仪表及自动化复习课习题.pptx

过程自动化及仪表过程自动化及仪表复习指导与练习复习指导与练习电子电气工程师必知必会电子电气工程师必知必会DarrenAshdy著著n学院式教学：学院式教学：听课，记住教师要你知道的所有东听课，记住教师要你知道的所有东西；参加考试，在正确的地方填上正确的内容；西；参加考试，在正确的地方填上正确的内容；完成整个课程却没有带走半点实用的东西。完成整个课程却没有带走半点实用的东西。n留下的是什么？留下的是什么？学习的本质学习的本质-学习的能力！学习的能力！n工程实际运用：工程实际运用：课程结束时，能够对一门课程建课程结束时，能够对一门课程建立起立起基本的、直觉的理解基本的、直觉的理解比应用课程大纲提到的比应用课程大纲提到的任何东西所能取得的成功大的多。任何东西所能取得的成功大的多。思考题与习题一思考题与习题一1-1、闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？、闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答：在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设定值比较，根据答：在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设定值比较，根据偏差进行控制被控变量，整个系统构成一个闭环，因此称为闭环控制。偏差进行控制被控变量，整个系统构成一个闭环，因此称为闭环控制。开环控制不对被控变量进行测量，根据输入信号（干扰）进行控制，开环控制不对被控变量进行测量，根据输入信号（干扰）进行控制，系统构成一个单向控制。系统构成一个单向控制。（1）结构上看，一个是开环，一个是闭环）结构上看，一个是开环，一个是闭环（2）闭环是依据偏差控制，能消除所有原因引起的系统偏差，开环是）闭环是依据偏差控制，能消除所有原因引起的系统偏差，开环是依据特定扰动进行动作，不能消除其他原因引起的系统偏差或有效消除依据特定扰动进行动作，不能消除其他原因引起的系统偏差或有效消除偏差。偏差。（3）闭环控制是偏差出现后进行动作，控制作用不及时；开环控制）闭环控制是偏差出现后进行动作，控制作用不及时；开环控制依据扰动进行控制，不需要等待偏差出现即可动作，控制作用及时。依据扰动进行控制，不需要等待偏差出现即可动作，控制作用及时。综上所述：开环控制与闭环控制各有特点，应根据不综上所述：开环控制与闭环控制各有特点，应根据不同的情况和要求，合理选择适当的方式。同的情况和要求，合理选择适当的方式。1-2、什么是负反馈？为什么自动控制系统要采用负、什么是负反馈？为什么自动控制系统要采用负反馈？反馈？1-3、按设定值的不同，自动控制系统可分为哪几类、按设定值的不同，自动控制系统可分为哪几类？1-4、自动控制系统主要有哪些部分组成？、自动控制系统主要有哪些部分组成？1-5、自动控制系统的单项控制指标有哪些？、自动控制系统的单项控制指标有哪些？1-6、结合所学专业，画出一个自动控制系统的实际、结合所学专业，画出一个自动控制系统的实际例子。例子。练习练习n1.DDZ型调节仪表现场传输信号为型调节仪表现场传输信号为010mA，DDZ型调节仪表现场传输信号为（型调节仪表现场传输信号为（）。）。n2.在自动控制系统中，能够测量某物理量的大小在自动控制系统中，能够测量某物理量的大小并把它转化为一种特定信号的自动化装置是（并把它转化为一种特定信号的自动化装置是（）。）。3、某发酵过程工艺规定操作温度为、某发酵过程工艺规定操作温度为(402)。考虑到发酵。考虑到发酵效果，控制过程中温度偏离给定值最大不能超过效果，控制过程中温度偏离给定值最大不能超过6。现。现设计一定值控制系统，在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线设计一定值控制系统，在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图如图2所示。试确定该系统的最大偏差、衰减比、余差、所示。试确定该系统的最大偏差、衰减比、余差、过渡时间过渡时间(按被控变量进入新稳态值的按被控变量进入新稳态值的2即达到稳定来即达到稳定来确定确定)和振荡周期等过渡过程指标。和振荡周期等过渡过程指标。思考题与习题二思考题与习题二2-1、什么是过程特性？为什么要研究过程特性？、什么是过程特性？为什么要研究过程特性？答：所谓过程特性，是指当被控过程的输入变量（操纵答：所谓过程特性，是指当被控过程的输入变量（操纵变量或扰动变量）发生变化时，过程的输出变量（被控变变量或扰动变量）发生变化时，过程的输出变量（被控变量）随时间变化的规律。量）随时间变化的规律。在工业生产中，最常见的过程包括各类热交换器等，每在工业生产中，最常见的过程包括各类热交换器等，每个过程都有自身的固有特性，过程特性的差异对整个系统的个过程都有自身的固有特性，过程特性的差异对整个系统的运行控制有着重大影响。在生产中，只有充分了解和熟悉生运行控制有着重大影响。在生产中，只有充分了解和熟悉生产过程，才能得心应手的操作，使生产在最佳状态下运行。产过程，才能得心应手的操作，使生产在最佳状态下运行。若想采用自动控制系统模拟操作人员的劳动，就必须充分了若想采用自动控制系统模拟操作人员的劳动，就必须充分了解过程的特性，掌握过程的内在规律，确定合适的被控变量解过程的特性，掌握过程的内在规律，确定合适的被控变量和操纵变量。才能选择合适的检测和控制仪表，选择合理的和操纵变量。才能选择合适的检测和控制仪表，选择合理的控制参数，设计合乎工艺要求的控制系统。自动控制系统控控制参数，设计合乎工艺要求的控制系统。自动控制系统控制质量的好坏，取决于组成系统的各个环节，特别是过程的制质量的好坏，取决于组成系统的各个环节，特别是过程的特性。特性。2-2、为什么要建立过程的数学模型？主要有哪些建、为什么要建立过程的数学模型？主要有哪些建立模型的方法？立模型的方法？2-3、一个自衡的非振荡过程的特性参数有哪些？各有何物、一个自衡的非振荡过程的特性参数有哪些？各有何物理意义？理意义？2-4、什么是控制通道和扰动通道？对不同通道的特性参数、什么是控制通道和扰动通道？对不同通道的特性参数要求有什么不同？要求有什么不同？2-5、常用的过程特性实验测试方法有哪些？各有什么特点、常用的过程特性实验测试方法有哪些？各有什么特点？2-6已知一个具有纯滞后的一阶过程的时间常数为已知一个具有纯滞后的一阶过程的时间常数为4min，放大系数为放大系数为10，纯滞后时间为，纯滞后时间为1min，试写出描述该过，试写出描述该过程特性的一阶微分方程。程特性的一阶微分方程。1.K是反映对象（是反映对象（）的参数。）的参数。A放大能力放大能力B.动态特性动态特性C静态特性静态特性D.抗干扰能力抗干扰能力2.时间常数越大，表示对象受到干扰作用后，到达时间常数越大，表示对象受到干扰作用后，到达新稳态值所需的时间越短。（新稳态值所需的时间越短。（）3.描述简单对象特性的参数有哪些描述简单对象特性的参数有哪些?各有何物理意义各有何物理意义?练练练练 习习习习思考题与习题三思考题与习题三n3-1如何根据待测工艺变量的要求来选择仪表的量程和精度？现如何根据待测工艺变量的要求来选择仪表的量程和精度？现欲测往复泵出口压力约欲测往复泵出口压力约1.2MPa，工艺要求误差控制，工艺要求误差控制+0.05MPa，就地指示。可供选择的弹簧管压力表的精度为：，就地指示。可供选择的弹簧管压力表的精度为：1.0，1.5，2.5、4.0，量程为，量程为01.6,02.5,04.0MPa。试选择压力表的量。试选择压力表的量程和精度？程和精度？n解：解：n（1）设仪表量程为）设仪表量程为X，根据选择原则有：，根据选择原则有：X/31.22X/3n所以有：所以有：1.8X3.6n取取X2.5，n（2）计算基本误差为）计算基本误差为0.05/2.5*100%=2%。n所以选择压力表的量程为所以选择压力表的量程为02.5，精度为，精度为1.5级。级。3-2某一标尺为某一标尺为0500的温度计出厂前经过校验，其刻度的温度计出厂前经过校验，其刻度标尺各点的测量结果如表格所示。请完成以下要求：标尺各点的测量结果如表格所示。请完成以下要求：仪表最大绝对误差值；仪表最大绝对误差值；确定仪表的允许误差及精度等级；确定仪表的允许误差及精度等级；经过一段时间使用后重新校验时，仪表最大绝对误差经过一段时间使用后重新校验时，仪表最大绝对误差+8，问该仪表是否还符合出厂时的精度等级？，问该仪表是否还符合出厂时的精度等级？（注：仪表的精度等级（注：仪表的精度等级0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等）等）被校表读数/0100200300400500标准表读数/0102198303405496n3-5热电偶测温度时，为什么要参比端温度补偿热电偶测温度时，为什么要参比端温度补偿？参比端温度补偿方法有哪些？为什么热电偶不？参比端温度补偿方法有哪些？为什么热电偶不适用于低温测量？适用于低温测量？n3-8流量检测的方法主要有那两大类？他们又各流量检测的方法主要有那两大类？他们又各自包含哪些检测方法？自包含哪些检测方法？n3-11常用压力检测仪表有哪些？叙述各自的特点。常用压力检测仪表有哪些？叙述各自的特点。n3-15温度变送器有何作用？温度变送器有何作用？练习练习1压力有绝对压力、表压和真空压力三种表示方法，压力有绝对压力、表压和真空压力三种表示方法，一般压力仪表所测得的压力是指（一般压力仪表所测得的压力是指（）。）。2.在自动控制系统中，能够测量某物理量的大小并在自动控制系统中，能够测量某物理量的大小并把它转化为一种特定信号的自动化装置是（把它转化为一种特定信号的自动化装置是（）。）。3.某测温仪表范围为某测温仪表范围为200-1000，根据工艺要求，根据工艺要求，温度指示值不允许超过温度指示值不允许超过6，则应选仪表的精度，则应选仪表的精度等级为（等级为（）级）级。（注：仪表的精度等级。（注：仪表的精度等级0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等）等）4.下列流量计不属于速度型流量计的是（下列流量计不属于速度型流量计的是（）。）。A压差式流量计压差式流量计B电磁式流量计电磁式流量计C椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计D涡轮流量计涡轮流量计5热电偶产生的热电势只与两接点的温度有关，与热电偶产生的热电势只与两接点的温度有关，与组成热电偶的材料无关。（组成热电偶的材料无关。（）6弹性式压力计是利用弹性元件受压后产生弹性变弹性式压力计是利用弹性元件受压后产生弹性变形原理测量压力的。（形原理测量压力的。（）7.用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿?其其冷端温度补偿的方法有哪几种冷端温度补偿的方法有哪几种?8.某一标尺为某一标尺为0500的温度计出厂前经过校验，其刻度标的温度计出厂前经过校验，其刻度标尺各点的测量结果值为尺各点的测量结果值为：（注：仪表的精度等级：（注：仪表的精度等级0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等）等）请完成以下要求：请完成以下要求：仪表最大绝对误差值；仪表最大绝对误差值；确定仪表的允许误差及精度等级；确定仪表的允许误差及精度等级；经过一段时间使用后重新校验时，仪表最大绝对误差为经过一段时间使用后重新校验时，仪表最大绝对误差为+6，问该仪表是否还符合出厂时的精度等级？，问该仪表是否还符合出厂时的精度等级？被校表读数/0100200300400500标准表读数/0102198303405496思考题与习题四思考题与习题四n4-1显示仪表分为几类？各有什么特点？显示仪表分为几类？各有什么特点？n4-2电子电位差计与电子自动平衡电桥工作原理电子电位差计与电子自动平衡电桥工作原理是否相同？说出测温时它们各自可与哪些测温元是否相同？说出测温时它们各自可与哪些测温元件配套使用，以及配套测温时应注意的问题。件配套使用，以及配套测温时应注意的问题。4-3对于标尺范围为对于标尺范围为0-1100的电子电位差计，热的电子电位差计，热电偶的参比端温度为电偶的参比端温度为20。试分析。试分析(1)当输入端短当输入端短路时，仪表指针指向何处？为什么？路时，仪表指针指向何处？为什么？(2)若要仪表若要仪表指向指向0，怎么办？，怎么办？解：（解：（1 1）指向室温。根据电子电位）指向室温。根据电子电位差测温原理，平衡时，差测温原理，平衡时，U UCBCB=U=UDBDB +Ux,+Ux,输入短路时，输入短路时，Ex=0Ex=0，则，则U UCBCB=U=UDBDB ，而，而U UDBDB 正好是室温对应正好是室温对应的毫伏值，故指针指向室温。另的毫伏值，故指针指向室温。另外，外，Ex=0Ex=0，相当于热电偶热端与，相当于热电偶热端与冷端冷端(室温室温)温度相等，故指针应温度相等，故指针应指向室温。指向室温。(2)(2)要使指针指向要使指针指向0 0，则，则U UCBCB=0=0，此时，此时，Ux=-UUx=-UDBDB，故必须将热电偶去掉，故必须将热电偶去掉，加上加上-U-UDBDB的毫伏信号。的毫伏信号。4-4自动平衡电桥的测量桥路示意图如下，试分析自动平衡电桥的测量桥路示意图如下，试分析（1）热电阻断路及短路时仪表指针分别指在什么热电阻断路及短路时仪表指针分别指在什么位置？（位置？（2）电源停电时指针又指在什么位置？为）电源停电时指针又指在什么位置？为什么？什么？解：（解：（1）热电阻断路时仪表）热电阻断路时仪表指针指在最右端，因为此指针指在最右端，因为此时相当于热电阻阻值无穷时相当于热电阻阻值无穷大；热电阻短路时仪表指大；热电阻短路时仪表指针指在最左端针指在最左端,因为此时因为此时相当于热电阻阻值为零；相当于热电阻阻值为零；（2）电源停电时指针指在机）电源停电时指针指在机械零点（最左端）。械零点（最左端）。思考题与习题五思考题与习题五n5-1执行器在控制系统中有何作用？执行器在控制系统中有何作用？n5-2执行机构有哪几种？工业现场为什么大多数执行机构有哪几种？工业现场为什么大多数使用气动执行器？使用气动执行器？n5-3常用控制阀有哪几种类型？叙述各自的特点常用控制阀有哪几种类型？叙述各自的特点和适用场合？和适用场合？n5-4什么是气开控制阀？什么是气关控制阀？什么是气开控制阀？什么是气关控制阀？n5-5什么是控制阀的理想流量特性和工作流量特什么是控制阀的理想流量特性和工作流量特性？理想流量特性有哪几种？性？理想流量特性有哪几种？n5-6如何选择控制阀流量特性？如何选择控制阀流量特性？n5-7如何确定控制阀口径？如何确定控制阀口径？n5-8电气阀门定位器有哪些作用？电气阀门定位器有哪些作用？n5-9控制阀在安装、使用中应注意哪些问题？控制阀在安装、使用中应注意哪些问题？n5-10什么是数字阀？什么是智能控制阀？什么是数字阀？什么是智能控制阀？思考题与习题六思考题与习题六n6-1什么是控制器的控制规律？工业上有哪几种什么是控制器的控制规律？工业上有哪几种控制器？控制器？n6-2什么是比例控制规律、积分控制规律和微分什么是比例控制规律、积分控制规律和微分控制规律？它们有什么特点？叙述它们的适用场控制规律？它们有什么特点？叙述它们的适用场合。合。n6-3什么是比例度、积分时间和微分时间？它们什么是比例度、积分时间和微分时间？它们对过渡过程有什么影响？对过渡过程有什么影响？n6-4为什么积分控制规律一般不能单独使用？微为什么积分控制规律一般不能单独使用？微分控制规律一定不能单独使用？分控制规律一定不能单独使用？n6-5为什么说比例控制有余差，而积分控制能有为什么说比例控制有余差，而积分控制能有效消除余差？效消除余差？n6-6某比例调节器输入信号为某比例调节器输入信号为420mA，输出信，输出信号为号为1-5V，当比例度为，当比例度为60%时，输入变化时，输入变化6mA所所引起的输出变化量是多少？引起的输出变化量是多少？n6-9DDZ-III控制器有哪些特点？控制器有哪些特点？n7-1简单控制系统的定义是什么？画出简单控制简单控制系统的定义是什么？画出简单控制系统的典型方块图？系统的典型方块图？n7-2在控制系统的设计中，被控变量的选择原则在控制系统的设计中，被控变量的选择原则应遵循哪些原则？应遵循哪些原则？n7-3在控制系统的设计中，操纵变量的选择原则在控制系统的设计中，操纵变量的选择原则应遵循哪些原则？应遵循哪些原则？思考题与习题七思考题与习题七n7-5有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热，并有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热，并用搅拌机不停地搅拌物料，到达物料所需的温度用搅拌机不停地搅拌物料，到达物料所需的温度后排出。问：后排出。问：n（1）影响物料出口温度的因素有哪些？）影响物料出口温度的因素有哪些？n（2）如果要设计一温度控制系统，你认为被控变）如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选择谁？为什么？量与操纵变量应选择谁？为什么？n（3）如果温度过低会造成物料凝结，应如何选择）如果温度过低会造成物料凝结，应如何选择控制阀的作用形式和控制器的作用？控制阀的作用形式和控制器的作用？n7-7图示为一锅炉汽包液位图示为一锅炉汽包液位控制系统示意图，要求锅控制系统示意图，要求锅炉不能烧干。请：炉不能烧干。请：（1）判断控制阀的作用型式）判断控制阀的作用型式（即气开或气关）（即气开或气关）（2）画出系统控制原理方块）画出系统控制原理方块图，并确定各环节的作用图，并确定各环节的作用形式形式（3）简述当加热室温度升高）简述当加热室温度升高导致蒸发量增加时的过程导致蒸发量增加时的过程控制过程控制过程n7-7讲评讲评n解：（解：（1）要求锅炉不能烧干，即控制阀无控制信号或故）要求锅炉不能烧干，即控制阀无控制信号或故障时保持较好开度，无气则开，所以应为气关控制阀。障时保持较好开度，无气则开，所以应为气关控制阀。(2)(2)n7-8略略n7-9什么是控制器参数的工程整定？常用的控制什么是控制器参数的工程整定？常用的控制器参数整定的方法有哪几种？器参数整定的方法有哪几种？n7-11简单控制系统投运步骤是什么？简单控制系统投运步骤是什么？n答：控制系统投运是指控制系统设计、安装等工答：控制系统投运是指控制系统设计、安装等工作结束，或经过停车检修之后，使系统投入使用作结束，或经过停车检修之后，使系统投入使用的过程。的过程。n（1）准备工作）准备工作n（2）投运操作：根据经验或估算预置控制器参数；）投运操作：根据经验或估算预置控制器参数；确认执行器、控制器作用形式；人工操作；手动确认执行器、控制器作用形式；人工操作；手动遥控；投入自动。遥控；投入自动。思考题与习题八思考题与习题八n8-1什么是串级控制系统？画出串级控制系统的什么是串级控制系统？画出串级控制系统的典型方块图。典型方块图。n8-2与简单控制系统相比，串级控制系统有什么与简单控制系统相比，串级控制系统有什么特点？特点？n8-4串级控制系统中副被控变量如何选择？串级控制系统中副被控变量如何选择？n8-5串级控制系统中，如何选择主、副控制器的控串级控制系统中，如何选择主、副控制器的控制规律？制规律？n8-6对于如图所示的加热器串级对于如图所示的加热器串级控制系统。要求：控制系统。要求：n（1）说明系统的被控变量、控制器，）说明系统的被控变量、控制器，并画出该控制系统的方块图并画出该控制系统的方块图n（2）若工艺要求加热器温度不能过高，）若工艺要求加热器温度不能过高，否则易发生事故，请确定控制阀的作用否则易发生事故，请确定控制阀的作用形式形式n（3）确定控制器的作用方向）确定控制器的作用方向n（4）简述蒸汽压力突然增加的系统控）简述蒸汽压力突然增加的系统控制过程制过程n（5）简述冷物料突然加大的系统控制）简述冷物料突然加大的系统控制过程过程12图8-4串级控制系统典型方块图n8-7为什么采用均匀控制系统？均匀控制系统与为什么采用均匀控制系统？均匀控制系统与一般控制系统方案有什么不同？一般控制系统方案有什么不同？n8-8为什么说均匀控制系统的核心问题是控制器为什么说均匀控制系统的核心问题是控制器参数的整定问题？参数的整定问题？n8-10什么是分程控制系统？它区别于一般简单控什么是分程控制系统？它区别于一般简单控制系统的最大特点是什么？制系统的最大特点是什么？n8-11分程控制系统应用于哪些场合？请分别举例分程控制系统应用于哪些场合？请分别举例说明控制过程。说明控制过程。n8-13与反馈控制系统相比，前馈控制系统有什么与反馈控制系统相比，前馈控制系统有什么特点？特点？思考题与习题九思考题与习题九n9-1预测控制与预测控制与PID控制有什么不同？控制有什么不同？n9-4软测量技术主要由哪几部分组成？软测量技术主要由哪几部分组成？n9-15综合自动化系统的特点是什么？综合自动化系统的特点是什么？思考题与习题十思考题与习题十n10-1离心泵的流量控制方案有哪几种形式？离心泵的流量控制方案有哪几种形式？n10-2离心泵与往复泵流量控制方案有哪些相同点离心泵与往复泵流量控制方案有哪些相同点与不同点？与不同点？n10-7锅炉水位有哪三种控制方案？说明它们的应锅炉水位有哪三种控制方案？说明它们的应用场合？用场合？