过程控制系统与仪表习题答案

1、一、某化学反应器，工艺规定操作温度为200±10C,考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过15C。现设计运行的温度定值调节系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图所示，试求：该系统的过渡过程品质指标（最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间），并问该调节系统是否满足工艺要求。x/min参考答案：最大偏差A=230-200=30C余差C=205-200=5c衰减比n=y1:y3=25:5=5:1振荡周期T=20-5=15（min）设被控变量进入稳态值的±2%,就认为过渡过程结束，则误差区域=205X（±2%）=±4.1C在新稳态值（205C

2、）两侧以宽度为±4.1C画一区域（阴影线）。曲线进入时间点Ts=22min工艺规定操作温度为200±10C,考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过15C,而该调节系统A=30C,不满足工艺要求。最大偏差A=230-200=30C余差C=205-200=5C衰减比n=y1:y3=25:5=5:1二、如图所示，用差压变送器检测液位。已知p1=1200kg/m3P2=950kg/m3h1=1.0m,h2=5.0m,液位变化的范围为03.0m,如果当地重力加速度g=9.8m/s,求差压变送器的量程和迁移量。当液位在03.0m变化时，差压的变化量为pIgHmax1200X9.

3、8x3.0=35280Pa根据差压变送器的量程系列，可选差变的量程为40kPa当H=0时，有Ap=-p2g(h2-h1)=950X9.8X(5.01.0)=37240Pa所以，差压变送器需要进彳T负迁移，负迁移量为37.24kPa迁移后该差变的测量范围为37.242.76kPa若选用DDZ-m型仪表，则当变送器输出I=4m伴寸，表示H=0;当I=20m仰寸，H=40X3.0/35.28=3.4m,即实际可测液位范围为03.4m。如果要求H=3.0m时差变输出满刻度(20mA,则可在负迁移后再进行量程调整，使得当Ap=-37.24+35.28=1.96kPa时，差变的输出达到20mA三、有一台电

4、动差压变送器，表量程为25000Pa对应的最大流量为50t/h,工艺要求40t/h时报警。问：不带开方器时，报警值设定在多少？带开方器时，报警信号设定在多少？参考答案：不带开方器时对应40t/h流量的差压AP1=25000(40/50)2=16000Pa对应40t/h流量的输出I出1=(16000/25000)16+4=12.24mA报警值S=12.24mA带开方器时，.AQ=KXP对应40t/h流量的差压AP2=25000(40/50)=20000Pa对应40t/h流量的输出I出2=(20000/25000)16+4=16.8mA报警值S=16.8mA四、某比例控制器，温度控制范围为4008

5、00C,输出信号范围是420mA当指示指针从600c变到700c时，控制器相应的输出从8m较为16mA求设定的比例度。p=/令)x100%=(22/11)x100%800-400204/=50%即：温度的偏差在输入量程的50%区间内(即200C)时，e和y是2倍的关系。五、有一台比例积分调节器，它的比例度为50%积分时间为1分，开始时，测量、给定和输出都在50%当测量变化到55%寸，输出变化到多少？1分钟后又变化到多少?当测量由50须变到55%勺一瞬间，时间t=0o已知调节器的比例度6=50%积分时间TI=1分，£=AI入=55%-50%=5%代入上式可得Ay(0+)=AI出(0+)

6、=10%即输出变化为10啕口上原有的50%所以输出跃变到60%(2)一分钟后，输出变化为Ay(1)=AI出(1)=20%加上原有的50%所以一分钟后输出变到50%+20%=70%六、请判定图所示温度控制系统中，调节阀和调节器的作用型式物料1.当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为过热蒸汽时;2 .当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为过热蒸汽时；3 .当物料为温度过低时易析出结晶颗粒的介质，调节介质为待加热的软化水时;4 .当物料为温度过高时易结焦或分解的介质，调节介质为待加热的软化水时;A.气关调节阀，正作用调节器；B.气开调节阀，反作用调节器；C.气开调节阀，正作用调

7、节器；D.气关调节阀，反作用调节器.(B)(C)(D)蒸汽冷物料热物料冷凝水七、对于图示的加热器串级控制系统。要求：(1)画出该控制系统的方框图，并说明主变量、副变量分别是什么？主控制器、副控制器分别是哪个？(2)若工艺要求加热器温度不能过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开气关型式；(3)确定主、副控制器的正反作用；(4)当蒸汽压力突然增加时，简述该控制系统的控制过程；(5)当冷物料流量突然加大时，简述该控制系统的控制过程；(注：要求用各变量间的关系来阐述)解：(1)该控制系统的方框图扰动1扰动2(2)由于工艺要求加热器温度不能过高，否则易发生事故，所以控制阀应选用气开型式,但气源故障断气

8、，控制阀自动关闭，蒸汽不再进入加热器，以避免介质温度过高发生事故。（3）确定主、副控制器的正反作用：在副回路中，由于流量对象是“十”作用（阀开大，流量增加）的（Ko2>。，控制阀也是“十”作用（气开式）的（Kv>0）,故副控制器FC是“+”特性（Kc2>0）,选反作用，这样才起到负反馈的控制作用；在主回路中，由于主对象是“十”作用（副变量蒸汽流量增大，主变量出口温度也增大）的（Ko1>0）,故主控制器TC是“+”特性（Kc1>0）,选反作用，这样才起到负反馈的控制作用。（4）当蒸汽压力突然增加时，该控制系统的控制过程如下：蒸汽压力增加，则蒸汽流量增加，由于FC为反

9、作用，故其输出降低，因而气开型的控制阀关小，蒸汽流量减少以及时克服蒸汽压力变化对蒸汽流量的影响，因而减少以致消除蒸汽压力波动对加热炉出口物料温度的影响，提高了控制质量。（5）当冷物料流量突然加大时，该控制系统的控制过程如下：冷物料流量加大，加热炉出口物料温度降低，反作用的TC输出增加，因而使FC的给定值增加，FC为反作用，故其输出也增加，于是气开型的控制阀开大，蒸汽流量增加以使加热炉出口物料温度增加，起到负反馈的控制作用。九、试判断图示两系统各属于何种控制系统？说明其理由，并画出相应的系统方框图。右图是以加热器出口温度为主被控变量，以燃料油流量为副被控变量和操纵变量构成的典型审级控制系统；左图

10、是一种形似审级控制但实际是一种前馈反馈控制系统。两个控制器TC与FC用级工作,TC的输出作为FC的给定，形似审级控制，但并没有副回路，只有一个反馈回路，执行器的输出并不能改变原料的流量，所以不能认为是一个审级控制系统。为静态前馈-反馈控制的非标准形式。流量对象6测量变送*Ca)Qi测量变送H加热炉画一画量变送(b)有时前馈-反馈控制系统从其系统结构上看与串级控制系统十分相似，试问任何区分它们？试分析图示的两个系统各属于什么系统？说明其理由。®(b)?前馈-反馈控制系统也有两个控制器，但在结构上与审级控制系统是完全不同的?审级控制系统是由内、外两个控制回路所组成;?而前馈一反馈控制系统

11、是由一个反馈回路和另一个开环的补偿回路叠加而成图(b)是以加热器出口温度为主被控变量，以燃料油流量为副被控变量和操纵变量构成的典型审级控制系统；图(a)是一种形似审级控制但实际是一种前馈反馈控制系统。两个控制器TC与FC用级工作，TC的输出作为FC的给定，形似审级控制，但并没有副回路，只有一个反馈回路，执行器的输出并不能改变原料的流量，所以不能认为是一个审级控制系统。为静态前馈-反馈控制的非标准形式。某加热炉出口温度控制系统，经运行后发现扰动主要来自燃料流量波动，试设计控制系统克服之。如果发现扰动主要来自原料流量波动T应如何设计控制系统以克服之。画出带控制点工艺流程图和控制系统框图。炉出口温度对燃料油流量的审级控制十、图示的热交换器中，物料与蒸汽换热，要求出口温度达到规定的要求。试分析下述情况下应采取何种控制方案为好。画出系统的结构图与方块图。(1)物料流量F比较稳定，而蒸汽压力波动较大。(2)蒸汽压力比较稳定，而物料流量F波动较大。(3)物料流量F比较稳定，而物料入口温度及蒸汽压力波动都较大蒸汽冷凝水(1)物料流量F比较稳定，而蒸汽压力波动较大。可设计出口温度为