duì)加熱爐出口物料溫度的影響，提高了控制質(zhì)量。（5）當(dāng)冷物料流量突然加大時(shí)，該控制系統(tǒng)的控制過程如下：冷物料流量加大，加熱爐出口物料溫度降低，反作用的TC輸出增加，因而使FC的給定值增加， FC為反作用，故其輸出也增加，于是氣開型的控制閥開大，蒸汽流量增加以使加熱爐出口物料溫度增加，起到負(fù)反饋的控制作用。九、試判斷圖示兩系統(tǒng)各

10、屬于何種控制系統(tǒng)？說明其理由，并畫出相應(yīng)的系統(tǒng)方框圖。右圖是以加熱器出口溫度為主被控變量，以燃料油流量為副被控變量和操縱變量構(gòu)成的典型串級(jí)控制系統(tǒng)；左圖是一種形似串級(jí)控制但實(shí)際是一種前饋反饋控制系統(tǒng)。兩個(gè)控制器TC與FC串級(jí)工作，TC的輸出作為FC的給定，形似串級(jí)控制，但并沒有副回路，只有一個(gè)反饋回路，執(zhí)行器的輸出并不能改變?cè)系牧髁?，所以不能認(rèn)為是一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)。為靜態(tài)前饋-反饋控制的非標(biāo)準(zhǔn)形式。有時(shí)前饋反饋控制系統(tǒng)從其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看與串級(jí)控制系統(tǒng)十分相似，試問任何區(qū)分它們？試分析圖示的兩個(gè)系統(tǒng)各屬于什么系統(tǒng)？說明其理由。 前饋反饋控制系統(tǒng)也有兩個(gè)控制器，但在結(jié)構(gòu)上與串級(jí)控制系統(tǒng)是完全不同的

11、。 串級(jí)控制系統(tǒng)是由內(nèi)、外兩個(gè)控制回路所組成； 而前饋反饋控制系統(tǒng)是由一個(gè)反饋回路和另一個(gè)開環(huán)的補(bǔ)償回路疊加而成。 圖（b）是以加熱器出口溫度為主被控變量，以燃料油流量為副被控變量和操縱變量構(gòu)成的典型串級(jí)控制系統(tǒng)；圖（a）是一種形似串級(jí)控制但實(shí)際是一種前饋反饋控制系統(tǒng)。兩個(gè)控制器TC與FC串級(jí)工作，TC的輸出作為FC的給定，形似串級(jí)控制，但并沒有副回路，只有一個(gè)反饋回路，執(zhí)行器的輸出并不能改變?cè)系牧髁浚圆荒苷J(rèn)為是一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)。為靜態(tài)前饋-反饋控制的非標(biāo)準(zhǔn)形式。參考答案：爐出口溫度對(duì)燃料油流量的串級(jí)控制 加熱爐的前饋反饋控制系統(tǒng)十、圖示的熱交換器中，物料與蒸汽換熱，要求出口溫度達(dá)到規(guī)定的要求。試分析下述情況下應(yīng)采取何種控制方案為好。畫出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖與方塊圖。（1）物料流量F比較穩(wěn)定，而蒸汽壓力波動(dòng)較大。（2）蒸汽壓力比較穩(wěn)定，而物料流量F波動(dòng)較大。（3）物料流量F比較穩(wěn)定，而物料入口溫度及蒸汽壓力波動(dòng)都較大。（1）物料流量F比較穩(wěn)定，而蒸汽壓力波動(dòng)較大?？稍O(shè)計(jì)出口溫度為主變量，蒸汽壓力為副變量的的串級(jí)控制系統(tǒng)。壓力控制器PC執(zhí)行器 壓力對(duì)象溫度T設(shè)定值擾動(dòng)f1控制系統(tǒng)方塊圖溫度對(duì)象溫度控制器TC+擾動(dòng)f2測(cè)量、變送