過程控制系統(tǒng)考試知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、過程控制系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)考試題型一、判斷題（共10分）二、單選（20分）三、填空（10分）四、簡答題（5小題，共20分）五、分析計(jì)算題（4小題，共40分，每題10分）一、概論1、過程控制概念：五大參數(shù)。過程控制的定義：工業(yè)中的過程控制是指以溫度、壓力、流量、液位和成分等工藝參數(shù)作為被控變量的自動(dòng)控制。2、簡單控制系統(tǒng)框圖?？刂苾x表的定義：接收檢測儀表的測量信號(hào)，控制生產(chǎn)過程正常進(jìn)行的儀表。主要包括：控制器、變送器、運(yùn)算器、執(zhí)行器等，以及新型控制儀表及裝置?？刂苾x表的作用：對(duì)檢測儀表的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算、處理，發(fā)出控制信號(hào)，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。3、能將控制流程圖（工程圖、工程設(shè)計(jì)圖冊(cè)）轉(zhuǎn)化成控制系統(tǒng)框圖

2、第-個(gè)字母：參數(shù)類型T-溫度(Temperature)P壓力(Pressure)L-物位（Level）F-流量（Flow）W-重量(Weight)第二個(gè)字母：功能符號(hào)T-變送器(transmitter)C-控制器(Controller)I指示器（Indicator）R-記錄儀（Recorder）A-報(bào)警器（Alarm）4、DDZ-川型儀表的電壓信號(hào)制，電流信號(hào)制。QDZ-IH型儀表的信號(hào)制。它們之間聯(lián)用要采用電氣轉(zhuǎn)換器。5、電信號(hào)的傳輸方式，各自特點(diǎn)。電壓傳輸特點(diǎn)：1）.某臺(tái)儀表故障時(shí)基本不影響其它儀表；2）.有公共接地點(diǎn)；3）.傳輸過程有電壓損耗，故電壓信號(hào)不適宜遠(yuǎn)傳。電流信號(hào)的特點(diǎn)：1）.

3、某臺(tái)儀表出故障時(shí)，影響其他儀表；2）.無公共地點(diǎn)。若要實(shí)現(xiàn)儀表各自的接地點(diǎn)，則應(yīng)在儀表輸入、輸出端采取直流隔離措施。6、變送器有四線制和二線制之分。區(qū)別。1、四線制：電源與信號(hào)分別傳送，對(duì)電流信號(hào)的零點(diǎn)及元件的功耗無嚴(yán)格要求。2、兩線制：節(jié)省電纜及安裝費(fèi)用，有利于防爆?；盍泓c(diǎn)，兩條線既是信號(hào)線又是電源線。7、本安防爆系統(tǒng)的2個(gè)條件。1、在危險(xiǎn)場所使用本質(zhì)安全型防爆儀表。2、在控制室儀表與危險(xiǎn)場所儀表之間設(shè)置安全柵，以限制流入危險(xiǎn)場所的能量。8安全柵的作用、種類。安全柵的作用：1、安全柵作為本安儀表的關(guān)聯(lián)設(shè)備，可用于傳輸信號(hào)。2、控制流入危險(xiǎn)場所的能量在爆炸性氣體或混合物的點(diǎn)火能量以下，以確保系

4、統(tǒng)的本安防爆性能。安全柵的種類：齊納式安全柵、隔離式安全柵二、基型調(diào)節(jié)器1、基型調(diào)節(jié)器組成：控制單元和指示單元?；驼{(diào)節(jié)器控制單元構(gòu)成?；涂刂破饔址Q基型調(diào)節(jié)器，對(duì)來自變送器的1-5V直流電壓信號(hào)與給定值相比較所產(chǎn)生的偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出4-20mA（DC）直流控制信號(hào)?？刂茊卧狠斎腚娐罚ㄆ畈顒?dòng)和電平移動(dòng)電路）、PID運(yùn)算電路（由PD與PI運(yùn)算電路串聯(lián)）、輸出電路（電壓、電流轉(zhuǎn)換電路）以及硬、軟手操電路；指示單元：測量信號(hào)指示電路、設(shè)定信號(hào)指示電路。2、測量信號(hào)、內(nèi)給定信號(hào)范圍；外給定信號(hào)范圍。測量和內(nèi)給定信號(hào)：15V（DC）;外給定信號(hào)：420mA直流電流。（它經(jīng)過250Q精密電阻轉(zhuǎn)

5、換成15V直流電壓）3、輸入電路、輸出電路的作用。輸入電路作用：1）.信號(hào)綜合。將（Ui-Us）后放大兩倍反相以Uo1輸出，即Uo1=-2（Ui-Us）。2）.電平轉(zhuǎn)換。將以0V為基準(zhǔn)的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為以Ub（10V）為基準(zhǔn)的輸出信號(hào)Uo10電平轉(zhuǎn)換的目的：使運(yùn)算放大器工作在允許的共模輸入電壓范圍內(nèi)。輸出電路作用：把PID輸出Uo3（以UB為基準(zhǔn)）轉(zhuǎn)換成4-20mA.DC輸出。實(shí)現(xiàn)電壓一電流轉(zhuǎn)換。4、放大系數(shù)和比例度。比例度比例度的一般表達(dá)式：maxmin100%輸入的相對(duì)變化輸出的相對(duì)變化ymaxymin式中:maxmin偏差變化范圍；ymaxymin輸出信號(hào)變化范圍。在單元組合儀表中，max

6、minmaxymin。此時(shí)比例度可表示為：100%Kp即與Kp成反比，愈小，Kp愈大，比例作用就越強(qiáng)。5、基型調(diào)節(jié)器PD電路的階躍響應(yīng)曲線形狀；比例分量；t=TD/KD時(shí)的微分分量；微分時(shí)間。作用：對(duì)Uo1進(jìn)行PD運(yùn)算，可設(shè)置Td、Kp（或比例度）。Td為微分時(shí)間；Kp為比例系數(shù)。比例系數(shù)：Kd微分時(shí)間：Td=nRDCD調(diào)整Rp（）和Rd可改變比例度和微分時(shí)間。微分作用：快速的調(diào)節(jié)作用，超前作用。6、基型調(diào)節(jié)器PI電路的階躍響應(yīng)曲線形狀；比例分量：Kc=CI/CM;t=TI時(shí)的積分分量；積分時(shí)間。7、積分飽和。解決積分飽和辦法：1）對(duì)控制器的輸出加以限幅，使其不超過額定的最大值或最小值；2）限

7、制積分電容兩端的充電電壓；3）切除積分作用。8微分時(shí)間對(duì)微分作用的影響，積分時(shí)間對(duì)積分作用的影響。微分時(shí)間越小，微分作用越強(qiáng)；積分時(shí)間越大，積分作用越強(qiáng)。9、軟手操電路和硬手操電路。軟手動(dòng)操作電路是積分電路。硬手動(dòng)操作電路是比例電路。作業(yè)2-4某P控制器的輸入信號(hào)是4mA20mA，輸出信號(hào)為1V5V，當(dāng)比例度S=60%時(shí)，輸入變化0.6mA所引起的輸出變化是多少？解：根據(jù)比例度的公式：xXmaxXmin100%yymaxymin得x1y(ymaxymin)xmaxxmin0.6120-760(51)025V4mA20mA，控制器的初始值li=lo=4mA,3的階躍信號(hào)，分別求取t=12s時(shí)：P

8、I工況下2-7某PID控制器（正作用）輸入、輸出信號(hào)均為=200%,Ti=TD=2min,Kd=10。在t=0時(shí)輸入/Ii=2mA的輸出值；PD工況下的輸出值。解：PI工況下11P分量=Kplili21mA200%Ti時(shí)：P分量=l分量；則Ti時(shí)，PI分量=2mATi=2x60=120sPI直線過（0,1）和（120,則t=12s時(shí)的輸出變化量為：2）兩點(diǎn)t=12s時(shí)的輸出為Io=初值+21Io1121200Io=4+1.1=5.1mA1.1mAPD工況下Ii|iiiP分量=KP2200%1mAli1mA解得12sliTd260Io0.368仇KdIiP分量t=12s時(shí)的輸出為：Io=初值+1

9、。=40.368105218.312mA0三、變送器1、變送器的結(jié)構(gòu)。變送器的作用構(gòu)成原理：變送器是基于負(fù)反饋原理工作的，其構(gòu)成原理如圖所示，它包括測量部分（既輸入轉(zhuǎn)換部分）、放大器和反饋部分。零點(diǎn)調(diào)整Z0變送器和轉(zhuǎn)換器的作用是分別將各種工藝變量(如溫度、壓力、流量、液位)和電信號(hào)(如電壓、電流、頻率、氣壓信號(hào)等)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以供顯示、記錄和控制之用。2、變送器的輸入輸出關(guān)系。yK(zZoZf)K(CxZoFy)3、量程調(diào)整的目的；零點(diǎn)調(diào)整/遷移。使變送器的輸出信號(hào)下限值ymin與測量范圍的下限值Xmin相對(duì)應(yīng)，在Xmin=0時(shí)，稱為零點(diǎn)調(diào)整，在Xmin工0時(shí)，稱為零點(diǎn)遷移。零點(diǎn)

10、調(diào)整使變送器的測量起始點(diǎn)為零。零點(diǎn)遷移是把測量的起始點(diǎn)由零遷移到某一數(shù)值。4、差壓變送器的作用；差動(dòng)變壓器的作用。差壓變送器是將液體、氣體或蒸汽的壓力、流量、液位等工藝變量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，作為指示記錄儀、調(diào)節(jié)器或計(jì)算機(jī)裝置的輸入信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)上述變量的顯示、記錄或自動(dòng)控制。差動(dòng)變壓器是由檢測片(銜鐵)、上、下罐形磁芯和四組線圈構(gòu)成。其作用是將檢測片的位移s轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)UCD。席劃片A0AoL02-1S箜動(dòng)喪壓翳的硏構(gòu)A1土St舷土St舷5、溫度變送器的品種、結(jié)構(gòu)(量程單元和放大單元)；四線制溫度變送器的特點(diǎn)。各類變送器分為三個(gè)品種：直流毫伏變送器、熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送

11、器。四線制溫度變送器有如下特點(diǎn)：(1) 主放大器為低漂移、高增益的運(yùn)算放大器，使儀表具有良好的可靠性和穩(wěn)定性。(2) 在熱電偶和熱電阻溫度變送器中采用了線性化電路，從而使變送器的輸出信號(hào)和被測溫度呈線性關(guān)系，便于指示和記錄。(3) 變送器的輸入、輸出之間具有隔離變壓器，采用了安全隔離變壓器，并采用了安全火花防爆措施，故具有良好的抗干擾性能，且能測量來自危險(xiǎn)場所的直流毫伏或溫度信號(hào)。6、熱電偶溫度變送器以及熱電阻溫度變送器的量程單元。7、氣動(dòng)儀表的基本元件。由氣阻、氣容、彈性元件、噴嘴-擋板機(jī)構(gòu)和功率放大器等基本元件組成。8彈性元件、噴嘴擋板機(jī)構(gòu)、電氣轉(zhuǎn)換器彈性元件作用：將壓差轉(zhuǎn)換成位移，在儀器

12、的連接處產(chǎn)生一定的操作力噴嘴擋板機(jī)構(gòu)作用：將微小的位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的壓力信號(hào)。電/氣轉(zhuǎn)換器工作原理是基于力矩平衡原理工作的。四、運(yùn)算器和執(zhí)行器1開方器應(yīng)用場合、作用。開方器主要應(yīng)用在流量測量與控制系統(tǒng)中，開方器對(duì)差壓變送器的輸出信號(hào)進(jìn)行開方運(yùn)算，從而得到與被測流量成比例關(guān)系的電壓或電流信號(hào)。2、執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)、分類。執(zhí)行器分為兩部分：執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。IifLfQ直行程（直線位移）角行程（角位移）（兩者減速器不同）氣動(dòng)執(zhí)行器電動(dòng)執(zhí)行器液動(dòng)執(zhí)行3、角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。220V420mAIi伺服放大器操作器嚴(yán)伺服電機(jī)減速器If位置反饋閥位指示位置發(fā)送器放大器角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)方框圖執(zhí)行機(jī)構(gòu)09

13、04、標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)范圍（20kPa-100kPa），氣源信號(hào)（140kPa）。5、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的種類。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有薄膜式和活塞式兩種，常見的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均屬薄膜式。薄膜式特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)作可靠、維修方便、價(jià)格低，但輸出行程較小，只能直接帶動(dòng)閥桿。6、調(diào)節(jié)閥的正反作用、正裝閥/反裝閥、氣開/氣關(guān)。7、氣開閥/氣關(guān)閥的選擇原則調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)閥選擇，主要根據(jù)工藝生產(chǎn)的需要和安全要求來決定的；原則是當(dāng)信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)能確保工藝設(shè)備和生產(chǎn)的安全。如果閥門處于全開位置安全性高，貝U應(yīng)選用氣關(guān)閥，反之，則應(yīng)選用氣開閥。8閥門定位器的作用。閥門定位器可以增加執(zhí)行器的輸出功率，減小信號(hào)傳遞滯后，加快閥

14、桿的位移速度，提高線性度，克服摩擦力影響，保證閥位正確到位。9、控制閥的工作原理；流量特性；理想流量特性、工作流量特性。控制閥體就是依據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的推桿位移量來改變閥門的開啟程度，從而改變流通阻力以達(dá)到控制流體介質(zhì)流量的目的?？刂崎y的流量特性，是指控制介質(zhì)流過閥門的相對(duì)流量與閥門相對(duì)開度(即推桿的相對(duì)位移)之間的函數(shù)關(guān)系。理想流量特性：閥前后差壓不變時(shí)的流量特性(固有流量特性)。工作流量特性：閥裝在管道中，前后差壓變時(shí)的流量特性，也叫實(shí)際流量特性。10、控制閥的流量特性類型、各自特點(diǎn)。理想流量特性，通常有四種典型形式：(1) 直線特性-流量與閥芯位移成直線關(guān)系；(2) 對(duì)數(shù)特性-流量與閥芯位

15、移成對(duì)數(shù)關(guān)系，引起的流量變化的百分比相等；(3) 快開特性-開度較小時(shí)流量變化較大，隨開度增大很快達(dá)到最大值。(4) 拋物線特性-介于直線流量特性與對(duì)數(shù)流量特性之間，從而彌補(bǔ)了直線流量特性小開度時(shí)控制性能差的特點(diǎn)。11、控制閥的可調(diào)比(可控比)。R=QmaX，可調(diào)比(可控比)，即閥所能控制的流量上限與流量下限之比。Qmin為流量下限，不是泄Qmin漏。12、控制閥串聯(lián)管道工作流量特性的特點(diǎn)。S=1，理想流量特性。P全開P系統(tǒng)P全關(guān)閥前后壓差始終不變SP列，特性曲線下移，流量特性畸變。直線變?yōu)榭扉_；S太小，流量變化范圍減小，對(duì)控制不利。對(duì)數(shù)變?yōu)橹本€.S一般不小于0.3。數(shù)變線；13、控制閥出廠時(shí)

16、標(biāo)注的為理想流量特性。五、過程控制系統(tǒng)緒論1控制通道、干擾通道控制通道：被控量與輸入控制作用之間的聯(lián)系被稱為“控制通道”。干擾通道：被控量與擾動(dòng)之間的聯(lián)系被稱為“干擾通道”。2、過程控制系統(tǒng)的組成。擾動(dòng)d圖2-6阻力對(duì)響應(yīng)特性的影響屬于動(dòng)態(tài)參數(shù)。T=RC容量增大，響應(yīng)過程相對(duì)增長。見圖2-8CTTT。3、控制器正反作用的確定依據(jù)：（控制器土）X（對(duì)象土）=（）。4、過程控制系統(tǒng)按設(shè)定值的形式分類。定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)5、過程控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。遞減比n（衰減比）、動(dòng)態(tài)偏差B1（最大偏差、最大過調(diào)量、超調(diào)量）、調(diào)整時(shí)間Tc（控制時(shí)間、過渡過程時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間）、靜態(tài)偏差C（余差

17、、殘余偏差）。六、過程建模1、自平衡能力。自平衡能力：凡受到干擾后，不依靠外加控制作用就能重新達(dá)到平衡狀態(tài)的對(duì)象，是具有自平衡能力的對(duì)象。否則，是無自平衡能力的對(duì)象。2、過程控制系統(tǒng)被控對(duì)象特性三個(gè)參數(shù)：放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)、滯后時(shí)間的求取。3、阻力和容量的影響。綜上所述，不同過程所具有的阻力，就是被控量y發(fā)生變化時(shí)，對(duì)流量的影響。即R（2-15）dQ阻力F與T、K的關(guān)系：以水箱為例：TRCKkxR因此，阻力與放大系數(shù)及時(shí)間常數(shù)有關(guān)。靜態(tài)：影響放大倍數(shù)動(dòng)態(tài)：影響響應(yīng)速度，見圖2-6。一般希望對(duì)象阻力小些，T較小，響應(yīng)快，以獲得較好的控制效果。阻力既影響動(dòng)態(tài)又影響靜態(tài)。容量只影響反應(yīng)速度，不影響放

18、大系數(shù)，4、多容過程等效為單容過程。Q、皿51o擴(kuò)0也Jtfp=t3=謝242取容過鬆其響應(yīng)曲線Q1Q2QiA衛(wèi)A2衛(wèi)hh2"RTkxx變換得：Q(s)Q2(s)AsH/s)Q2G)Q3G)A2SH2G)Q2G)Q3(s)Qi(s)Hi(s)RiH2G)R2kxX(s)X(s)kx*-Q2(S)AaIs11(1R1廠AA2SQ3（S）1R2Hi(s)H2G)H2(s)X(s)kxAsR1A2s)(1A1sR1A2sR2kxR2K(RAs1)(R2A2s1)(T1s1)(T2s1)11)(1T1R1A1T2R2A2KkxR25、時(shí)域法過程建模，單容水箱以及雙容水箱的過程傳遞函數(shù)。KTs

19、11.單容對(duì)象的傳遞函數(shù):2.有純滯后單容對(duì)象的傳w(s)HX(S)遞函數(shù)：W(S)0s3.雙容對(duì)象的傳遞函數(shù):W(S)t1t2s2KeTs1K(T1T2)S1W(S)(T1S1)(T2S1)4.有純滯后雙容對(duì)象的傳遞函數(shù):W(S)5.多容對(duì)象的傳遞函數(shù):W(S)(T1S1)(T2S1)°K6.帶有純滯后多容對(duì)象的傳遞函數(shù):(T1S1)(T2S1)(TnS1)KW(S)(T1S1)(T2S1)(TnS1)e0s7.等容對(duì)象的傳遞函數(shù):W(S)K(TS1)n8.帶有純滯后等容對(duì)象的傳遞函數(shù):W(S)EKne0s作業(yè)1、如圖所示單容水箱，負(fù)載閥的流阻為R2?，F(xiàn)以Q1為輸入，Q2為輸出，求

20、Q2(s)/Q1(s)?？刂崎yQ1Q2Q2cSdthQds)Q2(s)CsH(s)H(s)Qds)Q2(s)CSR2Q2G)R2Q2(s)R2Q2(s)QMs)1CR2s11Ts1R2C2、如圖所示，已知一單容水箱其底面積為C,輸入為Qi，輸出為h0Qo1和Qo2對(duì)應(yīng)的流阻分別為R1和R2，求H(s)/Qi(s)。控制閥0R2R：Qi(s)H(s)RiH(s)R2CsH(s)H(s)1Qi(s)Cs丄丄RiR2RR2KRRCs1Ts1RiR2RiR2RiR2RiR2RiR2dhQo1Qo2CdtQi(s)Qo1hQo2hR2UQ2QiQ°i(s)Q°2(s)CsH(s)Q(

21、s)H(s)Qo1(s)R1Qo2(s)鈕R2七、單回路控制系統(tǒng)1、放大系數(shù)（干擾通道/控制通道）、干擾通道時(shí)間常數(shù)、純滯后時(shí)間、控制通道時(shí)間常數(shù)、純滯后時(shí)間對(duì)控制質(zhì)量的影響。極點(diǎn)的影響：1）Td增大，過程變慢，過渡過程時(shí)間加長。2）使過渡過程動(dòng)態(tài)分量減小了Td倍，即超調(diào)量減小，控制質(zhì)量提高。結(jié)論：干擾通道的時(shí)間常數(shù)大，或者慣性環(huán)節(jié)數(shù)增加時(shí)，控制質(zhì)量將提高。（對(duì)干擾起濾波作用。）2、選擇操縱量的一般原則。直接參數(shù)：能表征產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、安全性能等方面的參數(shù)。間接參數(shù)：與直接參數(shù)具有單值關(guān)系（P、T等），并有足夠靈敏度。3、控制閥的流量特性的選擇。確定工作流量特性的原則：使廣義對(duì)象具有線性特性。

22、即：K=KvKo=常數(shù)。4、控制閥的口徑計(jì)算步驟。1、根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)的狀況，決定計(jì)算的最大工作流量Qmax和最小工作流量Qmin。2、根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)選擇S值，然后計(jì)算控制閥全開時(shí)的壓差。3、根據(jù)控制介質(zhì)類型和工況，選用合適的C值計(jì)算公式，求取最大最小流量時(shí)的流通能力Cmax、Cmin。4、根據(jù)Cmax值，在所選用的產(chǎn)品形式的標(biāo)準(zhǔn)系列中，選取大于Cmax并接近的一檔C值，獲得口徑值。見表3-6。5、開度驗(yàn)算。6、實(shí)際可控比驗(yàn)算。7、上述各項(xiàng)合格，則所選控制閥口徑合格，否則，需重定C值和口徑，再驗(yàn)算至合格。5、控制器的選型。PID的作用。P控制器的選型：特點(diǎn)：快，輸出與偏差成比例，閥門開度與偏差有對(duì)應(yīng)關(guān)系，有余差。抗負(fù)荷干擾能力強(qiáng)，調(diào)節(jié)時(shí)間短。適用場合：適用于控制通道滯后小，負(fù)荷變化不大，允許被控量在一定范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)。如：壓縮機(jī)儲(chǔ)壓罐的壓力控制系統(tǒng)；儲(chǔ)液槽的液位控制系統(tǒng)：串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路。PI控制器的選型：特點(diǎn)：I可消除余差，但穩(wěn)定性低。引入I后，KcJ（T）,可保持原穩(wěn)定性，但過渡過程變長。適用場合：適用于控制通道滯后小，負(fù)荷變化不大，被控量不允許有余差的場合。如：流量、壓力系統(tǒng)。PID控制器的選型：特點(diǎn)：D對(duì)克服容量滯后有明顯的效果，D使穩(wěn)定性提高，最大偏差減??；I消除余差；P作用快速有效。適用場合：適用于容量滯后較大，負(fù)荷變化較大，被控量不允