過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表習(xí)題答案

1、一、某化學(xué)反應(yīng)器，工藝規(guī)定操作溫度為 200 ±10 C,考慮安全因素，調(diào)節(jié)過(guò)程中溫度規(guī)定值最大不得超過(guò)15 C。現(xiàn)設(shè)計(jì)運(yùn)行的溫度定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)如下圖所示，試求：該系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)（最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過(guò)渡時(shí)間），并問(wèn)該調(diào)節(jié)系統(tǒng)是否滿(mǎn)足 工藝要求。i/min參考答案：最大偏差A(yù) = 230-200 = 30 C余差 C= 205-200 = 5 c衰減比 n = y1: y3 = 25:5 = 5:1振蕩周期 T = 20 -5 = 15（min）設(shè)被控變量進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值的± 2%,就認(rèn)為過(guò)渡過(guò)程結(jié)束，則誤差區(qū)域 =205

2、X （ ±2%）=± 4.1 C在新穩(wěn)態(tài)值（205）兩側(cè)以寬度為± 4.1 C畫(huà)一區(qū)域（陰影線(xiàn)）。曲線(xiàn)進(jìn)入時(shí)間點(diǎn)Ts =22min工藝規(guī)定操作溫度為 200 ±10 C,考慮安全因素，調(diào)節(jié)過(guò)程中溫度規(guī)定值最大不得超過(guò)15C,而該調(diào)節(jié)系統(tǒng)A=30C,不滿(mǎn)足工藝要求最大偏差A(yù) = 230-200 = 30 C余差C= 205-200 = 5 c衰減比 n = y1: y3 = 25:5 = 5:1二、如圖所示，用差壓變送器檢測(cè)液位。已知p 1 =1200kg/m3, p2=950kg /m3, h1 =1.0m , h2 = 5.0m ,液位變化的范圍為 0

3、3.0m ,如果當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭 = 9.8m /s,求差壓變送器的量程和遷移量。差壓變送器當(dāng)液位在03.0m變化時(shí)，差壓的變化量為隔離靖p1gHmax= 1200X9.8 X3.0 = 35280 Pa根據(jù)差壓變送器的量程系列，可選差變的量程為40kPa當(dāng)H = 0時(shí)，有牛=p2g (h2 h1) = 950X9.8 X (5.0 1.0) = 37240 Pa所以，差壓變送器需要進(jìn)彳T負(fù)遷移，負(fù)遷移量為37.24kPa遷移后該差變的測(cè)量范圍為一37.242.76kPa 若選用DDZ-IH型儀表，則當(dāng)變送器輸出 I = 4mA時(shí)，表示 H = 0;當(dāng)I = 20mA時(shí)，H = 40X 3.0

4、/35.28 = 3.4m ,即實(shí)際可測(cè)液位范圍為 03.4m。 如果要求H = 3.0m時(shí)差變輸出滿(mǎn)刻度(20mA),則可在負(fù)遷移后再進(jìn)行量程調(diào)整，使得當(dāng)Ap=- 37.24 + 35.28 = 1.96kPa時(shí),差變的輸出達(dá)到 20mA。三、有一臺(tái)電動(dòng)差壓變送器，表量程為25000Pa ,對(duì)應(yīng)的最大流量為 50t/h ,工藝要求40t/h時(shí)報(bào)警。問(wèn)：不帶開(kāi)方器時(shí)，報(bào)警值設(shè)定在多少？帶開(kāi)方 器時(shí)，報(bào)警信號(hào)設(shè)定在多少？參考答案：不帶開(kāi)方器時(shí)對(duì)應(yīng)40t/h流量的差壓AP1= 25000(40/50)2=16000Pa對(duì)應(yīng)40t/h流量的輸出I 出 1= (16000/25000 ) 16+4=1

5、2.24mA報(bào)警值 S=12.24mA帶開(kāi)方器時(shí)，V AQ=KAP對(duì)應(yīng)40t/h流量的差壓AP2= 25000(40/50)=20000Pa對(duì)應(yīng)40t/h流量的輸出I 出 2= (20000/25000 ) 16+4=16.8mA報(bào)警值 S=16.8mA四、某比例控制器，溫度控制范圍為400800 C,輸出信號(hào)范圍是420mA。 當(dāng)指示指針從600 C變到700 C時(shí)，控制器相應(yīng)的輸出從8mA變?yōu)?6mA。求 設(shè)定的比例度。p=（4/竟）x100%-f 700-600 / 16-8 v 1 nnoz.-Uoo-4OOZ 20TjXiUU/O= 50%即：溫度的偏差在輸入量程的 50%區(qū)間內(nèi)(即

6、200C)時(shí)，e和y是2倍的關(guān)系。五、有一臺(tái)比例積分調(diào)節(jié)器，它的比例度為 50%,積分時(shí)間為1分，開(kāi)始時(shí)，測(cè)量、給定和輸出都在50%,當(dāng)測(cè)量變化到55%時(shí)，輸出變化到多少？ 1分鐘后又變化到多少？(1)當(dāng)測(cè)量由50%躍變到55%的一瞬間，時(shí)間t=0。已知調(diào)節(jié)器的比例度6 =50%,積分時(shí)間TI=1分，e=A 入=55%-50%=5%代入上式可得Ay(0+)= AI出(0+)= =10%即輸出變化為10用口上原有的50%,所以輸出躍變到60%(2)一分鐘后，輸出變化為A y(1)= A出(1)=20%加上原有的50%,所以一分鐘后輸出變到50%+20%=70%六、請(qǐng)判定圖所示溫度控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)

7、閥和調(diào)節(jié)器的作用型式。1 .當(dāng)物料為溫度過(guò)低時(shí)易析出結(jié)晶顆粒的介質(zhì)，調(diào)節(jié)介質(zhì)為過(guò)熱蒸汽時(shí)；(A )2 .當(dāng)物料為溫度過(guò)高時(shí)易結(jié)焦或分解的介質(zhì)，調(diào)節(jié)介質(zhì)為過(guò)熱蒸汽時(shí)；(B )3 .當(dāng)物料為溫度過(guò)低時(shí)易析出結(jié)晶顆粒的介質(zhì)，調(diào)節(jié)介質(zhì)為待加熱的軟化水時(shí)；(C)4 .當(dāng)物料為溫度過(guò)高時(shí)易結(jié)焦或分解的介質(zhì)，調(diào)節(jié)介質(zhì)為待加熱的軟化水時(shí)；(D )A.氣關(guān)調(diào)節(jié)閥，正作用調(diào)節(jié)器；8 .氣開(kāi)調(diào)節(jié)閥，反作用調(diào)節(jié)器；C.氣開(kāi)調(diào)節(jié)閥，正作用調(diào)節(jié)器;D.氣關(guān)調(diào)節(jié)閥，反作用調(diào)節(jié)器七、對(duì)于圖示的加熱器串級(jí)控制系統(tǒng)冷物料冷凝水要求：(1)畫(huà)出該控制系統(tǒng)的方框圖，并說(shuō)明主變量、副變量分別是什么？主控制器、副控制器分別是哪個(gè)？(2)

8、若工藝要求加熱器溫度不能過(guò)高，否則易發(fā)生事故，試確定控制閥的氣開(kāi)氣關(guān)型式；(3)確定主、副控制器的正反作用；(4)當(dāng)蒸汽壓力突然增加時(shí)，簡(jiǎn)述該控制系統(tǒng)的控制過(guò)程;（5）當(dāng)冷物料流量突然加大時(shí),簡(jiǎn)述該控制系統(tǒng)的控制過(guò)程;（注：要求用各變量間的關(guān)系來(lái)闡述）解：（1）該控制系統(tǒng)的方框圖主設(shè)副設(shè)定值溫度流量副測(cè)量值擾動(dòng)1擾動(dòng)2流量測(cè)量變送. 出口 溫度對(duì) 溫度.主測(cè)量值溫度測(cè)量變送4（2）由于工藝要求加熱器溫度不能過(guò)高，否則易發(fā)生事故，所以控制閥應(yīng)選用氣開(kāi)型式，一 但氣源故障斷氣，控制閥自動(dòng)關(guān)閉，蒸汽不再進(jìn)入加熱器，以避免介質(zhì)溫度過(guò)高發(fā)生事故。（3）確定主、副控制器的正反作用：在副回路中，由于流量對(duì)象

9、是 4”作用（閥開(kāi)大，流量增加）的（Ko2>0）,控制閥也是 4” 作用（氣開(kāi)式）的（Kv>0）,故副控制器FC是4”特性（Kc2>0）,選反作用，這樣才起到負(fù) 反饋的控制作用；在主回路中，由于主對(duì)象是 4”作用（副變量蒸汽流量增大，主變量出口溫度也增大）的（Ko1>0）,故主控制器TC是4"特性（Kc1>0）,選反作用，這樣才起到負(fù)反饋的控制作用。 （4）當(dāng)蒸汽壓力突然增加時(shí)，該控制系統(tǒng)的控制過(guò)程如下：蒸汽壓力增加，則蒸汽流量增加，由于FC為反作用，故其輸出降低，因而氣開(kāi)型的控制閥關(guān)小，蒸汽流量減少以及時(shí)克服蒸汽 壓力變化對(duì)蒸汽流量的影響，因而減少以致

10、消除蒸汽壓力波動(dòng)對(duì)加熱爐出口物料溫度的影響， 提高了控制質(zhì)量(5)當(dāng)冷物料流量突然加大時(shí)，該控制系統(tǒng)的控制過(guò)程如下：冷物料流量加大，加熱爐出口物料溫度降低，反作用的TC輸出增加，因而使FC的給定值增加，F(xiàn)C為反作用，故其輸出也增加，于是氣開(kāi)型的控制閥開(kāi)大，蒸汽流量增加以使加熱爐出口物料溫度增加，起到負(fù)反饋的控制作用。九、試判斷圖示兩系統(tǒng)各屬于何種控制系統(tǒng)？說(shuō)明其理由，并畫(huà)出相應(yīng)的系統(tǒng)方框圖。右圖是以加熱器出口溫度為主被控變量，以燃料油流量為副被控變量和操縱變量構(gòu)成的典型審級(jí)控制系統(tǒng)；左圖是一種形似審級(jí)控制但實(shí)際是一種前饋反饋控制系統(tǒng)。兩個(gè)控制器TC與FC用級(jí)工作,TC的輸出作為FC的給定，形似

11、審級(jí)控制，但并沒(méi)有副回路，只有一個(gè)反饋回路，執(zhí)行器的輸出并不能改變?cè)系牧髁?，所以不能認(rèn)為是一個(gè)審級(jí)控制系統(tǒng)。為靜態(tài)前饋-反饋控制的非 標(biāo)準(zhǔn)形式。執(zhí)行器一流量對(duì)象加熱爐原油流量Q*(b)(c)有時(shí)前饋-反饋控制系統(tǒng)從其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看與串級(jí)控制系統(tǒng)十分相似，試問(wèn)任何區(qū)分它們？試分析圖示的兩個(gè)系統(tǒng)各屬于什么系統(tǒng)？說(shuō)明其理由。燃料油向t,原泊燃料油?前饋-反饋控制系統(tǒng)也有兩個(gè)控制器，但在結(jié)構(gòu)上與審級(jí)控制系統(tǒng)是完全不同的。?審級(jí)控制系統(tǒng)是由內(nèi)、外兩個(gè)控制回路所組成;?而前饋一反饋控制系統(tǒng)是由一個(gè)反饋回路和另一個(gè)開(kāi)環(huán)的補(bǔ)償回路疊加而成。圖（b）是以加熱器出口溫度為主被控變量，以燃料油流量為副被控變量和操縱

12、變量構(gòu)成的典型審級(jí)控制系統(tǒng)；圖（a）是一種形似審級(jí)控制但實(shí)際是一種前饋反饋控制系統(tǒng)。兩個(gè)控制器TC與FC用級(jí)工作，TC的輸出作為FC的給定，形似審級(jí)控制，但并沒(méi)有副回路，只有一個(gè)反饋回路， 執(zhí)行器的輸出并不能改變?cè)系牧髁浚圆荒苷J(rèn)為是一個(gè)審級(jí)控制系統(tǒng)。為靜態(tài)前饋-反饋控制的非標(biāo)準(zhǔn)形式。某加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)，經(jīng)運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)擾動(dòng)主要來(lái)自燃料 流量波動(dòng)，試設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)克服之.如果發(fā)現(xiàn)擾動(dòng)主要來(lái)自原料 流量波動(dòng)，應(yīng)如何設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)以克服之。畫(huà)出帶控制點(diǎn)工藝 流程圖和控制系統(tǒng)框圖.加熱爐的前饋一反饋控制系統(tǒng)十、圖示的熱交換器中，物料與蒸汽換熱，要求出口溫度達(dá)到規(guī)定的要求。試 分析下述情況下應(yīng)采取何種控制方案為好。畫(huà)出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖與方塊圖。（1）物料流量F比較穩(wěn)定，而蒸汽壓力波動(dòng)較大。(2)蒸汽壓力比較穩(wěn)定，而物料流量 F波動(dòng)較大。(3)物料流量F比較穩(wěn)定，而物料入口溫度及蒸汽壓力波動(dòng)都較大。蒸汽物料控制系統(tǒng)方塊圖冷凝水(1)物料流量F比較穩(wěn)定，而蒸汽壓力波動(dòng)較大