過(guò)程控制系統(tǒng)考試知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

.../過(guò)程控制系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)考試題型一、判斷題〔共10分二、單選〔20分三、填空〔10分四、簡(jiǎn)答題〔5小題,共20分五、分析計(jì)算題〔4小題,共40分,每題10分一、概論1、過(guò)程控制概念：五大參數(shù)。過(guò)程控制的定義：工業(yè)中的過(guò)程控制是指以溫度、壓力、流量、液位和成分等工藝參數(shù)作為被控變量的自動(dòng)控制。2、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)框圖?？刂苾x表的定義：接收檢測(cè)儀表的測(cè)量信號(hào),控制生產(chǎn)過(guò)程正常進(jìn)行的儀表。主要包括：控制器、變送器、運(yùn)算器、執(zhí)行器等,以及新型控制儀表及裝置。控制儀表的作用：對(duì)檢測(cè)儀表的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算、處理,發(fā)出控制信號(hào),對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。3、能將控制流程圖〔工程圖、工程設(shè)計(jì)圖冊(cè)轉(zhuǎn)化成控制系統(tǒng)框圖。TTTCTTTC變送器加熱爐溫度控制器執(zhí)行器原料燃料第一個(gè)字母：參數(shù)類(lèi)型T——溫度〔TemperatureP——壓力〔PressureL——物位〔LevelF——流量〔FlowW——重量〔Weight第二個(gè)字母：功能符號(hào)T——變送器〔transmitterC——控制器〔ControllerI——指示器〔IndicatorR——記錄儀〔RecorderA——報(bào)警器〔Alarm4、DDZ-Ⅲ型儀表的電壓信號(hào)制,電流信號(hào)制。QDZ-Ⅲ型儀表的信號(hào)制。它們之間聯(lián)用要采用電氣轉(zhuǎn)換器。5、電信號(hào)的傳輸方式,各自特點(diǎn)。電壓傳輸特點(diǎn)：1>.某臺(tái)儀表故障時(shí)基本不影響其它儀表；2>.有公共接地點(diǎn)；3>.傳輸過(guò)程有電壓損耗,故電壓信號(hào)不適宜遠(yuǎn)傳。電流信號(hào)的特點(diǎn)：1>.某臺(tái)儀表出故障時(shí),影響其他儀表；2>.無(wú)公共地點(diǎn)。若要實(shí)現(xiàn)儀表各自的接地點(diǎn),則應(yīng)在儀表輸入、輸出端采取直流隔離措施。6、變送器有四線(xiàn)制和二線(xiàn)制之分。區(qū)別。1、四線(xiàn)制：電源與信號(hào)分別傳送,對(duì)電流信號(hào)的零點(diǎn)及元件的功耗無(wú)嚴(yán)格要求。2、兩線(xiàn)制：節(jié)省電纜及安裝費(fèi)用,有利于防爆?；盍泓c(diǎn),兩條線(xiàn)既是信號(hào)線(xiàn)又是電源線(xiàn)。7、本安防爆系統(tǒng)的2個(gè)條件。1、在危險(xiǎn)場(chǎng)所使用本質(zhì)安全型防爆儀表。2、在控制室儀表與危險(xiǎn)場(chǎng)所儀表之間設(shè)置安全柵,以限制流入危險(xiǎn)場(chǎng)所的能量。8、安全柵的作用、種類(lèi)。安全柵的作用：1、安全柵作為本安儀表的關(guān)聯(lián)設(shè)備,可用于傳輸信號(hào)。2、控制流入危險(xiǎn)場(chǎng)所的能量在爆炸性氣體或混合物的點(diǎn)火能量以下,以確保系統(tǒng)的本安防爆性能。安全柵的種類(lèi)：齊納式安全柵、隔離式安全柵二、基型調(diào)節(jié)器1、基型調(diào)節(jié)器組成：控制單元和指示單元。基型調(diào)節(jié)器控制單元構(gòu)成。基型控制器又稱(chēng)基型調(diào)節(jié)器,對(duì)來(lái)自變送器的1-5V直流電壓信號(hào)與給定值相比較所產(chǎn)生的偏差進(jìn)行PID運(yùn)算,輸出4-20mA〔DC直流控制信號(hào)。控制單元：輸入電路<偏差差動(dòng)和電平移動(dòng)電路>、PID運(yùn)算電路<由PD與PI運(yùn)算電路串聯(lián)>、輸出電路<電壓、電流轉(zhuǎn)換電路>以及硬、軟手操電路；指示單元：測(cè)量信號(hào)指示電路、設(shè)定信號(hào)指示電路。2、測(cè)量信號(hào)、內(nèi)給定信號(hào)范圍；外給定信號(hào)范圍。測(cè)量和內(nèi)給定信號(hào)：1~5V<DC>；外給定信號(hào)：4～20mA直流電流?！菜?jīng)過(guò)250Ω精密電阻轉(zhuǎn)換成1～5V直流電壓3、輸入電路、輸出電路的作用。輸入電路作用：1>.信號(hào)綜合。將〔Ui-Us后放大兩倍反相以Uo1輸出,即Uo1=-2<Ui-Us>。2>.電平轉(zhuǎn)換。將以0V為基準(zhǔn)的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為以UB〔10V為基準(zhǔn)的輸出信號(hào)Uo1。電平轉(zhuǎn)換的目的：使運(yùn)算放大器工作在允許的共模輸入電壓范圍內(nèi)。輸出電路作用：把PID輸出ΔUo3〔以UB為基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換成4-20mA.DC輸出。實(shí)現(xiàn)電壓—電流轉(zhuǎn)換。4、放大系數(shù)和比例度。5、基型調(diào)節(jié)器PD電路的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)形狀；比例分量；t=TD/KD時(shí)的微分分量；微分時(shí)間。作用：對(duì)Uo1進(jìn)行PD運(yùn)算,可設(shè)置TD、KP〔或比例度。TD為微分時(shí)間；KP為比例系數(shù)。比例系數(shù)：微分時(shí)間：比例系數(shù)：微分時(shí)間：TD=nRDCD調(diào)整Rp〔和RD可改變比例度和微分時(shí)間。微分作用：快速的調(diào)節(jié)作用,超前作用。6、基型調(diào)節(jié)器PI電路的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)形狀；比例分量：Kc=CI/CM；t=TI時(shí)的積分分量；積分時(shí)間。7、積分飽和。解決積分飽和辦法：1>對(duì)控制器的輸出加以限幅,使其不超過(guò)額定的最大值或最小值；2>限制積分電容兩端的充電電壓；3>切除積分作用。8、微分時(shí)間對(duì)微分作用的影響,積分時(shí)間對(duì)積分作用的影響。微分時(shí)間越小,微分作用越強(qiáng)；積分時(shí)間越大,積分作用越強(qiáng)。9、軟手操電路和硬手操電路。軟手動(dòng)操作電路是積分電路。硬手動(dòng)操作電路是比例電路。作業(yè)2-4某P控制器的輸入信號(hào)是4mA~20mA,輸出信號(hào)為1V~5V,當(dāng)比例度δ=60%時(shí),輸入變化0.6mA所引起的輸出變化是多少？解：根據(jù)比例度的公式：得2-7某PID控制器〔正作用輸入、輸出信號(hào)均為4mA~20mA,控制器的初始值Ii=Io=4mA,δ=200%,TI=TD=2min,KD=10。在t=0時(shí)輸入⊿Ii=2mA的階躍信號(hào),分別求取t=12s時(shí)：①PI工況下的輸出值；②PD工況下的輸出值。解：①PI工況下P分量=Ti時(shí)：P分量=I分量；則Ti時(shí),PI分量=2mATi=2×60=120sPI直線(xiàn)過(guò)〔0,1和〔120,2兩點(diǎn)則t=12s時(shí)的輸出變化量為：t=12s時(shí)的輸出為Io=初值+=4+1.1=5.1mA①PD工況下P分量=P分量=解得則t=12s時(shí)的輸出變化量為：t=12s時(shí)的輸出為：Io=初值+=三、變送器1、變送器的結(jié)構(gòu)。變送器的作用。構(gòu)成原理：變送器是基于負(fù)反饋原理工作的,其構(gòu)成原理如圖所示,它包括測(cè)量部分〔既輸入轉(zhuǎn)換部分、放大器和反饋部分。xx測(cè)量部分Czi放大器Ky反饋部分Fzf+－零點(diǎn)調(diào)整零點(diǎn)遷移+z0-變送器和轉(zhuǎn)換器的作用是分別將各種工藝變量<如溫度、壓力、流量、液位>和電信號(hào)〔如電壓、電流、頻率、氣壓信號(hào)等轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),以供顯示、記錄和控制之用。2、變送器的輸入輸出關(guān)系。3、量程調(diào)整的目的；零點(diǎn)調(diào)整/遷移。使變送器的輸出信號(hào)下限值ymin與測(cè)量范圍的下限值xmin相對(duì)應(yīng),在xmin=0時(shí),稱(chēng)為零點(diǎn)調(diào)整,在xmin≠0時(shí),稱(chēng)為零點(diǎn)遷移。零點(diǎn)調(diào)整使變送器的測(cè)量起始點(diǎn)為零。零點(diǎn)遷移是把測(cè)量的起始點(diǎn)由零遷移到某一數(shù)值。4、差壓變送器的作用；差動(dòng)變壓器的作用。差壓變送器是將液體、氣體或蒸汽的壓力、流量、液位等工藝變量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),作為指示記錄儀、調(diào)節(jié)器或計(jì)算機(jī)裝置的輸入信號(hào),以實(shí)現(xiàn)對(duì)上述變量的顯示、記錄或自動(dòng)控制。差動(dòng)變壓器是由檢測(cè)片〔銜鐵、上、下罐形磁芯和四組線(xiàn)圈構(gòu)成。其作用是將檢測(cè)片的位移s轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)uCD。5、溫度變送器的品種、結(jié)構(gòu)〔量程單元和放大單元；四線(xiàn)制溫度變送器的特點(diǎn)。各類(lèi)變送器分為三個(gè)品種：直流毫伏變送器、熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器。四線(xiàn)制溫度變送器有如下特點(diǎn)：〔1主放大器為低漂移、高增益的運(yùn)算放大器,使儀表具有良好的可靠性和穩(wěn)定性?！?在熱電偶和熱電阻溫度變送器中采用了線(xiàn)性化電路,從而使變送器的輸出信號(hào)和被測(cè)溫度呈線(xiàn)性關(guān)系,便于指示和記錄?！?變送器的輸入、輸出之間具有隔離變壓器,采用了安全隔離變壓器,并采用了安全火花防爆措施,故具有良好的抗干擾性能,且能測(cè)量來(lái)自危險(xiǎn)場(chǎng)所的直流毫伏或溫度信號(hào)。6、熱電偶溫度變送器以及熱電阻溫度變送器的量程單元。7、氣動(dòng)儀表的基本元件。由氣阻、氣容、彈性元件、噴嘴-擋板機(jī)構(gòu)和功率放大器等基本元件組成。8、彈性元件、噴嘴擋板機(jī)構(gòu)、電氣轉(zhuǎn)換器。彈性元件作用：將壓差轉(zhuǎn)換成位移,在儀器的連接處產(chǎn)生一定的操作力。噴嘴擋板機(jī)構(gòu)作用：將微小的位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的壓力信號(hào)。電/氣轉(zhuǎn)換器工作原理是基于力矩平衡原理工作的。四、運(yùn)算器和執(zhí)行器1、開(kāi)方器應(yīng)用場(chǎng)合、作用。開(kāi)方器主要應(yīng)用在流量測(cè)量與控制系統(tǒng)中,開(kāi)方器對(duì)差壓變送器的輸出信號(hào)進(jìn)行開(kāi)方運(yùn)算,從而得到與被測(cè)流量成比例關(guān)系的電壓或電流信號(hào)。2、執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)。執(zhí)行器分為兩部分：執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。氣動(dòng)執(zhí)行器 Pλ→L→Q按能源分： 電動(dòng)執(zhí)行器 Ii→L→Q 直行程〔直線(xiàn)位移角行程〔角位移〔兩者減速器不同液動(dòng)執(zhí)行器3、角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。~220V~220V伺服放大器操作器減速器伺服電機(jī)位置發(fā)送器位置反饋放大器閥位指示執(zhí)行機(jī)構(gòu)4~20mAIiIf0~90角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)方框圖4、標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)范圍<20kPa-100kPa>,氣源信號(hào)<140kPa>。5、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的種類(lèi)。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有薄膜式和活塞式兩種,常見(jiàn)的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均屬薄膜式。薄膜式特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、維修方便、價(jià)格低,但輸出行程較小,只能直接帶動(dòng)閥桿。6、調(diào)節(jié)閥的正反作用、正裝閥/反裝閥、氣開(kāi)/氣關(guān)。7、氣開(kāi)閥/氣關(guān)閥的選擇原則。調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)、氣關(guān)閥選擇,主要根據(jù)工藝生產(chǎn)的需要和安全要求來(lái)決定的；原則是當(dāng)信號(hào)壓力中斷時(shí),應(yīng)能確保工藝設(shè)備和生產(chǎn)的安全。如果閥門(mén)處于全開(kāi)位置安全性高,則應(yīng)選用氣關(guān)閥,反之,則應(yīng)選用氣開(kāi)閥。8、閥門(mén)定位器的作用。閥門(mén)定位器可以增加執(zhí)行器的輸出功率,減小信號(hào)傳遞滯后,加快閥桿的位移速度,提高線(xiàn)性度,克服摩擦力影響,保證閥位正確到位。9、控制閥的工作原理；流量特性；理想流量特性、工作流量特性。控制閥體就是依據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的推桿位移量來(lái)改變閥門(mén)的開(kāi)啟程度,從而改變流通阻力以達(dá)到控制流體介質(zhì)流量的目的。控制閥的流量特性,是指控制介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流量與閥門(mén)相對(duì)開(kāi)度〔即推桿的相對(duì)位移之間的函數(shù)關(guān)系。理想流量特性：閥前后差壓不變時(shí)的流量特性〔固有流量特性。工作流量特性：閥裝在管道中,前后差壓變時(shí)的流量特性,也叫實(shí)際流量特性。10、控制閥的流量特性類(lèi)型、各自特點(diǎn)。理想流量特性,通常有四種典型形式：〔1直線(xiàn)特性-流量與閥芯位移成直線(xiàn)關(guān)系；〔2對(duì)數(shù)特性-流量與閥芯位移成對(duì)數(shù)關(guān)系,引起的流量變化的百分比相等；〔3快開(kāi)特性-開(kāi)度較小時(shí)流量變化較大,隨開(kāi)度增大很快達(dá)到最大值?！?拋物線(xiàn)特性-介于直線(xiàn)流量特性與對(duì)數(shù)流量特性之間,從而彌補(bǔ)了直線(xiàn)流量特性小開(kāi)度時(shí)控制性能差的特點(diǎn)。11、控制閥的可調(diào)比〔可控比。R=,可調(diào)比〔可控比,即閥所能控制的流量上限與流量下限之比。Qmin為流量下限,不是泄漏。12、控制閥串聯(lián)管道工作流量特性的特點(diǎn)。S=1,理想流量特性。閥前后壓差始終不變。直線(xiàn)變?yōu)榭扉_(kāi)；對(duì)數(shù)變?yōu)橹本€(xiàn)；S,特性曲線(xiàn)下移,流量特性畸變。 直線(xiàn)變?yōu)榭扉_(kāi)；對(duì)數(shù)變?yōu)橹本€(xiàn)；S太小,流量變化范圍減小,對(duì)控制不利。S一般不小于0.3。13、控制閥出廠(chǎng)時(shí)標(biāo)注的為理想流量特性。五、過(guò)程控制系統(tǒng)緒論1、控制通道、干擾通道?？刂仆ǖ溃罕豢亓颗c輸入控制作用之間的聯(lián)系被稱(chēng)為"控制通道"。干擾通道：被控量與擾動(dòng)之間的聯(lián)系被稱(chēng)為"干擾通道"。2、過(guò)程控制系統(tǒng)的組成。3、控制器正反作用的確定依據(jù)：〔控制器±×〔對(duì)象±=〔—。4、過(guò)程控制系統(tǒng)按設(shè)定值的形式分類(lèi)。定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)5、過(guò)程控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。遞減比n〔衰減比、動(dòng)態(tài)偏差B1〔最大偏差、最大過(guò)調(diào)量、超調(diào)量、調(diào)整時(shí)間Tc<控制時(shí)間、過(guò)渡過(guò)程時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間、靜態(tài)偏差C〔余差、殘余偏差。六、過(guò)程建模1、自平衡能力。自平衡能力：凡受到干擾后,不依靠外加控制作用就能重新達(dá)到平衡狀態(tài)的對(duì)象,是具有自平衡能力的對(duì)象。否則,是無(wú)自平衡能力的對(duì)象。2、過(guò)程控制系統(tǒng)被控對(duì)象特性三個(gè)參數(shù)：放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)、滯后時(shí)間的求取。3、阻力和容量的影響。容量只影響反應(yīng)速度,不影響放大系數(shù),屬于動(dòng)態(tài)參數(shù)。T=RC容量增大,響應(yīng)過(guò)程相對(duì)增長(zhǎng)。見(jiàn)圖2-8。C↑→T↑。4、多容過(guò)程等效為單容過(guò)程。拉氏變換得：5、時(shí)域法過(guò)程建模,單容水箱以及雙容水箱的過(guò)程傳遞函數(shù)。作業(yè)1、如圖所示單容水箱,負(fù)載閥的流阻為R2?，F(xiàn)以Q1為輸入,Q2為輸出,求Q2<s>/Q1<s>。2、如圖所示,已知一單容水箱其底面積為C,輸入為Qi,輸出為h。Qo1和Qo2對(duì)應(yīng)的流阻分別為R1和R2,求H<s>/Qi<s>。七、單回路控制系統(tǒng)1、放大系數(shù)〔干擾通道/控制通道、干擾通道時(shí)間常數(shù)、純滯后時(shí)間、控制通道時(shí)間常數(shù)、純滯后時(shí)間對(duì)控制質(zhì)量的影響。極點(diǎn)的影響：1Td增大,過(guò)程變慢,過(guò)渡過(guò)程時(shí)間加長(zhǎng)。2使過(guò)渡過(guò)程動(dòng)態(tài)分量減小了Td倍,即超調(diào)量減小,控制質(zhì)量提高。結(jié)論：干擾通道的時(shí)間常數(shù)大,或者慣性環(huán)節(jié)數(shù)增加時(shí),控制質(zhì)量將提高。〔對(duì)干擾起濾波作用。2、選擇操縱量的一般原則。直接參數(shù)：能表征產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、安全性能等方面的參數(shù)。間接參數(shù)：與直接參數(shù)具有單值關(guān)系〔P、T等,并有足夠靈敏度。3、控制閥的流量特性的選擇。確定工作流量特性的原則：使廣義對(duì)象具有線(xiàn)性特性。即：K=KvKo=常數(shù)。4、控制閥的口徑計(jì)算步驟。1、根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)的狀況,決定計(jì)算的最大工作流量Qmax和最小工作流量Qmin。2、根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)選擇S值,然后計(jì)算控制閥全開(kāi)時(shí)的壓差。3、根據(jù)控制介質(zhì)類(lèi)型和工況,選用合適的C值計(jì)算公式,求取最大最小流量時(shí)的流通能力Cmax、Cmin。4、根據(jù)Cmax值,在所選用的產(chǎn)品形式的標(biāo)準(zhǔn)系列中,選取大于Cmax并接近的一檔C值,獲得口徑值。見(jiàn)表3-6。5、開(kāi)度驗(yàn)算。6、實(shí)際可控比驗(yàn)算。7、上述各項(xiàng)合格,則所選控制閥口徑合格,否則,需重定C值和口徑,再驗(yàn)算至合格。5、控制器的選型。PID的作用。P控制器的選型：特點(diǎn)：快,輸出與偏差成比例,閥門(mén)開(kāi)度與偏差有對(duì)應(yīng)關(guān)系,有余差?？关?fù)荷干擾能力強(qiáng),調(diào)節(jié)時(shí)間短。適用場(chǎng)合：適用于控制通道滯后小,負(fù)荷變化不大,允許被控量在一定范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)。如：壓縮機(jī)儲(chǔ)壓罐的壓力控制系統(tǒng)；儲(chǔ)液槽的液位控制系統(tǒng)：串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路。PI控制器的選型：特點(diǎn)：I可消除余差,但穩(wěn)定性低。引入I后,Kc↓〔↑,可保持原穩(wěn)定性,但過(guò)渡過(guò)程變長(zhǎng)。適用場(chǎng)合：適用于控制通道滯后小,負(fù)荷變化不大,被控量不允許有余差的場(chǎng)合。如：流量、壓力系統(tǒng)。PID控制器的選型：特點(diǎn)：D對(duì)克服容量滯后有明顯的效果,D使穩(wěn)定性提高,最大偏差減?。籌消除余差；P作用快速有效。適用場(chǎng)合：適用于容量滯后較大,負(fù)荷變化較大,被控量不允許有余差的場(chǎng)合。如：溫度、ph值系統(tǒng)等。對(duì)于負(fù)荷變化很大,純滯后又較大的系統(tǒng),應(yīng)采用復(fù)雜的控制方案。6、控制器參數(shù)整定方法。經(jīng)驗(yàn)湊試法、臨界比例度法、衰減曲線(xiàn)法〔4：1或10：1、響應(yīng)曲線(xiàn)法。7、遞