过程控制工程试卷一标准答案
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八．下图所示为一热交换器，使用热水与蒸汽对物料进行加热。工艺要求出口物料的温度保持恒 定。为节省能源，尽量利用工艺过程中的废热，所以只是在热水不足以使物料温度达到规定值时，
3
才利用蒸汽予以补充。试根据以上要求： （1）设计一个控制系统，画出系统的原理图。 （2）物料不允许过热，否则易分解，请确定控制阀的开关型式。 （3）确定蒸汽阀与热水阀的工作信号段，并画出其分程特性图。 （4）确定控制器的正、反作用。（12 分）
(3)测量的动态误差。
（2 分）
4．写出具有自衡的非振荡过程的一阶和二阶工业过程动态特性数学模型。
答：具有时滞的一阶环节： G(s) = K e−sτ
Ts +1
具有时滞的二阶非振荡环节： G(s) =
K
e − sτ
(T1s +1)(T2s +1)
5．简述加热炉常用的串级控制方案有哪些？
（3 分） （3 分）
5. 答案：D
三．判断题（每题 2 分，共 10 分）
1. 答案：√
2. 答案：√
3. 答案：√
4. 答案：×
5. 答案：×
四．简答题（每题 6 分，共 30 分） 1．离心泵有哪几种控制方案？
答：（1）直接节流法
（2 分）
（2）旁路法
（2 分）
（3）调速法
（2 分）
2．系统的操纵变量应如何选择？
答:（1）选择对选定的被控变量影响比较大的输入变量。
过程控制工程试卷一标准答案
一．填空题(每空 1 分，共 10 分)
1. 比例（P）
2. 开环、单闭环、双闭环
3. 外反馈法
4. 锅炉汽包水位的控制
5. 临界比例度，衰减振荡，响应曲线
6. 生产的安全性
二．单项选择题（每题 2 分，共 10 分）
1. 答案：D
2. 答案：D
3. 答案：C
4. 答案：B
(1.5 分)
（2）选择输入变量对被控变量作用比较快的。
(1.5 分)
（3）选择输入变量中变化范围比较大(这样可使被控变量比较容易控制)。(1.5 分)
（4）选择使τ 0 Τ 0 尽量减小。
3.工程上引起测量误差的原因是什么?
1
(1.5 分)
答:(1)仪表本身的误差。
（2 分）
(2)安装不当引入的误差。 （2 分）
答：（1）炉出口温度与炉膛温度的串级控制；
(1.5 分)
（2）炉出口温度与燃料油阀后压力的串级控制；
(1.5 分)
（3）炉出口温度与燃料油流量的串级控制；
(1.5 分)
（4）采用压力平衡式控制阀的控制。
(1.5 分)
五．在某生产中，需求参与反应的甲、乙两种物料保持一定比值。若已知正常操作时，甲流量
q1=7m3/h ，乙流量q2=250L/h。两个流量均采用孔板测量并配用开方器，甲流量的测量范围为 0～ 10m3/h，乙流量的测量范围为 0～300L/h。根据要求设计保持q2/q1比值的控制系统，试求采用DDZⅢ型仪表组成系统时的比值系数K。（10 分）
答：根据工艺指标，应选甲流量q1为主流量，乙流量q2为副流量。已知q1=7m3/h，q2=250L/h，q1max=10m3/h， q2max=300L/h （2 分） 实际流量与其测量信号为线性关系，则仪表比值系数：
k = q2 = 250 *10−3 = 0.0357 q1 7
（4 分）
K = k q1max = 0.0357 * 10 *103 = 1.19
q2 Βιβλιοθήκη Baiduax
300
（4 分）
六．如图所示为一典型精馏塔的流程图，试设计一个按提馏段质量指标精馏塔控制方案（画在题
的图上）。（10 分）
LD
L D
F T
LB Q
2 B
(此题答案不唯一）如图所示为其中的两种控制方案。只要符合设计要求即可给分。
七．如图是以燃料气为燃料的加热炉安全联锁保护控制系统工艺流程，试分析本系统是由哪几部 分组成？并叙述各部分的工作原理。（8 分）
4
（1）原理图
（3 分）
（2）调节阀的气开、气关方式
为保证安全，热交换器内的温度不能过高，热水控制阀A应选择气开阀，蒸汽控制阀B应选择气开阀。（3 分）
（3）A、B 阀分程特性：
（3 分）
（4）控制器的正反作用 当温度测量信号增加时， 应减小热水水量，由于热水控制阀A为气开阀，因此，阀的输入应减小，也就是 温度调节器的输出信号应减小，所以，温度控制器为反作用。（3 分）
答：4 部分 （1）炉出口温度与控制阀阀后压力的选择性控制系统。正常时，TC 工作；扰动时，压力过高达到安全极限，PC 通过 LS（低选器）取代 TC 工作。（2 分） （2）燃料气流量过低联锁报警系统。当燃料气流量低到一定极限时，GL1 联锁工作，使三通电磁阀线圈失电， 切断燃料气阀，防止回火造成事故。（2 分） （3）工艺介质低流量联锁报警系统 GL2。当工艺介质低流量过低或中断时，GL2 工作切断燃料气控制阀，停止 燃料气供应。（2 分） （4）火焰检测器开关 BS。当火焰熄灭时，BS 工作，切断燃料气控制阀，停止燃料气供应以防止混合气爆炸。 （2 分）
3
才利用蒸汽予以补充。试根据以上要求： （1）设计一个控制系统，画出系统的原理图。 （2）物料不允许过热，否则易分解，请确定控制阀的开关型式。 （3）确定蒸汽阀与热水阀的工作信号段，并画出其分程特性图。 （4）确定控制器的正、反作用。（12 分）
(3)测量的动态误差。
（2 分）
4．写出具有自衡的非振荡过程的一阶和二阶工业过程动态特性数学模型。
答：具有时滞的一阶环节： G(s) = K e−sτ
Ts +1
具有时滞的二阶非振荡环节： G(s) =
K
e − sτ
(T1s +1)(T2s +1)
5．简述加热炉常用的串级控制方案有哪些？
（3 分） （3 分）
5. 答案：D
三．判断题（每题 2 分，共 10 分）
1. 答案：√
2. 答案：√
3. 答案：√
4. 答案：×
5. 答案：×
四．简答题（每题 6 分，共 30 分） 1．离心泵有哪几种控制方案？
答：（1）直接节流法
（2 分）
（2）旁路法
（2 分）
（3）调速法
（2 分）
2．系统的操纵变量应如何选择？
答:（1）选择对选定的被控变量影响比较大的输入变量。
过程控制工程试卷一标准答案
一．填空题(每空 1 分，共 10 分)
1. 比例（P）
2. 开环、单闭环、双闭环
3. 外反馈法
4. 锅炉汽包水位的控制
5. 临界比例度，衰减振荡，响应曲线
6. 生产的安全性
二．单项选择题（每题 2 分，共 10 分）
1. 答案：D
2. 答案：D
3. 答案：C
4. 答案：B
(1.5 分)
（2）选择输入变量对被控变量作用比较快的。
(1.5 分)
（3）选择输入变量中变化范围比较大(这样可使被控变量比较容易控制)。(1.5 分)
（4）选择使τ 0 Τ 0 尽量减小。
3.工程上引起测量误差的原因是什么?
1
(1.5 分)
答:(1)仪表本身的误差。
（2 分）
(2)安装不当引入的误差。 （2 分）
答：（1）炉出口温度与炉膛温度的串级控制；
(1.5 分)
（2）炉出口温度与燃料油阀后压力的串级控制；
(1.5 分)
（3）炉出口温度与燃料油流量的串级控制；
(1.5 分)
（4）采用压力平衡式控制阀的控制。
(1.5 分)
五．在某生产中，需求参与反应的甲、乙两种物料保持一定比值。若已知正常操作时，甲流量
q1=7m3/h ，乙流量q2=250L/h。两个流量均采用孔板测量并配用开方器，甲流量的测量范围为 0～ 10m3/h，乙流量的测量范围为 0～300L/h。根据要求设计保持q2/q1比值的控制系统，试求采用DDZⅢ型仪表组成系统时的比值系数K。（10 分）
答：根据工艺指标，应选甲流量q1为主流量，乙流量q2为副流量。已知q1=7m3/h，q2=250L/h，q1max=10m3/h， q2max=300L/h （2 分） 实际流量与其测量信号为线性关系，则仪表比值系数：
k = q2 = 250 *10−3 = 0.0357 q1 7
（4 分）
K = k q1max = 0.0357 * 10 *103 = 1.19
q2 Βιβλιοθήκη Baiduax
300
（4 分）
六．如图所示为一典型精馏塔的流程图，试设计一个按提馏段质量指标精馏塔控制方案（画在题
的图上）。（10 分）
LD
L D
F T
LB Q
2 B
(此题答案不唯一）如图所示为其中的两种控制方案。只要符合设计要求即可给分。
七．如图是以燃料气为燃料的加热炉安全联锁保护控制系统工艺流程，试分析本系统是由哪几部 分组成？并叙述各部分的工作原理。（8 分）
4
（1）原理图
（3 分）
（2）调节阀的气开、气关方式
为保证安全，热交换器内的温度不能过高，热水控制阀A应选择气开阀，蒸汽控制阀B应选择气开阀。（3 分）
（3）A、B 阀分程特性：
（3 分）
（4）控制器的正反作用 当温度测量信号增加时， 应减小热水水量，由于热水控制阀A为气开阀，因此，阀的输入应减小，也就是 温度调节器的输出信号应减小，所以，温度控制器为反作用。（3 分）
答：4 部分 （1）炉出口温度与控制阀阀后压力的选择性控制系统。正常时，TC 工作；扰动时，压力过高达到安全极限，PC 通过 LS（低选器）取代 TC 工作。（2 分） （2）燃料气流量过低联锁报警系统。当燃料气流量低到一定极限时，GL1 联锁工作，使三通电磁阀线圈失电， 切断燃料气阀，防止回火造成事故。（2 分） （3）工艺介质低流量联锁报警系统 GL2。当工艺介质低流量过低或中断时，GL2 工作切断燃料气控制阀，停止 燃料气供应。（2 分） （4）火焰检测器开关 BS。当火焰熄灭时，BS 工作，切断燃料气控制阀，停止燃料气供应以防止混合气爆炸。 （2 分）