控制仪表与计算机控制装置周泽魁化学工业出版社课后答案

第一章1-1控制仪表和自动控制系统有什么关系？（P1自动控制系统和控制仪表）控制仪表与装置是实现生产过程自动化必不可少的工具。为了提高控制系统的功能，还可以增加一些仪表，如显示器、手操器等。而为了改善控制质量还可以采用串级控制等其他更复杂的控制方案，显然，这将需要更多仪表。实际所采用的仪表，可以是电动仪表，气动仪表等各种系列的仪表，也可以是各种控制装置，所有这些仪表或装置都属于控制仪表与装置范畴。显而易见，如果没有这些仪表或装置，就不可能实现自动控制。1-3单元组合式控制仪表有哪些单元？各有哪些功能？（P2书上有各单元功能以及品种）单元组合仪表分为八类：变送单元执行单元控制单元转换单元运算单元显示单元给定单元辅助单元变送单元：它能将各种被测参数，如温度、压力、流量、液位等变换成相应的标准统一信号传送到接收仪表，以供指示、记录或控制。转换单元：转换单元将电压、频率等电信号转换为标准统一信号，或者进行标准统一信号之间的转换，以使不同信号可以在同一控制系统中使用。控制单元：将来自变送单元的测量信号与给定信号进行比较，按照偏差给出控制信号，去控制执行器的动作。运算单元：它将几个标准统一信号进行加、减、乘、除、开方、平方等运算，适用于多种参数综合控制、比值控制、流量信号的温度压力补偿计算等。显示单元：它对各种被测参数进行指示、记录、报警和积算，供人员监视控制系统和生产过程工况之用。给定单元：它输出统一标准信号，作为被控制变量的给定值送到控制单元，实现定值控制。给定单元的输出也可以供给其他仪表作为参考基准值。执行单元：它按照调节器输出的控制信号或手动操作信号，操作执行元件，改变控制变量的大小。辅助单元：辅助单元是为了满足自动控制系统某些要求而增设的仪表，如操作器、阻尼器、限幅器、安全栅等。操作器用于手动操作，同时又起手动/自动的双向切换作用；阻尼器用于压力或流量等信号的平滑、阻尼；限幅器用于以限制信号的上下限值；安全栅用来将危险场所与非危险场所隔开，起安全防爆作用。1-4何谓集散控制系统？他是如何构成的？（P3）集散控制系统就是DCS系统。DCS系统是一种以微型计算机为核心的计算机控制装置。其基本特点是分散控制、集中管理。构成：控制站（下位机）——可由DCS系统的基本控制器（包括控制卡、信号输入/输出卡电源等）构成，也可以由PLC（包括CPU、I/O、电源等模块），或带有微处理器的数字式控制仪表构成。操作站（上位机）——工业控制计算机、监视器、打印机、鼠标、键盘、通信网卡等。过程通信网络1-5何谓现场总线和现场总线控制系统？它们具有哪些优点？（P3）现场总线：是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线控制系统（FCS系统）是基于现场总线技术的一种新型计算机控制装置。其特点是现场控制和双向数字通信，即将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场设备中，实现现场控制，而现场设备与控制室内的仪表或装置直接为双向数字通。优点：全数字化、全分散式、可互操作、开放式以及现场设备状态可控。1-6什么是信号制？控制系统仪表之间采用何种连接方式昀佳？为什么？（P4）信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。控制系统仪表之间采用4～20mADC直流电流信号传送，现场变送器和控制室仪表之间采用串联连接方式。电流信号便于远距离传送，不仅节省电缆、布线方便，而且还便于使用安全栅，有利于安全防爆。采用1～5VDC直流电压信号实现控制室内部仪表间联络。用电压信号传送的信息可以采用并联连接方式，使同一个电压信号为多个仪表所接收。在控制室内，各仪表之间的距离不远，适合采用1～5VDC直流电压作为仪表之间的互相联络信号；任何一个仪表拆离信号回路都不会影响其它仪表的运行；各个仪表既然并联在同一信号线上，当信号源负极接地时，各仪表内部电路对地有同样的电位，这不仅解决了接地问题，而且各仪表可以共用一个直流电源。1-7防爆仪表与易燃易爆气体或蒸汽之间有何对应关系？iaIICT6和dIIBT3含义是什么？（P6）防爆仪表的分级和分组，是与易燃易爆气体或蒸汽的分级和分组相对应的。仪表的防爆级别和组别，就是仪表能适应的某种爆炸性气体混合物的级别和组别，即对于教材表1-6中相应级、组之上方和左方的气体或蒸汽的混合物均可以防爆。iaIICT6——表示II类本质安全型ia等级C级T6组dIIBT3——表示II类隔爆型B级T3组1-8怎样才能构成一个安全火花型防爆控制系统？构成安全火花防爆系统要求：①在危险场所使用安全火花型防爆仪表；②在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅。（安全栅的作用是限制由控制室至现场的能量）另外还应注意安装和使用上：（1）必须正确地安装安全栅和布线；（2）安全火花型现场仪表在危险场所时，虽然允许打开表壳进行检查，但携带到现场的维修用的仪器仪表，如万用表等，也必须是安全火花型的仪表。第二章2-1控制器在自动控制系统中起什么作用？（P19）控制器在控制系统中起控制作用。它将来自变送器的测量信号与给定值相减以得到偏差信号，然后对偏差信号按一定的控制规律进行运算，运算结果为控制信号，输出至执行器。2-2什么是偏差、正偏差和负偏差？什么是正作用控制器和反作用控制器？如何实现控制器的正反作用？（P19下面）偏差△x：在研究控制器特性时，控制器的输入使被控变量（测量值）与给定值之差。正偏差△x0，负偏差△x0。△x0，相应的△y0，则该控制器称正作用控制器；△x0，相应的△y0，则该控制器称反作用控制器。2-11何谓积分饱和？它对控制系统有何影响？如何防止产生积分饱和？（P25）具有积分作用的控制器在单方向偏差信号的长时间作用下，其输出达到输出范围上限值或下限值以后，积分作用将继续进行，从而使控制器脱离正常工作状态，这种现象称为积分饱和。影响：积分饱和现象在控制系统中是十分有害的，如果控制器处于积分饱和状态，当偏差反向时，控制器输出不能及时改变，需要经过一段时间，即要到积分作用部分回复到正常工作状态后才能对偏差做出正确的反应。这段等待时间使控制器暂时丧失了控制功能，从而造成了控制不及时，使控制品质变坏，甚至危及安全。防止积分饱和的方法通常有两种：①在控制器输出达到输出范围上限值或下限值时，暂时去掉积分作限值或下限值时，暂时去掉积分作用，如由比例积分作用变为纯比例作用；②在控制器输出达到输出范围上限值或下限值时，使积分作用不继续增加，如在比例积分电路的输入端另加一个与偏差相反的信号。2-12模拟式PID控制器有哪几种构成方式？各有什么特点？（P28不确定！）模拟式PID控制器的构成方式有：单只放大器和微分电（气）路、积分电（气）路组成的PID结构形式；两个或两个以上的P、PI和PD运算部件通过串联、并联或串联并联混合方式组成的PID结构形式。偏差型PID运算式——测量值Xm与给定值Xs相减后，得到偏差△x，然后对偏差△x进行比例、积分和微分的运算。缺点：对给定值的变化也进行PID运算。微分先行PID运算式——先对测量值Xm进行微分运算，再与给定值Xs相减，然后再进行比例积分运算。优点：只对给定值的变化进行PI运算，避免了给定值变化产生的大幅度变化。2-13数字式控制器PID运算式有哪几种？各有什么特点？（P29）基本数字式PID运算式位置型算式——输出与实际调节阀的阀位相对应。便于计算机运算的实现，但计算繁琐、占用的计算机内存很大,计算错误或输出错误时，会造成调节阀开度错误，致使控制出错。增量型算式——输出为两个采样周期PID输出值之差。计算机运算所需的内存较小、计算也相对简单，出现故障不会造成大的影响，易于系统手动和自动间的无扰动切换。速度型算式——输出是增量型算式的输出值与采样间隔时间T之比。本质上与增量型算式是相同的。偏差系数型算式——是将增量型算式展开后合并同类项而得到的。但是看不出比例积分和微分作用，它只反映各次采样偏差对输出即控制作用的影响程度。本质上还是增量型。改进型数字式PID运算式不完全微分算式——微分作用采用实际微分作用。微分先行PID算式带不灵敏区的PID算式——在一定偏差范围内输出为0。积分分离PID算式——在一定偏差范围内切除积分作用。2-14控制器一般应具有哪些功能？这些功能是如何实现的？偏差显示：控制器的输入电路接受测量信号和给定信号，两者相减，获得偏差信号，由偏差显示表显示偏差的大小和正负。输出显示：控制器输出信号的大小由输出显示表显示。由于控制器的输出信号是控制调节阀的开度，即开度与输出信号有一一对应的关系，所以习惯上将输出显示表称为阀位表。阀位表不仅显示调节阀的开度，而且通过它还可以观察到控制系统受扰动影响后控制器的控制过程。提供内给定信号及内、外给定的选择：当控制器用于单回路定值控制系统时，给定信号常由控制器内部提供，称作内给定信号。当控制器作为串级控制系统或者比值控制系统中的副控制器使用时，其给定信号来自控制器的外部，称作外给定信号。正、反作用的选择：通过正反作用开关来选择。手动操作与手动/自动双向切换：通过控制器的手动/自动双向切换开关实现。2-19控制系统对自动与手动操作之间的切换有何要求？DDZ-III型调节器是如何满足这一要求的？（P47）对控制系统来说，在进行自动与手动之间切换时，为了不对控制系统造成扰动（无扰动），要求调节阀位保持不变，即控制器的输出保持不变。而为了保持控制器输出的不变，在进行自动与手动之间切换时，昀好不必对控制器进行任何预平衡操作（无平衡），这样使用才方便快捷。DDZ-III——（1）自动→软手动、硬手动→软手动切换，均为无平衡扰动切换。（2）软手动→自动、硬手动→自动的切换，也为无平衡状态无扰动切换。（3）自动→硬手动、软手动→硬手动的切换，必须在切换前拨动硬手操拨盘，使它的刻度与调节器的输出电流相对应，即必须进行预平衡操作，才能做到无扰动切换。2-24SLPC可编程调节器如何保证出故障时调节器仍能起遥控作用？在使用中应注意什么？(P65)当CPU发生故障时，CPU的自检程序或WDT电路发出的故障输出信号FALL使电流输出电路被切换成保持状态，通过正面板上的扳键或按钮就可以在原有输出基础上进行软手动操作，增加或减少输出值。X1输入通道和电流输出通道的备用方式，使调节器在CPU出现故障后不会处于完全瘫痪的状态，操作人员可以借助备用方式进行遥控操作，保证生产照常进行。因此在控制系统设计时，应考虑调节器这两个备用方式的合理使用。2-25什么是功能模块？SLPC可编程调节器有哪些功能模块？功能模块提供了各种功能，用户可以选择所需要的功能模块以构成用户程序，使调节器实现用户所规定的功能。SLPC的功能模块以指令形式提供：1、信号读取指令LD——用于把输入输出等数据→S1。2、信号存储指令ST——用于把S1中的数据→有关寄存器。3、程序结束指令END——将控制无条件地转移出用户程序，结束本控制周期内的一切运算。4、功能指令——完成各种指定功能基本运算——+、-、×、÷等带设备编号的运算——十段折线函数运算等条件判断——上下限报警、逻辑运算、转移跳转等寄存器移位——S寄存器交换、S寄存器循环移位控制功能——BSC、CSC、SSC2-26SLPC可编程调节器如何实现调节器所应具有的功能？第三章3-1变送器在自动控制系统中起什么作用？它有哪些类型？（P80）变送器在自动检测和控制系统中的作用，是对各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位、成分等物理量进行检测，以供显示、记录或控制之用。无论是由模拟仪表构成的系统，还是由计算机控制装置构成的系统，变送器都是不可缺少的环节，获取精确可靠的过程参数值是进行控制的基础。按照被测参数分类，变送器主要有差压变送器、压力变送器、温度变送器、液位变送器和流量变送器等。3-2模拟式变送器由哪几部分构成？试述其工作原理。（P80）模拟式变送器由模拟元器件构成，从构成原理来看，模拟式变送器由测量部分、放大器和反馈部分三部分组成。工作原理：测量部分中包含检测元件，检测元件检测被测参数x，并将其转换成放大器可以接受的信号zi，zi