化工自動化及儀表習(xí)題

<化工自動化及儀表>習(xí)題華東理工大學(xué)孫自強(qiáng)2007.4.28一些根本概念題1、簡述被控對象、被控變量、支配變量、擾動〔干擾〕量、設(shè)定〔給定〕值、偏向的含義。被控對象：自動控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需求控制的消費(fèi)過程、設(shè)備或機(jī)器。被控變量：被控對象內(nèi)要求堅持設(shè)定數(shù)值的工藝參數(shù)。支配變量：受控制器支配的，用于抑制干擾的影響，使被控變量堅持設(shè)定值的物料量或能量。擾動量：除支配變量外，作用于被控對象并引起被控量變化的要素。設(shè)定值：被控變量的預(yù)定值偏向：被控變量的設(shè)定值與實(shí)踐值之差。2、什么是自動控制系統(tǒng)的過渡過程？答：系統(tǒng)遭到擾動作用后，其平衡形狀被破壞，被控變量發(fā)生動搖，在自動控制造用下，經(jīng)過一段時間，使被控變量回復(fù)到新的穩(wěn)定形狀，把系統(tǒng)從一個平衡形狀進(jìn)入另一個平衡形狀之間的過程稱為系統(tǒng)的過渡過程。3、衰減振蕩過程的質(zhì)量目的有哪些？答：衰減振蕩過程的質(zhì)量目的主要有：最大偏向、衰減比、余差、過渡時間、振蕩周期〔或頻率〕等。4、什么是反響、什么是正反響、負(fù)反響？答：把系統(tǒng)〔或環(huán)節(jié)〕的輸出信號直接或經(jīng)過一些環(huán)節(jié)重新引回到輸入端的作法稱為反響。反響信號的作用方向與設(shè)定信號相反，即偏向信號為兩者之差，這種反響稱為負(fù)反響。反之稱為正反響。5、什么是自動控制系統(tǒng)的方框圖？答：自動控制系統(tǒng)的方框圖是由傳送方塊、信號線〔帶有箭頭的線段〕、綜合點(diǎn)、分支點(diǎn)構(gòu)成的表示控制系統(tǒng)組成和作用的圖形。其中每個方框代表系統(tǒng)的一個組成部分，方框內(nèi)填入表示其本身特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式；方框間用帶有箭頭的線段表示相互間的關(guān)系及信號流向。采用方框圖可以直觀地表達(dá)系統(tǒng)各組成部分及它們之間的相互影響和信號的聯(lián)絡(luò)，以便對系統(tǒng)特性進(jìn)展分析和研討。一些根本概念題1、什么是被控對象特性？什么是被控對象數(shù)學(xué)模型？研討被控對象特性有何意義？答：過程特性是指當(dāng)被控過程的輸入變量〔支配變量或擾動變量〕發(fā)生變化時，其輸出變量〔被控變量〕隨時間的變化規(guī)律。定量地表達(dá)對象輸入輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為對象的數(shù)學(xué)模型。在充分研討過程特性及其規(guī)律的根底上，可以確定適宜的被控變量和支配變量，進(jìn)而選用適宜的檢測和控制儀表，選擇合理的控制器參數(shù)，設(shè)計符合工藝要求的控制系統(tǒng)。2、什么是控制通道和擾動通道？答：對于一個被控對象來說，輸入量是擾動量或支配變量，而輸出是被控變量。由對象的輸入變量至輸出變量的信號聯(lián)絡(luò)稱為通道。支配變量至被控變量的信號聯(lián)絡(luò)稱為控制通道；擾動量至被控變量的信號聯(lián)絡(luò)稱為擾動通道。普通來說，對于不同的通道，對象的特性參數(shù)〔K、T和〕對控制造用的影響是不同的。1.某物料加熱后與添加料混合，工藝要求混合時物料溫度θo穩(wěn)定，工藝采用改動換熱器蒸汽流量Qs來穩(wěn)定罐內(nèi)溫度θo。影響θo的要素有：閥前蒸汽壓力Ps，冷物料流量Qi和溫度θi，環(huán)境溫度θc等。〔1〕畫出溫度控制系統(tǒng)的方塊圖；〔2〕指出該控制系統(tǒng)的被控變量、操作變量、被控過程及擾動；〔3〕假設(shè)蒸汽閥前壓力Ps忽然變大時，簡述該系統(tǒng)的控制過程。2.圖a為流量控制系統(tǒng)，主要抑制閥前壓力P1動搖來穩(wěn)定流量Q1。圖b是儲槽液位控制系統(tǒng)，主要抑制Q2流量變化的擾動，堅持液位穩(wěn)定?！?〕指出兩圖中的各控制系統(tǒng)的被控變量、支配變量、被控過程及主要擾動；〔2〕假設(shè)采用圖a系統(tǒng)來控制液位，試比較與圖b系統(tǒng)的不同點(diǎn)。圖a圖b3.某換熱器的溫度控制系統(tǒng)〔設(shè)定值是30℃〕在階躍擾動作用下的過渡過程曲線如下圖。試分別求出衰減比、最大偏向、余差、回復(fù)時間。4.知某換熱器被控變量是出口溫度θ，支配變量是蒸汽流量Q。在蒸汽流量作階躍變化時，出口溫度呼應(yīng)曲線如下圖。該過程通?？梢越谱鳛橐浑A滯后環(huán)節(jié)來處置。試估算該控制通道的特性參數(shù)K、T、τ，寫出該控制通道的動態(tài)方程。5.假設(shè)用K熱電偶丈量溫度，其儀表指示值是600℃，而冷端溫度是65℃，那么實(shí)踐溫度是665℃，對不對？假設(shè)不對，正確值應(yīng)為多少，為什么？6.用K熱電偶丈量溫度，冷端溫度是30℃，測得的熱電勢是33.29mv，求被測爐子的實(shí)踐溫度。7.何謂變送器零點(diǎn)調(diào)整、零點(diǎn)遷移和量程調(diào)整，試舉一例闡明之。8.熱電偶配接溫度變送器測溫時，為什么除了要確定丈量溫度的范圍外，還需確定分度號？假設(shè)電動Ⅱ型溫度變送器量程為0～150℃，當(dāng)介質(zhì)為90℃時，該變送器的輸出為多少mA？假設(shè)采用電動Ⅲ型溫度變送器，量程和介質(zhì)溫度同上，那么變送器的輸出又為多少mA？〔設(shè)ΔI∝Δθ〕9.某一標(biāo)尺為0～500℃的溫度計出廠前經(jīng)過校驗(yàn)，其刻度標(biāo)尺各點(diǎn)的丈量結(jié)果值為：被校表讀數(shù)（℃）0100200300400500標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)（℃）0103198303406495〔1〕求出儀表最大絕對誤差值；〔2〕確定儀表的允許誤差及精度等級；〔3〕儀表經(jīng)過一段時間運(yùn)用后，重新校驗(yàn)時，儀表最大絕對誤差為±8℃，問該儀表能否還符合出廠時的精度等級？10.現(xiàn)欲測往復(fù)泵出口壓力〔約1.2MPa〕，工藝要求±0.05Mpa，就地指示?？晒┻x擇的彈簧管壓力表的精度為：1.0,1.5,2.5,4.0級，量程為0～1.6,0～2.5,0～4.0Mpa。試選擇壓力表的精度和量程。11.熱電偶與電子電位差計配套測溫應(yīng)留意什么問題？熱電阻與電子自動平衡電橋配套測溫應(yīng)留意什么問題？12.顯示儀表有哪幾種類型？各有什么主要特點(diǎn)？13.熱電偶與數(shù)字式顯示儀表測溫線路如下圖。這種接法能否正確？為什么？14.用差壓變送器與孔板配套丈量過熱蒸汽流量，儀表按P’=3MPa〔表壓〕，θ’=400℃的任務(wù)形狀標(biāo)定?，F(xiàn)過熱蒸汽的任務(wù)形狀發(fā)生了變化。假設(shè)P=3.2MPa，θ=380℃，那么當(dāng)儀表示值為6000kg/h時，實(shí)踐流量為多少？〔設(shè)ρ∝P/T，P：絕對壓力，T：絕對溫度〕15.常用的流量計有哪幾種？各有何主要特點(diǎn)？16.常用的壓力、液位檢測元件有哪些？17.用差壓變送器丈量如下圖敞口儲槽液位。知被測介質(zhì)密度ρ=900kg/m3，液位高度量程為0～1m，靜液柱高度Ho=0.8m。(1)應(yīng)該采用正遷移還是負(fù)遷移？遷移量是多少？(2)確定變送器量程及應(yīng)調(diào)整的量程范圍。(3)當(dāng)儲槽液位h是0.5m時，變送器〔氣動〕的輸出為多少？18.什么是控制閥理想流量特性？控制閥理想流量特性有哪幾種？19.為什么氣動執(zhí)行器在工業(yè)現(xiàn)場用得最多？電氣閥門定位器又有何作用？20.闡明P、PI、PD、PID控制規(guī)律特點(diǎn)及在控制系統(tǒng)中的作用。21.闡明比例度、積分時間、微分時間的改動對過渡過程有何影響。22.某比例調(diào)理器輸入信號為4～20mA,輸出信號為1～5V,當(dāng)比例度δ為60%時，輸入變化6mA所引起的輸出變化量是多少？23.某控制系統(tǒng)采用PI控制規(guī)律，假設(shè)整定參數(shù)過渡過程的曲線如以下圖。試斷定應(yīng)如何改動參數(shù)δ或Ti，并簡述理由。24.知某夾套反響器溫度控制系統(tǒng)如下圖，反響大量放熱。要求控制溫度為50℃，在供氣中斷時保證冷卻。(1)選擇適宜的檢測元件及變送器；(2)選擇調(diào)理閥的氣開、氣關(guān)特性并闡明理由；(3)確定調(diào)理器正、反作用并闡明理由。25.數(shù)字式控制器硬件和軟件各有哪幾個主要部分組成？什么叫組態(tài)？26.可編程序控制器〔PLC〕有何主要特點(diǎn)？如何選用PLC？27.簡述DCS、FCS系統(tǒng)特點(diǎn)。28.為保證精餾塔提餾段重組分產(chǎn)質(zhì)量量，擬采用以再沸器熱蒸汽流量為副變量、提餾段靈敏板溫度為主變量的串級控制方案，工藝要求在供氣中斷時切斷熱源，試：(1)確定調(diào)理閥氣開、氣關(guān)特性；(2)確定調(diào)理器的正反作用；(3)畫出控制系統(tǒng)方塊圖；(4)簡單闡明流量副回路的主要作用。29.消費(fèi)聚乙烯醇時，要求聚醋酸乙烯與氫氧化鈉以一定比例混合?，F(xiàn)采用單閉環(huán)控制系統(tǒng)，自動量〔Q1〕是聚醋酸乙烯，從動量〔Q2〕是氫氧化鈉。正常消費(fèi)時，Q1=7M3/h,Q2=0.25M3/h,且Q1m=10M3/h,Q2m=0.3M3/h。假設(shè)用孔板配差壓變送器丈量流量，試確定用開方器和不用開方器時，儀表設(shè)置的比值系數(shù)K各為多少？當(dāng)用開方器