《過程控制系統(tǒng)》作業(yè)題

1、過程控制系統(tǒng)思考題一1 什么叫串級(jí)控制系統(tǒng)？繪制其結(jié)構(gòu)方框圖。串級(jí)控制系統(tǒng)是由兩個(gè)控制器的串接組成，一個(gè)控制器的輸出做為另一個(gè)控制器的設(shè)定值，兩個(gè)控制器有各自獨(dú)立的測(cè)量輸入，有一個(gè)控制器的給定由外部設(shè)定。2 與單回路控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)有哪些主要特點(diǎn)？多了一個(gè)副回路，形成雙閉環(huán)。特點(diǎn)：主控制器輸出改變副控制器的設(shè)定值，故副回路構(gòu)成的是隨動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)定值是變化的。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于引入了一個(gè)副回路，不僅能及早克服進(jìn)入副回路的擾動(dòng)，而且又能改善過程特性。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用，主調(diào)節(jié)器具有“細(xì)調(diào)”的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進(jìn)一步提高。3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)

2、的抑制擾動(dòng)的能力？副回路的快速作用，對(duì)于進(jìn)入副回路的干擾快速地克服，減小了干擾對(duì)主變量的影響；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；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；串級(jí)系統(tǒng)提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。4串級(jí)控制系統(tǒng)在副參數(shù)的選擇和副回路的設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循哪些主要原則？將主要干擾包括在副回路； 副回路盡量包含多的干擾； 為保證副回路的快速響應(yīng)，副對(duì)象的滯后不能太長(zhǎng)；為提高系統(tǒng)的魯棒性，將具有非線性時(shí)變部分包含于副對(duì)象中；需要對(duì)流量實(shí)現(xiàn)精確的跟蹤時(shí)，將流量選為副對(duì)象。5串級(jí)控制系統(tǒng)通?？捎迷谀男﹫?chǎng)合？* 應(yīng)用于容量滯后較大的過

3、程* 應(yīng)用于純時(shí)延較大的過程* 應(yīng)用于擾動(dòng)變化激烈而且幅度大的過程* 應(yīng)用于參數(shù)互相關(guān)聯(lián)的過程* 應(yīng)用于非線性過程6 前饋控制與反饋控制各有什么特點(diǎn)？繪制前饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖。前饋：基于擾動(dòng)來消除擾動(dòng)對(duì)被控量的影響； t 動(dòng)作“及時(shí)” ；t 只要系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)是穩(wěn)定的，則控制系統(tǒng)必然穩(wěn)定；t 具有指定性補(bǔ)償?shù)木窒扌裕?t 控制規(guī)律取決于被控對(duì)象的特性。t 反饋：基于偏差來消除偏差； t “不及時(shí)”的控制 ；t 存在穩(wěn)定性問題；t 對(duì)各種擾動(dòng)均有校正作用； t 控制規(guī)律通常是P、PI、PD或PID等典型規(guī)律。7在什么條件下前饋控制效果最好？為什么一般不單獨(dú)使用前饋控制方案？準(zhǔn)確地掌握過程擾動(dòng)通道

4、的特點(diǎn)wf（s）及控制通道的特性wo（s）準(zhǔn)確求出前饋控制wm（s）；克服可測(cè)不可控的擾動(dòng)前饋控制室基于擾動(dòng)的控制，擾動(dòng)不止一個(gè)，難于把握屬于開環(huán)控制，易受其他擾動(dòng)干擾而無(wú)法控制其克服可測(cè)不可控的擾動(dòng)，對(duì)于系統(tǒng)中其他擾動(dòng)無(wú)抑制作用8試述前饋控制系統(tǒng)的整定方法。前饋控制器的選擇 用模擬表實(shí)施通過特定的前饋控制器，或采用運(yùn)算單元自行構(gòu)造； 用軟件實(shí)現(xiàn) 參數(shù)整定單純的前饋控制，可視工藝要求進(jìn)行參數(shù)整定；先調(diào)整 ，然后調(diào)整T1、T2前饋反饋相結(jié)合，先整定反饋系統(tǒng)，再重復(fù)步驟。9什么是比值控制系統(tǒng)？常用的比值控制方案有哪些？并比較其優(yōu)缺點(diǎn)，繪制各比值控制方案結(jié)構(gòu)方框圖。實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例

5、關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)開環(huán)比值控制系統(tǒng)，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，變比值控制系統(tǒng)10比值與比值系數(shù)有何不同？設(shè)計(jì)比值控制系統(tǒng)時(shí)需解決哪些主要問題？比值k=Q1/Q2,是兩個(gè)體積流量或重量之比，而比值參數(shù)是把比值k折算成比值器上，K=k(Q1max/Q2max)主從動(dòng)量確定；控制方案的選擇；調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定；正確選用流量計(jì)與變送器；比值控制系統(tǒng)的實(shí)施；比值參數(shù)的計(jì)算；比值控制系統(tǒng)參數(shù)的整定11什么是均勻控制？常用的均勻控制方案有哪些？均勻控制是在連續(xù)生產(chǎn)過程中，各種設(shè)備前后緊密聯(lián)系的情況提出來的一種特殊的控制采用液位控制采用液位和流量的串級(jí)控制取液位和流量?jī)蓚€(gè)信號(hào)之差

6、為被控變量雙沖量均勻控制12什么是分程控制？怎樣實(shí)現(xiàn)分程控制？在分程控制中需注意哪些主要問題?在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有時(shí)會(huì)遇到一個(gè)控制器去操縱幾只閥門，若按輸出信號(hào)的不同區(qū)間操作不同的閥門，這樣的控制系統(tǒng)叫做分程控制系統(tǒng)。盡量選用對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)閥；采用分程信號(hào)重疊法；調(diào)節(jié)閥的泄漏量的大小13什么是選擇性控制？試述常用選擇性控制方案的基本原理。凡是在控制回路中引入選擇器的系統(tǒng)稱為選擇性控制系統(tǒng)。選擇器位于調(diào)節(jié)器的輸出端，對(duì)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)進(jìn)行選擇的系統(tǒng)：兩個(gè)調(diào)節(jié)器共用一個(gè)調(diào)節(jié)閥選擇器位于調(diào)節(jié)器之前，對(duì)變送器的輸出信號(hào)進(jìn)行選擇的系統(tǒng)：幾個(gè)變送器合用一個(gè)調(diào)節(jié)器14什么是積分飽和現(xiàn)象？如何消除選擇性控制中的積分飽

7、和現(xiàn)象？當(dāng)選擇器在控制器和控制閥之間，系統(tǒng)出現(xiàn)超限時(shí)，控制器應(yīng)立即切換。為保證及時(shí)切換，在偏差為零時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器應(yīng)該有相同的輸出。當(dāng)其中一個(gè)控制器或兩個(gè)控制器采用PI作用時(shí)，一個(gè)調(diào)節(jié)器被另一個(gè)控制器切換后，偏差仍存在，且存在的時(shí)間較長(zhǎng)，將產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象， 使下一次不能及時(shí)切換。由于偏差長(zhǎng)時(shí)間存在，偏差為零時(shí)控制器輸出仍要超出規(guī)定上、下限一段時(shí)間。為了保持同步，常采用積分外反饋的辦法。采用選擇器的輸出，即控制調(diào)節(jié)閥的信號(hào)做為積分外反饋。15一般地說從結(jié)構(gòu)上看，分程控制是由一只控制器控制兩只控制閥，而選擇性控制是由兩只控制器控制一只控制閥，試?yán)L制各自系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖。16什么是推斷控制？?jī)深悺坝?jì)算

8、指標(biāo)控制”是什么？推斷控制：利用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，由可測(cè)信息將不測(cè)輸出推算出來實(shí)現(xiàn)反饋控制；或?qū)⒉豢蓽y(cè)擾動(dòng)推算出來實(shí)現(xiàn)前饋控制。由輔助輸出推算控制指標(biāo)，作為被控變量的測(cè)量值；以某輔助輸出變量為被控變量，其設(shè)定值由控制指標(biāo)算式推算出來。17試述復(fù)雜控制系統(tǒng)有哪些？它們都是為什么目的而開發(fā)的？1串級(jí)控制系統(tǒng)：改善控制質(zhì)量2前饋控制系統(tǒng)：擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)就能夠進(jìn)行控制3比值控制系統(tǒng)：根據(jù)某一流量的變化調(diào)節(jié)另一流量4均勻控制系統(tǒng)：使前后設(shè)備在物料供求上相互兼顧均勻協(xié)調(diào)5分程控制系統(tǒng)：擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍，使得在小流量時(shí)可實(shí)現(xiàn)更精確的控制用于滿足工藝上操作的特殊要求6選擇性控制系統(tǒng)：7推斷控制系統(tǒng):被控對(duì)象的輸

9、出和擾動(dòng)都不可測(cè)，無(wú)法設(shè)計(jì)一般的反饋和前饋控制。二1離心泵或離心式壓縮機(jī)的負(fù)荷控制方案有哪些？直流節(jié)流法改變泵的轉(zhuǎn)速n通過旁路控制2敘述離心式壓縮機(jī)的特性曲線及產(chǎn)生喘振的原因。特性曲線：壓縮比和入口體積流量的關(guān)系曲線；效率和流量或功率和流量之間關(guān)系曲線。在這里對(duì)于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，壓縮比和入口體積流量的關(guān)系曲線如右圖所示：當(dāng)負(fù)荷降低到一定程度時(shí)，氣體的排出量會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈振蕩，同時(shí)機(jī)身也劇烈振動(dòng)，這種現(xiàn)象叫離心式壓縮機(jī)的喘振。3用圖示說明離心式壓縮機(jī)的防喘振控制方案。固定極限流量法 可變極限流量法4為什么有的場(chǎng)合下需要壓縮機(jī)的串并聯(lián)運(yùn)行？一些生產(chǎn)過程中，采用一個(gè)離心式壓縮機(jī)壓頭不能滿足要求時(shí)，就需

10、要兩臺(tái)或兩臺(tái)以上壓縮機(jī)串聯(lián)運(yùn)行，因此每臺(tái)壓縮機(jī)都應(yīng)防喘振，才能保證設(shè)備的正常運(yùn)行。因一臺(tái)提供的壓頭不夠，故不能采用兩臺(tái)單獨(dú)的旁路回流量控制。當(dāng)一臺(tái)壓縮機(jī)的流量（氣體）不能滿足要求時(shí)，就需兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的壓縮機(jī)并聯(lián)運(yùn)行.三1典型的傳熱設(shè)備有哪些？熱量的傳遞方式有哪幾種？換熱器，加熱爐，鍋爐；熱傳導(dǎo)，對(duì)流；熱輻射2傳熱目的及其控制方案？ 使工藝介質(zhì)達(dá)到規(guī)定的溫度以使生產(chǎn)過程正常進(jìn)行； 在過程進(jìn)行中加入吸收的熱量或除去放出的熱量； 在工藝過程中改變物料狀態(tài)； 熱量回收。 調(diào)載熱體的流量 調(diào)節(jié)傳熱平均溫度差 調(diào)節(jié)傳熱面積 采用旁路控制3用圖示加熱爐的各串級(jí)控制方案，并說明各方案的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)合。 爐

11、出口溫度對(duì)爐膛溫度的串級(jí)控制 爐出口溫度對(duì)燃料流量的串級(jí) 出口溫度對(duì)燃料閥后壓力的串級(jí) 采用壓力平衡式控制閥4用圖示說明加熱爐的前饋-反饋控制方案。5設(shè)置加熱爐的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的作用是什么？對(duì)于燃?xì)夂腿加图訜釥t可能產(chǎn)生事故的原因分別是什么？用圖示分別說明各安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的作用：為安全生產(chǎn)、防止事故 燃?xì)饧訜釥t 工藝介質(zhì)流量過小或中斷，切斷燃料氣； 某種原因滅火時(shí)，切斷燃料氣； 燃料氣壓力不能過低，流量不能太?。?燃料壓力不能過高，否則會(huì)引起脫氣滅火 燃油加熱爐 工藝介質(zhì)流量過小或中斷，切斷燃料油； 燃料油壓力過低會(huì)回火，流量不能太小； 燃料油壓力過高會(huì)脫火； 霧化蒸汽壓力過低

12、或中斷，造成燃料油霧化不良無(wú)法燃燒。6工業(yè)鍋爐的主要控制系統(tǒng) 汽包水位控制 燃燒系統(tǒng)控制 過熱蒸汽系統(tǒng)控制7造成鍋爐汽包“虛假”水位現(xiàn)象的原因是什么？為避免控制器誤動(dòng)作所采取的措施是什么？鍋爐燃燒率增加，主蒸汽流量增加 汽包壓力下降鍋爐燃燒率減少，主蒸汽流量減少，汽包壓力上升，給水溫度下降依負(fù)荷變化的前饋控制8詳細(xì)敘述鍋爐汽包水位的雙沖量控制方案，繪制其工藝流程簡(jiǎn)圖，并給出加法器的設(shè)置。9試?yán)L制鍋爐汽包水位三雙沖量控制方案的工藝流程簡(jiǎn)圖。前饋與串級(jí)組成的復(fù)合控制系統(tǒng) 前饋加反饋控制 前饋-串級(jí)控制系統(tǒng)10試?yán)L制鍋爐燃燒控制系統(tǒng)有邏輯提量控制方案的工藝流程簡(jiǎn)圖，敘述其動(dòng)作過程。在正常工況下，這是

13、鍋爐出口蒸汽壓力對(duì)燃油流量的串級(jí)控制系統(tǒng)和燃油流量與空氣流量的比值控制系統(tǒng)。蒸汽壓力控制器為反作用的，當(dāng)蒸汽壓力下降時(shí)（如因蒸汽耗量增加），壓力控制器輸出增加，而提高了燃油流量控制器的設(shè)定值。但是，如果空氣量不足，將使燃燒不完全。為此設(shè)有低值選擇器LS它只讓兩個(gè)信號(hào)中較小的一個(gè)通過，這樣保證燃料量只能在空氣量足夠的情況下才能加大。壓力控制器的輸出信號(hào)將先通過高值選擇器HS來加大空氣流量，保證在增加燃料流量之前先把空氣量加大，使燃燒完全。當(dāng)蒸汽壓力上升時(shí)，壓力控制器輸出減小，降低了燃油流量控制器的設(shè)定值，在減燃料量的同時(shí)，通過比值控制系統(tǒng)，自動(dòng)減少空氣流量。四1簡(jiǎn)述精餾塔受控變量的選擇有哪些？各

14、自的特點(diǎn)是什么？ 測(cè)溫點(diǎn)的選擇 測(cè)溫點(diǎn)盡量選擇在通道滯后較小的點(diǎn)。 采用塔頂回流控制溫度時(shí)，選擇頂部塔板液相溫度。 溫差控制 優(yōu)點(diǎn)：能夠克服塔壓變化對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。 缺點(diǎn)：不能克服進(jìn)料組分和負(fù)荷變化對(duì)溫差的影響。 雙溫差控制 壓降引起的溫差不僅在塔頂，也發(fā)生在塔底，相減后可相互抵消。2精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量的開環(huán)控制方案有哪些？繪制其工藝流程簡(jiǎn)圖，敘述各自的特點(diǎn)。 固定回流量和再沸氣量當(dāng)進(jìn)料流量及狀態(tài)恒定時(shí)，固定了 LR和VS，D和B就確定了。 101控制回流量和102再沸器加熱蒸汽量；物料平衡控制 固定餾出液量和再沸氣量特點(diǎn)：適用于回流比較大的場(chǎng)合。 LR/D為回流比 固定塔底餾出量和回流量3精餾

15、塔按精餾段指標(biāo)的控制方案有哪些？繪制其工藝流程簡(jiǎn)圖，敘述各自的特點(diǎn)。 間接物料平衡控制優(yōu)點(diǎn)：調(diào)節(jié)作用滯后小，反應(yīng)迅速； 有利于克服進(jìn)入精餾段的擾動(dòng)； 保證塔頂產(chǎn)品質(zhì)量。適用場(chǎng)合：回流比0.8，需要減少滯后 直接物料平衡控制4精餾塔按提餾段指標(biāo)的控制方案有哪些？繪制其工藝流程簡(jiǎn)圖，敘述各自的特點(diǎn)。 直接物料平衡控制優(yōu)點(diǎn)：物料平衡與能量平衡之間關(guān)聯(lián)最小。 缺點(diǎn)：滯后較大，液位控制回路存在反向特性。5精餾塔壓力控制系統(tǒng)的方案有哪些？繪制其工藝流程簡(jiǎn)圖，敘述各自的特點(diǎn)。6簡(jiǎn)述精餾塔先進(jìn)控制方案中內(nèi)回流與外回流的區(qū)別？外回流液的溫度比第一塊塔板的溫度低。外回流進(jìn)入塔后，需把它加熱至 與第一塊塔板溫度相等

16、，加熱外回流所需熱量由進(jìn)入第一塊塔板的蒸汽部分冷 凝所產(chǎn)生的氣化潛熱供給，從第一塊塔板向下流的內(nèi)回流等于外回流量和這部 分冷凝液之和。部分冷凝液流量，除了受外回流的影響外，還受塔頂和外回流 液溫差的影響。因此外回流量愈大，或外回流溫度與第一塊塔板溫度之差愈大， 則內(nèi)回流變化越多。 當(dāng)塔頂蒸氣的溫度與外回流液溫度相同時(shí)，內(nèi)回流等于外回流，一般情況 下，內(nèi)回流大于外回流。 當(dāng)塔頂蒸氣溫度與外回流液溫度之差變化不大時(shí)，控制外回流的辦法一般 可以滿足精餾塔的操作要求?？梢圆捎猛饣亓鞯霓k法控制內(nèi)回流，當(dāng)塔頂采用 風(fēng)冷凝器時(shí)，外回流溫度受環(huán)境溫度影較大，此時(shí)外回流控制并不能使內(nèi)回流 恒定。五1簡(jiǎn)述反應(yīng)器的

17、分類方法和類型。 根據(jù)反應(yīng)物料的聚集狀態(tài) 分為均相與非均相反應(yīng)器兩大類 均相：反應(yīng)器內(nèi)物料處于同一相態(tài)下。 反應(yīng)在均一的氣相中進(jìn)行，為氣相均相反應(yīng) 反應(yīng)在均一的液相中進(jìn)行，為液相均相反應(yīng)非均相：反應(yīng)器內(nèi)物料之間或反應(yīng)物與催化劑之間存在相界面。 按反應(yīng)器進(jìn)出料狀況 可分為間歇式，半間歇式和連續(xù)式 間歇式反應(yīng)器：將反應(yīng)物料分次或一次加入反應(yīng)器中，經(jīng)過一定反應(yīng)時(shí)間后，取出反應(yīng)器中所有物料，然后重新加料進(jìn)行反應(yīng)。 半間歇式反應(yīng)器：反應(yīng)物料間歇加入，產(chǎn)品連續(xù)取出。 從傳熱情況 分為絕熱式和非絕熱式反應(yīng)器 絕熱式反應(yīng)：不與外界進(jìn)行交換。2表征反應(yīng)的質(zhì)量指標(biāo)有哪些？寫出它們的算式。3簡(jiǎn)述催化裂化提升管反應(yīng)器控制的要求，并繪制其工藝流程簡(jiǎn)圖。 工藝要求 控制合理的反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力。保證合理的反應(yīng)深度； 控制兩器壓差，保證催化劑的流化與循環(huán)； 控制恰當(dāng)?shù)拇呋瘎┖剂?，保證催化劑的活性； 控制合理的煙氣含氧量，避免二次燃燒發(fā)生。 反應(yīng)溫度控制 影響因素 催化劑循環(huán)量、溫度；進(jìn)料量、溫度；提升蒸汽