化工仪表复习(少学时).ppt

《化工仪表复习(少学时).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工仪表复习(少学时).ppt（47页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、1 2 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、问题解答 1何谓化工自动化？ 3 所谓自动化是在工艺设备上，配备一些自动化装置，用它们来代 替操作人员的（部分）直接劳动，使生产在不同程度上按照规定的 要求自动地进行，也即： 用自动化装置来管理设备（生产过程），

2、使之的正常运行。 2自动控制系统主要由哪些环节组成？各部分的作用是什么？ 自动控制系统主要由被控对象、测量元件及变送器、执行器、 控制器组成。其作用：测量元件及变送器用来感受被控变量的变化 并将它转换成一种特定信号；控制器将测量元件及变送器送来的测 量信号与给定值相比较得出偏差，根据其大小按某种规律进行运算 后，将运算结果用特定信号发送给执行器；执行器能自动地根据控 制器送来的信号相应地改变流入（或流出）被控对象的物料或能量， 克服干扰的影响。 4 3简述过渡过程的几种基本形式及过渡过程品质指标的含义 过渡过程的基本形式有：衰减振荡过程、非振荡衰减过程、 等幅振荡过程、发散振荡过程。 最大偏差

3、 A：指过渡过程中被控变量偏离给定值的最大数值； 衰减比：是指过渡过程曲线上同方向第一个波的峰值与第二个波的 峰值之比；余差：过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳态值 与给定值的差值；过渡时间：控制系统受干扰作用后，被控变量从 原稳定状态回复到新的平衡状态所经历的最短时间。 4. 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 (位号） 5 5. 什么叫负反馈？ 将系统的输入信号直接或经过一些环节后又返回输入端并且使原 信号减弱的作法叫负反馈。

4、 6. 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。 6 7. 简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动量、设定值、偏差的 含义？ 被控对象：自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备 和机器。 被控变量：被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。 操纵变量：受控制器操纵的，用以克服干扰的影响使被控变

5、量保持 设定制的物料量或能量。 扰动量：除操纵变量外，作用于被控变量并引起被控变量变化的量。 设定值：被控变量的预定值。 偏差：被控变量的设定值于与实际值之差。 7 8. 自动控制系统由那些环节组成？各部分的作用是什么？ 自动控制系统主要由两大部分组成。一部分是起控制作用的 全套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括检测元件及变送 器、控制器、执行器等；另一部分是受自动化装置控制的额被 控对象。 在自动控制系统中，检测元件及变送器用来感受被控变量的 变化并将它转换成一种特定信号（如气压信号或电压、电流信 号等）。控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上 需要保持的设定值信号进行比较得出偏差

6、，根据偏差的大小及 变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果 用特定的信号（如气压信号或电流信号）发送给执行器。执行 器自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入（或流出） 被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要 求。 8 三、例题分析 1.如图所示为一自力式贮槽水位控制系统。 （ 1）指出系统中的被控对象、被控变量、操纵变量是什么？ （ 2）试画出该系统的方块图。 （ 3）试分析当出水量突然增大时该系统如何实现水位控制？ 解： （ 1）该系统中贮槽为被控对象； 贮槽中的水位为被控变量； 进水量为操纵变量。 9 （ 2）方块图如右： （ 3）当贮槽的出水量突然 增

7、大，出水量大于入水量， 石水位下降，浮球随之下移， 通过杠杆装置带动针形阀下 移，增大了进水量，使出水 量与入水量差随之减小水位 下降变缓，直至进水量与出 水量又相等，水位停止下降， 重新稳定，实现了水位控制。 10 2.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。温度控制系统 过渡过程曲线 （ 2） 说明此温度控制系统是否满足工艺要求。 温度控制系统过渡过程曲线 845

8、815 805 800 7 20 25 T/ C t/ min 11 解： 由反应曲线可知： 最大偏差 A=845-800=45C； 余差 C=805-800=5C； 衰减比； 过渡时间 由题要求，被控变量进入新稳态值的 2%就可认为 过渡过程已结束，那么限制范围应是 C；由图可看出，过渡时 间。 因 A=45 C1/3这是允许的； （ 2）选精度 aMPPP 24)4.014(3 5 3 5 m a x 上限 544.025 4.014m i n NP %6.1%10025 4.0 允 精度等级选 1.5级可满足要求。所以：选择的压力表为 Y-100型 弹簧管压力表，量程 025 MPa，精

9、度 1.5级。 26 95 2. 某厂用转子流量计来测量温度为 27 ，表压为 0.16MPa的空气 流量，问转子流量计读数为 38Nm3/h时，空气的实际流量是多少？ 解 已知 Q0 38Nm3/h， p1 0.16 0.10133 0.26133MPa， T1 27 273 300K， T0 293K， p0 0.10133MPa， 1 0 1.293Kg/Nm3。 将上列数据代入公式， 便可得 即这时空气的流量为 60.3Nm3/h。 hNmQ /3.60383002931 0 1 3 3.0 2 6 1 3 3.0293.1 293.1 31 00 1 0 0 1 1 0 1 111

10、Q KKKQT T p pQ TP 27 3，用单法兰电动差压变速送器来测量敞口罐中硫酸的密度，利 用已溢液来保持罐内液位 H恒为 1m。已知差压变送器的输出信 号为 010mA，硫酸的最小和最大密度分别为 1.32g/cm3和 1.82g/cm3。试问： （ 1）差压变送器的测量范围；（ 2）若要提 高仪表的灵敏度，怎么办？（ 3）如不迁移装置，可在负压侧加 装水恒压器，以抵消正压室附加压力的影响，请计算水恒压器 所需的高度 h。 28 29 4.用分度号 Pt100铂电阻测温，在计算错用了 Cu100的分度 表，查得温度为 126 ，问实际温度为多少度？ 已知铜电阻 和铂电阻温度关系式分别

11、为： )1022.41085.510950.31( )1025.41( 322273 0 3 0 tttRR tRR t t 30 31 第四章 自动控制仪表 一基本要求： （ 1）掌握基本控制规律及其特点。 （ 2）熟悉比例度、积分时间、微分时间。 （ 3）了解模拟式控制器的特点和基本组成。 二、问题解答 1.控制器的控制规律是什么？常用控制规律有哪些？ 所谓控制器的控制规律是指控制器的输出信号 p与输入信号 e之 间的关系，即： )()( zxfefp 常用的控制规律有位式控制、比例控制、积分控制、微分控 制以及它们的组合控制规律，例 PI、 PD、 PID等。 32 比例度是反映比例控制

12、器的比例控制规律作用强弱的一个参数。 在数值上比例度等与输入偏差变化相对值与相应的输出变化相对 值纸币的百分数，用式子表示为： %100/ mi nma xmi nma x pp p xx e 比例度也可理解为使控制器的输出变化满刻度时，相应所需 的输入偏差变化量占仪表测量范围的百分数。 比例度越大，表示比例控制作用越弱。减小比例度，会使系 统的稳定性和动态性能变差，但可相应地减小余差，使系统的 静态准确度提高。 2何谓比例度？它的大小对系统过渡过程或控制质量有什 么影响？ 33 3什么是积分时间？它对系统过渡过程有什么影响？ 积分时间是指在阶跃偏差的作用下， PI控制器的输出达到比 例输出的

13、两倍时所经历的时间。 积分时间越小，表示积分作用控制愈强，积分时间的减小， 会使系统的稳定性能下降，动态性能变差，但能加快消除余差 的速度，提高系统的静态准确度。 4什么是微分时间？它对系统过渡过程有什么影响？ 微分时间是指在线性输入作用下，达到同样输出值，理想 PD 作用比 P作用超前一段时间。 微分时间越大，表示微分作用控制愈强，增加微分时间，能 克服对象的滞后，改善系统的控制质量，提高系统的稳定性 .。 但微分时间不能过大，否则有可能引起系统的高频振荡。 34 5与 DDZ-II型仪表相比， DDZ-III型仪表有何特点？ 其主要特点有： （ 1）采用国际电工委员会（ IEC）推荐的统一

14、标准信号，现场 传输信号为 420mA DC ，控制室联络信号为 15V DC； （ 2）采用线性集成电路，使可靠性提高，维修工作量减少； （ 3）由电源箱集中统一供给 24V DC电源，并有蓄电池作为备用 电源； （ 4）结构合理，功能多样； （ 5）整套仪表可构成安全火花型防爆系统。 三、例题分析 一台具有比例积分控制规律的 DDZ-II型控制器，其比例度 为 80%，积分时间为 1分钟。稳态时，输出为 6mA。某瞬间， 输入偏差突然增加了 0.3mA，问其比例输出为多少？经过 3min 后，其输出将为多少？ 35 36 一、基本要求： （ 1）掌握流量特性的意义 ,了解串联管道中阻力比

15、s和并联管 道中分流比 x对流量特性的影响。 （ 2）初步掌握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）了解电动执行器的基本原理。 二、问题解答 1气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用？气动执行 器主要从哪几个方面选择？ 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

16、的装置。气动执行 器主要从以下几个方面选择：类型，气开、气关形式，流量 特性。 第五章 执行器 37 2控制阀的流量特性是指什么？ 控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与相 对开度之间的关系，即 3什么是气动执行器的气开式与气关式？其选择的原则是什 么？ 随着送往气动执行器的气压信号的增加，阀逐渐打开的称 为气开式，反之称为气关式。气开、气关式的选择主要由工 艺生产上安全条件决定的。一般来讲，阀全开时，生产过程 或设备比较危险的选气开式；阀全关时，生产过程或设备比 较危险的选气关式。 此外，阀门的选择还应考虑其流量特性和阀门的类型。 )( max L lf Q Q 38 三、例题分析

17、 在生产实际中由于生产负荷的变动，使原设计的控制阀尺寸 不能相适应，会有什么后果？为什么 ? 解：当生产中由于负荷增加，使原设计的控制阀尺寸显得 太小时 ， 会使控制阀经常 工作在大开度 ，调节效果不好。此时若开启旁路 阀，会使控制阀特性发生畸变， 可调范围大大降低 ，当生产中由 于负荷减少，使原设计的控制阀尺寸显得 太大时 ，会使控制阀经 常工作在 小开度 ，调节显得过于灵敏 (特别是对于直线流量 特性的控制阀 )，控制阀有时会 振动 ， 产生噪声 ，严重时发出尖叫 声。此时为了增加管路阻力，有时会适当关小与控制阀串联的工 艺阀门但这样做的结果会使控制阀的特性发生严重畸变，甚至 会接近于快开

18、特性，控制阀的实际可调范围降低，严重时会使控 制阀失去调节作用。所以当生产中 负荷有较大改动 时，在可能的 条件下，应相应地 更换控制阀 ，或采用其他控制方案 (例分程控制 系统 )。 39 第六章 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、问题解答 1.何谓简单控制系统？试画出简单控制系统的典型方块图。 简单控制系统是指由一个被控对象、一个测量元件及变送器、 一个控制器和

19、一个执行器所构成的单闭环控制系统，因此有 时也称为单回路控制系统。简单控制系统的典型方块图为： 40 2操纵变量选择的原则是什么？ （ 1）操纵变量应是工艺上允许加以控制的可控变量； （ 2）操纵变量应对被控变量影响诸因素中比较灵敏的变量， 即控制通道的放大倍数要大一些，时间常数要小一些，纯滞 后要尽量小； （ 3）操纵变量的选择还应考虑工艺的合理性和生产的经济 性。 41 3被控变量选择的原则是什么？ 被控变量的正确选择是关系到系统是否能达到预期控制效果的 重要因素，它的选择的一般原则是： （ 1）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或是反映工艺操作 状态的重要变量； （ 2）被控变量应是工艺

20、生产过程经常变化，因而需要频繁加以 控制的指标； （ 3）被控变量应尽可能选择直接控制指标，当无法获得直接控 制指标信号，或其测量或传送滞后很大时，可选择与直接控制 指标有单值对应关系的间接控制指标； （ 4）被控变量应是能测量的，并具有较大灵敏度的变量； （ 5）被控变量应是独立可控的； （ 6）应考虑工艺的合理性与经济性。 42 三、例题分析 1如图为一液体贮槽，需要对液位加以自动控制。为安全起见， 贮槽内液体严格禁止溢出，试在下述两种情况下，分别确定控 制阀的气开、气关形式及控制器的正反作用。 （ 1）选择流入量 Qi为操纵变量； （ 2）选择流出量 Q0为操纵变量； 43 解：分两种情

21、况： （ 1）当选择流入量 Qi为操纵变量时，控制阀安装在流入管 线上，这时，为了防止液体溢出，在控制阀膜头上气源突 然中断时，控制阀应处于关闭状态，所以控制阀选气开形 式，为“ +”作用方向。 这时，操纵变量即流入量 Qi增加时，被控变量液位是上升 的，故对象为“ +”作用方向。由于控制阀与对象都是“ +” 作用方向，为使系统具有负反馈作用，控制器应选“ -”作 用的，即反作用方向的。 （ 2）当选择流出量 Q0为操纵变量时，控制阀安装在流出管 线上，这时，为了防止液体溢出，在控制阀膜头上气源突 然中断时，控制阀应处于全开状态，所以控制阀选气关形 式，为“ -”作用方向。 这时，操纵变量即流

22、出量 Q0增加时，被控变量液位是下降 的，故对象为“ -”作用方向。由于控制阀与对象都是“ -”作 用方向，为使系统具有负反馈作用，控制器应选“ -”作用 的，即反作用方向的。 44 2.试比较控制器参数的工程整定的三种方法。 优点 缺点 应用 经验法 简单、方便 整定质量不一定高， 花费时间多，对曲线 没有统一的标准，同 一种曲线是由多种因 素组成，不同的人看 法有差异。 较广泛，特别是 在对于干扰频繁 的系统更合适。 临界比例度法 较简单易掌握 易判定整定质量 对临界比例度小的系 统不适用，在寻找临 界状态时如不小心会 造成事故。 较广泛，多数系 统可使用。 衰减曲线法 整定质量较高 较准

23、确可靠、安 全 时间常数小的对象， 不易判断，干扰频繁 的系统不便使用。 广泛，是在总结 临界比例度法的 经验中提出来的， 可靠安全。 45 例 3：某列管式蒸汽加热器，工艺要求出口物料温度稳定、无 余差、超调量小。试设计一简单控制系统，要求： a)指出系统中被控对象、被控变量、操纵变量及干扰各是 什么？ b)画出该控制系统的方案图及方块图； c) 试分析当冷物料的流量突然增加时，系统的控制过程及 信号的变化情况。 d)假定介质温度不允许过高，否则易分解。试确定控制阀 的气开、气关形式及控制器的正、反作用。 46 （ 1）被控对象：物料出口管段，被控变量：物料出口温度， 操纵变量：蒸汽的流量，

24、主要干扰：物料的流量及温度、蒸 汽压力波动等； （ 2）方块图如下： TC 控制阀 管段 TT T f x 方案图 47 （ 3）当冷物料的流量突然增大时，会使物料的出口温度 T下降， 这时由于温度控制器 TC是反作用的，故当测量值 Z下降时，控制 器的输出信号 P上升，即控制阀膜头上的压力上升，由于阀是气 开式的，故阀的开度增加，通过阀的蒸汽流量也相应增加，于是 会使物料的出口温度上升，起到因物料的流量增加而使温度下降 相反的作用，故为负反馈作用，所以该系统由于控制作用的结果， 能自动克服干扰对被控变量的影响，使被控变量维持在恒定的数 值上。 （ 4）由于被加热物料过热易分解，为避免过热，当控制阀上气 源中断时，应使阀处于关闭状态，所以控制阀选气开形式。 由于加热蒸汽的流量增加时，被加热物料的出口温度是增加的， 故该系统中对象是属于“ +”作用方向的，阀是气开式，也属于 “ +”作用方向。为使系统具有负反馈作用，控制器应选“ -”作用 的，即反作用方向的。