過程控制工程考點(diǎn)解析

過程控制工程考點(diǎn)解析第一章什么是過程控制系統(tǒng)？其基本分類方法有哪些？過程控制系統(tǒng)通常是指工業(yè)生產(chǎn)過程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控量是溫度、壓力、流量、液位、成分、粘度、濕度、和PH等這樣的一些過程變量的系統(tǒng)。基本分類方法(1)按過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為反饋控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、前饋-反饋控制系統(tǒng)(2)按給定值信號(hào)的特點(diǎn)分為定值控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)。試說明書中圖1-2b供氧量控制系統(tǒng)框圖中被控“過程”包含哪些管道設(shè)備以及圖中各符號(hào)的含義。過程：節(jié)流裝置到氧氣流量調(diào)節(jié)閥之間的管道設(shè)備。x(t)代表設(shè)定值；e(t)表示偏差信號(hào)；u(t)表示控制器控制作用信號(hào)；q(t)表示調(diào)節(jié)閥的流量信號(hào)；f(t)過程受到的干擾信號(hào)；y(t)過程的輸出信號(hào)；z(t)測(cè)量信號(hào)在過程控制中，為什么要由系統(tǒng)控制流程圖畫出其框圖。為了更清楚地表示控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的組成、特性和相互間的信號(hào)聯(lián)系,這樣也便宜其他人員的理解第二章2.什么是過程通道？什么是過程的控制通道和擾動(dòng)通道？它的數(shù)學(xué)模型是否相同？問題一：被控過程輸入量與輸出量之間的信號(hào)聯(lián)系稱為過程通道。問題二：過程的控制通道：控制作用與被控量之間的信號(hào)聯(lián)系。過程的擾動(dòng)通道：擾動(dòng)作用與被控量之間的信號(hào)聯(lián)系。問題三：他們的數(shù)學(xué)模型不一樣，因?yàn)檫^程通道、控制通道和擾動(dòng)通道所表示的環(huán)節(jié)不是同一個(gè)。6.如圖所示液位過程的輸入量為Q1,流出量為Q2,Q3,液位h為被控參數(shù)，C為容量系數(shù)，并設(shè)R1、R2、R3均為線性液阻，要求：列出過程的微分方程組；畫出過程的方框圖。求過程的傳遞函數(shù)W0(S)=H(S)/Q1(S)；答：(1)g們一4?-。"二/也)iHg40°￡伽二3)R軸(SJQitO3)R軸(SJQitO@工(￡)cs什式?立吃喘加滯后和二階加滯后環(huán)8.略。加滯后和二階加滯后環(huán)11?為什么大多數(shù)過程控制的節(jié)之一來近似描述？有何理論依據(jù)？24?采用分度號(hào)K的熱電偶測(cè)量爐溫為800°C,其冷端溫度為0°C求其熱電勢(shì)E(t,t0)?2-43.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成部分有哪些？它們分別實(shí)現(xiàn)哪些功能？數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集電路三部分組成。2-51.DDZ-IU型調(diào)節(jié)器的輸入回路主要起什么作用？釆用偏差差動(dòng)電平移動(dòng)電路有何好處？如果不用差動(dòng)電平移動(dòng)電路行不行？為什么？問題一：把兩個(gè)以零伏為基準(zhǔn)的輸入信號(hào)，轉(zhuǎn)換成以電平UB=10V為基準(zhǔn)的偏差輸出，完成信號(hào)的電平移動(dòng)。問題二：不僅保證輸入回路的運(yùn)算放大器在以零伏為基準(zhǔn)的DC1~5V輸入信號(hào)作用下，能使其工作在規(guī)定的共模輸入電壓范圍里。同時(shí)也能保證該調(diào)節(jié)器的比例積分電路、比例微分電路等運(yùn)算回路滿足輸入信號(hào)電壓范圍的要求。問題三：不行。2-53.什么是無平衡無擾動(dòng)切換？DDZ—III型調(diào)節(jié)器是如何實(shí)現(xiàn)這種切換功能的？什么叫硬手動(dòng)操作和軟手動(dòng)操作？在調(diào)節(jié)器中怎樣實(shí)現(xiàn)這種功能操作的？問題一：在DDZ—III型調(diào)節(jié)器中存在無平衡無擾動(dòng)和有平衡無擾動(dòng)兩種切換。如果在自動(dòng)和手動(dòng)相互切換時(shí)，不需經(jīng)事先平衡，可以隨時(shí)切換到所需要的位置，并且在切換的瞬間整機(jī)的輸出不發(fā)生變化，對(duì)生產(chǎn)過程無擾動(dòng)，則稱為無平衡無擾動(dòng)切換。問題二：III型調(diào)節(jié)器“自動(dòng)一軟手動(dòng)”“硬手動(dòng)切換到軟手動(dòng)”或“硬手動(dòng)切換到自動(dòng)”都是無平衡無擾動(dòng)切換，因?yàn)檫@幾種切換過程，放大器a3的反饋通路上有電容cm在起著保持輸出信號(hào)不發(fā)生突變的作用。

問題三：硬手動(dòng)操作就是調(diào)節(jié)器的輸出電流與手動(dòng)輸入電壓信號(hào)成比例關(guān)系；軟手動(dòng)操作就是調(diào)節(jié)器的輸出電流與手動(dòng)輸入電壓信號(hào)成積分關(guān)系。問題四：在調(diào)節(jié)器中是通過如下電路來實(shí)現(xiàn)軟手動(dòng)和硬手動(dòng)操作，其中輸入信號(hào)為手動(dòng)輸入信號(hào)，此時(shí)調(diào)節(jié)器的輸入端與控制回路斷開。2-57.在KMM調(diào)節(jié)器輸入信號(hào)處理功中，為什么要設(shè)計(jì)5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)處理模塊？在這5個(gè)模擬量輸入信號(hào)中是否需要對(duì)每個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)進(jìn)行5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊處理？應(yīng)怎樣選用？為了滿足過程控制工程的實(shí)際需要，KMM調(diào)節(jié)器對(duì)每個(gè)模擬量輸入信號(hào)均設(shè)計(jì)了線性化近擬，溫度和壓力補(bǔ)償開方和數(shù)字濾波五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)處理模塊。對(duì)于每一個(gè)模擬量輸入信號(hào)是否均需要進(jìn)行五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)處理模塊，用戶可根據(jù)實(shí)際需要，由輸入處理數(shù)據(jù)F002設(shè)定當(dāng)輸入信號(hào)為非線性，需要進(jìn)行線性化處理；當(dāng)測(cè)量氣體或蒸汽流量時(shí)，為了提高測(cè)量精度，需對(duì)其進(jìn)行溫度補(bǔ)償或壓力補(bǔ)償；當(dāng)采用節(jié)流裝置測(cè)量流量時(shí)，需要進(jìn)行開方處理；為了消除輸入信號(hào)的高頻干擾，需進(jìn)行數(shù)字濾波2-60?KMM調(diào)節(jié)器有哪幾種類型？怎樣實(shí)現(xiàn)手動(dòng)（M）、自動(dòng)、串級(jí)之間的無擾動(dòng)切換？問題一：0型控制（1個(gè)PID局部）；1型控制（1個(gè)PID串級(jí)型）；2型控制（2個(gè)PID局部）；3型控制（2個(gè)PID局部）、問題二：（1）手動(dòng)M-自動(dòng)A的無擾動(dòng)切換：在手動(dòng)MAN狀態(tài)時(shí)，MAN單元的輸出作為跟蹤輸入信號(hào)接到PID1單元的PI端,同時(shí)用戶選擇PID1單元PV跟蹤功能，即SP跟蹤PV。手動(dòng)時(shí)PID1的輸出將自動(dòng)跟蹤MAN單元的輸出。因此，當(dāng)M-A時(shí)，輸出不會(huì)發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)了M-A的無擾動(dòng)切換。（2）自動(dòng)A-手動(dòng)M的無擾動(dòng)切換：在AUTO狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器正面板上的手動(dòng)按鈕不起作用，即AMV=0oMAN運(yùn)算式內(nèi)部已將A狀態(tài)時(shí)的輸出接至加法器的輸入，故當(dāng)A-M時(shí)，MAN單元的輸出也不會(huì)發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)了A-M的無擾動(dòng)切換。2-68?什么叫氣開式調(diào)節(jié)閥和氣關(guān)調(diào)節(jié)閥？怎樣利用執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來組成氣開、氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥？問題一：氣開式調(diào)節(jié)閥，即當(dāng)氣動(dòng)執(zhí)行器輸入壓力P>0.02MPa時(shí)，閥開始打開，也就是說有信號(hào)壓力時(shí)閥開，無信號(hào)壓力時(shí)閥關(guān)。對(duì)于氣關(guān)式則反之。問題二：由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正、反兩種形式，閥也有正裝和反裝兩種，所以，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式有四種組合方式如下圖所示。（氣關(guān)、氣開、氣開、氣關(guān)）第三章3.簡(jiǎn)單歸納控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。（1）控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)；（2）工程設(shè)計(jì)；（3）工程安裝和儀表調(diào)校；（4）調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。4.過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括哪些步驟？結(jié)合控制原路請(qǐng)說明進(jìn)行系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性分析計(jì)算時(shí)應(yīng)包含哪些主要內(nèi)容？問題一：（1）建立被控過程的數(shù)學(xué)模型（2）選擇控制方案（3）控制設(shè)備選型（4）實(shí)驗(yàn)（和仿真）問題二：靜態(tài)特性分析：擾動(dòng)通道靜態(tài)放大系數(shù)Kf；控制通道的靜態(tài)放大系數(shù)KO；調(diào)節(jié)參數(shù)KC,注意KOKC要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Kf。動(dòng)態(tài)放大分析：擾動(dòng)通道時(shí)間常數(shù)Tf、時(shí)延Cf（taof）以及擾動(dòng)作用點(diǎn)；控制通道的時(shí)間滯后Cf以及時(shí)間常數(shù)分配的影響。22.一個(gè)熱交換器,用蒸汽將進(jìn)入其中的冷水加熱至一定溫度,生產(chǎn)工藝要求熱水溫度應(yīng)保持定值（t±l攝氏度），試設(shè)計(jì)一個(gè)單回路控制系統(tǒng)。步驟：1、選擇被控變量：熱水的溫度2、 選擇控制參數(shù)：（冷水的流量、加熱蒸汽的流量）3、 選擇調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)型式4、 選擇控制器的控制規(guī)律和正反作用5、 選擇測(cè)量變送器5、畫出系統(tǒng)流程圖和結(jié)構(gòu)圖7T/t1/7T/t1/23.在某生產(chǎn)過程中，冷物料通過加熱爐對(duì)其進(jìn)行加熱，熱物料溫度必須滿足生產(chǎn)工藝要求，故設(shè)計(jì)圖所示溫度控制系統(tǒng)流程圖，畫出控制框圖，指出被控過程、被控參數(shù)和控制參數(shù)。確定調(diào)節(jié)閥的流量特性、氣開、氣關(guān)形式和調(diào)節(jié)器控制規(guī)律及其正、反作用方式。

被控過程為加熱爐；被控參數(shù)是熱物料的溫度；控制參數(shù)為燃料的流量。加熱爐的過程特性一般為二階帶時(shí)延特性，即過程為非線性特性。因此，調(diào)節(jié)閥流量特性選擇對(duì)數(shù)特性調(diào)節(jié)閥。根據(jù)生產(chǎn)安全原則，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)應(yīng)該停止輸送燃料，調(diào)節(jié)閥應(yīng)選用氣開式。即無氣時(shí)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉?？刂破鞯恼醋饔玫倪x擇應(yīng)該在根據(jù)工藝要求，原則是：使整個(gè)回路構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)控制器的正、反作用判斷關(guān)系為：（控制器“土”?（控制閥“土”?（對(duì)象“土”=“一”調(diào)節(jié)閥：氣開式為“＋”，氣關(guān)式為“－”；控制器：正作用為“＋”，反作用為“－”；被控對(duì)象：按工藝要求分析，通過控制閥的物量或能量增加時(shí)，被控制量也隨之增加為“＋”；反之隨之降低的為“－”；變送器一般視為正作用。根據(jù)安全要求，調(diào)節(jié)閥選氣開式Kv為正，溫度變送器Km一般為正，當(dāng)調(diào)節(jié)器增加時(shí),溫度值增加，故過程（對(duì)象為正，為了保證閉環(huán)為負(fù)。所以調(diào)節(jié)器應(yīng)為負(fù)作用。24.在蒸氣鍋爐運(yùn)行過程中，必須滿足汽-水平衡關(guān)系，汽包水位是一個(gè)十分主要的指標(biāo)。當(dāng)液位過低時(shí)，汽包中的水易被燒干引發(fā)生產(chǎn)事故，甚至?xí)l(fā)生爆炸，為此設(shè)計(jì)如圖所示的液位控制系統(tǒng)。試確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)方式和調(diào)節(jié)閥LC正、反作用；畫出該控制系統(tǒng)的框圖。解答：調(diào)節(jié)閥：氣關(guān)方式調(diào)節(jié)器：正作用?？驁D：2．與單回路系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)有些什么特點(diǎn)？（1） 串級(jí)系統(tǒng)由于副回路的存在,使等效副對(duì)象時(shí)間常數(shù)減小，改善了對(duì)象的特性,使系統(tǒng)工作頻率提高。（2） 串級(jí)控制系統(tǒng)有較強(qiáng)的抗干擾能力，特別是干擾作用于副環(huán)的情況下,系統(tǒng)的抗干擾能力會(huì)更強(qiáng)。（3） 串級(jí)系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力。3.與單回路系統(tǒng)相比,為什么說串級(jí)控制系統(tǒng)由于存在一個(gè)副回路而具有較強(qiáng)的抑制擾動(dòng)的能力？（1）副回路的快速作用，對(duì)于進(jìn)入副回路的干擾能快速地克服，減小了干擾對(duì)主變量的影響；（2）引入副回路，改善了副對(duì)象的特性（減小副對(duì)象的相位滯后），提高了主回路的響應(yīng)速度，提高了干擾的抑制能力；（3）副回路可以按照主回路的要求對(duì)副變量進(jìn)行精確控制；（4）串級(jí)系統(tǒng)提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。9在某生產(chǎn)過程中，冷物料通過加熱爐進(jìn)行加熱，根據(jù)工藝要求，需要對(duì)熱物料的爐出口溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)燃料壓力波動(dòng)大，而且是一個(gè)主動(dòng)擾動(dòng)，故設(shè)計(jì)如下圖的系統(tǒng)流程圖，要求：（1）由系統(tǒng)控制流程圖畫出框圖（2）確定調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)形式（3）決定各調(diào)節(jié)閥的正反作用（1）串級(jí)系統(tǒng)方框圖如下：副回路選擇加熱爐爐膛溫度控制，消除F1（S）干擾。（2）由于發(fā)生重大事故時(shí)立即切斷燃料油的供應(yīng)，從工藝的安全性考慮，調(diào)節(jié)閥選擇氣開式，保證無氣時(shí)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。（3）主調(diào)節(jié)器選擇PI（或PID）控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器選擇P調(diào)節(jié)規(guī)律。由于燃料增加加熱爐溫度必然增加，所以過程為正。調(diào)節(jié)閥氣開式為正，根據(jù)表7－4可知主副調(diào)節(jié)器都選擇正作用方式。11.前饋控制與反饋控制各有什么特點(diǎn)？答：反饋控制的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：能夠克服各種干擾。只要干擾對(duì)被控變量造成影響，就有控制校正作用。缺點(diǎn)：反饋控制不及時(shí)，是一個(gè)有差控制系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)只有被控變量在干擾作用下出現(xiàn)偏差時(shí)，才有校正作用，干擾總存在，偏差總存在。前饋控制的特點(diǎn)：（1）前饋控制根據(jù)干擾進(jìn)行，控制及時(shí)。如果前饋控制規(guī)律恰當(dāng)，理論上可完全消除干擾的影響（2）前饋控制是一種開環(huán)控制，被控變量并不經(jīng)測(cè)量反饋到輸入端。不能保證控制效果。（3）前饋控制需要對(duì)干擾進(jìn)行測(cè)量，才能進(jìn)行控制。通常只測(cè)量一種干擾，因而只能克服一種干擾。（4）前饋控制器的控制規(guī)律是經(jīng)過對(duì)干擾通道與控制通道的特性計(jì)算而得是一種專用的控制器，在工程上，精確的通道特性難以獲取，精確的前饋控制規(guī)律難以實(shí)現(xiàn)。13.純前饋控制在生產(chǎn)過程中為什么很少采用？答：?jiǎn)渭兊那梆佊捎诖嬖谝韵聝扇矫鎲栴}，其控制效果往往并不理想，因此在生產(chǎn)中很少使用。這主要表現(xiàn)在：（1）單純前饋是一種開環(huán)控制，不能保證控制效果。不存在被控變量的反饋，即對(duì)于補(bǔ)償?shù)男Ч麤]有檢驗(yàn)的手段。這樣，在前饋?zhàn)饔玫目刂平Y(jié)果并沒有最后消除被控變量偏差時(shí)，系統(tǒng)無法得到這一信息而作進(jìn)一步的校正。（2）單純前饋通常只能克服一種干擾。由于實(shí)際工業(yè)對(duì)象存在著多個(gè)干擾，為了補(bǔ)償它們對(duì)被控變量的影響，勢(shì)必要設(shè)計(jì)多個(gè)前饋通道，因此單純前饋就不能很好控制。（3） 準(zhǔn)確的的前饋控制規(guī)律工程上難以實(shí)現(xiàn)。4-21?微分先行控制方案與常規(guī)的PID控制方案有何異同？相同點(diǎn)：特征方程式完全相同，都有微分作用。不同點(diǎn)：PID控制方案的微分環(huán)節(jié)的輸入是對(duì)偏差做了比例積分運(yùn)算的值，因此它的微風(fēng)環(huán)節(jié)不能真正起到對(duì)被控參數(shù)變化速度進(jìn)行校正的目的，克服動(dòng)態(tài)超調(diào)的作用是有限的。但是，微分先行控制方案調(diào)節(jié)了微分環(huán)節(jié)的位置，使其超調(diào)量變得要小一些，使系統(tǒng)克服超調(diào)作用越強(qiáng)，提高了控制質(zhì)量。4-2