化工仪表及自动化基本要求与练习.docx

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化工仪表及自动化基本要求与练习

《仪表与自动调节》

基本要求与练习

第一章自动控制系统基本概念

一、基本要求

1.掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系；

2.掌握自动控制系统中常用术语，了解方块图的意义及画法；

3.掌握管道及控制流程图上常用符号的意义；

4.了解控制系统的分类形式，掌握系统的动态特性和静态特性的意义；

5.掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。

二、常用术语

1.控制对象：

2.被控变量：

3.操纵变量：

4.扰动量：

除操纵变量外，作用于被控变量并使其发生变化的因素。

5.设定值：

6.偏差：

7.控制系统的过渡过程：

8.反馈：

把系统或环节的输出信号直接或（经过一些环节）间接引入到输入端的方法称为反馈。

9.负反馈：

反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号位两者之差，这种反馈称为负反馈。

10正反馈：

三、问答题

1.控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类？

简述每种形式的基本含义。

开环自动控制系统：

操纵变量可以改变被控变量，但被控变量对操纵变量没有影响。

闭环自动控制系统：

操纵变量可以改变被控变量，被控变量又对操纵变量产生影响。

定值控制系统：

给定值为常数；

随动控制系统：

给定值为变数，要求跟随变化；

程序控制调节系统：

按预定时间顺序控制参数。

2.自动控制系统由哪几部分组成？

各部分的作用是什么？

控制对象：

控制仪表：

检测仪表（检测元件及变送器）：

控制仪表：

执行仪表：

显示仪表：

3.在阶跃扰动作用下，控制系统的过渡过程有哪几种形式?

其中哪些形式能基本满足控制要求？

发散振荡过程：

非振荡发散过程：

等幅振荡过程：

衰减振荡过程：

非振荡衰减过程：

其中，衰减振荡过程和非振荡衰减过程可以基本满足控制要求，但后者进程缓慢，只用于系统不允许振荡时。

4.试述控制系统衰减振荡过程的品质指标及其含义。

最大偏差：

衰减比：

余差：

过渡时间：

振荡周期（振荡频率）：

5.什么是控制系统的方块图？

它与工艺管道及控制流程图有何区别？

自动控制系统的方块图是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。

其中：

每一个方块代表系统中的一个组成部分，

6.在自动化系统中，仪表符号由哪几部分组成，各表示什么意义？

仪表位号由字母组合和回路编号组成：

字母组合：

首字母――被侧变量，尾字母――仪表功能，中字母――修饰词

回路编号：

首位数――工序号；后续数――顺序号

温度控制系统过渡过程曲线

7.某化学反应器工艺操作规定温度为（800±10℃）。

为确保生产安全，控制中温度最高不得超过850℃。

现运行的控制系统，在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如图所示。

（1）分别求出最大偏差、余差、衰减比、过渡时间（温度进入±2%新稳定值即视为系统已稳定）和振荡周期。

（2）说明此温度控制系统是否满足工艺要求。

第二章被控对象的数学模型

一、基本要求

1.了解建立被控对象数学模型的意义及数学模型的建立方法；

2.掌握用机理建模的方法，建立简单对象的数学模型；

3.掌握表征被控对象特性的三个参数——放大倍数K、时间常数T、滞后时间τ的物理意义及其对控制质量的影响；

4.了解被控对象特性的实验测定方法。

二、常用术语

1.被控对象特性：

2.被控对象数学模型：

3.被控对象的放大倍数：

4.被控对象的时间常数：

5.被控对象的滞后时间：

纯滞后（输出变化落后于输入变化的时间）与容积滞后（因物料或能量传递需要一定时间而引起的输出变化迟缓）之和

6.通道：

由对象的输入变量至输出变量的信号联系。

包括控制通道和干扰通道。

三、问答题

1.为什么说放大倍数K是对象的静态特性，而时间常数T和滞后时间τ是对象的动态特性？

2.简述获取对象特性（数学模型）的两种方法。

理论分析法：

通过理论分析建立输入和输出之间的关系。

例如：

一阶对象、积分对象、二阶对象

实验测取法：

在实际系统或实验系统中，通过一组输入来考察输出的跟随变化规律。

常见的有：

多点拟合法、阶跃输入法和周期脉冲法。

第3题RC充放电电路图

3.RC电路如图所示。

Vi为输入量，V0为输出量。

在时间t＝0时，闭合开关K，电容开始充电。

此时，电压V0随时间的变化规律为：

（1）求当t分别为0、T和∞时，V0分别为多少？

（2）绘出Vi作阶跃变化时，V0随时间变化的响应曲线形状；

（3）根据上述已知条件，确定对象的特性参数K、T和τ。

第4题蒸汽流量阶跃反应曲线

4.为了测定某物料干燥筒的对象特性，在t0时刻突然将加热蒸汽量从25m3/h增加到28m3/h，物料出口温度记录仪得到阶跃输入曲线如图所示。

写出描述物料干燥筒特性的微分方程（温度变化量作为输入量，加热蒸汽量的变化量作为输出量；温度测量仪表的测量范围0～200℃；流量测量仪表的测量范围0～40m3/h）。

第三章检测仪表与传感器

一、基本要求

1．掌握仪表精度的意义与测量误差的关系。

2．了解仪表的性能指标。

3．初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法。

4．了解各种流量计的测量原理。

重点是差压式流量计及转子流量计。

5．了解各种液位测量方法。

初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法。

6．掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理。

熟悉热电偶温度测量中的冷端温度补偿的作用及方法。

二、常用术语

1.参数检测：

2.非电量的电测法：

3.准确度：

4.绝对误差：

5.实际相对误差：

6.示值相对误差：

7.引用相对误差：

8.允许误差：

9.指示变差：

10.精密度

11.仪表精度等级：

12.精确度：

13.灵敏度：

14.灵敏限：

15.分辨率：

16.线性度：

17.反应时间：

三、问答题

1.工业压力计按敏感元件通常可以分为哪几种类型？

试简述各种压力计的工作原理。

液柱式压力计：

活塞式压力计：

弹性式压力计：

弹簧管式：

薄膜式：

波纹管式：

电气式压力计：

应变式：

压电电阻式：

电感式：

电容式：

霍尔式：

2.试述压力计选型的主要内容及安装注意事项。

类型选择

量程与盘面选择

精度选择

注意：

取压位置与隔离

3.试述流量计的分类及其工作原理。

速度流量计：

压差流量计：

转子流量计：

电磁流量计：

超声波流量计：

涡轮流量计：

堰式流量计：

容积式流量计：

齿轮流量计：

活塞流量计：

质量流量计：

间接质量流量计：

直接质量流量计：

4.试述物位计的分类及其工作原理。

直读式物位计：

浮力式物位计：

压差式物位计：

电磁式物位计：

核辐射式物位计：

超声波物位计：

光电式物位计：

5.试述温度测量仪表的种类及其工作原理

接触式温度计：

膨胀式温度计：

玻璃液体温度计：

双金属温度计：

压力式温度计：

热电偶温度计：

热电阻温度计：

非接触温度计：

辐射温度计：

红外温度计：

光电温度计：

热电温度计：

6.试述电动温度计二次仪表的功能及其组成部分。

功能：

–对信号进行放大和转换；

–信号的线性化。

组成部分：

–输入电桥；

–放大器；

–反馈电路；

–电源电路。

第四章显示仪表

一、基本要求

1．了解动圈式显示仪表的基本结构及原理。

2．掌握自动电子电位差计的工作原理。

熟悉电位差计的测量桥路及各个电阻的作用。

3．掌握自动电子平衡电桥的工作原理。

4．了解DDZ-Ⅲ型显示仪表的基本结构及原理。

5．了解数字式显示仪表的原理与组成。

二、常用术语

1.模拟信号：

2.数字信号：

三、问答题

1.试述动圈式仪表的结构及其工作原理。

2.试述自动平衡电桥及其与热电阻配合进行温度检测的工作原理。

3.试述自动不平衡电桥及其与热电偶配合进行温度检测的工作原理。

4.试述DDZ系列光柱报警器的结构及其工作原理。

第五章自动控制仪表

一、基本要求

1．掌握各种基本控制规律及其特点。

2．熟悉比例度、积分时间、微分时间对控制系统的影响。

3．了解DDZ-Ⅱ型和DDZ-Ⅲ型控制器的特点和基本组成。

二、常用术语

1.基地式控制仪表

2.单元组合式控制仪表

3.计算机控制系统

4.控制规律：

5.限位控制：

6.连续控制：

7.放大倍数KP：

8.比例度δ：

9.无干扰切换

三、问答题

1.试述控制器的作用及其分类。

2.控制系统按控制规律可以分为哪几类：

3.试述PID控制的数学模型及参数意义。

4.模拟量控制器由哪几部分组成？

画出其框图并说明各部分的作用。

5.试述DDZ－Ⅲ仪表的特点。

6.试述DDZ－Ⅲ电动控制器的基本功能，并画出其结构框图。

第六章执行器

一、基本要求

1．掌握控制阀的流量特性的意义，了解串联管道中阻力比s和并联管道中分流比x对流量特性的影响。

2．了解气动薄膜控制阀的基本结构、主要类型及使用场合。

3．理解气动执行器的气开、气关型式及其选择原则。

4．了解电气转换器及阀门定位器的用途及工作原理。

5．了解电动执行器的基本原理。

二、常用术语

1.控制阀的理论流量特性

2.控制阀的实际流量特性

三、问答题

1.试述执行器的分类及其作用。

2.执行器由哪两部分组成，各起什么作用？

3.气动执行机构有哪几种结构形式？

各有什么特点？

4.试述电动执行机构的分类及其用途。

5.试述电动执行机构的结构及其工作原理。

6.试述电－液执行器的结构及其工作原理。

7.什么是气开式控制阀和气关式控制阀？

如何选择？

第七章简单控制系统

一、基本要求

1．了解简单控制系统的结构、组成及作用。

2．掌握简单控制系统中被控变量、操纵变量选择的一般原则。

3．了解各种基本控制规律的特点及应用场合。

4．掌握控制器正、反作用确定的方法。

5．掌握控制器参数工程整定的方法。

二、常用术语

1.简单控制系统：

2.控制器的工程整定：

三、问答题

1.如何选择被控变量？

2.如何选择操纵变量？

3.造成控制系统滞后的原因有哪些？

对象滞后、检测滞后、信号传送滞后

4.控制系统按信号来源（系统结构）可以分为哪几类？

试分别画出结构框图。

5.控制器整定的任务是什么？

常用整定方法有哪几种？

理论计算

工程整定

临界比例度法

衰减曲线法

经验凑试法

第八章复杂控制系统

一、基本要求

1．掌握串级控制系统的结构、工作过程、特点及应用场合；掌握串级控制系统中副变量的确定及主、副控制器正、反作用的选择；了解串级控制系统中主、副控制器参数的工程整定方法。

2．熟悉设置均匀控制系统的目的及控制方案。

3．了解比值控制系统的各种类型；熟悉单闭环比值控制方案的结构及特点。

4．熟悉前馈控制系统的结构、特点及应用场合。

5．理解连续型选择性控制系统的结构特点及控制方案；了解开关型选择性控制系统；了解积分饱和现象的产生及防止方法。

6．理解分程控制系统的结构及应用场合。

7．了解多冲量控制系统的意义；理解三冲量控制系统的结构特点。

二、常用术语

1.复合控制系统：

2.软保护：

3.硬保护：

三、问答题

1.试述串级控制系统的特点及其使用条件。

2.串级控制系统中主、副变量应如何选择？

3.简述均匀控制的目的及控制方案。

4.以合成氨为例，简述比例控制的目的及控制方案。

5.选择性控制系统按处理方法不同可以分为哪几类？

开关型选择性控制系统：

连续型选择性控制系统：

混合型选择性控制系统：

6.试述分程控制的目的及其适用范围。

分程控制系统：

由一个控制器同时控制两个执行机构并使之次第执行的控制系统。

使用范围：

–扩大调节范围，提高调节精度；

–可用于两种不同的介质，以满足工艺要求；

–用作生产安全的防护措施

7.什么是多冲量控制系统？

第九章计算机控制系统

一、基本要求

1．了解直接数字控制（DDC）。

2．了解DDC系统的基本组成与作用。

3．初步掌握全开放集散控制系统（DCS）的特点及基本组成。

4．了解DCS的硬件与软件。

二、常用术语

1.DDC控制：

2.DCS控制：

三、问答题

1.试述工业控制计算机的特点。

2.在计算机控制系统中，I/O组件的功能是什么？

3..试述DCS控制系统的组成及各部分的作用。

4.试述DCS控制系统的特点。

5.简述计算机控制系统中组态软件的作用。