過程控制系統(tǒng)與儀表習題答案

1、.一、某化學反應器，工藝規(guī)定操作溫度為200±10，考慮安全因素，調節(jié)過程中溫度規(guī)定值最大不得超過15?，F(xiàn)設計運行的溫度定值調節(jié)系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如下圖所示，試求：該系統(tǒng)的過渡過程品質指標（最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過渡時間），并問該調節(jié)系統(tǒng)是否滿足工藝要求。參考答案：最大偏差 A = 230-200 = 30余差 C= 205-200 = 5衰減比 n = y1: y3 = 25:5 = 5:1振蕩周期 T = 20 5 = 15 （min）設被控變量進入穩(wěn)態(tài)值的土2，就認為過渡過程結束，則誤差區(qū)域=205 ×（ ± 2） 

2、7; 4.1在新穩(wěn)態(tài)值（205）兩側以寬度為±4.1畫一區(qū)域（陰影線）。曲線進入時間點 Ts = 22min工藝規(guī)定操作溫度為200±10，考慮安全因素，調節(jié)過程中溫度規(guī)定值最大不得超過15，而該調節(jié)系統(tǒng)A=30，不滿足工藝要求。最大偏差 A = 230-200 = 30余差 C= 205-200 = 5衰減比 n = y1: y3 = 25:5 = 5:1二、如圖所示，用差壓變送器檢測液位。已知11200kgm3，2950kgm3，h11.0m，h25.0m，液位變化的范圍為 03.0m，如果當?shù)刂亓铀俣?g9.8ms，求差壓變送器的量程和遷移量。 當液位在03.0m變

3、化時，差壓的變化量為 1gHmax 1200×9.8×3.035280 Pa根據差壓變送器的量程系列，可選差變的量程為40kPa當H0時，有 p2g（h2h1）950×9.8×（5.01.0）37240 Pa所以，差壓變送器需要進行負遷移，負遷移量為37.24kPa遷移后該差變的測量范圍為37.242.76kPa 若選用 DDZ-型儀表，則當變送器輸出 I4mA時，表示 H0；當I20mA時，H40×3.035.283.4m，即實際可測液位范圍為 03.4m。如果要求H3.0m時差變輸出滿刻度（20mA），則可在負遷移后再進行量程調整，使得當p

4、37.2435.281.96kPa時，差變的輸出達到20mA。 三、有一臺電動差壓變送器，表量程為25000Pa，對應的最大流量為50t/h，工藝要求40t/h時報警。問：不帶開方器時，報警值設定在多少？帶開方器時，報警信號設定在多少？參考答案：不帶開方器時對應40t/h流量的差壓 P1= 25000(40/50)2=16000Pa對應40t/h流量的輸出I出1=（16000/25000）16+4=12.24mA報警值S=12.24mA帶開方器時, Q=KP對應40t/h流量的差壓 P2= 25000(40/50)=20000Pa對應40t/h流量的輸出I出2=（20000/25000）16+

5、4=16.8mA報警值S=16.8mA四、某比例控制器，溫度控制范圍為400800，輸出信號范圍是420mA。當指示指針從600變到700時，控制器相應的輸出從8mA變?yōu)?6mA。求設定的比例度。即：溫度的偏差在輸入量程的50區(qū)間內（即200）時，e和y是2倍的關系。五、有一臺比例積分調節(jié)器，它的比例度為50%，積分時間為1分，開始時，測量、給定和輸出都在50%，當測量變化到55%時，輸出變化到多少？1分鐘后又變化到多少？(1)當測量由50%躍變到55%的一瞬間，時間t=0。已知調節(jié)器的比例度=50%，積分時間TI=1分，=I入=55%-50%=5%代入上式可得y(0+)= I出 (0+)=

6、=10%即輸出變化為10%加上原有的50%，所以輸出躍變到60%。(2)一分鐘后，輸出變化為y(1)= I出(1)=20%加上原有的50%，所以一分鐘后輸出變到50%+20%=70%六、請判定圖所示溫度控制系統(tǒng)中，調節(jié)閥和調節(jié)器的作用型式。TC物料1. 當物料為溫度過低時易析出結晶顆粒的介質，調節(jié)介質為過熱蒸汽時； （ A ）2. 當物料為溫度過高時易結焦或分解的介質，調節(jié)介質為過熱蒸汽時； （ B ）3. 當物料為溫度過低時易析出結晶顆粒的介質，調節(jié)介質為待加熱的軟化水時； （ C） 4. 當物料為溫度過高時易結焦或分解的介質，調節(jié)介質為待加熱的軟化水時； （ D ） A.氣關調節(jié)閥，正作用

7、調節(jié)器；B.氣開調節(jié)閥，反作用調節(jié)器；C.氣開調節(jié)閥，正作用調節(jié)器；D.氣關調節(jié)閥，反作用調節(jié)器.七、對于圖示的加熱器串級控制系統(tǒng)。要求：（1）畫出該控制系統(tǒng)的方框圖，并說明主變量、副變量分別是什么？主控制器、副控制器分別是哪個？（2）若工藝要求加熱器溫度不能過高，否則易發(fā)生事故，試確定控制閥的氣開氣關型式；（3）確定主、副控制器的正反 作用；（4）當蒸汽壓力突然增加時， 簡述該控制系統(tǒng)的控制過程；（5）當冷物料流量突然加大時， 簡述該控制系統(tǒng)的控制過程；（注：要求用各變量間的關系來闡述） 解：（1）該控制系統(tǒng)的方框圖溫度控制器控制閥流量對象象流量測量變送主設定值擾動1出口溫度操縱變量流量控制

8、器溫度對象蒸汽流量溫度測量變送副設定值主測量值副測量值擾動2（2）由于工藝要求加熱器溫度不能過高，否則易發(fā)生事故，所以控制閥應選用氣開型式，一但氣源故障斷氣，控制閥自動關閉，蒸汽不再進入加熱器，以避免介質溫度過高發(fā)生事故。（3）確定主、副控制器的正反作用：在副回路中，由于流量對象是“”作用（閥開大，流量增加）的（Ko2>0），控制閥也是“”作用（氣開式）的（Kv>0），故副控制器FC是“”特性（Kc2>0），選反作用，這樣才起到負反饋的控制作用；在主回路中，由于主對象是“”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“”特性（Kc

9、1>0），選反作用，這樣才起到負反饋的控制作用。（4）當蒸汽壓力突然增加時，該控制系統(tǒng)的控制過程如下：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，因而氣開型的控制閥關小，蒸汽流量減少以及時克服蒸汽壓力變化對蒸汽流量的影響，因而減少以致消除蒸汽壓力波動對加熱爐出口物料溫度的影響，提高了控制質量。（5）當冷物料流量突然加大時，該控制系統(tǒng)的控制過程如下：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， FC為反作用，故其輸出也增加，于是氣開型的控制閥開大，蒸汽流量增加以使加熱爐出口物料溫度增加，起到負反饋的控制作用。九、試判斷圖示兩系統(tǒng)各

10、屬于何種控制系統(tǒng)？說明其理由，并畫出相應的系統(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成的典型串級控制系統(tǒng)；左圖是一種形似串級控制但實際是一種前饋反饋控制系統(tǒng)。兩個控制器TC與FC串級工作，TC的輸出作為FC的給定，形似串級控制，但并沒有副回路，只有一個反饋回路，執(zhí)行器的輸出并不能改變原料的流量，所以不能認為是一個串級控制系統(tǒng)。為靜態(tài)前饋-反饋控制的非標準形式。有時前饋反饋控制系統(tǒng)從其系統(tǒng)結構上看與串級控制系統(tǒng)十分相似，試問任何區(qū)分它們？試分析圖示的兩個系統(tǒng)各屬于什么系統(tǒng)？說明其理由。 前饋反饋控制系統(tǒng)也有兩個控制器，但在結構上與串級控制系統(tǒng)是完全不同的

11、。 串級控制系統(tǒng)是由內、外兩個控制回路所組成； 而前饋反饋控制系統(tǒng)是由一個反饋回路和另一個開環(huán)的補償回路疊加而成。 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變量構成的典型串級控制系統(tǒng)；圖（a）是一種形似串級控制但實際是一種前饋反饋控制系統(tǒng)。兩個控制器TC與FC串級工作，TC的輸出作為FC的給定，形似串級控制，但并沒有副回路，只有一個反饋回路，執(zhí)行器的輸出并不能改變原料的流量，所以不能認為是一個串級控制系統(tǒng)。為靜態(tài)前饋-反饋控制的非標準形式。參考答案：爐出口溫度對燃料油流量的串級控制 加熱爐的前饋反饋控制系統(tǒng)十、圖示的熱交換器中，物料與蒸汽換熱，要求出口溫度達到規(guī)定的要求。試分析下述情況下應采取何種控制方案為好。畫出系統(tǒng)的結構圖與方塊圖。（1）物料流量F比較穩(wěn)定，而蒸汽壓力波動較大。（2）蒸汽壓力比較穩(wěn)定，而物料流量F波動較大。（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都較大。（1）物料流量F比較穩(wěn)定，而蒸汽壓力波動較大?？稍O計出口溫度為主變量，蒸汽壓力為副變量的的串級控制系統(tǒng)。壓力控制器PC執(zhí)行器 壓力對象溫度T設定值擾動f1控制系統(tǒng)方塊圖溫度對象溫度控制器TC+擾動f2測量、變送