过程检测考试复习.doc

2－1 如图所示液位过程的输入量为Q1，流出量为Q2，Q3，液位h为被控参数，C为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻，要求：
（1） 列出过程的微分方程组；
（2） 求过程的传递函数W0（S）＝H（S）/Q1（S）；
（3） 画出过程的方框图。

解：（1）根据动态物料平衡关系，流入量＝流出量：

过程的微分方程的增量形式：

中间变量：

消除中间变量：

同除 (R2+R3) 得到：

令：

上式可写为：

（2）Laplace 变换得到：

传递函数:

（3） 过程的方框图：

6－7 在某生产过程中，冷物料通过加热炉对其进行加热，热物料温度必须满足生产工艺要求，故设计图所示温度控制系统流程图，画出控制框图，指出被控过程、被控参数和控制参数。确定调节阀的流量特性、气开、气关形式和调节器控制规律及其正、反作用方式。

解：系统方框图：

被控过程为加热炉；被控参数是热物料的温度；控制参数为燃料的流量。
根据生产安全原则，当系统出现故障时应该停止输送燃料，调节阀应选用气开式。即无气时调节阀关闭。
变送器一般视为正作用。
根据安全要求，调节阀选气开式Kv为正，温度变送器Km一般为正，当调节器增加时，温度值增加，故过程（对象）为正，为了保证闭环为负。所以调节器应为负作用。
生产奶粉
控制参数；1乳液流量是生产负荷，若作为控制参数，则它不可能始终在最大（而且是稳定的）负荷工作，从而限制了装置的生产能力
2由于换热器为一双容过程，时间常数大，因而采用流量为控制参数，主要由调节阀个数决定，且采用风量为控制参数时状动作用点位置靠近调节阀。所以选择旁路空气量为控制参数方案为最佳
3被控参数；由于产品水分含量测量十分困难，而根据生产工艺，产品质量（水分含量）与干燥温度密切相关，因而选干燥器的温度为被控参数
4 过程检测控制设备的选用
调节阀 根据生产工艺安全原则及被控介质特点，选气关形式，即当调节器失控后，调节阀为全开状态以防止温度过高反生爆炸保证其他设备及人身安全
调节器 控制规律是一种理想的控制规律它在比例的基础上引入积分可以消除余差，再加入微分又提高了系统的稳定性

6－8 下图为液位控制系统原理图。生产工艺要求汽包水位一定必须稳定。画出控制系

统框图，指出被控过程、被控参数和控制参数。确定调节阀的流量特性、气开、气关形式和调节器的控制规律及其正反作用方式。
解：控制系统框图如下图所示。
被控过程为汽包；被控参数是汽包的液位；控制参数为给水的流量。
根据生产安全原则，当系统出现故障时应该停止输送燃料，调节阀应选用气关式。即无气时调节阀打开。保证在控制出现故障时，汽包不会干烧。

变送器一般视为正作用。
控制器的正、反作用判断关系为：根据安全要求，调节阀选气关式Kv为负，温度变送器Km一般为正，当调节器增加时，温度值增加，故过程（对象）为正，为了保证闭环为负。所以调节器应为正作用。

7－3 图为加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统。工艺要求一旦发生重大事故，立即切断原料的供应。
（1） 画出控制系统的组成框图
（2） 确定调节阀的流量特性气开、气关形式
（3） 确定主副调节器的控制规律及其正反作用方式

解：（1）串级系统方框图如下：

副回路选择加热炉炉膛温度控制，消除F1（S）干扰。
（2）由于发生重大事故时立即切断燃料油的供应，从工艺的安全性考虑，调节阀选择气开式，保证无气时调节阀关闭。
（3）主调节器选择PI（或PID）控制规律，副调节器选择P调节规律。
据安全要求，调节阀选气开式Kv为正，温度变送器Km一般为正，当调节器增加时，温度值增加，故过程（对象）为正，为了保证闭环为负。所以调节器应为负作用。

7－8 用蒸汽加热的贮槽加热器，进料量Q1稳定，而Q1的初始温度T1有较大波动，生产工艺要求槽内物料温度T恒定。Q2为下一工艺的负荷，要求Q2的温度为T。试设计一过程控制系统，并画出控制系统框图。
解：应用前馈－反馈控制系统对冷物料进行前馈补偿
控制、对被控参数：出口热物料进行反馈控制。系统
控制流程图如下图所示。
控制系统组成框图：

其中 前馈补偿器传递函数

稳定边界法：把调节器的积分时间TI置于最大，将微分时间TD置零，比例度a置较大数值，把系统投入闭环运行，然后将调节器的比例度ak，由大逐渐减小，得到临界振荡过程这时候的比例度叫临界比例度ak。振荡的两个波峰之间的时间即为临界振荡周期Tk。根据ak和Tk运用临界振荡整定计算公式，计算出调节器的各个参数a,TI,TD值。根据上述计算结果设置调节器的参数，观察系统的影响过程，若曲线不符合要求，在适当整定参数值。
阻尼振荡法：在闭环系统中，置调节器积分时间最大，微分时间TD置零，比例度a取较大值反复做给定值扰动试验，并逐渐减小比例度，直至记录曲线出现4:1的衰减为止，这时的比例度称为4:1衰减比例度as，两个波峰间的距离称为4:1衰减周期Ts。根据as和Ts运用阻尼振荡整定计算公式，计算出调节器的各个参数a,TI,TD值。根据上述计算结果设置调节器的参数，观察系统的影响过程，若曲线不符合要求，在适当整定参数值。
前馈方案的选择原因：由于该扰动可测而不可控故采用前馈又为克服前馈的局限性，故加入反馈控制，以克服多个扰动的结果。
现场控制站是接近被控过程和设备现场，直接面向生产过程的设备，主要是控制站和监视站，前者完成对过程的参数控制及状态的逻辑控制，或者则完成对过程参数的采集和传送。他们具有小型分散、功能丰富、配置灵活、组态连接方便和工作可靠的特点。是实现分散危险的基础设备和分散危险的基础设备，对生产过程的稳定运行和产品质量的保证起到关键的作用。
集散系统操作员站的功能：显示、操作。工程师站的功能：系统组态功能、系统测试功能、系统维护功能、系统管理功能

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