1、1:生產過程自動化系統包含的內容 自動檢測系統 自動操縱系統 自動控制系統 信號聯鎖系統 2：過程裝備控制的任務：就是在了解、掌握工藝流程和生產過程的靜態和動態特性的基礎上，根據安全性、經濟性和穩定性三項要求，應用理論對控制系統進行分析和綜合，最后采用合適的技術手段加以實現。3：被控變量y：指需要控制的工藝參數，如鍋爐汽包的水位、反應器的溫度、物料流量等。 給定值(或設定值)ys：對應于生產過程中被控變量的期望值。可由調節器內部或由外界給定。 測量值ym：由檢側元件得到的被控變量的實際值。 操縱變量(或控制變量)m：受控于調節閥，用以克服干擾影響，具體實現控制作用的變量，它是調節閥的輸出。 控

2、制信號u：控制器將偏差按一定規律計算得到的量。 干擾（或外界擾動）f 引起被控變量偏離給定值的，除操縱變量以外的各種因素。 偏差信號 e e=)ys-ym:4：5：控制系統的過渡過程：1）發散振蕩過程 它表明系統在受到階躍干擾的作用后，不但不能使被控變量回到給定值，反而越來越偏離給定值，以致超出生產的規定限度，嚴重時引起事故。這是一種不穩定的過渡過程，因此要盡量避免。 2）衰減振蕩過程 被控變量在穩定值附近上下波動經過二三個周期就穩定下來。這是一種穩定的過渡過程，在過程控制中，多數情況下都希望得到這樣的過渡過程。3）等幅振蕩過程 被控變量在某穩定值附近振蕩，而振蕩幅度恒定不變。這意味著系統在受

3、到階躍干擾作用后，就不能再穩定下來，一般不采用。只是在某些工藝上允許被控變量在一定范圍內波動、控制質量要求不高的場合，這種形式的過渡過程才被采用。4）非振蕩的單調過程 它表明被控變量最終穩定下來了，是一個穩定的過渡過程。但與衰減振蕩相比，其回復到平衡狀態的速度慢、時間長，因此一般不采用。6：過渡過程的質量指標：以系統受到單位階躍輸入作用后的響應曲線（又稱過渡過程曲線）的形式給出的，如最大偏差(或超調量)、衰減比、余差、回復時間等，稱為過渡過程的質量指標;1）最大偏差A（或超調量）：對一個定值控制系統來說，最大偏差是指過渡過程中被控變量第一個波的峰值與給定值的差；2）衰減比：是過渡過程曲線上同方

4、向的相鄰兩個波峰之比，即B1: B2一般用n:1表示。 n愈小，衰減程度愈小，n愈大，愈接近非周期單調過程. n=1時，過渡過程為等幅振蕩; n<1時，過渡過程則為發散振蕩; n>1時，過渡過程為衰減振蕩; n，過渡過程為單調過程。 從便于操作管理，一般希望衰減比在4:110:1為好。3）回復時間ts：是指被控變量從過渡狀態回復到新的平衡狀態所用時間，即整個過渡過程所經歷的時間。4）余差e（）是指過渡過程終了時，被控變量新的穩態值與設定值之差。即e()y()ys，在控制系統中，余差反映了系統的控制精度。5） 振蕩周期T 過渡過程的第一個波峰與相鄰的第二個同向波峰之間的時間間隔稱為振

5、蕩周期。在相同的衰減比條件下，振蕩周期短些為好。7：被控對象特性主要參數有：放大系數 K 時間常數 T 滯后時間8：:簡述單回路控制系統的設計的方法與步驟應對被控對象做全面的了解。除被控對象的動靜態特性外，對于工藝過程、設備等也需要做比較深入的了解；在此基礎上，確定正確的控制方案，包括合理地選擇被控變量與操縱變量，選擇合適的檢測變送元件及檢測位置，選用恰當的執行器、調節器以及調節器控制規律等;將調節器的參數整定到最佳值。9：常用的基本調節規律有：位式（斷續調節）比例 積分 微分；（后三種屬于連續調節）10：控制規律的選取原則：簡單控制系統適用于控制負荷變化較小的被控對象，如果負荷變化較大，無論

6、選擇那種調節規律，簡單控制系統都很難得到滿意的控制質量，此時，應設計選用復雜控制系統。在一般的控制系統中，比例控制是必不可少的。當廣義對象控制通道時間常數較小，負荷變化較小，而工藝要求不高時，可選擇單純的比例調節規律。如貯罐液位、不太重要的壓力等參數的控制。當一些對象控制通道滯后較小，負荷變化較小，而工藝要求無余差時，可選用比例當一些對象控制通道滯后較大時，應引入微分作用。如工藝允許有余差，可選取比例微分調節規律； 當一些對象控制通道滯后較大、負荷變化也較大時，應引入微分作用。如工藝要求無余差時，則選用比例積分微分調節規律，如溫度、成分、pH等參數的控制。11：1比例調節 2積分調節 3比列積

7、分（PI）調節 4比例微分（PD）調節 5比例微分積分（PID）調節12：調節器參數的:整定方法1)理論計算整定法根軌跡法、頻率響應法、偏差積分準則等2）工程整定法經驗試湊法、臨界比例度法、衰減曲線法13：簡單控制系統調節器參數的工程整定有哪些？一：經驗試湊法1）溫度系統 2）流量系統 3）液位系統 4）壓力系統 二：臨界比例度法 三：衰減曲線法14：串級控制的實例1：管式加熱爐控制變量：油料出口溫度 操縱變量：燃料供給量擾動因素：原料流量和溫度； 燃料油的熱值、壓力；噴油用蒸汽壓力；配風及其溫度等。串級控制：爐膛內部的擾動，由2號傳感器經TC2先去調節克制；剩余偏差由1號傳感器和TC1二次調

8、整克制。串級控制的實例2：連續反應器控制變量：反應溫度操縱變量：冷水供給量擾動因素：原料流量和溫度；冷卻水的溫度、壓力。15：前饋控制系統的基本原理： 前饋控制又稱擾動補償，它是一種與反饋控制原理完全不同的控制方法。前饋控制的基本概念是測量進入過程的干擾(包括外界干擾和設定值變化)，并按其信號產生合適的控制作用去改變操縱變量，使被控變量維持在設定值上。16：前饋控制與反饋控制比較：在反饋控制中，信號的傳遞形成了一個閉環系統。而在前饋控制中，則只是一個開環系統。閉環系統存在一個穩定性的問題，調節器參數的整定首先要考慮這個穩定性問題。但是，對于開環控制系統來講，這個穩定性間題是不存在的，補償的設計

9、主要是考慮如何獲得最好的補償效果。在理想情況下，可以把補償器設計到完全補償，即在所考慮的擾動作用下，被控變量始終保持不變。17：:前饋控制的主要結構形式靜態前饋控制前饋-反饋控制系統 18：定比值控制系統的一個共同特點是系統以保持兩種物料流量比值恒定為目的，比值器的參數經計算設置好后不再變動，工藝要求的實際流量比值r也就固定不變，因此，稱為定比值控制系統。19：定比值控制系統分類1）開環比值控制系統2）單閉環比值控制系統3）雙閉環比值控制系統20：儀表的性能指標很多，主要有技術、經濟及使用三方面的指標。 儀表技術方面的指標有誤差、精度等級、靈敏度、變差、量程、響應時間、漂移等。 儀表經濟方面的

10、指標有使用壽命、功耗、價格等。當然，性能好的儀表，總是希望它的使用壽命長、功耗低、價格便宜。 儀表使用方面的指標有操作維修是否方便，運行是否可靠安全，以及抗干擾與防護能力的強弱，重量體積的大小，自動化程度的高低等。21：傳感器技術性能要求1）精度高;2）靈敏度高，線性范圍寬廣;3）響應快，滯后、漂移小;4）.輸出信號信噪比高;5）穩定性、重復性好;6）動態性能好;7）負載效應低;8）超標準過大的輸入信號保護。22：傳感器的選用原則1）按測量方式選2）按測量要求選3）按使用方便選4）按性能價格比選23：24：常見的壓力測量儀表有哪幾種？液柱式壓力計是將被測壓力轉化為液柱的高度來進行測量的一種儀表

11、;彈性式壓力計是利用測量彈性敏感元件在壓力作用下產生的彈性變形的大小來測量壓力的一種儀表;電測式壓力計是將被測壓力轉化為電量進行側量的儀器。它的種類很多。這里主要介紹壓阻式壓力計和壓電式壓力計兩種。25：壓阻式壓力計是根據半導體的壓阻效應來工作的。26：壓阻式壓力計的特點是：體積小、重量輕、靈敏度高、響應速度快等，是一種應用廣泛的壓力測量儀表。 使用時要注意溫度補償間題。這是因為半導體應變片的靈敏度系數雖然高，但受溫度的影響很大，在溫度變化的時候，會產生零點漂移和靈敏度漂移。27：壓電式壓力計是利用某些晶體的壓電效應來測量壓力的。壓電式壓力計尺寸小、重量輕、工作可靠、測量頻率范圍寬。它的不足之

12、處是對于振動和電磁場很敏感。29：30：用于流量測量的儀表叫流量計。常見的流量計有：壓差式流量計、轉子式流量計，電磁式流量計等。31：壓差式流量計測量原理及節流裝置：壓差式流量計是基于節流原理來進行流量測量的。其原理是當充滿管道的流體流經節流裝置時，流束收縮，流速提高，靜壓減小，在節流裝置的前后就產生了一定的壓差。根據流量與壓差之間的關系即可得到流量的大小。 壓差式流量計的核心部件是節流裝置，它包括：節流元件、取壓裝置以及其前后管段。常用的節流裝置有孔板、噴嘴和文都利管等。32：轉子式流量計測量原理及流量公式當被測流體通過錐形管時，流體從轉子與錐形管的環隙中流過，轉子受到一個向上的力而浮起。當

13、轉子在流體中受到的向上作用力與轉子在流體中的重量相等時，轉子就靜止在某一高度上。這樣通過轉子的重力、浮力求得轉子兩邊的壓差后，可以根據壓差求得流體通過環隙的速度，進而求得所測的流量。33：電磁式流量計電磁式流量計是由變送器和轉換器兩部分組成。基本原理：當有導電的流體通過磁極之間的管道時，流體相當于是一個長度為管道內徑的導體在切割磁力線，這時就會產生電動勢E。34：浮力式液位計是根據浮力原理對液位進行測量，可分為恒浮力式和變浮力式兩種。35：成分分析儀表種類繁多，按其工作原理可分為光學式、熱學式、電化學式、傳質式和其他類型的分析儀表。36：紅外線氣體分析儀紅外線氣體分析儀是一種吸收式光學分析儀器

14、，常用來檢側CO、CO2、NH3以及CH4、C2H2、C2H4等氣體濃度，在現代化工流程工業(如合成氮工業)中有廣泛的應用。它也可用來檢測鍋爐煙氣中CO、CO2的含量，以及環境的大氣污染物。工作原理紅外線氣體分析儀是基于物質對光輻射的選擇性吸收原理來工作的。一定的物質只能吸收特定波長的光輻射，稱為該物質的特征光譜。紅外線的波長范圍為0.76300µm，位于可見光和微波之間。在紅外線氣體分析儀中通常只利用125 µm范圍內的光譜。一些結構對稱、無極性的氣體(如O2、H2、Cl2、N2、He、Ne、Ar)的吸收光譜不在1 25 µm內,所以紅外線氣體分析儀不能檢測此類

15、氣體。37：工業電導儀工作原理電解質溶液和金屬導體一樣，也是電的良導體。它的導電特性可用電阻或電導來表示。G1/R38：氣相色譜儀氣相色譜儀是一種多組分分析儀器，它利用分離分析的方法，能對被測氣樣進行全分析。具有分離效率高、分析速度快、靈敏度高、所需試樣量少等特點，在石油、化工、冶金等領域中廣泛應用，是一種重要的過程分析儀器。氣相色譜儀的基本原理是色譜法。39：變送器由于生產過程的參數復雜多樣，相應的變送器也有多種類型，如壓力變送器、差壓變送器、溫度變送器、流量變送器、液位變送器等。有的變送器中測量和變送單元合為一體(如壓力變送器)，而有的變送器則只有變送功能如溫度變送器) 分類：按照變送器的

16、驅動能源來分有氣動變送器和電動變送器：以壓縮空氣為驅動能源的是氣動變送器;以電力為能源的便是電動變送器。工業中最常用的是：差壓變送器和溫度（溫差）變送器。40：零點調整、零點遷移和量程調整 1）零點調整： 通過機械調零機構調整儀表零位。 2）零點遷移：在實際應用中，差壓的測量范圍不一定從零開始，有時起始值不為零。為了擴大儀表使用范圍，提高儀表的測量精度，需進行零點遷移，即把某一量程的起點由零遷移到某一數值，即改變量程的下限值。調零點遷移不改變儀表的量程。 3） 量程調整：目的是改變測量的上限值，使之與被控變量的上限值相一致。調整的方法是改變反饋系數Kf或轉換系數。41：(1)危險場所的劃分 按

17、照我國1987年公布的中華人民共和國爆炸危險場所電氣安全規程 (試行) 的規定，將爆炸危險場所劃分為兩種場所五個級別。 第一種場所 指爆炸性氣體或可燃蒸氣與空氣混合形成爆炸性氣體混合物的場所。分三個等級： 0級區域(0區):指在正常情況下，爆炸性氣體混合物連續地、短時間頻繁出現或長時間存在的場所。 1級區域(1區):指在正常情況下，爆炸性氣體混合物有可能出現的場所。2級區域(2區):指在正常情況下，爆炸性氣體混合物不能出現，而僅在非正常情況下偶爾短時間出現的場所。 第二種場所 指爆炸性粉塵或易燃纖維與空氣混合形成爆炸性混合物的場所。按照其危險程度的大小分為兩個區域等級。 10級區域(10區):

18、指在正常情況下，爆炸性粉塵或易燃纖維與空氣的混合物可能連續地、短時間頻策出現或長時間存在的場所。 11級區域(11區):指在正常情況下，爆炸性粉塵或易燃纖維與空氣的混合物不能出現，僅在不正常情況下偶爾短時間出現的場所。（2）爆炸性物質的分類、分級與分組 分類：通常將爆炸性物質分為三類: I 類物質礦井甲烷; 類物質爆炸性氣體、可燃蒸氣; 類物質爆炸性粉塵、易燃纖維。 分級與分組 爆炸性氣體的分級與分組(I、類):在標準試驗條件下，按照其最大試驗安全間隙和最小引爆電流比分級，按照其引燃溫度值分組。（3）防爆儀表的分類、分級和分組 自動化儀表屬于低壓電氣儀表，用于危險場合時，應按照電氣設備防爆規程

19、管理。按照規定，防爆電氣設備分為隔爆型、本質安全型等10種。自動化儀表的防爆結構主要有兩種類型:隔爆型，標志為“d”;本質安全型，標志為“i”。（4）防爆安全柵41：變送器的信號標準以及連接方式標準儀表的信號標準 在1960年之前，過程工業儀表統一使用氣壓信號進行測量和控制信息的傳遞，范圍是20100kPa。從1960年開始，電動儀表得到廣泛應用，曾經應用了15mA, 420mA, 05V，±10 V DC等信號，而且新型變送器和控制器經常多信號輸出，例如420mA和15V DC,但當前大多數模擬儀表統一遵循了420mA DC的標準信號。 模擬儀表與電源連接的方式隨著模擬儀表普遍采用

20、標準信號，電動變送器輸出信號與電源的連接方式普遍采用了兩線制。42: 執行器一般分為三大類：氣動執行器、電動執行器和液動執行器。43: 計算機控制系統的分類數據采集和數據處理系統、直接數字控例系統DDC、監督控制系統SCC、分級計算機控制系統以及集散型控制系統等。44：A/D主要指標和選擇原則1)采樣頻率；2)分辨率；3) 性能價格比.45：D/A主要指標和選擇原則選擇D/A芯片時，主要考慮芯片的性能、結構及應用特性。在性能上必須滿足D/A轉換技術的要求，在結構和應用特性上應滿足接口方便、外圍電路簡單、價格低廉等要求。46：提高計算機控制系統可靠性的措施可靠性的概念有兩個含義:一是系統的無故障

21、運行時間盡量長;二是發生故障時能迅速檢修和排除。提高系統的可靠性常采用提高元器件的可靠性、設計系統的冗余技術、采取抗干擾措施、采用故障診斷和系統恢復技術以及軟件可靠性技術等。47：抗干擾措施電磁干擾的屏蔽利用金屬網、板、盒等物體把電磁場限制在一定空間內，或阻止電磁場進入一定空間。隔離技術常用的有隔離變壓器和光電藕合器。共膜輸入法電源系統的干擾抑制課后習題答案1:附圖 2-1 的換熱器出口溫度控制系統中，工藝要求熱物料出口溫度保持為 某一設定值 。1） 試畫出 該控制系統的方框圖；2） 方框圖中各環節的輸入信號和輸出信號是什么？整個系統的輸入信號和輸出信號又是什么？3） 系統在遇到干擾作用（例如

22、冷物料流量突然增大qv ）時，該系統是如何實現自動控制的 ？解 :1) 由各個環節構成的方框圖如附圖2-2 所示 .2) 整個系統的輸入信號是熱物料設定溫度 ,輸出信號是熱物料實際溫度 .3)系統遇到干擾作用后, 被控變量熱物料溫度Th發生變化 ,溫度測量變送器TT測得信號Th,m與Ts 比較后得到偏差信號e,e 送入溫度調節器TC 得到控制信號,控制閥門開度 , 調節蒸汽用量,作用于被控過程, 調節熱物料的溫度 , 使其保持在給定值附近.2: 什么是雙位控制 、 比例控制、 積分控制 、 微分控制 ？ 它們各有什么特點？答 ：1）雙位控制是指調節器的輸出僅有最大和最小兩個極限位置。 雙位控制

23、結構簡單、 成本較低、 使用方便 ，對配用的調節閥無任何特殊要求， 一般帶有上下限發信裝置的檢測儀表； 缺點是被控變量總在波動 ， 控制質量不高 ， 且當被控對象純滯后較大時 ， 被控變量波動幅度較大 ，不宜用在控制要求較高的場合 。2） 比例控制是指調節器輸出變化量 u(t)與輸入變化量 e(t) 成比例關系 ,比例控制系統能較為迅速地克服干擾的影響 ,使系統很快地穩定下來 .比例控制的優點是反應快 , 控制及時; 其缺點是當系統的負荷改變時 ,控制結果有余差存在 .3) 積分控制是指調節器輸出信號的變化量 u(t)與輸入偏差的積分成正比, 積分控制能夠消除余差 ,但純積分控制的輸出變化總要

24、滯后于偏差的變化,不能及時有效地克服擾動的影響 ,結果使被控變量的波動加劇, 使系統難以穩定下來 . 4） 微分控制是指調節器輸出信號的變化量 u(t) 與輸入偏差的變化速度成正比，微分控制的特點是有一定的超前控制作用，能抑制系統振蕩 ，增強穩定性（但微分作用不宜過強）。3：設計控制系統時 ，必須確定和考慮哪些方面的問題 ？答 ：設計一個控制系統，首先應對被控對象做全面的了解 。 除被控對象的動靜態特性外 ，對于工藝過程 、設備等也需要比較深入的了解； 在此基礎上， 確定正確的控制方案 ，包括合理地選擇被控變量與操縱變量，選擇合適的檢測變送元件及檢測位置，選用適當的執行器 、調節器及其控制規律

25、等；最后將調節器的參數整定到最佳值。 4：附圖 2-10 是聚合釜溫度與流量的串級控制系統 。1） 說明該系統的主、副對象，主、副變量， 主、副調節器各是什么？2） 試述該系統是如何實現其控制作用的。答 1 ) 主對象是聚合釜 ；副對象是冷卻水；主變量是聚合釜內溫度；副變量是冷卻水流量；主調節器是溫度調節器TC；副調節器是流量調節器FC。2）若主要干擾是冷卻水流量，整個串級控制系統的工作過程是這樣的：設冷卻水流量增加， 則使FC的輸出增加, 調節閥減小使冷卻水流量減小, 因而減少以致消除冷卻水流量波動對聚合釜內溫度的影響,提高了控制質量.如此時聚合釜內溫度由于某些次要干擾( 例如進料流量、溫度的