化工自动化及仪表》习题

《化工自动化及仪表》习题华东理工大学孙自强2007.4.28一些基本概念题1、简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、设定（给定）值、偏差的含义。被控对象：自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器。被控变量：被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。操纵变量：受控制器操纵的，用于克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。扰动量：除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控量变化的因素。设定值：被控变量的预定值偏差：被控变量的设定值与实际值之差。2、什么是自动控制系统的过渡过程？答：系统受到扰动作用后，其平衡状态被破坏，被控变量发生波动，在自动控制作用下，经过一段时间，使被控变量回复到新的稳定状态，把系统从一个平衡状态进入另一个平衡状态之间的过程称为系统的过渡过程。3、衰减振荡过程的品质指标有哪些？答：衰减振荡过程的品质指标主要有：最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期（或频率）等。4、什么是反馈、什么是正反馈、负反馈？答：把系统（或环节）的输出信号直接或经过一些环节重新引回到输入端的作法称为反馈。反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号为两者之差，这种反馈称为负反馈。反之称为正反馈。5、什么是自动控制系统的方框图？答：自动控制系统的方框图是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每个方框代表系统的一个组成部分，方框内填入表示其自身特性的数学表达式；方框间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号流向。采用方框图可以直观地表达系统各组成部分及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。一些基本概念题1、什么是被控对象特性？什么是被控对象数学模型？研究被控对象特性有何意义？答：过程特性是指当被控过程的输入变量（操纵变量或扰动变量）发生变化时，其输出变量（被控变量）随时间的变化规律。定量地表达对象输入输出关系的数学表达式称为对象的数学模型。在充分研究过程特性及其规律的基础上，可以确定合适的被控变量和操纵变量，进而选用合适的检测和控制仪表，选择合理的控制器参数，设计合乎工艺要求的控制系统。2、什么是控制通道和扰动通道？答：对于一个被控对象来说，输入量是扰动量或操纵变量，而输出是被控变量。由对象的输入变量至输出变量的信号联系称为通道。操纵变量至被控变量的信号联系称为控制通道；扰动量至被控变量的信号联系称为扰动通道。一般来说，对于不同的通道，对象的特性参数（K、T和）对控制作用的影响是不同的。换热器混合罐TCTT冷物料添加剂出料θiQiQsPsθc热物料1.某物料加热后与添加料混合，工艺要求混合时物料温度θo稳定，工艺采用改变换热器蒸汽流量Qs来稳定罐内温度θo。影响θo的因素有：阀前蒸汽压力Ps，冷物料流量Qi和温度θi，环境温度θc等。（1）画出温度控制系统的方块图；（2）指出该控制系统的被控变量、操作变量、被控过程及扰动；（3）若蒸汽阀前压力Ps突然变大时，简述该系统的控制过程。2.图a为流量控制系统，主要克服阀前压力P1波动来稳定流量Q1。图b是储槽液位控制系统，主要克服Q2流量变化的扰动，保持液位稳定。（1）指出两图中的各控制系统的被控变量、操纵变量、被控过程及主要扰动；（2）若采用图a系统来控制液位，试比较与图b系统的不同点。FTFCQ1Q2LThP1Q1Q2LThP1LC图a图b3.某换热器的温度控制系统（设定值是30℃）在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图所示。试分别求出衰减比、最大偏差、余差、回复时间。3035457572025t/minT/℃105154.已知某换热器被控变量是出口温度θ，操纵变量是蒸汽流量Q。在蒸汽流量作阶跃变化时，出口温度响应曲线如图所示。该过程通常可以近似作为一阶滞后环节来处理。试估算该控制通道的特性参数K、T、τ，写出该控制通道的动态方程。Q(kg/h)1001100t(min)t(min)012344043θ(℃)5.如果用K热电偶测量温度，其仪表指示值是600℃，而冷端温度是65℃，则实际温度是665℃，对不对？若不对，正确值应为多少，为什么？6.用K热电偶测量温度，冷端温度是30℃，测得的热电势是33.29mv，求被测炉子的实际温度。7.何谓变送器零点调整、零点迁移和量程调整，试举一例说明之。8.热电偶配接温度变送器测温时，为什么除了要确定测量温度的范围外，还需确定分度号？若电动Ⅱ型温度变送器量程为0～150℃，当介质为90℃时，该变送器的输出为多少mA？若采用电动Ⅲ型温度变送器，量程和介质温度同上，则变送器的输出又为多少mA？（设ΔI∝Δθ）9.某一标尺为0～500℃的温度计出厂前经过校验，其刻度标尺各点的测量结果值为：被校表读数（℃）0100200300400500标准表读数（℃）0103198303406495（1）求出仪表最大绝对误差值；（2）确定仪表的允许误差及精度等级；（3）仪表经过一段时间使用后，重新校验时，仪表最大绝对误差为±8℃，问该仪表是否还符合出厂时的精度等级？10.现欲测往复泵出口压力（约1.2MPa），工艺要求±0.05Mpa，就地指示。可供选择的弹簧管压力表的精度为：1.0,1.5,2.5,4.0级，量程为0～1.6,0～2.5,0～4.0Mpa。试选择压力表的精度和量程。11.热电偶与电子电位差计配套测温应注意什么问题？热电阻与电子自动平衡电桥配套测温应注意什么问题？12.显示仪表有哪几种类型？各有什么主要特点？13.热电偶与数字式显示仪表测温线路如图所示。这种接法是否正确？为什么？θθ1θ2现场控制室数显仪表普通铜导线14.用差压变送器与孔板配套测量过热蒸汽流量，仪表按P’=3MPa（表压），θ’=400℃的工作状态标定。现过热蒸汽的工作状态发生了变化。若P=3.2MPa，θ=380℃，则当仪表示值为6000kg/h时，实际流量为多少？（设ρ∝P/T，P：绝对压力，T：绝对温度）15.常用的流量计有哪几种？各有何主要特点？16.常用的压力、液位检测元件有哪些？17.用差压变送器测量如图所示敞口储槽液位。已知被测介质密度ρ=900kg/m3，液位高度量程为0～1m，静液柱高度Ho=0.8m。(1)应该采用正迁移还是负迁移？迁移量是多少？(2)确定变送器量程及应调整的量程范围。(3)当储槽液位h是0.5m时，变送器（气动）的输出为多少？h通大气H0+-18.什么是控制阀理想流量特性？控制阀理想流量特性有哪几种？19.为什么气动执行器在工业现场用得最多？电气阀门定位器又有何作用？20.说明P、PI、PD、PID控制规律特点及在控制系统中的作用。21.说明比例度、积分时间、微分时间的改变对过渡过程有何影响。22.某比例调节器输入信号为4～20mA,输出信号为1～5V,当比例度δ为60%时，输入变化6mA所引起的输出变化量是多少？23.某控制系统采用PI控制规律，若整定参数过渡过程的曲线如下图。试判定应如何改变参数δ或Ti，并简述理由。tyyytt24.已知某夹套反应器温度控制系统如图所示，反应大量放热。要求控制温度为50℃，在供气中断时保证冷却。(1)选择合适的检测元件及变送器；(2)选择调节阀的气开、气关特性并说明理由；(3)确定调节器正、反作用并说明理由。TTTC冷却水25.数字式控制器硬件和软件各有哪几个主要部分组成？什么叫组态？26.可编程序控制器（PLC）有何主要特点？如何选用PLC？27.简述DCS、FCS系统特点。28.为保证精馏塔提馏段重组分产品质量，拟采用以再沸器热蒸汽流量为副变量、提馏段灵敏板温度为主变量的串级控制方案，工艺要求在供气中断时切断热源，试：(1)确定调节阀气开、气关特性；(2)确定调节器的正反作用；(3)画出控制系统方块图；(4)简单说明流量副回路的主要作用。TTTC提馏段再沸器FTFC蒸汽B29.生产聚乙烯醇时，要求聚醋酸乙烯与氢氧化钠以一定比例混合。现采用单闭环控制系统，主动量（Q1）是聚醋酸乙烯，从动量（Q2）是氢氧化钠。正常生产时，Q1=7M3/h,Q2=0.25M3/h,且Q1m=10M3/h,Q2m=0.3M3/h。若用孔板配差压变送器测量流量，试确定用开方器和不用开方器时，仪表设置的比值系数K各为多少？当用开方器时，电动III型调节器FC设定值约为多少？30.下图为某加热炉控制系统，原料油出口温度为被控变量。(1)这是什么控制系统？它对什么扰动的克服能力最强？为什么？(2)若要进一步提高控制质量，可对系统如何改进？画出控制流程图并简述理由。TTTCFTFY原料油加热炉燃料+31.均匀控制系统与简单控制系统有何区别？32.分程控制系统一般是如何实施的？应用在什么场合？