過程控制作業(yè)題答案教材

1、過程控制系統(tǒng)思考題1. 什么叫串級控制系統(tǒng)？繪制其結(jié)構(gòu)方框圖。串級控制系統(tǒng)是由兩個控制器的串接組成， 一個控制器的輸出做為另 一個控制器的設(shè)定值，兩個控制器有各自獨立的測量輸入， 有一個控 制器的給定由外部設(shè)定。1 11 ii*j V-,- ill 、 i*f Vij I1, 1I; u. tr 3 - 1j廠2. 與單回路控制系統(tǒng)相比，串級控制系統(tǒng)有哪些主要特點？多了一個副回路，形成雙閉環(huán)。特點：主控制器輸出改變副控制器的 設(shè)定值，故副回路構(gòu)成的是隨動系統(tǒng)，設(shè)定值是變化的。在串級控制 系統(tǒng)中，由于引入了一個副回路，不僅能及早克服進(jìn)入副回路的擾動， 而且又能改善過程特性。副調(diào)節(jié)器具有 粗調(diào)”的

2、作用，主調(diào)節(jié)器具有細(xì)調(diào)”的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進(jìn)一步提高。3為什么說串級控制系統(tǒng)由于存在一個副回路而具 有較強(qiáng)的抑制擾動的能力？ 副回路的快速作用，對于進(jìn)入副回路的干擾快速地克服， 減小了干 擾對主變量的影響； 引入副回路，改善了副對象的特性（減小副對象的相位滯后），提高了主回路的響應(yīng)速度，提高了干擾的抑制能力； 副回路可以按照主回路的要求對副變量進(jìn)行精確控制; 串級系統(tǒng)提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。4 串級控制系統(tǒng)在副參數(shù)的選擇和副回路的設(shè)計中 應(yīng)遵循哪些主要原則？ 將主要干擾包括在副回路； 副回路盡量包含多的干擾； 為保證副回路的快速響應(yīng)，畐I對象的滯后不能太長； 為提高系統(tǒng)的魯棒性，將具

3、有非線性時變部分包含于副對象中； 需要對流量實現(xiàn)精確的跟蹤時，將流量選為副對象。5. 串級控制系統(tǒng)通?？捎迷谀男﹫龊?？*應(yīng)用于容量滯后較大的過程應(yīng)用于純時延較大的過程應(yīng)用于擾動變化激烈而且幅度大的過程應(yīng)用于參數(shù)互相關(guān)聯(lián)的過程 *應(yīng)用于非線性過程前饋：基于擾動來消除擾動對被控量 的影響；6. 前饋控制與反饋控制各有什么特點？繪制前饋 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖。動作及時只要系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)是穩(wěn)定的，則控制系統(tǒng)必然穩(wěn)疋；具有指定性補(bǔ)償?shù)木窒扌?；控制?guī)律取決于被控對象的特性。反饋：基于偏差來消除偏差；不及時”的控制；存在穩(wěn)定性問題；對各種擾動均有校正作用；控制規(guī)律通常是P、PI、PD或PID等典型規(guī)律。7 在什

4、么條件下前饋控制效果最好？為什么一般不 單獨使用前饋控制方案？準(zhǔn)確地掌握過程擾動通道的特點 wf (s)及控制通道的特性wo (s)準(zhǔn)確求出前饋控制wm (s)；克服可測不可控的擾動前饋控制室基于擾動的控制，擾動不止一個，難于把握屬于開環(huán)控制，易受其他擾動干擾而無法控制其克服可測不可控的擾動，對于系統(tǒng)中其他擾動無抑制作用8試述前饋控制系統(tǒng)的整定方法。前饋控制器的選擇 用模擬表實施通過特定的前饋控制器，或采用運算單元自行構(gòu)造; 用軟件實現(xiàn)參數(shù)整定 單純的前饋控制，可視工藝要求進(jìn)行參數(shù)整定；先調(diào)整 ,然后調(diào)整T1、T2 前饋一反饋相結(jié)合，先整定反饋系統(tǒng)，再重復(fù)步驟。9 什么是比值控制系統(tǒng)？常用的比

5、值控制方案有哪 些？并比較其優(yōu)缺點，繪制各比值控制方案結(jié)構(gòu)方框 圖。實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系宛量設(shè)計控制回路：1?7： ：1訂曲期*乞送統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng) 開環(huán)比值控制系統(tǒng)，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，雙閉環(huán)比值控制 系統(tǒng)，變比值控制系統(tǒng)控制閥對象測射變送ZS5S1j ESSSSSEZSE10 比值與比值系數(shù)有何不同？設(shè)計比值控制系統(tǒng)時需解決哪些主要問題？比值k二Q1/Q2,是兩個體積流量或重量之比，而比值參數(shù)是把比值k折算成比值器上，K k(Q1max/Q2max)主從動量確定；控制方案的選擇；調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定；正確選用 流量計與變送器；比值控制系統(tǒng)的實施；比值參數(shù)的計算

6、；比值控制 系統(tǒng)參數(shù)的整定11. 什么是均勻控制？常用的均勻控制方案有哪些？均勻控制是在連續(xù)生產(chǎn)過程中，各種設(shè)備前后緊密聯(lián)系的情況提出來 的一種特殊的控制 采用液位控制采用液位和流量的串級控制取液位和流量兩個 信號之差為被控變量雙沖量均勻控制12. 什么是分程控制？怎樣實現(xiàn)分程控制？在分程控 制中需注意哪些主要問題？在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有時會遇到一個控制器去操縱幾只閥門， 若按輸 出信號的不同區(qū)間操作不同的閥門，這樣的控制系統(tǒng)叫做分程控制系 統(tǒng)。盡量選用對數(shù)調(diào)節(jié)閥；采用分程信號重疊法；調(diào)節(jié)閥的泄漏量的大小13什么是選擇性控制？試述常用選擇性控制方案的 基本原理。凡是在控制回路中引入選擇器的系統(tǒng)稱

7、為選擇性控制系統(tǒng)。選擇器位于調(diào)節(jié)器的輸出端，對調(diào)節(jié)器輸出信號進(jìn)行選擇的系統(tǒng)： 兩 個調(diào)節(jié)器共用一個調(diào)節(jié)閥選擇器位于調(diào)節(jié)器之前，對變送器的輸出信號進(jìn)行選擇的系統(tǒng)： 幾個 變送器合用一個調(diào)節(jié)器14.什么是積分飽和現(xiàn)象？如何消除選擇性控制中的積分飽和現(xiàn)象？當(dāng)選擇器在控制器和控制閥之間，系統(tǒng)出現(xiàn)超限時，控制器應(yīng)立即 切換。為保證及時切換，在偏差為零時，兩個調(diào)節(jié)器應(yīng)該有相同的輸 出。當(dāng)其中一個控制器或兩個控制器采用 PI作用時，一個調(diào)節(jié)器被 另一個控制器切換后，偏差仍存在，且存在的時間較長，將產(chǎn)生積分 飽和現(xiàn)象，使下一次不能及時切換。由于偏差長時間存在，偏差為零時控制器輸出仍要超出規(guī)定上、下限 一段時間

8、。為了保持同步，常采用積分外反饋的辦法。采用選擇器的 輸出，即控制調(diào)節(jié)閥的信號做為積分外反饋。15.般地說從結(jié)構(gòu)上看，分程控制是由一只控制器 控制兩只控制閥，而選擇性控制是由兩只控制器控制 一只控制閥，試?yán)L制各自系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖。$溝中的位置不同，選擇性控制系統(tǒng)可分為兩種1l_-i取代觸量婕送(16什么是推斷控制？兩類“計算指標(biāo)控制”是什么？推斷控制：利用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，由可測信息將不測輸出推算出來實 現(xiàn)反饋控制；或?qū)⒉豢蓽y擾動推算出來實現(xiàn)前饋控制。由輔助輸出推算控制指標(biāo)，作為被控變量的測量值；以某輔助輸出變量為被控變量，其設(shè)定值由控制指標(biāo)算式推算出來。17試述復(fù)雜控制系統(tǒng)有哪些？它們都是為什么

9、目的 而開發(fā)的？1串級控制系統(tǒng)：改善控制質(zhì)量2前饋控制系統(tǒng)：擾動出現(xiàn)時就能夠進(jìn)行控制3比值控制系統(tǒng)：根據(jù)某一流量的變化調(diào)節(jié)另一流量4均勻控制系統(tǒng)：使前后設(shè)備在物料供求上相互兼顧均勻協(xié)調(diào)5分程控制系統(tǒng)：擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍，使得在小流量時可實現(xiàn)更精確的控制用于滿足工藝上操作的特殊要求6選擇性控制系統(tǒng)：7推斷控制系統(tǒng)：被控對象的輸出和擾動都不可測，無法設(shè)計一般的反 饋和前饋控制。1 離心泵或離心式壓縮機(jī)的負(fù)荷控制方案有哪些? 直流節(jié)流法 改變泵的轉(zhuǎn)速n 通過旁路控制2.敘述離心式壓縮機(jī)的特性曲線及產(chǎn)生喘振的原因。 特性曲線：壓縮比和入口體積流量的關(guān)系曲線；效率 和流量或功率和流量之間關(guān)系曲線。在這

10、里對于控制 系統(tǒng)設(shè)計而言，壓縮比和入口體積流量的關(guān)系 曲線如右圖所示：當(dāng)負(fù)荷降低到一定程度時，氣體的排出量會出現(xiàn)強(qiáng)烈 振蕩，同時機(jī)身也劇烈振動，這種現(xiàn)象叫離心式壓縮 機(jī)的喘振。303.用圖示說明離心式 機(jī)的防喘振控制方案。 固定極限流量PT A101法叫壓縮可變極限流量法4 為什么有的場合下需要壓縮機(jī)的串并聯(lián)運行？一些生產(chǎn)過程中，采用一個離心式壓縮機(jī)壓頭不能滿足要求時，就需 要兩臺或兩臺以上壓縮機(jī)串聯(lián)運行， 因此每臺壓縮機(jī)都應(yīng)防喘振，才 能保證設(shè)備的正常運行。因一臺提供的壓頭不夠，故不能采用兩臺單 獨的旁路回流量控制。當(dāng)一臺壓縮機(jī)的流量（氣體）不能滿足要求時，就需兩臺或兩臺以上 的壓縮機(jī)并聯(lián)運

11、行.1典型的傳熱設(shè)備有哪些？熱量的傳遞方式有哪幾 種？換熱器，加熱爐，鍋爐；熱傳導(dǎo)，對流；熱輻射2傳熱目的及其控制方案？ 使工藝介質(zhì)達(dá)到規(guī)定的溫度以使生產(chǎn)過程正常進(jìn)行； 在過程進(jìn)行中加入吸收的熱量或除去放出的熱量； 在工藝過程中改變物料狀態(tài)； 熱量回收。調(diào)載熱體的流量調(diào)節(jié)傳熱平均溫度差調(diào)節(jié)傳熱面積采用旁路控制3 用圖示加熱爐的各串級控制方案，并說明各方案 的優(yōu)缺點及適用場合。 爐出口溫度對爐膛溫度的串級控制 爐出口溫度對燃料流量的串級，譏 出口溫度對燃料閥后壓力的串級制閥采用壓力平衡式控4用圖示說明加熱爐的前饋-反饋控制方案恥）5 設(shè)置加熱爐的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的作用是什么?- JJ/一 踰皿對

12、于燃?xì)夂腿加图訜釥t可能產(chǎn)生事故的原因分別是 什么？用圖示分別說明各安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的作用：為安全生產(chǎn)、防止事故(1)燃?xì)饧訜釥t一 工藝介質(zhì)流量過小或中斷，切斷 T/fSlA燃料氣； 某種原因滅火時，切斷燃料氣； 燃料氣壓力不能過低，流量不能太??；(2)燃油加熱爐 燃料壓力不能過高，否則會引起脫氣滅火 工藝介質(zhì)流量過小或中斷，切斷 燃料油； 燃料油壓力過低會回火，流量不能太??； 燃料油壓力過高會脫火； 霧化蒸汽壓力過低或中斷，造成燃料油霧 化不良無法燃燒。6 工業(yè)鍋爐的主要控制系統(tǒng)汽包水位控制燃燒系統(tǒng)控制過熱蒸汽系統(tǒng)控制7造成鍋爐汽包“虛假”水位現(xiàn)象的原因是什么？ 為避免控制器誤動

13、作所采取的措施是什么？鍋爐燃燒率增加，主蒸汽流量增加 汽包壓力下降鍋爐燃燒率減少，主蒸汽流量減少，汽包壓力上升，給水溫度下降依負(fù)荷變化的前饋控制8詳細(xì)敘述鍋爐汽包水位的雙沖量控制方案，繪制給水蒸汽其工藝流程簡圖，并給出加法器的設(shè)置I 根據(jù)閥的特性數(shù)據(jù)計算口現(xiàn)場湊試時，只有左 負(fù)荷干擾的情況下，調(diào)整到水位基本不變。C,:可取1,也可小于q :在正常負(fù)荷下工懇片近似或正好抵消。9 試?yán)L制鍋爐汽包水位三雙沖量控制方案的工藝流 程簡圖。前饋與串級組成的復(fù)合控制系統(tǒng)前饋加反饋控制給水蒸汽前饋-串級控制系統(tǒng)10 .101燃料量嚴(yán)爐燃燒控制系統(tǒng)有邏輯提量控制方案的工藝流程簡圖，敘述其動作過程在正常工況下，這

14、是鍋爐出口蒸汽壓力對燃油流量的串級控制系統(tǒng)和 燃油流量與空氣流量的比值控制系統(tǒng)。蒸汽壓力控制器為反作用的， 當(dāng)蒸汽壓力下降時（如因蒸汽耗量增加），壓力控制器輸出增加，而 提高了燃油流量控制器的設(shè)定值。但是，如果空氣量不足，將使燃燒 不完全。為此設(shè)有低值選擇器LS它只讓兩個信號中較小的一個通過， 這樣保證燃料量只能在空氣量足夠的情況下才能加大。 壓力控制器的 輸出信號將先通過高值選擇器 HS來加大空氣流量，保證在增加燃料 流量之前先把空氣量加大，使燃燒完全。當(dāng)蒸汽壓力上升時，壓力控 制器輸出減小，降低了燃油流量控制器的設(shè)定值，在減燃料量的同時, 通過比值控制系統(tǒng)，自動減少空氣流量。四.1 簡述精

15、餾塔受控變量的選擇有哪些？各自的特點是什么？ 測溫點的選擇 測溫點盡量選擇在通道滯后較小的點。采用塔頂回流控制溫度時，選擇頂部塔板液相溫度。 溫差控制 優(yōu)點：能夠克服塔壓變化對產(chǎn)品質(zhì)量的影響缺點：不能克服進(jìn)料組分和負(fù)荷變化對溫差的影響。 雙溫差控制 壓降引起的溫差不僅在塔頂，也發(fā)生在塔底，相減后可相互抵消。2 精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量的開環(huán)控制方案有哪些？繪制其 工藝流程簡圖，敘述各自的特點。 固定回流量和再沸氣量當(dāng)進(jìn)料流量及狀態(tài)恒定時，固定了LR和VS, D和B就確定了。101控制回流量和102再沸器加熱蒸汽量；物料平衡控制固定餾出液量和再沸氣量 特點：適用于回流比較大的場合LR/D為回流比固定塔底餾

16、出量和回流量3 精餾塔按精餾段指標(biāo)的控制方案有哪些？繪制其 工藝流程簡圖，敘述各自的特 點。間接物料平衡控制優(yōu)點：調(diào)節(jié)作用滯后小，反應(yīng)迅速；有利于克服進(jìn)入精餾段的擾動； 保證塔頂產(chǎn)品質(zhì)量。適用場合：回流比0.8，需要減少滯后直接物料平衡控制優(yōu)點：物料平衡與能量平衡關(guān)聯(lián) 小，內(nèi)回流穩(wěn)定。缺點：滯后較大。真用場合，溜出液小”或回流比 較大，回流罐容積適當(dāng)。4 精餾塔按提餾段指標(biāo)的控制方案有哪些？繪制其 工藝流程簡圖，敘述各自的特點。間接物料平衡控制DFDBLT101分塔何J l-iuLTTTDLTHMB101以鏗S屋的塔板溫度來控制加熱蒸汽流量?；亓鞅榷ㄖ悼刂疲桨复皢? 時負(fù)荷的適應(yīng)能力較差.回

17、流比比值控和對魚荷的適應(yīng)能 力較強(qiáng).B直接物料平衡控制優(yōu)點：物料平衡與能量平衡之間關(guān)聯(lián)最小。缺點：滯后較大,液位控制回路存在反向特性。5 精餾塔壓力控制系統(tǒng)的方案有哪些？繪制其工藝 流程簡圖，敘述各自的特點。適合氣棒說經(jīng)冷凝器的阻力變化較小， 回流罐的壓力基本代表塔頂壓力口冷除器的阻力較大時，回流罐 壓力不能代表塔頂壓力液相采出，飽出物中含有少量不凝物（如右下圖所示）調(diào)節(jié)匕可改變傳熱量，傳熱量小于使 全部蒸汽冷凝所需熱量，蒸汽積聚壓力升 高：傳熱量過大，壓力會降低口調(diào)節(jié)w改變氣相排出。液相采出，憎出物中含有微呈不凝物 改變傳熱量控制塔頂壓力特點：圖1有利于節(jié)約冷卻劑：圖2反應(yīng)遲鈍；圖？反應(yīng)靈敏

18、，應(yīng)用較廣泛勺氣相采出圖1按壓力改變冷劑流呈圖2按壓力改變伎熱面積 圖3采用熱旁路6 簡述精餾塔先進(jìn)控制方案中內(nèi)回流與外回流的區(qū) 別？外回流液的溫度比第一塊塔板的溫度低。 外回流進(jìn)入塔后，需 把它加熱至與第一塊塔板溫度相等，加熱外回流所需熱量由進(jìn)入第一塊塔板的蒸汽部分冷凝所產(chǎn)生的氣化潛熱供給，從第一塊塔板向下流的內(nèi)回流等于外回流量和這部分冷凝液之和。部分冷凝液流量，除了受外回流的影響外，還受塔頂和外回流液溫差的影響。因此外回流量愈大，或外回流溫度與第一塊塔板溫度之差愈大，則內(nèi)回流變化越多。當(dāng)塔頂蒸氣的溫度與外回流液溫度相同時，內(nèi)回流等于外回流，一般情況下，內(nèi)回流大于外回流。當(dāng)塔頂蒸氣溫度與外回流液溫度之差變化不大時，控制外回流的辦法一般可以滿足精餾塔的操作要求?？梢圆捎猛饣亓鞯霓k法控制內(nèi)回流，當(dāng)塔頂采用風(fēng)冷凝器時，外回流溫度受環(huán)境溫度影較大，此時外回流控制并不能使內(nèi)回流恒定。五.1 .簡述反應(yīng)器的分類方法和類型。根據(jù)反應(yīng)物料的聚集狀態(tài)分為均相與非均相反應(yīng)器兩大類均相：反應(yīng)器內(nèi)物料處于同一相態(tài)下。 反應(yīng)在均一的氣相中進(jìn)行，為氣相均相反應(yīng) 反應(yīng)在均一的液相中進(jìn)行，為液相均相反應(yīng)非均相：反應(yīng)器內(nèi)物料之間或反應(yīng)物與催化劑之間存在相界面。按反應(yīng)器進(jìn)出料狀況可分為間歇式，半