过程控制系统与仪表复习材料

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过程控制系统与仪表复习材料

- 1 -五、计算题：1、某测量范围是0---500℃的温度计出厂前校验结果如下表：求：该表的基本误差并确定它的精度等级。

解：基本误差：δ=500300306--*100﹪=1.2﹪<1.5﹪所以它的精度等级为1.5级.2、某一标尺为0求：1 3）如果工艺允许最大测量误差为土5℃，该表是否能用？解：1）6℃ 2）δ=6/1000=0.6%，1.0级 3）不能用六、设计题1、在蒸汽锅炉运行过程中，必须满足汽-水平衡关系，汽包水位是一个十分重要的指标。

当液位过低时，汽包中的水易被烧干引发生产事故，甚至会发生爆炸。

（1）试设计一个液位的简单控制系统，在图中画出控制方案图。

（2）确定调节阀的气开、气关形式，并说明原因。

（3）确定调节器的正、反作用方式，必须有详细的分析过程。

（4）画出该控制系统的方框图。

解:气关式正作用2、在某生产过程中，通过加热炉对冷物料加热，根据工艺要求，需对热物料出口温度进行严格控制。

对系统分析发现，主要扰动为燃料压力波动。

（1）试设计一个热物料出口温度的串级控制系统，在图中画出控制方案图。

（2）画出该控制系统方框图。

（3）为保证设备安全，炉温不能过高，确定调节阀的气开、气关形式。

（4）确定两台调节器的正反作用方式，必须有详细的分析过程。

（5）确定两台调节器应选择什么调节规律。

解：气开式副调节器反作用主调节器反作用副调节器采用P 或PI 调节规律主调节器采用PI 或PID 调节规律3、右图为一个加热器控制系统，通过将进料(流体)与蒸汽进行换热达到对物料(流体)进行加热的目的，希望出料(流体)温度恒定。

其中已知进料(流料)流量(v q )为最主要的干扰。

（1）试选用合适的的控制方案,说明理由,并画出控制系统框图和结构图。

（2）为保证设备安全，出料温度不能过高，确定调节阀的气开、气关形式。

确定调节器- 2 -的正反作用以及应选择什么调节规律。

解：气开式反作用前馈调节器采用静态前馈反馈调节器采用PI 或PID 控制4、右下图所示的氨冷器，用液氨冷却铜液，要求出口铜液温度恒定。

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第一章绪论史艳华一．工业生产过程中自动控制系统的被控变量是温度、压力、流量、液位、成分等这样一些变量的系统，叫做过程控制系统。

电力拖动及电机运转等的自动控制一般不包括在内。

二过程控制系统组成1.被控对象（被控过程、过程、对象）2.变送器3、控制器4、执行器(种类：电动、气动、液动)三，控制仪表及装置的分类按信号类型分：模拟式：电动单元组合仪表DDZ-I型、DDZ-II型、DDZ-III 型、气动仪QDZ等。

四．过程控制系统的特点1.被控对象的多样化2.过程存在滞后3.对象特性非线性4.控制系统比较复杂或无法得到传递函数五．过程控制系统的性能指标1、衰减比和衰减率2、动态偏差A （最大偏差）3、调整时间 Tc (控制时间、过渡过程时间、恢复时间）4、静态偏差C（余差、残余偏差）六．从不同的角度划分过程控制系统的类别按设定值的形式不同分：定值控制系统：设定值不变；随动控制系统：设定值是无规律变化的；程序控制系统：设定值按生产工艺要求有规律变化。

常规过程仪表控制系统，传输信号是连续变化的模拟信号。

以定值系统为主。

第二章信号的联络、传输及转换1、联络信号类型：气动仪表：气压信号：20kPa-100kPa2、电模拟信号的确定：国际电工委员会（IEC）确定：4-20mA DC电流信号和1-5V DC 电压信号为过程控制系统电模拟控制信号的统一标准。

DDZ-III型仪表采用。

一、模拟信号的传输方式1、电流信号的传输2、电压信号传输二、电流信号传输的特点：1、电流信号适合远传。

2、某台仪表出故障时，影响其他仪表；（解决方法:用配电器分成两路电流）3、无公共接地点。

三、电压传输特点： 1、某台仪表故障时基本不影响其它仪表；2、有公共接地点；3、传输过程有电压损耗，故电压信号不适宜远传。

四、变送器与控制室仪表间的信号传输和供电方式：1、四线制（0-20MA ）电源与信号分别传送。

2、两线制(4-20MA)两条线既是信号线又是电源线。

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一、填空题1、简单控制系统由（控制器）、（执行机构）、（被控对象）和（检测变送仪表）四个环节组成。

2、对象数学模型是指对象的（输入输出）特性，是对象在各输入量（控制量和检测变送量）作用下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。

3、获取对象数学模型的方法参方法有：（机理法）和（测试法）。

4、气动执行器由（调节）机构和（执行）机构两部分组成，常用的辅助装置有（阀门）定位器和手轮机构。

5、流通能力Ｃ的定义是：调节阀全开，阀前后压差为（0.1Mp），流体重度为（1g/m3），每（小时）所通过的流体（系）数。

6、被调介质流过阀门的（相对）流量与阀门（相对）行程之间的关系称为调节阀的流量特性；若阀前后压差保持不变时，上述关系称为（理想流量）特性，实际使用中，阀门前后的压差总是变化的，此时上述关系为（工作流量）特性。

7、动态前馈控制的设计思想是通过选择适当的（前馈）控制器，使干扰信号经过（前馈）控制器致被控量通道的动态特性完全复制对象（干扰）通道的动态特性，并使它们符号（相反）（正、反），从而实现对干扰信号进行完全补偿的目标。

8、自动调节系统常用参数整定方法（动态特性参数法），（稳定边界法），（衰减曲线法），（经验法）。

9、调节系统中调节器正、反作用的确定依据是：（保证控制系统成为负反馈）。

10、模糊控制器的设计（不依赖）被控对象的精确数学模型。

二、单项选择题：1．对于气动执行机构，当信号压力增加，推杆下移的，称该气动执行机构为( C )。

（A）移动式（B）可调式（C）正作用式（D）反作用式2．控制系统中，下面哪种控制规律具有消除余差的作用( D )。

（A）位式控制（B）比例控制（C）微分控制（D）积分控制3．在控制系统中，工艺变量需要控制的生产过程、设备或机械等，称为( A )。

（A）被控过程（B）控制器（C）反馈（D）设定值4．仪表的指示值与被测变量真实值之间的差值称为( B )。

（A）相对误差（B）绝对误差（C）仪表误差（D）变差5．测量的起始点由零变为某一数值时，称为( C )。

过程控制仪表及控制系统复习

1、例：如图所示的氨冷器，用液氨冷却铜液，要求出口铜液温度恒定。

为保证氨冷器内有一定的汽化空间，避免液氨带入冰机造成事故，采用温度――液位串级控制1）此串级控制系统的主副被控变量各是什么？2）试设计一温度—－液位串级控制系统完成该控制方案（即将图示的氨冷器控制系统示意图补充完整）；3）确定气动调节阀的气开气关形式，并说明原因；4）确定主副调节器的正反作用。

1）主被控变量为铜液出口温度，副被控变量为液位。

2）串级控制系统的示意图如下所示：3）当气源中断时，为了确保氨冷器内有一定的汽化空间，应该选择气开调节阀；4）液位控制器作用方向的确定：当液位升高时，应该关小调节阀，调节阀为气开阀，故液位控制器为反作用；温度控制器作用方向的确定：温度对象为“－”作用方向，依据使系统称为负反馈的原则，温度控制器应该为正作用。

2、测量某高温液体的液位如图所示：请问是否出现零点迁移？若出现零点迁移，说明是正迁移还是负迁移？迁移后的测量范围是多少？(Hm=3m，h1=1m，h2=5m，ρ=0.9kg/m3)。

解：ΔP=p1-p2=ρgH+ρg(h1-h2)=0.9*10*H+0.9*10*(1-5)=9H-36H=0时ΔP =-36 (Kpa)H=Hm=3m时ΔP =9*3-36=-9 (Kpa)答：出现负迁移，迁移后的测量范围是：-36～-9 KPa1过程控制系统的组成：调节器、调节阀、被控过程、检测变送2 过程控制系统的分类：①按系统结构特点：反馈控制系统前馈控制系统前馈—反馈控制系统②按定值信号的特点：定制控制系统随动控制系统程序控制系统3过程控制的质量指标：余差e 衰减比n 和衰减率ψ最大偏差超调量σ过渡过程时间（调节时间）t 峰值时间t p4 数学模型的建立方法：解析法（根据过程的内在机理，通过静态和动态物料平衡关系，建立数学模型的方法自衡过程和无自衡过程）实验辨识法（阶跃响应法和矩形响应法）混合法5 根据过程的内在机理，通过静态与动态物料平衡关系，建立数学模型的方法：自衡过程（平衡破坏后不需人为或仪器操作可自动恢复平衡的过程）无自衡过程（平衡破坏后需人为或仪器操作才自动恢复平衡的过程）6 响应曲线辨识过程的数学模型：阶跃响应法矩形响应法7 变送器的类型和特点：差压变送器温度变送器流量测量变送器液位变送器8 温度变送器的分类：直流毫伏变送器热电偶温度变送器（热电效应）热电阻温度变送器9 温度变送器的特点：①采用低漂移、高增益的运算放大器作为主要放大器，具有线路简单和良好的可靠性、稳定性及各项技术性能。

过程控制与自动化仪表复习要点和习题答案(6,7,10)

过程控制与自动化仪表复习要点和习题答案(6,7,10)第六章高性能过程控制1．把握串级调整系统的结构特点、优点，会分析！2．把握串级系统设计中主副变量的挑选原则，调整器的调整逻辑确实定原则，调整器的正反作用确实定3．把握前馈的原理特点以及与反馈的区分！前馈控制器的传函求法！4．把握SMITH 预估法基本原理5．会画工艺图流程及系统原理框图第七章特别过程控制1. 把握比值调整系统的原理，主动量，从动量。

仪表比值系数确实定! 调整器的调整逻辑2. 匀称控制的特点，整定原则，调整逻辑3. 会画工艺图流程及系统原理框图第十章：锅炉1．把握锅炉水位控制的主要干扰分析，调整计划，三冲量的工艺流程图、系统框图及控制分析。

燃烧系统控制。

2．精馏塔两端产品质量控制。

第6章：1．（8）能1．（9）是（反馈环节视为正时）1．（11）1）第1页/共8页2）气开阀T1C调整阀副对象主对象T1T T2T T2C＋－－＋T1T2给定干扰3）主：反作用副：反作用1．（12）1）第2页/共8页2）气开阀3）主：反作用副：反作用2. （1）2. （4）3（3）1）控制系统框图：TC调整阀副对象主对象TTFT PC＋－－＋T第3页/共8页Q2给定干扰()()122()(1)(1)1()()(1)(1)1f o f o ss f o o o F FF FF o O f o F G s T s T s T s K G s e K eG s K T s T s T s ττττ----+++=-=-?=+++2）当调整阀上的气源中断时，为了防止温度过高，烧坏设备，应关闭阀门，不再通入蒸汽，因此采纳气开阀3）先确定副调整器，由于副对象是正作用对象，调整阀是正作用对象，测量变送视为正作用，为了保证副环为负反馈，副调整器采纳反作用再确定主调整器，把囫囵副环看成一个正作用环节，主对象为正作用对象（由于当蒸汽流量增强时，出口温度上升），为了保证主环为负反馈，主调整器采纳反作用。

过程控制系统与仪表复习材料

过程控制系统与仪表复习材料四、简答题：1、过程控制系统按其基本结构形式可分为⼏类?其中闭环系统中按设定值的不同形式⼜可分为⼏种?答：过程控制系统按其基本结构形式可分为闭环⾃动控制系统和开环⾃动控制系统。

在闭环控制系统中，按照设定值的不同形式⼜可分为： (1)定值控制系统 (2)随动控制系统 (3)程序控制系统2、试述热电阻测温原理，常⽤热电阻的种类有哪些？0R 各为多少？答：热电阻温度计是利⽤⾦属导体的电阻值随温度变化⽽变化的特性来进⾏温度测量的，只要设法测出电阻值的变化，就可达到温度测量的⽬的。

⼯业上常⽤的热电阻有：铂电阻，铜电阻。

⽬前⼯业上使⽤的铂电阻有两种：⼀种是0R =10Ω；另外⼀种是0R =100Ω。

⼯业上使⽤的铜电阻也有两种：⼀种是0R=50Ω；另⼀种是0R =100Ω。

3、试述过程控制系统中常⽤的控制规律及其特点。

答：控制系统中常⽤的控制规律有⽐例(P)、⽐例积分(PI)、⽐例积分微分(PID)控制规律。

⽐例控制规律是控制器的输出信号与它的输⼊信号(给定值与测量值的偏差)成⽐例。

它的特点是控制及时，克服⼲扰能⼒强，但在系统负荷变化后，控制结果有余差。

⽐例积分控制规律是控制器的输出信号不仅与输⼊信号成⽐例，⽽且与输⼊信号对时间的积分成⽐例。

它的特点是能够消除余差，但是积分控制作⽤⽐较缓慢、控制不及时。

⽐例积分微分控制规律是在⽐例积分的基础上再加上微分作⽤，微分作⽤是控制器的输出与输⼊的变化速度成⽐例，它对克服对象的容量滞后有显著的效果。

4、何为控制阀的理想流量特性和⼯作流量特性？常⽤的调节阀理想流量特性有哪些？答：阀前后压差保持不变时的流量特性称为理想流量特性；在实际使⽤过程中，阀前后的压差会随阀的开度的变化⽽变化，此时的流量特性称为⼯作流量特性。

常⽤的调节阀理想流量特性有：直线流量特性、等百分⽐(对数)流量特性、快开特性。

5、控制器参数整定的任务是什么?⼯程上常⽤的控制器参数整定有哪⼏种⽅法?答：控制器参数整定的任务是：根据已定的控制⽅案，来确定控制器的最佳参数值(包括⽐例度δ积分时间1T 微分时间D T )，以便使系统能获得好的控制质量。

自动化仪表与过程控制复习资料

自动化仪表与过程控制复习资料一、填空1. 调节器的工程整定方法主要有：、和。

2. 调节阀的理想流量特性有3种，分别是、________________和_____________。

3. 均匀控制是把液位和流量的控制统一在一个系统中，从系统内部解决工艺参数之间的矛盾，该系统主要特点有____________________、__________________和__________________。

4 按照国际电工委员会(IEC)规定，过程控制系统的模拟直流电压信号为；模拟直流电流信号为。

5. 过程控制系统按设定值信号的特点可分为三种类型，分别是：_______________、______________和__________。

6. PID控制规律是指___________、___________和____________的组合。

7. 调节器的工程整定方法主要有：、和。

8. 过程控制系统的单项时域性能指标包括、最大动态偏差、残余偏差、、和等。

9. 过程控制仪表按结构形式可分为___________、___________和____________、____________。

10. PID控制规律是指___________、___________和____________的组合。

11. 调节阀的理想流量特性有3种，分别是、________________和_____________。

12. 过程控制仪表按结构形式可分为：基地式仪表、___________和____________、____________。

13. 均匀控制是把液位和流量的控制统一在一个系统中，从系统内部解决工艺参数之间的矛盾，该系统主要特点有____________________、__________________和__________________。

1．临界比例度衰减曲线法反应曲线法2．直线流量特性、对数流量特性、快开流量特性3. 系统结构无特殊性、参数均应缓慢变化、参数变化应限制在允许范围内4．1-5V DC 4-20mA DC5. 定值控制系统随动控制系统顺序控制系统6．比例积分微分7．临界比例度衰减曲线法反应曲线法8．衰减比(衰减率)、超调量、调整时间、振荡频率9．基地式仪表、单元组合式仪表、组装式仪表、集中/分散式仪表10．比例、积分、微分11．直线流量特性、对数流量特性、快开流量特性12. 单元组合式仪表、组装式仪表、集中/分散式仪表13．系统结构无特殊性、参数均应缓慢变化、参数变化应限制在允许范围内。

过程控制系统与仪表知识点归纳

检测的基本方法：1接触式与非接触式;2直接、间接与组合测量；3偏差式、零位式与微差式测量..检测仪表的组成：传感器;变送器;显示仪表;传输通道绝对误差Δ：被测量的测量值xi与真值x0之差..即Δ=xi- x0系统误差、随机误差和粗大误差温标三要素：温度计、固定点和内插方程温标不是温度标准;而是温度标尺的简称测温方法及分类：1接触式：测温元件与被测对象接触;依靠传热和对流进行热交换..2非接触式：测温元件不与被测对象接触;而是通过热辐射进行热交换;或测温元件接收被测对象的部分热辐射能;由热辐射能大小推出被测对象的温度..热电偶测温原理两种不同的导体或半导体材料A和B组成闭合回路;如果两个结合点处的温度不相等;则回路中就会有电流产生;这种现象叫做热电效应..热电势由两部分组成：温差电势和接触电势..热电动势1只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶;且两端温度必须不同；2热电势的大小;只与组成热电偶的材料和材料两端连接点处的温度有关;与热电偶丝的大小尺寸及沿程温度分布无关..热电偶的基本定律一均质材料定律二中间导体定律三中间温度定律四参考电极定律热电偶结构：热电极、绝缘套管、保护管和接线盒 S、R、B三种热电偶均由铂和铂铑合金制成;称贵金属热电偶..K、N、T、E、J五种热电偶;是由镍、铬、硅、铜、铝、锰、镁、钴等金属的合金制成;称为廉价金属热电偶热电偶的冷端补偿：冰点法;计算法;冷端补偿器法;补偿导线法可将热电偶的参比端移到离被测介质较远且温度比较稳定场合补偿原理：不平衡电动势Uba补偿抵消热电偶因冷端温度波动引起的误差..压力检测方法：1 弹性力平衡法2 重力平衡方法3 机械力平衡方法4物性测量方法弹性元件：弹簧管;弹性膜片;波纹管霍尔压力传感器：属于位移式压力差压传感器..它是利用霍尔效应;把压力作用所产生的弹性元件的位移转变成电势信号;实现压力信号的远传..压电式传感器：是一种典型的发电型传感器..它以某些电介质的压电效应为基础;将被测量转换成电荷和电压;完成由非电量到电量的转换过程..压电效应：压电材料在沿一定方向受到压力或拉力作用时;其内部产生极化现象;并在其表面上产生电荷；而且在去掉外力后;它们又重新恢复到原来的不带电状态;这种现象称之为压电效应..热电偶式真空计：利用发热丝周围气体的导热率与气体的稀薄程度真空度间的关系..流量计类型：速度式流量计;容积式流量计节流装置测量原理：当流体连续流过节流孔时;在节流件前后由于压头转换而产生压差..对于不可压缩流体例如水;节流前后流体的密度保持不变.. Q=αA d√(2△p/ρ)标准节流装置：标准孔板、标准喷嘴与标准文丘里管阿牛巴是一种均速流量探头;配以差压变送器和流量积算器而组成阿牛巴流量计;也属于差压式流量测量仪表;用来测量一般气体、液体和蒸汽的流量电磁流量计原理：被测流体垂直于磁力线方向流动而切割磁力线时;在与流体流向和磁力线垂直方向上产生感应电势Ex伏;Ex与体积流量Q的关系为: Ex=4B/πDQ×10-8=KQ 利用传感器测量管上对称配置的电极引出感应电势;经放大和转换处理后;仪表指示出流量值..自动控制：就是在没有人直接参与的情况下;利用外加的设备或装置控制装置;使机器、设备或生产过程控制对象的某个工作状态或参数被控量按照预定的规律自动地运行过程控制系统：以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统..过程控制系统组成：对象;检测元件及变送器;控制器;执行器过程控制系统的分类：定值控制系统、程序控制系统与随动控制系统控制系统的品质指标:衰减比n;最大偏差或超调量;余差C;稳定时间;震荡周期或频率自衡的非振荡过程：在阶跃作用下;被控变量无须外加任何控制作用、不经振荡过程能逐渐趋于新的状态的性质;称自衡的非震荡过程..无自衡非振荡过程：如果不依靠外加控制作用;不能建立起新的物料平衡状态;这种特性称为无自衡..有自衡的振荡过程：在阶跃作用下;被控变量出现衰减振荡过程;最后趋于新的稳态值;称为有自衡的振荡过程..具有反向特性的过程：有少数过程会在阶跃作用下;被控变量先降后升;或先升后降;即起始时的变化方向与最终的变化方向相反..对象特性的参数 :一放大系数K放大系数K是一个静态特性参数;只与被控量的变化过程起点与终点有关;而与被控量的变化过程没有关系..二时间常数 Tc时间常数Tc是说明被控量变化快慢的参数;其值等于系统阻值R与容量C的乘积三滞后时间τ对象在受到扰动作用后;被控量不是立即变化;而是经过一段时间后才开始变化;这个时间就称为滞后时间被控过程的数学模型 :模型分类：动态与静态模型；参数模型与非参数模型..建模方法：机理建模；实验建模变送器在自动检测和控制系统中的作用;是将各种工艺参数转换成统一的标准信号;以供显示、记录或控制之用..温度变送器其作用是将热电偶、热电阻的检测信号转换成标准统一的信号;输出给显示仪表或控制器实现对温度的显示、记录或自动控制差压变送器用于防止管道中的介质直接进入变送器里;感压膜片与变送器之间靠注满流体的毛细管连接起来..它用于测量液体、气体或蒸汽的液位、流量和压力;然后将其转变成4～20mA DC信号输出..被控量的选择原则：1作为被控量;必须能够获得检测信号并有足够大的灵敏度;滞后要小2必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状;检测点的选取必须合适..3以产品质量指标为被控量4以工艺控制指标为被控量操纵量的选择原则：1控制通道对象放大系数适当地大些;时间常数适中;纯滞后越小越好；2扰动通道对象的放大系数应尽可能小;时间常数应尽可能大；3扰动作用点应尽量靠近控制阀或远离检测元件;增大扰动通道的容量滞后;可减少对被控量的影响； 4操纵量的选择不能单纯从自动控制的角度出发;还必需考虑生产工艺的合理性、经济性..前馈控制是指按照扰动产生校正作用的控制方法..基本原理：测取进入过程的扰动量外界扰动和设定值变化;并按照其信号产生合适的控制作用去改变控制量;已抵消补偿扰动对被控量的影响..计算机控制系统的组成：工业控制计算机和生产过程计算机控制系统：1操作指导控制系统2直接数字控制系统3监督控制系统4数据采集与监视控制系统5集散控制系统6现场总线控制系统7计算机集成制造系统可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统;专为在工业环境应用而设计的PLC 的基本特点:1可靠性高、抗干扰能力强；2设计、安装容易;接线简单;维护方便；3编程简单、使用方便；4模块品种丰富、通用性好、功能强；5体积小、重量轻、能耗低;易于实现自动化..集散控制系统DCS 就是以微处理器为基础的集中分散型控制系统..分级：1分散过程控制级2集中操作监控级3综合信息管理级1操作员站2现场控制站3工程师站4服务器和其它功能站DCS 功能特点:1分散控制;集中管理；2硬件积木化;软件模块化；3采用局域网通信技术；4完善的控制功能；5管理能力强；6安全可靠性高；7高性能/价格比..DDZ Ⅱ与III 区别：DDZ-Ⅱ型是分立元件放大器;主输出0～5V;辅助输出0～10mA;这样故障输出0和零点输出0就分辨不出来；Ⅲ型是集成电路放大器;主输出4～20mA;辅助输出1～5V;可以分辨出故障输出0和零位输出0实际输出是1V 或者4mA..而且超量程可以输出3.8mA 和20.8mA..这样仪表检修工容易判断是否故障..PID 参数特点、优点、控制规律：P 灵敏简单;只有一个整定参数但存在误差PI 消除静差灵敏;但对滞后较大对象;调节慢且效果不好PD 增进调节系统的稳定性;调小比例度加快调节过程减小动态偏/静差;系统对高频干扰特别明显;输出易夹杂高频干扰PID 综合了各类调节作用的优点所以有更高的调节质量;对于滞后大;负荷大的对象;用复杂控制系统PID 调节器的参数p K 、I T 、DT 对控制性能各有什么影响 1比例增益p K 反映比例作用的强弱;p K 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I T 反映积分作用的强弱;IT 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DT 反映积分作用的强弱;DT 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..检测仪表的基本技术指标a 绝对误差:检测仪表的指示值X 与被测量真值X t 之间存在的差值称为绝对误差Δ..表示为： Δ= X －X tb又称引用误差或相对百分误差..c 精确度精度为了便于量值传递;国家规定了仪表的精确度精度等级系列.. 如0.5级;1.0级;1.5级等..仪表精度的确定方法：将仪表的基本误差去掉“±”号及“％”号;套入规定的仪表精度等级系列..d 灵敏度和分辨率：灵敏度表示指针式测量仪表对被测参数变化的敏感程度;常以仪表输出如指示装置的直线位移或角位移与引起此位移的被测参数变化量之比表示：S=ΔY/ΔX S －仪表灵敏度；ΔY －仪表指针位移的距离或转角；ΔX －引起ΔY 的被测参数变化量..分辨率表示仪表显示值的精细程度..分辨力是指仪表能够显示的、最小被测值..e 变差：在外界条件不变的情况下;同一仪表对被测量进行往返测量时正行程和反行程;产生的最大差值与测量范围之比称为变差..造成变差的原因:传动机构间存在的间隙和摩擦力; 弹性元件的弹性滞后等..正反行程测量：将规定的输入信号平稳地按增大或减小方向输入执行机构气室或定位器;测量各点所对应的行程值;计算出实际"信号－行程"关系同理论关系之间关系f 响应时间：当用仪表对被测量进行测量时;被测量突然变化以后;仪表指示值总是要经过一段时间后才能准确地显示出来..这段时间称为响应时间..气开、气关式选择依据：按控制信号中断时;保证生产设备安全的原则确定..调节阀正反作用的选择是在调节阀气开气关确定后;其确定原则是：使整个回路构成负反馈系统..简述“积分饱和现象”产生的内因和外因..什么是积分饱和现象积分饱和现象如何消除：内因：控制器包含积分控制作用;外因：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..积分饱和：具有积分作用的控制器在单方向偏差信号的长时间作用下;其输出达到输出范围上限值或下限值以后;积分作用将继续进行;从而使控制器脱离正常工作状态..消除： 1采用积分分离的方法;将PID 调解分开执行 2对积分调节器设置输出高低限幅;达到限幅时暂时切除积分作用使其跟踪;待偏差减小后再投入温度传感器①双金属片：用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊接在一起制成双金属片..受热后由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲..若将双金属片制成螺旋形;当温度变化时;螺旋的自由端便围绕着中心轴偏转;带动指针在刻度盘上指示出相应温度值..②压力式：利用封闭容器中的介质压力随温度变化的现象来测温..原理: 封闭容器中的液体气体或低沸点液体的饱和蒸汽;受热后体积膨胀;压力增大..③热电偶：根据热电效应;将两种不同的导体接触并构成回路;若两个接点温度不同;回路中产生热电势..通过测量热电偶输出的热电势测量温度利..④热电阻：利用金属电阻值或半导体电阻值随温度变化的性质测温..定值、随动、前馈、程序控制系统特点、概念⑴定值：在定值控制系统中设定值是恒定不变的;引起系统被控参数变化的就是扰动信号.. ⑵随动：设定值随时可能变化..变差=量程正反行程最大差值×100%⑶前馈控制的原理：当系统出现扰动时;立即将其测量出来;通过前馈控制器;根据扰动量的大小改变控制变量;以抵消扰动对被控参数的影响..前馈控制的特点：①前馈控制器是按是按照干扰的大小进行控制的; 称为“扰动补偿”..如果补偿精确;被调变量不会变化;能实现“不变性”控制..②前馈控制是开环控制;控制作用几乎与干扰同步产生;是事先调节;速度快..③前馈控制器的控制规律不是PID 控制;是由对象特性决定的..④前馈控制只对特定的干扰有控制作用;对其它干扰无效..⑷程序：设定值按预定的时间程序变化..过渡过程的品质指标衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ；4-10过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统;是指被控参数偏离设定值的最大值A ；超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y ∞之比的百分数σ；残余偏差C ：过渡过程结束后;被控参数所达到的新稳态值y ∞与设定值之间的偏差C 称为残余偏差;简称残差；调节时间：从过渡过程开始到过渡过程结束所需的时间；振荡频率：过渡过程中相邻两同向波峰或波谷之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期;其倒数称为振荡频率；峰值时间：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间..现场总线：连接智能测量与控制设备的全数字式、双向传输、具有多节点分支结构的通信线路..现场总线;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..调节阀的流量特性：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..若阀门前后压差保持不变/总是变化理想/工作特性..直线/等百分比对数/快开流量特性过程控制系统各个部分组成作用控制器或调节器的作用是把被控变量的测量值和给定值进行比较;得出偏差后;按一定的调节规律进行运算;输出控制信号;以推动执行器动作;对生产过程进行自动调节..执行器是自动控制系统中的重要组成部分;作用是将控制器送来的控制信号转换成执行动作;从而操纵进入设备的能量;将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内..检测变送器是把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源的转换器..单回路控制系统参数整定步骤方法：Ⅰ、稳定边界法临界比例度法：属于闭环整定方法;根据纯比例控制系统临界振荡试验所得数据临界比例度Pm 和振荡周期Tm;按经验公式求出调节器的整定参数..置调节器Ti →∞; Td=0;比例度P →较大值;将系统投入运行..逐渐减小P ;加干扰观察;直到出现等幅减振荡为止..记录此时的临界值Pm 和Tm.. 根据Pm 和Tm;按经验公式计算出控制器的参数整定值..1.在闭环控制系统里;将控制器置于纯比例作用下i T = ∞;T =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cr δ;相邻两个波峰间的时间间隔;称为临界振荡周期T .. 据此确定控制器参数..3.根据cr δ和crT 值;采用经验公式;计算出调节器各个参数..Ⅱ、衰减曲线法也属于闭环整定方法;但不需要寻找等幅振荡状态;只需寻找最佳衰减振荡状态即可..1把调节器设成比例作用Ti=∞;Td=0置于较大比例度;投入自动运行..2在稳定状态下;阶跃改变给定值通常以5%为宜;观察调节过程曲线..3适当改变比例度;重复上述实验;到出现满意的衰减曲线为止..记下此时的比例度Ps及周期Ts..n=10:1时;记P’s及TsⅣ响应曲线法属于开环整定方法..以被控对象控制通道的阶跃响应为依据;通过经验公式求取调节器的最佳参数整定值..方法：不加控制作用;作控制通道特性曲线..根据实验所得响应曲线;找出广义对象的特性参数K0、T0、τ0;Ⅴ经验法凭经验凑试.. 其关键是“看曲线;调参数”..在闭环的控制系统中;凭经验先将控制器参数放在一个数值上;通过改变给定值施加干扰;在记录仪上观察过渡过程曲线;根据P、 TI 、TD对过渡过程的影响为指导;对比例度P 、积分时间TI和微分时间TD逐个整定;直到获得满意的曲线为止..经验法的方法简单;但必须清楚控制器参数变化对过渡过程曲线的影响关系..在缺乏实际经验或过渡过程本身较慢时;往往较为费时..串级控制系统：系统有两个闭合回路;形成内外环..主变量是工艺要求控制的变量;副变量是为了更好地控制主变量而选用的辅助变量..主定值、副随动控制系统调节器是串联工作的;主调节器的输出作为副调节器的给定值..系统通过副调节器输出控制执行器动作;实现对主参数的定值控制.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..建立串级控制数学模型;1．主回路设计:主回路设计与单回路控制系统一样2．副回路的选择:副回路设计中;最重要的是选择副回路的被控参数串级系统的副参数..副参数的选择一般应遵循下面几个原则：①主、副变量有对应关系②副参数的选择必须使副回路包含变化剧烈的主要干扰;并尽可能多包含一些干扰③副参数的选择应考虑主、副回路中控制过程的时间常数的匹配;以防“共振”的发生④应注意工艺上的合理性和经济性3．主、副调节器调节规律的选择:在串级系统中;主参数是系统控制任务;副参数辅助变量..这是选择调节规律的基本出发点..主参数是生产工艺的主要控制指标;工艺上要求比较严格..所以;主调节器通常选用PI调节;或PID调节..控制副参数是为了提高主参数的控制质量;对副参数的要求一般不严格;允许有静差..因此;副调节器一般选P调节就可以了.. 4．主、副调节器正、反作用方式的确定:对串级控制系统来说;主、副调节器正、反作用方式的选择原则依然是使系统构成负反馈..选择时的顺序是：1、根据工艺安全或节能要求确定调节阀的正、反作用；2、按照副回路构成负反馈的原则确定副调节器的正、反作用；3、依据主回路构成负反馈的原则;确定主调节器的正、反作用..过程控制：指根据工业生产过程的特点;采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具;应用控制理论..设计工业生产过程控制系统;实现工业生产过程自动化..压力容器1应选择气关式..因为在气源压力中断时;调节阀可以自动打开;以使容器内压力不至于过高而出事故..2 调节阀应选择气关式;则压力控制器PC应为反作用..当检测到压力增加时;控制器应减小输出;则调节阀开大;使容器内压力稳定..或：当检测到压力减小时;控制器应增大输出;则调节阀开小;使容器内压力稳定..如图所示的锅炉汽包液位控制系统;为保证锅炉不被烧干：1应选择气关式..因为在气源压力中断时;调节阀可以自动打开;以保证锅炉不被烧干..2 调节阀应选择气关式;则液位控制器LC应为正作用..当检测到液位增加时;控制器应加大输出;则调节阀关小;使汽包液位稳定..或：当检测到液位减小时;控制器应减小输出;则调节阀开大;使汽包液位稳定..。

过程仪表复习资料

一、填空题（每空1分，共30分）1、过程控制的特点有系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成、被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计、控制方案丰富多彩，控制要求越来越高、控制过程大多属于满变过程与参量控制、定值控制是过程控制的主要形式。

2、建立过程数学模型的途径有解析法、实验辨识发、解析法与实验辨识相结合3、过程控制的五大参数是温度、压力、流量、液位、成分4、DDZ-Ⅲ型调节器输入电路的主要作用是形成偏差输入信号、电平移动5、调节阀的三种典型固有理想流量特性是直线型、等百分比（对数）型、快开型。

6、调节器参数的工程整定方法有经验法、临界比例度法、衰减曲线法。

7、在工业中测量温度最常用的两种传感器是热电阻、热电偶。

8、DDZ-Ⅲ型力平衡差压变送器的结构包括测量部分、杠杆系统、位移检测放大器、电磁反馈机构.9、差压式流量计常用的节流装置有孔板、喷嘴、文都利管.10、工业生产对过程控制的要求最终可以归纳为安全性、经济性、稳定性11、检测误差若按检测数据中呈现的规律可分为系统误差、随机误差、粗大误差12、热电偶温度仪是基于热电效应原理制成的，热电阻的测温原理是以热阻效应为基础。

13、温度变送器的特点有采用了线性集成运算放大电路、采用了通用模块与专用模块相结合的设计方法、采用了线性化电路、采用了统一的24V DC 集中供电、采用了安全火花防暴措施。

14、调节器基本的连续调节规律有比例（P ）、积分（I ）、微分（D ）。

15、在用红外式检测仪进行检测时，待测气体需要满足的条件待测气体必须存在红外吸收峰、待测气体与混合气体中其他气体无化学反应、若混合气体中有干扰组分，则先进行预处理、保证kcl ﹤1。

16、执行器按照工作能源可分为液动（液压）执行器、气动执行器、电动执行器。

二、分析与问答（每题10分，共20分）1、图2-1为换热器的示意图，加热蒸汽通过换热器中的排管把热量传给排管内流动的被加热物料，物料的出口温度用蒸汽来调节。

过程控制及自动化仪表-复习重点知识点

1, 测量温度的方法：接触式，非接触式。

2, 热电偶：当两种不同导体货半导体连接成闭合回路时，若两个节点温度不同，回路中就会出现热电动势并产生电流。

3, 第三导体定律：除热电偶A, B两种导体外，又插入第三种导体C组合成闭合回路，只要插入的第三种导体的两个接点温度相等，它的接入对回路毫无影响。

4, 测量某一点压力及大气压力之差，当这点的压力高于大气压力时，此差值称为表压。

5, 利用弹性元件受压产生变形可以测量压力。

常用的弹性测压元件有：弹簧管（常用）, 水纹管及膜片三类。

6, 流量检测仪表：节流式流量计(在管道中放入肯定的节流元件，依据节流元件的推力或在节流元件前后形成的压差测量)分为：压差, 靶式, 转子流量计。

7, 热导式气体分析仪是一种物理式的气体分析仪。

依据不同气体具有不同的热传导实力这一特性，通过测定混合气体的导热系数，推算出其中某些成分含量。

（0度时H2为7.150，He为7.150）8, 调整器的作用：把测量值和给定值进行比较，依据偏差大小，按肯定的调整规律产生输出信号，推动执行器，对生产过程进行自动调整。

9, 调整规律：他的输出量及输入量（偏差信号）之间具有什么样的函数关系。

10, 比例调整特点：对干扰有及时而有力的抑制作用，但存在静态误差，是一种静差调整。

11, 积分调整特点：能够消退静差，即当有偏差存在时积分输出将随时间变化，当偏差消逝时输出能保持在某一值上不变。

但动作过于缓慢，过渡过程时间长，易造成系统不稳定。

12, 微分调整器：能在偏差信号出现或变化瞬间，马上依据变化趋势，产生调整作用，是偏差尽快的消退于萌芽状态之中。

但对静态片差毫无抑制实力，不能单独运用。

13, 在PID三作用调整器中，微分作用主要爱用来加快系统动作速度，削减超调，克服震荡。

积分作用主要用来消退静态误差。

将比例, 积分, 微分三种调整规律结合在一起，即可达到快速灵敏，又可达到平稳精确，只要协作得当便可得到满足的调整效果。

过程控制及仪表期末复习题

过程控制及仪表期末复习题过程控制及仪表期末复习题过程控制及仪表是工程领域中一个重要的学科，它涉及到工业生产过程中的监控、调节和控制。

在工业生产中，过程控制及仪表的应用可以提高生产效率、降低能耗、保证产品质量等。

在期末复习中，我们可以通过一些典型的问题来加深对这一学科的理解和掌握。

1. 什么是过程控制？它的基本原理是什么？过程控制是指对工业生产过程中各种参数进行监测、调节和控制，以实现生产过程的稳定和优化。

它的基本原理是通过传感器采集过程中的各种参数，将这些参数传递给控制器，然后控制器根据预设的目标值和控制算法，调节执行器来实现对过程的控制。

2. 什么是PID控制器？它的工作原理是什么？PID控制器是过程控制中常用的一种控制器，它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。

PID控制器的工作原理是通过比较实际值和目标值的差异，计算出一个控制量，然后通过调节执行器来实现对过程的控制。

其中，比例部分根据差异的大小来产生控制量，积分部分根据差异的累积来产生控制量，微分部分根据差异的变化率来产生控制量。

3. 什么是反馈控制？它与前馈控制有何区别？反馈控制是指根据过程的实际反馈信息来调节控制量，以实现对过程的控制。

它通过比较实际值和目标值的差异来产生控制量，具有较好的稳定性和适应性。

而前馈控制是指根据预测的未来情况来调节控制量，以提前对过程进行调节。

前馈控制可以提高系统的动态响应速度，但对于扰动的抑制能力较弱。

4. 什么是传感器？常见的传感器有哪些？传感器是过程控制中用于采集过程参数的装置，它可以将物理量转换为电信号。

常见的传感器有温度传感器、压力传感器、流量传感器、液位传感器等。

温度传感器用于测量温度，压力传感器用于测量压力，流量传感器用于测量流体的流量，液位传感器用于测量液体的高度。

5. 什么是仪表？常见的仪表有哪些？仪表是过程控制中用于显示和记录过程参数的装置，它可以直观地反映过程的状态和变化。

过程控制与自动化仪表复习

1.过程控制概念：采用模拟或数字控制方法对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制通称为过程控制。

2•过程控制系统发展阶段：①基于仪表的局部自动化阶段②基于仪表/计算机综合自动化阶段③基于网络的全盘自动化阶段。

3. 过程控制系统的基本组成：被控过程，自动化仪表。

4. 过程控制系统一般是指：工业生产过程中自动控制系统的被控变量为温度、压力、流量、液位、成分等过程参数。

5•过程控制系统的分类：①结构分类：反馈控制系统，前馈控制系统，前馈-反馈复合控制系统②定值分类：定值，随动，顺序控制系统。

6.过程控制系统的性能指标：稳定性，快速性，准确性。

7•过程控制系统的单项性能指标：①衰减比：两个相邻的同向波峰之比n=B1/B2，衰减比在4:1到10:1 的范围内。

②最大动态偏差和超调量：最大动态偏差是指设定值阶跃响应中,系统过渡过程的第一个峰值超出稳态值的幅度，即最大振幅与最终稳态值之和的绝对值。

超调量：最大动态偏差占被控量稳态值的百分比。

③残余偏差：残余偏差是系统的最终稳态偏差，即过渡过程结束时新稳态值与给定值之差。

④调节时间、峰值时间和振荡频率：调节时间从干扰开始到被控量进入新稳态值的土5%所需的时间ts,峰值时间是从干扰开始到被控量达到最大值所需的时间tp。

愈短愈好。

在同样的振荡频率下，衰减比越大，则调节时间越短。

而在同衰减比下，振荡频率越高,则调节时间越短。

8•自动化仪表的分类：安装场地（现场类，控制室类），能源形式（液动，气动，电动），信号类型（模拟式,数字式） ,结构形式（基地式,单元组合式,组装式,集中/分散式）。

9•模拟仪表的信号4〜20mA直流电流信号或1〜5V的直流电压信号。

10. 引用误差：它是相对仪表满量程的一种误差。

11. 检查误差的规律性：①系统误差：对同一被测参数进行多次重复测量时，按一定规律出现的误差②随机误差：对同一被测参数进行多次重复测量时，误差绝对值的大小和符号不可预知的随机变化，但就总体而言具有一定的统计规律性的误差③粗大误差：由于测量者疏忽大意或环境条件的突然变化引起的显著偏离实际值的误差。

过程控制系统与仪表

一、简答题1、控制系统具有哪些特点？答：（1）控制对象复杂、控制要求多样；（2）控制方案丰富；（3）控制多属慢过程参数控制；（4）定值控制是过程控制的一种主要控制形式；（5）过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成。

2、为什么常采用阶跃信号作为输入？答：对于一个稳定的控制系统（所有正常工作的反馈控制系统都是稳定系统），要求分析其稳定性、准确性和快速性，就需要对系统的过渡过程进行分析研究。

为了简化分析，在保证系统安全的条件下，只对一些典型的扰动形式引起的过渡过程进行分析，其中最常用的是阶跃输入。

阶跃输入形式简单、容易产生，便于分析、计算和进行试验。

3、什么是零点迁移？什么情况下零点迁移？答：（1）抵消固定压差实现零点对齐的措施称为“零点迁移”。

（2）零点迁移其实质是改变测量仪表的零点，同事改变了测量范围的上、下限。

如果固定压差为负则需负迁移，如果固定压差为正则需正迁移。

4、控制仪表的发展有哪些阶段？答：第一阶段为基地式控制仪表；第二阶段为单元组合式控制仪表；第三阶段为以微处理器为中心的控制仪表。

5、基本控制规律是什么？有哪些基本控制？各自有什么特点？为什么积分控制、微分控制不能单独使用？答：（1）基本控制规律是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。

（2）比例控制（P）、比例积分控制（PI）、比例微分控制。

（3）①控制器的比例度P越小，它的放大倍数Kp越大，它将偏差放大的能力越强、控制力也越强，反之亦然；存在余差是比例控制的缺点。

②积分时间T I越小，积分作用越强，反之积分之间T I越弱；积分控制器组成控制系统可以达到无余差。

③T D为微分时间常数，T D越大，微分作用越强，T D等于零时，微分作用消失；微分的特点是能起到超前控制的作用。

（4）①积分作用输出信号的变化速度与偏差e及1/T I成正比，但其控制作用是随着时间累计才逐渐增强的，控制动作缓慢，控制不及时，因此积分作用一般不单独使用，常常把比例与积分组合使用。

过程控制仪器复习

1、控制系统每个部分的组成和作用➢被控对象－需要调节其工艺参数的生产设备。

➢变送器－把工艺参数转换成标准统一信号的装置。

➢控制器－将来自变送器的测量值与给定信号相比较后产生的偏差信号, 按照预先设定好的控制规律进行运算后，输出一个控制信号去执行器。

➢执行器－把控制器的输出信号转换成直线位移或角位移，以控制阀门的开度。

2及现场总线控制系统。

3、联络信号的定义及类型联络信号是指在成套仪表系列中，仪表之间采用的传输信号的类型和数值。

4、安全防爆例如EXiaIICT5表示II类本质安全型ia等级C级T5组。

防爆电气设备分为两大类：Ⅰ类：Ⅱ类：Ⅱ类电气设备可进一步分为ⅡA、ⅡB、ⅡC三级。

隔爆型(d)、本质安全型(ia和ib)、增安型(e)、正压型(p)、充油型(o)、充砂型(q)、浇封型(m)和无火花型(n)。

5、本安型仪表本安仪表的全部电路均为本质安全电路，电压和电流被限制在允许的范围内，保证仪表产生的电火花和热效应不致于引爆其周围爆炸性气体混合物。

本安防爆系统应满足的两个条件：υ在危险场所使用本安防爆仪表υ控制室仪表和危险场所仪表之间设置安全栅6、安全栅的类型齐纳式安全栅、隔离式安全栅7、信号制气动仪表的信号的信号标准1~5v、4~20mA8、控制器的定义在自动化控制系统中起控制作用。

它将来自变送器的测量信号与给定值相减以得到偏差信号，然后对偏差信号按一定的控制规律进行运算，运算结果为控制信号，输出至执行器。

比例作用比例控制作用及时迅速只具有比例控制规律的控制系统，当被控变量受扰动影响而偏离给定值后，控制器的输出必定要发生变化。

而在系统达到新的稳态以后，为了克服扰动的影响，控制器的输出不是原来的数值。

由于控制器的输出与偏差成比例关系，被控变量也就不可能回到原来的数值上，即存在残余偏差——余差积分作用虽然在很短的时间内，积分作用的输出变化很小，还不足以消除偏差，然而经过一段时间，积分作用的输出总可以增大到足以消除偏差的程度。