工程控制習題答案

1、2-12-1圖圖為一蒸汽加熱器，利用蒸汽將物料加熱到所需溫度后排出，試問：為一蒸汽加熱器，利用蒸汽將物料加熱到所需溫度后排出，試問： 影響物料出口溫度的主要因素有哪些？一般情況下，其中哪些為可控量，哪些影響物料出口溫度的主要因素有哪些？一般情況下，其中哪些為可控量，哪些 為不可控量？為不可控量？ 如果要設計一溫度控制系統(tǒng)，一般應選擇什么量為被控變量和操縱變量？為什如果要設計一溫度控制系統(tǒng)，一般應選擇什么量為被控變量和操縱變量？為什 么？么？ 如果物料溫度過高時會分解，試確定控制閥的氣開、氣關形式和控制器的正、如果物料溫度過高時會分解，試確定控制閥的氣開、氣關形式和控制器的正、 反作用方向？反作

2、用方向？ 2-2 2-2 管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)。管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)。 1 1）指出該系統(tǒng)中主、副對象、主、副變量、操縱變量、）指出該系統(tǒng)中主、副對象、主、副變量、操縱變量、 主、副擾動變量、主、副調節(jié)器各是什么？主、副擾動變量、主、副調節(jié)器各是什么？ 2 2）畫出該控制系統(tǒng)的方塊圖，并確定各個環(huán)節(jié)的正反）畫出該控制系統(tǒng)的方塊圖，并確定各個環(huán)節(jié)的正反 作用方向；作用方向； 3 3）當燃料油負荷突然增加，試分析該系統(tǒng)是如何實現(xiàn)）當燃料油負荷突然增加，試分析該系統(tǒng)是如何實現(xiàn) 自動控制的。自動控制的。 圖圖2-2 2-2 加熱爐出口溫度簡單控制系統(tǒng)加熱爐出口溫度簡單控制系統(tǒng)P43

3、 P43 圖圖2-32-3加熱爐加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)出口溫度串級控制系統(tǒng) 2-32-3如圖如圖1-51-5所示的夾套反應器溫度控制系統(tǒng)圖所示的夾套反應器溫度控制系統(tǒng)圖 1 1）指出該系統(tǒng)中主被控對象、副被控對象、主被）指出該系統(tǒng)中主被控對象、副被控對象、主被 控變量、副被控變量、操縱變量、擾動變量各是什控變量、副被控變量、操縱變量、擾動變量各是什 么？么？2 2）畫出該控制系統(tǒng)的方塊圖）畫出該控制系統(tǒng)的方塊圖. . 3 3）當蒸汽負荷突然增加，試分析該系統(tǒng)是如何實現(xiàn)）當蒸汽負荷突然增加，試分析該系統(tǒng)是如何實現(xiàn) 自動控制。自動控制。 5 5 答：答： 影響物料出口溫度的主要因素有：加熱蒸影

4、響物料出口溫度的主要因素有：加熱蒸 汽的流量、壓力；被加熱物料的流量、入口溫度；汽的流量、壓力；被加熱物料的流量、入口溫度； 傳熱情況等。一般情況下，可控量為加熱蒸汽流量，傳熱情況等。一般情況下，可控量為加熱蒸汽流量， 其它量為不可控量。其它量為不可控量。 如果要設計一溫度控制系統(tǒng)，一般應選擇加熱如果要設計一溫度控制系統(tǒng)，一般應選擇加熱 器內的物料溫度或物料出口溫度為被控變量，這是器內的物料溫度或物料出口溫度為被控變量，這是 工藝生產中的主要直接操作指標。工藝生產中的主要直接操作指標。 應選擇加熱蒸汽量為操縱變量，因為它是可控量，應選擇加熱蒸汽量為操縱變量，因為它是可控量， 而且對物料溫度的影

5、響較顯著。而且對物料溫度的影響較顯著。 （3 3）應選氣開閥，反作用控制器。）應選氣開閥，反作用控制器。 干擾作用干擾作用 T T 給定值給定值 控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器蒸汽加熱器蒸汽加熱器 f f 溫度測量元件與變送器溫度測量元件與變送器 T Ts s e= Te= Tm m T Ts s u um m T Tm m 偏差偏差 控制信號控制信號操縱變量操縱變量 出口溫度出口溫度 正正 正正 反反正正 2-22-2解：解：1 1） 主主對象對象 ：加熱爐內加熱管的管壁；：加熱爐內加熱管的管壁； 副對象副對象 ：加熱爐的爐膛：加熱爐的爐膛 主變主變 量：量：原原料的出口溫度料的出口溫度T1T1；

6、 副變副變 量：量：爐膛內的溫度爐膛內的溫度T2T2； 操縱變量：操縱變量：燃料的流量；燃料的流量； 主擾動量主擾動量f1f1：被加熱被加熱原原料的進口的溫度、壓力、流量料的進口的溫度、壓力、流量 副擾動量副擾動量f2f2：燃料油的壓力、溫度；霧化燃料油用的過熱燃料油的壓力、溫度；霧化燃料油用的過熱 蒸汽的壓力、流量；燃燒器的配風、爐膛的漏風以及環(huán)境蒸汽的壓力、流量；燃燒器的配風、爐膛的漏風以及環(huán)境 溫度等。溫度等。 T T1 1給定值給定值 控制器控制器1 1 控制閥控制閥 爐管爐管 f f1 1 溫度測量變送器溫度測量變送器1 1 u u1 1 m m e e1 1 控制器控制器2 2爐膛

7、爐膛 溫度測量變送器溫度測量變送器2 2 e e2 2 u u2 2 f f2 2 T T2 2 正正 正正 正正 負負 負負 3 3）當燃料油負荷突然增加，試分析該系統(tǒng)是如何實現(xiàn)自動控制的。當燃料油負荷突然增加，試分析該系統(tǒng)是如何實現(xiàn)自動控制的。 在穩(wěn)定工況下，原料油出口溫度和爐膛溫度處于在穩(wěn)定工況下，原料油出口溫度和爐膛溫度處于相對穩(wěn)定狀相對穩(wěn)定狀 態(tài)態(tài)，控制燃料油的閥門保持在一定的開度。當燃料油，控制燃料油的閥門保持在一定的開度。當燃料油負荷突負荷突 然增加然增加，這個干擾會使爐膛的溫度，這個干擾會使爐膛的溫度T T2 2升高升高，原料油出口溫度，原料油出口溫度 T T1 1也會隨之提高

8、也會隨之提高，此時溫度檢測變送器，此時溫度檢測變送器TT1TT1將信號送給主控將信號送給主控 制器制器TC1TC1， e e1 1增大增大，主控制器輸出，主控制器輸出u u1 1減小減小，即副控制器的給，即副控制器的給 定值減小，副控制器的輸入偏差定值減小，副控制器的輸入偏差e e2 2增大增大，副控制器的輸出信，副控制器的輸出信 號號u u2 2減小減小，控制閥，控制閥開度減小開度減小，即操縱變量燃料油，即操縱變量燃料油m m減小減小，爐，爐 膛溫度膛溫度T T2 2下降下降，從而爐管內原料油出口溫度，從而爐管內原料油出口溫度T T1 1也會隨之下降也會隨之下降。 T T1 1給定值給定值

9、控制器控制器1 1 控制閥控制閥 爐管爐管 f f1 1 溫度測量變送器溫度測量變送器1 1 u u1 1 m m e e1 1 控制器控制器2 2爐膛爐膛 溫度測量變送器溫度測量變送器2 2 e e2 2 u u2 2 f f2 2 T T2 2 正正 正正 正正 負負 負負 2 2）夾套反應器溫度控制系統(tǒng)方塊圖）夾套反應器溫度控制系統(tǒng)方塊圖 2-32-3解解（1 1） 主主被控對象被控對象 ：反應器；反應器； 副被控對象副被控對象 ：夾套：夾套 主被控變量：主被控變量：反應器內的溫度反應器內的溫度T1T1； 副被控變量：夾套內的溫度副被控變量：夾套內的溫度T2T2； 操操 縱縱 變變 量：

10、蒸汽流量；量：蒸汽流量； 主擾動量主擾動量f1f1：反應器物料進口的溫度、壓力、流量，反應器物料進口的溫度、壓力、流量， 副擾動量副擾動量f2f2：蒸汽的壓力、流量、溫度蒸汽的壓力、流量、溫度 T T1 1 給定值給定值 控制器控制器1 1 控制閥控制閥 反應器反應器 f f1 1 溫度測量變送器溫度測量變送器1 1 u u1 1m m e e1 1 控制器控制器2 2夾套夾套 溫度測量變送器溫度測量變送器2 2 e e2 2 u u2 2 f f2 2 T T2 2 正正 正正 正正負負 負負 3 3）當蒸汽負荷突然增加，試分析該系統(tǒng)是如何實現(xiàn)自動當蒸汽負荷突然增加，試分析該系統(tǒng)是如何實現(xiàn)自

11、動 控制?？刂?。 當蒸汽當蒸汽負荷突然增加，負荷突然增加，反應器內的溫度反應器內的溫度T1T1將升高將升高，此時溫，此時溫 度檢測變送器度檢測變送器TT1TT1將信號送給主控制器將信號送給主控制器TC1TC1， e e1 1增大增大，主，主 控制器輸出控制器輸出u u1 1減小減小，即副控制器的給定值減小，副控制器，即副控制器的給定值減小，副控制器 的輸入偏差的輸入偏差e e2 2增大增大，副控制器的輸出信號，副控制器的輸出信號u u2 2減小減小，控制閥，控制閥 開度減小開度減小，即操縱變量，即操縱變量m m減小減小，夾套內的蒸汽溫度，夾套內的蒸汽溫度T T2 2下降下降， 從而反應器內的溫

12、度從而反應器內的溫度T T1 1也會隨之下降。也會隨之下降。 T T1 1 給定值給定值 控制器控制器1 1 控制閥控制閥 反應器反應器 f f1 1 溫度測量變送器溫度測量變送器1 1 u u1 1m m e e1 1 控制器控制器2 2夾套夾套 溫度測量變送器溫度測量變送器2 2 e e2 2 u u2 2 f f2 2 T T2 2 正正 正正 正正負負 負負 例3-1 用一支鉑銠10-鉑熱電偶進行溫度測量，已知熱電 偶冷端溫度為t0為20，測量得到E（t0,0）=7.341mv， 求被測介質的實際溫度。 mv454. 7113. 0341. 7)tt ()0t ()0t ( 113.

13、0)0 ,( 00 0 ，則 查表得到： EEE mvtE 反查S分度表得其對應的實際溫度為810。 例3-2，用S型熱電偶測溫，已知冷端溫度為40， 而實際測量的熱電勢為9.352mv。試求預測的溫度 值。 。接查出根據(jù)上值，由分度表直 ，所以 ，由分度表查出 ，而 ， 由題意 表示，表示，冷端溫度用解：設被測溫度用 1000t mv587. 9235. 0352. 9)0t ( mv235. 0)040( )040()40t ()0t ( mv352. 9)40t (40t tt 0 0 E E EEE E 例3-3簡述壓力表的安裝應注意的事項及問題： 1.取壓點應選在被測介質直線流動的管

14、段部分，不要選在管路交叉、 轉彎、死角或其它容易形成漩渦的地方。 測量流動介質的壓力時，應使取壓點與流向垂直并消除管壁鉆孔 毛刺機焊渣。 測量液體壓力時，取壓點應在管道下部，使導壓管內不積存氣 體；測量氣體時，則應取在管道上方，以免導壓管內積存液體。 導壓管的敷設原則： 當被測介質容易冷凝或凍結時，必須加裝保溫、伴熱管線。 取壓口到壓力表之間應裝切斷閥，位置要靠近取壓口。 壓力表的安裝要求： 壓力表應安裝在便于觀察和檢修的地方 安裝地點應力求避免真的和高溫影響。 當被測介質易冷凝或凍結，必須當被測介質易冷凝或凍結，必須加裝伴熱管加裝伴熱管后再行保溫；當測量腐后再行保溫；當測量腐 蝕性介質時，應

15、蝕性介質時，應加裝隔離罐加裝隔離罐；當測量高溫蒸氣壓力時，應；當測量高溫蒸氣壓力時，應加裝冷凝加裝冷凝 盤管盤管；測量含塵氣體時，應；測量含塵氣體時，應加裝灰塵捕集器加裝灰塵捕集器；測量高于；測量高于6060度的介質度的介質 時，應時，應加裝環(huán)行圈加裝環(huán)行圈； 當測量液體壓力時，在導壓管系統(tǒng)最高處應當測量液體壓力時，在導壓管系統(tǒng)最高處應安裝集氣瓶安裝集氣瓶； 當測量氣體壓力有可能有液體冷凝時，在導壓管系統(tǒng)最低處應當測量氣體壓力有可能有液體冷凝時，在導壓管系統(tǒng)最低處應 加裝水分離器加裝水分離器；當被測介質有可能產生沉淀時，應在儀表前；當被測介質有可能產生沉淀時，應在儀表前安安 裝沉降器裝沉降器。

16、 5 5取壓口與壓力表之間應取壓口與壓力表之間應加裝隔離閥加裝隔離閥。 6 6在測量較小壓力時，若儀表與取壓口不在同一水平高度，則在測量較小壓力時，若儀表與取壓口不在同一水平高度，則 應對應對測壓進行校正測壓進行校正 例3-4 簡述測溫儀表的安裝事項以及注意的問題。 1.測溫點應具有代表性，不應把測溫元件插到被測介質的 死角區(qū)域；測溫點應盡量避免 具有電磁場干擾源的場合，否則應采取抗干擾措施。 2.測溫元件的插入深度，應使感溫元件能夠充分地感受到 被測介質的實際溫度。例如，當保護套的端部應對著工藝 管道中介質的流向。 3.若安裝測溫元件的工藝管經過?。―N80mm）時，應 接裝擴大管。 4.應盡量避免測量元件外露部分的熱損失而引起的測量誤 差。為此，一是保證有足夠的插入深度（斜插或在彎頭處 安裝）；二是對外露部分加裝保溫層進行保溫。 5.用熱電偶測量爐膛溫度時，應避免熱電偶與火焰直接接 觸，否則必然會使測量