过程控制复习资料.docx
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过程控制复习资料
1、过程控制是根据工业生产过程的特点，采用测量仪表执行机构计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程系统，实现工业生产过程自动化。
2、过程控制有多种方案，包括单回路控制系统前馈控制系统
3、控制系统按照结构特点可分为反馈控制系统前馈控制系统复合控制系统。
按给定值信号特点分为定值控制系统、随动控制系统。
4、防爆技术的种类包括隔爆型本安型正压型油浸型充砂型等
5、过程控制中压力检测方法有应变片式，压阻式，弹性式，液柱式。
6、半导体热敏电阻包括正温度系数PTC负温度系数NTC临界温度电阻CTR。
7、节流流量计基于节流变压降原理，由节流件、导压管及差压检测仪表组成。
8：
物位测量方法静压式浮力式电气式超声波式。
9：
过程数学模型的求取方法一般有机理建模、试验建模和混合建模。
10调节阀由阀芯阀体组成
11调节阀的流量特性有直线流量特性、对数（等百分比）流量特性、抛物线流量特性和快开流量特性四种。
12：
DCS的设计思想是控制分散、管理集中。
13：
在工业生产中常见的比值控制系统可分为单闭环比值控制、双闭环比值控制和变比值控制三种。
14、Smith预估补偿原理是预先估计出被控过程的数学模型，然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的纯滞后进行补偿。
15、过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送等环节组成。
16、仪表的精度等级又称准确等级，通常用引用误差作为判断仪表精度等级的尺度。
17、过程控制系统动态质量指标主要有衰减比n、超调量σ和过渡过程时间ts。
静态质量指标有稳态误差ess。
18、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。
19、绝对误差是指仪表输出信号所代表的被测值与被测参数真值之差
20、引用误差是绝对误差与仪表量程的百分比。
21、调节阀可分为气动调节阀、电动调节阀、和液动调节阀三大类
22、积分作用的优点是可消除稳态误差（余差），但引入积分作用会使系统稳定性下降。
23、滞后问题分为纯滞后问题、测量滞后问题、信号传送滞后问题。
24、测量信号的处理有算术平均值滤波、程序判断滤波、中位值法滤波、一阶惯性滤波。
25、过程检测仪表一般包括传感器和变送器两部分。
26、热电阻温度计由热电阻、显示仪表和连接导线组成。
27、流量计分为容积式流量计、节流式流量计、浮子式流量计、涡轮流量计、漩涡流量计、电磁流量计、超声波流量计、质量流量计、
28、物位测量有浮力式液位测量、静压式液位测量、电容式物位测量、超声波、雷达、核辐射、光纤
29、成分测量有热导式气体成分测量、红外式气体成分测量、氧化锆氧量成分测量、气相色谱成分测量、工业电导仪、工业酸度计、
30、控制器参数的整定方法：
经验整定法、扩充临界比例法、扩充响应曲线法、
31、防爆安全栅安装在安全场所可分为齐纳式安全栅与隔离式安全栅两种。
32、过程控制有多种灵活的方案，包括单回路控制系统、串级系统还有前馈控制系统、均匀控制系统、分程控制系统、超弛控制系统、阀位控制系统等。
33、过程检测控制仪表包括变送器、控制器和执行器。
34、流量检测中，当流体的数量以体积表示时，称体积流量。
当流体的数量以质量表示时，称质量流量。
过程控制中大多采用体积流量来表示流量大小。
35、物位测量方式包括浮力式、静压式、电容式、超声波式、雷达式等。
36、过控的发展根据组成划分为：
体系结构、检测仪表和执行结构，控制策略
37、常用节流件：
孔板、喷嘴、文丘利管
38、对传感器的要求：
高准、高稳、高灵
39、过控仪表接线：
电流二线；电流四线：
电阻三线，现场总线
40、过程控制中常见的被控参数是：
温度，压力，流量，液位，成分
41、调节阀的选择主要包括：
公称直径、流量特性、和气开气关形式
1、容积式流量计：
流体通过流量计，就会在流量计进出口之间产生一定的压力差。
流量计的转动部分在这个压力差的作用下将产生旋转，并将流体由入口排向出口。
在这个过程中，这个过程中，流体一次一次的充满流量计的计量空间，然后又不断的送往出口，在给定的流量计条件下，该流量空间的体积是确定的，只要测得转子的转动次数，就可以得到通过流量计的流体的体积的累计值。
2、节流式流量计：
也称为压差式流量计，在管道中安置一个固定的阻力件，中间开一个比管道截面积小的孔，当流涕流过该阻力件时，由于流体流束的收缩而使流速加快、静压力降低，其结果是在组里件前后产生一个较大的压差，压差的大小与流体的流速有关，流速越大，压差也就越大，因此只要测出压差就可以推算出流苏，进而可以计算出流体的流量。
3、浮子式流量计：
流体自下而上的流过流量计，推动浮子，在稳定工作的情况下，浮子的悬浮高度h与通不过过流量计的体积流量之间有一定的比例关系。
所以可以根据父子的位置直接读出通过流量计的流量值，或通过远传信号方式将流量信号远传给二次仪表记录显示。
4、涡轮流量计：
涡轮流量计是一种速度式流量计。
他利用置于流体中的叶轮旋转角速度与流体流速成比例的关系，通过测量叶轮的转速来反映通通过管道的体积流量的大小。
5、漩涡流量计：
利用流体振动原理来进行流量测量的。
即在特定的流动条件下，流体一部分动能产生流体振动，切振动频率与流体的流速有一定的关系。
6、电磁流量计：
根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的电磁流量计，可以检测具有一定电导率的酸、碱、盐溶液，腐蚀性液体以及含有固体颗粒的液体，但不能检测气体、蒸汽和非导电液体的流量。
7、衰减比n定义为n=B1/B2.衰减比是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标，为保证系统足够的稳定程度，一般取衰减比为4:
1到10:
1。
一般用4:
1较多。
8、自动化装置的三个部分1测量元件与变送器2自动控制器3执行器（根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度）
9、热点偶温度计原理：
两种不同成分的导体两端经焊接、形成回路，直接测温端叫测量端，接线端子端叫参比端。
当测量端和参比端存在温差时，就会在回路地产生热电流，接上显示仪表，仪表上就批示出热电偶所产生的热电流，接上显示仪表，仪表上就批示同热电偶所产生的热电动势的温度值。
10、热电阻温度计的接线方法和目的：
热电阻采用三线制接法，是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。
这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。
热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线（从热电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。
采用三线制，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。
11、过程控制中，扰动发生后的平衡过程：
当扰动发生后，被控量存在两种变化，一种是无须外加任何控制作用，过程能够自发地趋于新的平衡状态的性质称为自衡性，被控量不断变化最后达到新的平衡过程，另一种是被控量不再平衡下来。
前面的过程具有自衡能力称为自衡过程，后面的过程无自衡能力，称为非自衡过程。
12、数字滤波的定义及组成：
通过计算机滤去干扰信号，提高信号的真实性，在计算机中常采用数字滤波消除低频干扰。
方法有：
算术平均值滤波、程序判别、中位值法、一阶惯性。
13、调节阀的分类和选择：
调节阀可分为气动调节阀、电动调节阀、和液动调节阀三大类。
调节阀的选择A、选择调节阀的公称直径Dg和阀座直径dg。
B、选择调节阀的气开气关形式。
C、流量特性选择。
14、调节阀的执行机构分类和区别:
分类：
电动、气动、液动。
区别：
气动结构简单、动作可靠、稳定、输出力矩大、防火防爆。
电动动作迅速、信号传递快、便于远距离传输。
15、现场总线的特点：
是指将现场设备（如数字传感器、变送器、执行器等）与工业过程控制单元、现场操作站等互连而成的计算机网络。
具有全数字化、分散、双向传输等特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。
1、现场设备已成为以微处理器为何核心的数字化设备，彼此通过传输媒体（双绞线、同轴电缆或光纤等）以总线拓扑相连。
2、网络数据通信传输速率高（可达10Mbit/s），实时性好，抗干扰能力强。
3、摒弃了DCS中的I/O控制站，将这一级功能分配给通信网络完成。
4分散的功能模块，便于系统维护、管理与扩展、提高可靠性。
5、开放式互连结构，即可与同层网络相连，也可通过互联网络互联设备与控制级网络或管理信息级网络相连。
6、互操作性，在遵守同意通信协议的前提下，可将不同厂家的现场设备产品同一组态，构成所需要的网络。
16、差压式液位变送器的工作原理来自双侧导压管的差压直接作用于变送器传感器双侧隔离膜片上，通过膜片内的密封液传导至洲量元件上，测最元件将测得的差压信号转换为与之对应的电信号传递给转换器，经过放大等处理变为标准电信号输出。
17、热电耦测温时为什么要进行冷端补偿：
热电偶电势的大小与其两端的温度有关，其温度-热电势关系曲线是在冷端温度为0℃时分度的。
在实际应用中，由于热电偶冷端暴露在空间受到周围环境温度的影响，所以测温中的冷端温度不可能保持在0℃不变，也不可能固定在某个温度不变，而热电偶电势既决定于热端温度，也决定于冷端温度。
所以如果冷端温度自由变化，必然会引起测量误差。
为了消除这种误差，必然进行冷端温度补偿。
补偿方法：
1.冰点槽法，挤兑冷端温度保持0°C2.对冷端温度进行修正，具体包括温度修正t=t’+kt和热电修正。
3.冷端温度自动补偿，包括电桥补偿法和pn结补偿法。
4.采用导线补偿法，即用一种专用道线，将热电偶的冷端延伸过来，并称这种专用导线为补偿导线。
18、动圈式仪表的工作原理：
动圈仪表的测址机构是一个磁电式毫伏计。
其中动圈是用具有绝缘层的细铜线绕成的矩形无骨框架。
可动线圈处于永久磁钢的空间磁场中，当有立流毫伏信号在动圈上时，便有电流流过动圈。
此时，该载流线圈将受到电磁力矩作用而转动。
动圈的支撑是张丝，张丝同时还兼作导流丝。
动圈的转动使张丝扭转，于是张丝就产生反抗动圈转动的力矩。
这个反力矩随着张丝扭转角的增大而增大。
当电磁力矩和张丝反作用力矩平衡时，线圈就停留在某一位置上，这时动圈偏转角度的大小与输人毫伏信号相对应。
19、控制器的控制规律：
所谓控制器的控制规律是指控制器的输出信号P与输入偏差信号e之间的关系，即：
p=f（e）=f（z-x）式中z:
测定值信号；x:
给定值信号；f:
是指某种函数关系。
常用的控制规律有位式控制、比例控制（P）、积分控制（I）、微分控制（D）以及它们的组合控制规律，例PI、PD、PID等。
20、气动执行器主要有两部分组成，个起的作用是什么气动执行器由执行机构和控制机构两部分组成。
执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信号压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。
控制机构是指控制阀，它是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量，所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。
21、电接点压力表的工作原理：
电接点压力表由测量系统、指示装置、磁助电接点装置、外壳、调节装置及接线盒等组成。
当被测压力作用于弹簧管时，其末端产生相应的弹性变形—位移，经传动机构放大后，由指示装置在度盘上指示出来。
同时指针带动电接点装置的活动触点与设定指针上的触头（上限或下限）相接触的瞬时，致使控制系统接通或断开电路，以达到自动控制和发信报警的目的。
22、集散系统的概念及优缺点:
分布式控制系统DCS又称为集散控制系统，一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层体系结构、局部网络通信的计算机综合控制系统。
DCS的设计思想是“控制分散、管理集中”优点：
结构简单清晰，数据库管理容易，可以保证数据的一致性。
缺点：
1任务数量太大是计算机运行速率下降2需要庞大的软件体系，是系统的软件可靠性下降3系统的可扩展性差4功能集中容易使计算机故障，出现全局性后果。
23、过程控制系统主要包含的内容，各自的任务是什么。
答：
简单控制系统由一个被控对象，一个检测元件和变送器，一个调节阀和一个调节器组成。
检测元件和变送器用于检测被控变量，并将检测到的信号转换为标准信号，输出到控制器。
控制器用于将检测变送器的输出信号与设定值进行比较，得出偏差，并把偏差信号按一定的控制规律运算，运算结果输出到执行器。
执行器是控制系统回路中的最终元件，直接用于改变操纵量，以克服干扰，达到控制的目的。
24、执行器的组成结构和工作过程：
执行器由执行机构和调节机构组成。
执行器在过程控制系统中的作用。
答：
执行器接受控制器输出的控制信号，转换成位移（直线位移或角位移）或速度，用于控制流入或流出被控过程的物料或能量从而实现对过程参数的自动控制。
25、串级控制系统和单回路控制系统相比的优缺点：
减小了被控对象的等效时间常数，提高了系统工作效率，对负载变化具有一定的自适应能力
26、扩散硅式传感器的工作原理和主要优点.原理:
在半导体材料的基片上利用集成电路工艺制成扩散电阻，受外力作用时，扩散电阻的电阻率变化而导致阻值改变。
优点:
体积小，结构简单，动态响应好，易集成，价格便宜。
27、分析阶跃响应与偏差积分性能指标的异同和优缺点：
阶跃响应性能指标中个单项指标清晰明了，单如何统筹兼顾则比较困难，采用偏差积分性能指标则可兼顾衰减比，超调量和过渡过程时间等各单项指标，偏差积分性能指标属于综合性指标，一般来说，阶跃响应性能指标便于工程整定和分析，在工程应用中使用广泛，而偏差积分性能指标更便于计算机仿真和分析
28、压力的表示方式有几种：
分别用图表示：
（在最后）绝对压力：
Pa,物体所承受的实际压力其零点为绝对真空。
表压力：
P指高于大气压力时绝对压力与大气压力之差。
负压Ph大气压力与地狱大气压力时的绝对压力之差
29、简述串级控制系统的设计原则。
答：
a副回路的选择必须包括主要扰动，而且应包括尽可能多的扰动；b副被控过程的滞后不能太大，以保持副回路的快速响应能力。
C应将对象中具有显著非线性或时变特性的部分归于副回路中。
d应考虑工艺上的合理性和经济性。
e主、副对象的时间常数应匹配；
30、如果系统不当，积分作用的不易影响：
a在启动阶段或具有设定值大幅度变化的时刻，在短时间内将存在很大的偏差，运算式中的积分项取值很大b在偏差长期存在的条件下，积分作用将使控制器输出会不断增加或减小，直到极限值c在消除偏差的过程中，必然导致系统出现较大的超调及长时间的震荡，而且会产生极严重的积分饱和现象，甚至损坏设备
31、比值控制系统的原理图及工作过程：
比值控制系统分为：
单闭环比值控制，双闭环比值控制，变比值控制。
图和工作过程自己看着办吧，太多了。
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31、串级控制系统：
串级控制系统，就是采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵调节阀，从而对主被控变量具有更好的控制效果。
32、现场总线及特点：
是指将现场设备（如数字传感器、变送器、执行器等）与工业过程控制单元、现场操作站等互连而成的计算机网络。
具有全数字化、分散、双向传输等特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。
特点：
a.现场设备已成为以微拓扑相连b.摒弃了DCS中的I/O控制站，将这一功能分配给通信网络完成c,分散的功能模块，便于系统维护，管理和扩展，提高可靠性d，开放式互联结构，即可与同层网络相连，也可与网络互连设备与控制级网络或管理信息级网络相连e.互操作性，在遵守同一通信协议的前提下，可将不同厂家的现场设备产品统一组态
33、调节阀的流量特性：
指介质流过阀门的相对流量与相对开度之间的关系为相对流量，即调节阀某一开度的流量与全开流量之比为相对开度，即调节阀某一开度的行程与全行程之比
34、简述单回路控制系统临界比例度法参数整定的步骤。
1.在闭环控制系统里，将控制器置于纯比例作用下（Ti=∞，Td=0），从小到大逐渐增大控制器的比例增益KC，直到出现等幅振荡曲线为止。
2.此时的比例度称为临界比例度，相邻两个波峰间的时间间隔，称为临界振荡周期。
据此确定控制器参数。
3.根据和值，采用经验公式，计算出调节器各个参数。
4.按“先P后I最后D”的操作程序将控制器整定参数调到计算值上。
若不够满意可作进一步调整。
35、电气阀门定位器有哪些作用①改善阀的静态特性②改善阀的动态特性③改变阀的流量特性④用于分程控制⑤用于阀门的反向动作
36、简单控制系统由哪几部分组成各部分的作用是什么答：
简单控制系统由一个被控对象，一个检测元件和变送器，一个调节阀和一个调节器组成。
检测元件和变送器用于检测被控变量，并将检测到的信号转换为标准信号，输出到控制器。
控制器用于将检测变送器的输出信号与设定值进行比较，得出偏差，并把偏差信号按一定的控制规律运算，运算结果输出到执行器。
执行器是控制系统回路中的最终元件，直接用于改变操纵量，以克服干扰，达到控制的目的。
37、前馈控制和反馈控制各有什么特点为什么采用前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质答:
前馈控制的特点是:
根据干扰工作及时精度不高,实施困难只对某个干扰有克服作用.反馈的特点作用依据是偏差;不及时:
精度高,实施方便,对所有干扰都有克服作用.由于两种控制方式优缺点互补,所以前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质.
38、“积分饱和现象”产生的内因和外因。
造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长期存在偏差。
在偏差长期存在的条件下，控制器输出会不断增加或减小，直到极限值引起积分饱和。
39、PID调节器的参数对控制性能各有什么影响答：
（1）比例增益反映比例作用的强弱，越大，比例作用越强，反之亦然。
比例控制克服干扰能力较强、控制及时、过渡时间短，但在过渡过程终了时存在余差；
（2）积分时间反映积分作用的强弱，越小，积分作用越强，反之亦然。
积分作用会使系统稳定性降低，但在过渡过程结束时无余差；（3）微分时间反映积分作用的强弱，越大积分作用越强，反之亦然。
微分作用能产生超前的控制作用，可以减少超调，减少调节时间；但对噪声干扰有放大作用。
40、与反馈控制系统相比，前馈控制系统有哪些特点
（1）反馈控制的本质是基于偏差来消除偏差，而前馈控制是基于扰动来消除扰动对被控量的影响；
（2）反馈控制是“不及时”的，而前馈控制器可“及时”动作；（3）反馈控制属闭环控制，而前馈控制属开环控制；（4）反馈控制对闭环内扰动均有校正作用，而前馈控制具有制定性补偿的局限性；（5）反馈控制规律通常有P、PI、PD、PID等，而前馈控制规律比较复杂。
41、防止积分饱和．一个具有积分作用的调节器，当其处于开环工作状态时，如果偏差输入信号长期存在，那么由于积分作用的结果，将使调节器的输出不断增加或不断减小，一直达到输出的极限值为止，这种现象称为积分饱和。
防止积分饱和的方法有：
（1）限幅法
（2）积分切除法
42、什么是气开式调节阀什么是气关式调节阀其选择的原则是什么气开式：
执行器输入压力p>时，阀开始打开，也就是说有信号压力时阀打开，无信号压力时阀关。
气关式则反之，有信号压力时阀关，无信号压力时阀开。
原则：
主要是考虑在不同工艺条件下安全生产的需要。
a、考虑事故状态时人身、工艺设备安全。
b、考虑事故状态下减少经济损失，保证产品质量。
c、考虑介质的性质。
43、过程控制的目的：
抑制外界扰动的影响，确保问题的稳定性，是生产过程的的工况最优化。
具体来说保证质量，提高产量，节能降耗，安全运行，保护环境，改善劳动条件，提高管理水平等
44、变频控制方法有哪些并分析交流电动机调速系统使用变频器有哪些优点变频控制方法有标量控制，矢量控制和直接转矩控制。
过程控制中多采用标量控制。
优点;较高
控制精度和较宽的调速范围，显著地节能效果，易于实现自动控制及远程控制等性能。
45、过程控制的主要特点：
被控过程形形色色；控制过程多属缓慢过程和参量控制形式；控制方案的多样性，有单回路（50%以上）、串级（20%以上）、前馈-反馈、比值、均匀、分程、选择性、时滞、数字和计算机过程控制系统等；定值控制是主要控制形式。
分析设计题1、如图是乙烯裂解气温度控制系统。
采用液态丙烯，使其汽化吸收热量以冷却乙烯裂解气。
调节气态丙烯流量使温度控制在15±°C。
要液位控制在：
不溢出、不流空；系统无静差；在2）的基础上进一步减小动态误差。
答：
被控过程为丙烯冷却器；被控参数为乙烯裂解气的出口温度；控制参数为气态丙烯的流量。
在示意图中，气态丙烯的流向是由丙烯冷却器流出。
而在方块图中，气态丙烯作为控制参数，其信号的流向是指向丙烯冷却器的。
1传感器选择液位开关，控制器选择开关作用的PLC即可，无需模拟量检测以降低成本2设计成单回路控制系统，PI调节以消除稳态误差。
（3）设计成液位-流量串级控制系统以提高动态特性。
外环为液位环，内环为流量环。
2、简单锅炉汽包水位控制示意图，要求：
画出方框图；指出被控过程、被控参数、控制参数和扰动参数；选择调节阀的气开、气关特性，说明理由。
选择控制器的正反作用
（2）被控过程：
汽包；被控参数：
液位；控制参数：
进水量；扰动参数：
蒸汽负荷的等。
（3）为防止气源中断等故障情况下汽包烧干，选择气关型式。
（4）正作用。
3、原油加热炉，用燃料油在炉内燃烧来加热原油。
工艺对原油出口温度控制要求很高，而原油流量与燃料油流量经常波动，试设计一个复杂控制系统，画出系统的示意图与控制系统方框图，并简述理由。
答：
应当设计前馈-串级控制系统。
由于原油属于生产负荷，不可控制，故采用前馈控制。
为提高系统动态特性，增强抗流量扰动能力，采用燃料油流量闭环作为温度的内环，构成串级控制。
第一题
第二题
第三题
压力的表示图：
过程控制系统的组成图
1热电阻三线制：
若仅采用两根导线将热电阻接入电桥，将会由于远距离连接导线的电阻而引入误差。
为防止由于远距离接线而造成桥臂不平衡，在工程中大量采用三线制：
接两根电桥线和一根电源线（如左图），或接三根电桥线（如右图）
ess=稳态值-起始值衰减比n=B1/B2=第一个峰值-稳态值/第二个峰值-稳态值超调量=（第一个峰值-稳态值）/稳态值*100%过渡过程时间=从扰动作用起，直到被控参数进入新的稳态值的±5%
判断类别气动执行机构电动执行机构判断正误
输入信号4-20mADC20-100kPa×
结构简单复杂√
体积中小√
信号管线配置简单较复杂×
推理小中×
动作滞后大小√
维修复杂简单×
适用场合防火防爆隔爆型才适用√
价格贵便宜×
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