过程控制工程考点解析

过程控制工程考点解析第一章什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪些？过程控制系统通常是指工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度、和PH等这样的一些过程变量的系统。基本分类方法(1)按过程控制系统的结构特点分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈控制系统(2)按给定值信号的特点分为定值控制系统、程序控制系统、随动控制系统。试说明书中图1-2b供氧量控制系统框图中被控“过程”包含哪些管道设备以及图中各符号的含义。过程：节流装置到氧气流量调节阀之间的管道设备。x(t)代表设定值；e(t)表示偏差信号；u(t)表示控制器控制作用信号；q(t)表示调节阀的流量信号；f(t)过程受到的干扰信号；y(t)过程的输出信号；z(t)测量信号在过程控制中，为什么要由系统控制流程图画出其框图。为了更清楚地表示控制系统各环节的组成、特性和相互间的信号联系,这样也便宜其他人员的理解第二章2.什么是过程通道？什么是过程的控制通道和扰动通道？它的数学模型是否相同？问题一：被控过程输入量与输出量之间的信号联系称为过程通道。问题二：过程的控制通道：控制作用与被控量之间的信号联系。过程的扰动通道：扰动作用与被控量之间的信号联系。问题三：他们的数学模型不一样，因为过程通道、控制通道和扰动通道所表示的环节不是同一个。6.如图所示液位过程的输入量为Q1,流出量为Q2,Q3,液位h为被控参数，C为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻，要求：列出过程的微分方程组；画出过程的方框图。求过程的传递函数W0(S)=H(S)/Q1(S)；答：(1)g们一4®-。"二/也)iHg40°£伽二3)R轴(SJQitO3)R轴(SJQitO@工(£)cs什式•立吃喘加滞后和二阶加滞后环8.略。加滞后和二阶加滞后环11•为什么大多数过程控制的节之一来近似描述？有何理论依据？24•采用分度号K的热电偶测量炉温为800°C,其冷端温度为0°C求其热电势E(t,t0)?2-43.数据采集系统的基本组成部分有哪些？它们分别实现哪些功能？数据采集系统由传感器、信号调理电路、数据采集电路三部分组成。2-51.DDZ-IU型调节器的输入回路主要起什么作用？釆用偏差差动电平移动电路有何好处？如果不用差动电平移动电路行不行？为什么？问题一：把两个以零伏为基准的输入信号，转换成以电平UB=10V为基准的偏差输出，完成信号的电平移动。问题二：不仅保证输入回路的运算放大器在以零伏为基准的DC1~5V输入信号作用下，能使其工作在规定的共模输入电压范围里。同时也能保证该调节器的比例积分电路、比例微分电路等运算回路满足输入信号电压范围的要求。问题三：不行。2-53.什么是无平衡无扰动切换？DDZ—III型调节器是如何实现这种切换功能的？什么叫硬手动操作和软手动操作？在调节器中怎样实现这种功能操作的？问题一：在DDZ—III型调节器中存在无平衡无扰动和有平衡无扰动两种切换。如果在自动和手动相互切换时，不需经事先平衡，可以随时切换到所需要的位置，并且在切换的瞬间整机的输出不发生变化，对生产过程无扰动，则称为无平衡无扰动切换。问题二：III型调节器“自动一软手动”“硬手动切换到软手动”或“硬手动切换到自动”都是无平衡无扰动切换，因为这几种切换过程，放大器a3的反馈通路上有电容cm在起着保持输出信号不发生突变的作用。

问题三：硬手动操作就是调节器的输出电流与手动输入电压信号成比例关系；软手动操作就是调节器的输出电流与手动输入电压信号成积分关系。问题四：在调节器中是通过如下电路来实现软手动和硬手动操作，其中输入信号为手动输入信号，此时调节器的输入端与控制回路断开。2-57.在KMM调节器输入信号处理功中，为什么要设计5个标准处理模块？在这5个模拟量输入信号中是否需要对每个输入信号同时进行5个标准模块处理？应怎样选用？为了满足过程控制工程的实际需要，KMM调节器对每个模拟量输入信号均设计了线性化近拟，温度和压力补偿开方和数字滤波五个标准处理模块。对于每一个模拟量输入信号是否均需要进行五个标准处理模块，用户可根据实际需要，由输入处理数据F002设定当输入信号为非线性，需要进行线性化处理；当测量气体或蒸汽流量时，为了提高测量精度，需对其进行温度补偿或压力补偿；当采用节流装置测量流量时，需要进行开方处理；为了消除输入信号的高频干扰，需进行数字滤波2-60・KMM调节器有哪几种类型？怎样实现手动（M）、自动、串级之间的无扰动切换？问题一：0型控制（1个PID局部）；1型控制（1个PID串级型）；2型控制（2个PID局部）；3型控制（2个PID局部）、问题二：（1）手动M-自动A的无扰动切换：在手动MAN状态时，MAN单元的输出作为跟踪输入信号接到PID1单元的PI端,同时用户选择PID1单元PV跟踪功能，即SP跟踪PV。手动时PID1的输出将自动跟踪MAN单元的输出。因此，当M-A时，输出不会发生变化，从而实现了M-A的无扰动切换。（2）自动A-手动M的无扰动切换：在AUTO状态时，调节器正面板上的手动按钮不起作用，即AMV=0oMAN运算式内部已将A状态时的输出接至加法器的输入，故当A-M时，MAN单元的输出也不会发生变化，从而实现了A-M的无扰动切换。2-68・什么叫气开式调节阀和气关调节阀？怎样利用执行机构和调节机构来组成气开、气关式调节阀？问题一：气开式调节阀，即当气动执行器输入压力P>0.02MPa时，阀开始打开，也就是说有信号压力时阀开，无信号压力时阀关。对于气关式则反之。问题二：由于执行机构有正、反两种形式，阀也有正装和反装两种，所以，实现气动执行器的气开、气关型式有四种组合方式如下图所示。（气关、气开、气开、气关）第三章3.简单归纳控制系统设计的主要内容。（1）控制系统的方案设计；（2）工程设计；（3）工程安装和仪表调校；（4）调节器参数整定。4.过程控制系统设计包括哪些步骤？结合控制原路请说明进行系统静态、动态特性分析计算时应包含哪些主要内容？问题一：（1）建立被控过程的数学模型（2）选择控制方案（3）控制设备选型（4）实验（和仿真）问题二：静态特性分析：扰动通道静态放大系数Kf；控制通道的静态放大系数KO；调节参数KC,注意KOKC要远远大于Kf。动态放大分析：扰动通道时间常数Tf、时延Cf（taof）以及扰动作用点；控制通道的时间滞后Cf以及时间常数分配的影响。22.一个热交换器,用蒸汽将进入其中的冷水加热至一定温度,生产工艺要求热水温度应保持定值（t±l摄氏度），试设计一个单回路控制系统。步骤：1、选择被控变量：热水的温度2、 选择控制参数：（冷水的流量、加热蒸汽的流量）3、 选择调节阀的气开、气关型式4、 选择控制器的控制规律和正反作用5、 选择测量变送器5、画出系统流程图和结构图7T/t1/7T/t1/23.在某生产过程中，冷物料通过加热炉对其进行加热，热物料温度必须满足生产工艺要求，故设计图所示温度控制系统流程图，画出控制框图，指出被控过程、被控参数和控制参数。确定调节阀的流量特性、气开、气关形式和调节器控制规律及其正、反作用方式。

被控过程为加热炉；被控参数是热物料的温度；控制参数为燃料的流量。加热炉的过程特性一般为二阶带时延特性，即过程为非线性特性。因此，调节阀流量特性选择对数特性调节阀。根据生产安全原则，当系统出现故障时应该停止输送燃料，调节阀应选用气开式。即无气时调节阀关闭。控制器的正反作用的选择应该在根据工艺要求，原则是：使整个回路构成负反馈系统控制器的正、反作用判断关系为：（控制器“土”・（控制阀“土”・（对象“土”=“一”调节阀：气开式为“＋”，气关式为“－”；控制器：正作用为“＋”，反作用为“－”；被控对象：按工艺要求分析，通过控制阀的物量或能量增加时，被控制量也随之增加为“＋”；反之随之降低的为“－”；变送器一般视为正作用。根据安全要求，调节阀选气开式Kv为正，温度变送器Km一般为正，当调节器增加时,温度值增加，故过程（对象为正，为了保证闭环为负。所以调节器应为负作用。24.在蒸气锅炉运行过程中，必须满足汽-水平衡关系，汽包水位是一个十分主要的指标。当液位过低时，汽包中的水易被烧干引发生产事故，甚至会发生爆炸，为此设计如图所示的液位控制系统。试确定调节阀的气开、气关方式和调节阀LC正、反作用；画出该控制系统的框图。解答：调节阀：气关方式调节器：正作用。框图：2．与单回路系统相比，串级控制系统有些什么特点？（1） 串级系统由于副回路的存在,使等效副对象时间常数减小，改善了对象的特性,使系统工作频率提高。（2） 串级控制系统有较强的抗干扰能力，特别是干扰作用于副环的情况下,系统的抗干扰能力会更强。（3） 串级系统具有一定的自适应能力。3.与单回路系统相比,为什么说串级控制系统由于存在一个副回路而具有较强的抑制扰动的能力？（1）副回路的快速作用，对于进入副回路的干扰能快速地克服，减小了干扰对主变量的影响；（2）引入副回路，改善了副对象的特性（减小副对象的相位滞后），提高了主回路的响应速度，提高了干扰的抑制能力；（3）副回路可以按照主回路的要求对副变量进行精确控制；（4）串级系统提高了控制系统的鲁棒性。9在某生产过程中，冷物料通过加热炉进行加热，根据工艺要求，需要对热物料的炉出口温度进行严格的控制，在运行中发现燃料压力波动大，而且是一个主动扰动，故设计如下图的系统流程图，要求：（1）由系统控制流程图画出框图（2）确定调节阀气开、气关形式（3）决定各调节阀的正反作用（1）串级系统方框图如下：副回路选择加热炉炉膛温度控制，消除F1（S）干扰。（2）由于发生重大事故时立即切断燃料油的供应，从工艺的安全性考虑，调节阀选择气开式，保证无气时调节阀关闭。（3）主调节器选择PI（或PID）控制规律，副调节器选择P调节规律。由于燃料增加加热炉温度必然增加，所以过程为正。调节阀气开式为正，根据表7－4可知主副调节器都选择正作用方式。11.前馈控制与反馈控制各有什么特点？答：反馈控制的特点：优点：能够克服各种干扰。只要干扰对被控变量造成影响，就有控制校正作用。缺点：反馈控制不及时，是一个有差控制系统。反馈控制系统只有被控变量在干扰作用下出现偏差时，才有校正作用，干扰总存在，偏差总存在。前馈控制的特点：（1）前馈控制根据干扰进行，控制及时。如果前馈控制规律恰当，理论上可完全消除干扰的影响（2）前馈控制是一种开环控制，被控变量并不经测量反馈到输入端。不能保证控制效果。（3）前馈控制需要对干扰进行测量，才能进行控制。通常只测量一种干扰，因而只能克服一种干扰。（4）前馈控制器的控制规律是经过对干扰通道与控制通道的特性计算而得是一种专用的控制器，在工程上，精确的通道特性难以获取，精确的前馈控制规律难以实现。13.纯前馈控制在生产过程中为什么很少采用？答：单纯的前馈由于存在以下两三方面问题，其控制效果往往并不理想，因此在生产中很少使用。这主要表现在：（1）单纯前馈是一种开环控制，不能保证控制效果。不存在被控变量的反馈，即对于补偿的效果没有检验的手段。这样，在前馈作用的控制结果并没有最后消除被控变量偏差时，系统无法得到这一信息而作进一步的校正。（2）单纯前馈通常只能克服一种干扰。由于实际工业对象存在着多个干扰，为了补偿它们对被控变量的影响，势必要设计多个前馈通道，因此单纯前馈就不能很好控制。（3） 准确的的前馈控制规律工程上难以实现。4-21•微分先行控制方案与常规的PID控制方案有何异同？相同点：特征方程式完全相同，都有微分作用。不同点：PID控制方案的微分环节的输入是对偏差做了比例积分运算的值，因此它的微风环节不能真正起到对被控参数变化速度进行校正的目的，克服动态超调的作用是有限的。但是，微分先行控制方案调节了微分环节的位置，使其超调量变得要小一些，使系统克服超调作用越强，提高了控制质量。4-2