过程装备及控制技术
目录
第一章概述 (2)
一、毕业设计的目的、内容和进行方式 (2)
二、毕业设计的一般过程 (2)
三、毕业设计中应正确对待的几个问题 (3)
第二章课题的设计过程 (4)
一、液氨储罐设计过程 (4)
二、搅拌反应釜设计过程 (4)
三、自选课题设计过程 (4)
第三章设计的准备工作、选择容器的型式和材料 (5)
第四章设计液氨储罐 (7)
第五章设计搅拌反应釜 (11)
第六章绘制装配图 (15)
第七章编写计算说明书 (18)
第八章毕业设计的答辩 (20)
附录 (21)
过程装备控制技术和应用
一、一、填空题（25分） 1、1、工业生产对过程装备的基本要求是（）、（）和（） 等。 2、2、压差式流量计的核心部件是（），常见的节流装置有（）、 （）和（）等。 3、3、液位是指（），常用的液位计有（）、（）、（）等。 4、4、在PID调节器中，需要整定的参数为（）、（）和（）。 5、5、调节阀的选型主要包括（）、（）、（）和（）等 内容。 6、6、计算机在过程控制中的应用类型一般可分为（）、（）、 （）、（）等几种类型。 7、7、PLC的程序表达方式常采用（）、（）和（）等方法。 二、二、判断改正题（10分） 1、1、一单纯比例控制的液位对象，只要比例度选择的合适，系统就能跟踪 并最终稳定到设定值。( ) 2、2、自动调节系统中，滞后的存在总不利于调节的。（） 3、3、时间常数越大，表示对象受干扰作用后，到达新稳态值所需的时间越 短。（） 4、4、控制系统中直接产生控制作用的是控制信号。（） 5、5、串联管路中，随S值下降，调节阀的等百分比流量特性畸变趋近于直 线特性。 三、三、简答题（20分） 1、1、何为调节器参数的工程整定法，并简述临界比例度法进行参数整定的 过程。 2、2、试简要分析计算机控制系统与常规模拟控制系统的异同点。 3、3、试简要分析本质安全防爆系统的防爆原理。 4、4、何为单容液位对象的自衡作用，并简要分析产生自衡作用的原因。 四、四、分析计算题（45分） 1、1、如图为一简单水槽液位控制系统，要求：（10分） （1）（1）画出本控制系统方框图。 （2）（2）系统被控变量、控制变量和检测变送环节各是什么？ （3）（3）系统调节机构的输入、输出量各是什么，属哪种调节规律，并推导出调节规律的数学表达式。
过程装备控制技术及应用答案
过程装备控制技术及应用试题 一、选择题（每题2分，共20分） 1、闭环控制系统是根据信号进行控制的。 A、被控量 B、偏差 C、扰动 D、给定值 2、 DDZ-皿型仪表采用国际标准信号，现场传输信号是（4?20mADC ），控制联络信号为1?5VDC。 （A）0 ?10mADC ; （B）4 ?20mADC ; （C）1 ?5VDC ; （D）1 ?10VDC。 3、对于PID调节器（I的作用是消除静态偏差、D的作用是减小动态偏差）。 （A）I的作用是减小动态偏差、D的作用是消除静态偏差；（B）l的作用是消除静态偏差、D的作用是消除动态偏差；（C）l的作用是消除动态偏差、D的作用是减小静态偏差；（D）l的作用是消除静态偏差、D的作用是减小动态偏差。 4、因为（微分动作）对于干扰的反应是很灵敏的。因此，它常用于温度的调节，一般不能用于压力、流量、液位的调节。 （A）比例动作；（B）积分动作；（C）微分动作；（D）比例积分。 5、调节系统中用临界比例带法整定参数的具体方法是（先将Ti置最大，TD置最小，SP置较大）。 （A）先将Ti置最大，TD置最小，SP置较大；（B）先将Ti置最小，TD置最大，SP置较大；（C）先将Ti置最小，TD 置最小，SP置较小；（D）先将Ti置最小，TD置最小，SP置较大。 6、调节对象在动态特性测试中，应用最多的一种典型输入信号是（阶跃函数）。 （A）阶跃函数；（B）加速度函数；（C）正弦函数；（D）指数函数。 7、霍尔压力变送器是利用霍尔效应把压力作用下的弹性元件位移信号转换成（电动势）信号，来反应压力的变化。 （A）电流；（B）相位；（C）电动势；（D）以上都是 8、要使PID调节器为比例规律，其积分时间Ti和微分时间TD应设置为（^、0 ）。 （A）g 汽（B）g 0 ；（C）0、0；（D）0、g 9、动态偏差是指调节过程中（被调量与给定值）之间的最大偏差。 （A）被调量与调节量；（B）调节量与给定值；（C）被调量与给定值；（D）以上都不是 10、需要知道对象的动态特性，才能进行参数整定的工程方法是____________ 。 A、临界比例带法 B、衰减曲线法 C、响应曲线法 D、广义频率法 二、填空题（每空2分，共30分） 1、工业生产对过程装备的基本要求是________________ 、_____________ 、__________ （安全性；经济性；稳定 性）等 2、在阶跃干扰作用下，自动控制系统的过度过程有哪几种基本形 式_____________ 、_____________ 、__________ 、 __________ 。①发散振荡过程② 等幅振荡过程③衰减 振荡过程④非振荡的单调过程
过程装备控制技术及应用课后习题答案)
1. 过程装备的三项基本要求过程装备的三项基本要求：安全性、经济性和稳定性. A.安全性:指整个生产过程中确保人身和设备的安全 B.经济性:指在生产同样质量和数量产品所消耗的能量和原材料最少，也就是要求生产成本低而效率高 C.稳定性:指系统应具有抵抗外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力. 2. 过程装备控制的主要参数：温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等. 3. 流程工业四大参数：温度、压力、流量、液位（或物位） 4. 控制系统的组成控制系统的组成:(1)被控对象 (2)测量元件和变送器 (3)调节器 (4)执行器 5. 控制系统各参量及其作用:1.被控变量 y 指需要控制的工艺参数，它是被控对象的输出信号 2.给定值（或设定值) ys 对应于生产过程中被控变量的期望值 3.测量值 ym 由检测元件得到的被控变量的实际值 4.操纵变量（或控制变量）m 受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，它是调节阀的输出信号 5.干扰（或外界扰动）f 引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素 6.偏差信号 e 在理论上应该是被控变量的实际值与给定值之差 7.控制信号u 控制器将偏差按一定规律计算得到的量。 6. 控制系统的分类（1）控制系统的分类：按给定值 a 定值控制系统；随动控制系统；程序控制系统（2） b c 按输出信号的影响 a 闭环控制；b 开环控制（3）按系统克服干扰的方式 a 反馈控制系统；b 前馈控制系统；c 前馈-反馈控制系统 7. 控制系统过度过程定义：从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值时起，调节器开始发挥作用，使被控变量回复到给定值附近范围内，然而这一回复并不是瞬间完成的，而是要经历一个过程，这个过程就是控制系统的过渡过程。 8. 阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点（1）发散振荡过程：这是一种不稳定的阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点：过渡过程，因此要尽量避免（2）等幅振荡过程：被控变量在某稳定值附近振荡，而振荡幅度恒定不变，这意味着系统在受到阶跃干扰作用后，就不能再稳定下来，一般不采用（3）衰减振荡过程：被控变量在稳定值附近上下波动，经过两三个周期就稳定下来，这是一种稳定的过渡过程（4）非振荡的过渡过程：是一个稳定的过渡过程，但与衰减振荡相比，其回复到平衡状态的速度慢，时间长，一般不采用。 9. 评价控制系统的性能指标（1）以阶跃响应曲线形式表示的质量指标: A.最大偏差 A（或评价控制系统的性能指标：超调量σ） B.衰减比 n C. 过渡时间 ts D.余差 e E.振荡周期 T （2）偏差积分性能指标: A.平方误差积分指标（ISE） B.时间乘平方误差积分指标（ITSE）C.绝对误差积分指标（IAE） D.时间乘绝对误差积分指标（ITAE） 10. 被控对象特性的定义被控对象特性的定义：就是当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律（包括变化的大小，速度等）。 11. 连续生产过程所遵守的两个最基本的关系：物料平衡和能量平衡。即静态条件下，单位时间流入对象的物料（或能量）等于从系统中流出的物料（或能量）；动态条件下，单位时间流入对象的物料（或能量）与从系统中流出的物料（或能量）之差等于系统内物料（或能量）存储量的变化率。 12. 有自衡作用和无自衡作用单容液位对象的区别有自衡作用和无自衡作用单容液位对象的区别：A.自衡特性有利于控制，在某些情况下，使用简单的控制系统就能得到良好的控制质量，甚至有时可以不用设置控制系统。B.无自衡特性被控对象在受到扰动作用后不能重新恢复平衡，因此控制要求较高。对这类被控对象除必须施加控制外，还常常设有自动报警系统。 13. 一阶被控对象一阶被控对象：它是一个一阶常系数微分方程，具有该特性的被控对象叫一阶被控对象. 14. 描述被控对象特性的参数及其对对象控制质量的影响（1）放大系数 K 对控制通道，K 描述被控对象特性的参数及其对对象控制质量的影响：值大，控制灵敏，但被控变量不易控制，系统不稳定；对干扰通道，K 值越小，相同干扰产生的作用越小，利于控制。（2）时间常数 T 不同通道,时间常数对系统的影响：对控制通道，若时间常数 T 大，则被控变量的变化比较缓和，一般来讲，这种对象比较稳定，容易控制，但缺点是控制过于缓慢；若时间常数 T 小，则被控变量的速度变化快，不易控制。因此，时间常数太大或太小，对过程控制都不利；对干扰通道，时间常数大有明显的好处，使干扰对系统的影响变得比较缓和，被控变量的变化平稳，对象容易控制。（3）滞后时间不同通道、不同滞后对控制性能的影响：对控制通道，滞后的存在不利于控制；对于干扰通道，作用不一，纯滞后是只是推迟了干扰作用的时间，因此对控制质量没有影响；容量滞后则可以缓和干扰对被控对象的影响，因而对控制系统是有利的。 15. 单回路控制系统参数选择的原则（1）被控变量的选择基本原则；被控变量信号最好是单回路控制系统参数选择的原则：能够直接测量获得，并且测量和变送环节的滞后也要比较小。若被控变量信号无法直接获取，可选择与之有单值函数关系的间接参数作为被控变量。被控变量必须是独立变量。变量的数目一般可以用物理化学中的相律关系来确定。被控变量必须考虑工艺合理性，以及目前仪表的现状能否满足要求。（2）操纵变量的选择；使被控对象控制通道的放大系数较大，时间常数较小，纯滞后时间越小越好；使被控对象干扰通道的放大系数尽可能小，时间常数越大越好。（3）检测变送环节：检测变送环节在控制系统中起着获取信息和传送信息的作用。①减小纯滞后的方法，正确选择安装检测点位置，使检测元件不要安装在死角或容易结焦的地方。当纯滞后时间太大时，就必须考虑使用复杂控制方案。②克服测量滞后的方法，一是对测量元件时间常数进行限定。尽量选用快速测量元件，以测量元件的时间常数为被控对象的时间常数的十分之一以下为宜；二是在测量元件后引入微分环节，达到超前补偿。在调节器中加入微分控制作用，使调节器在偏差产生的初期，根据偏差的变化趋势发出相应的控制信号。③减小信号传递滞后的方法，尽量缩短气压信号管线长度，一般不超过 300m；较长距离的传输尽量转换成电信号；在气压管线上加气动继电器，以增大输出功率；按实际情况尽量采用基地式仪表等。 16. 基本调节规律：A.断续调节：位式；B.连续调节：比例、积分、微分。 17. PID 调节器的参数整定：整定内容；调节器的比例度δ，积分时间 T1 和微分时间 TD。整定方法；①经验试凑法，②临界比例度法，③衰减曲线法。 18. 复杂控制系统的分类分类：①为提高响应曲线的性能指标而开发的控制系统； ②为某些特殊目的而开发的控制系统。 19. 串级控制系统的工作原理：串级控制系统由两套检测变送器，两个调节器，两个被控对象和一个调节阀组成，其中两个调节器串联起来工作，前一个调节器的输出作为后一个调节器的给定值，后一个调节器的输出才送往调节阀。串级控制系统与简单控制系统有一个显著的区别，它在结构上形成了两个闭环，一个闭环在里面，成为副环或副回路，在控制过程中起着“初调”的作用，一个闭环在外面，称为主环或主回路，用来完成“细调”任务，以保证被控变量满足工艺要求。 20. 串级控制系统的工作特点控制系统的工作特点：①能迅速克服进入副回路的干扰②能改善被控变量的特性，提高系统克服干扰的能力③主回路对副对象具有“鲁棒性”，提高了系统的控制精度。 21. 串级控制系统的适用对象：凡是可以利用上述特点之一来提高系统的控制品质的场合，都可以采用串级控制系统，特别是在被控对象的容量滞后大，干扰强，要求高的场合，采用串级控制可以获得明显的效果。 22. 主副回路的选择依据主副回路的选择依据：让主要干扰位于副回路。23. 前馈控制相较于反馈控制的特点：在反馈控制中，信号的传递形成了一个闭环系统，而在前馈控制中，则只有一个开环系统,闭环系统存在一个稳定性的问题，调节器参数的整定首先要考虑这个稳定性问题，但是，对于开环控制系统来讲，这个稳定性问题是不存在的，补偿的设计主要是考虑如何获得最好的补偿效果。在理想情况下，可以把补偿器设计到完全补偿的目的，即在所考虑的扰动作用下，被控变量始终保持不变，或者说兑现了“不变性”原理。 24. 前馈-反馈控制系统：在工程上往往将前馈与反馈结合起来应用，既发挥了前馈校正作用及时的优点，又保持了反馈控制能克服多种扰动及对被控变量最终检验的长处，是一种适合化工过程控制的控制方法。 25. 系统误差：指在相同条件下，多次测量同一被测量值的过程中出现的一种误差，它的绝对值和符号或者保持不变，或者在条件变化时按某一规律变化。 26. 随机误差:又称偶然误差，它是在相同条件下多次测量同一被测量值的过程中所出现的绝对值和符号以不可预计的方式变化的误差。 27. 粗大误差：明显的歪曲测量结果的误差称为粗大误差，这种误差时由于测量操作者的粗心，不正确的操作，实验条件的突变或实验状况尚未达到预想的要求而匆忙实验等原因所造成的。 28. 减小误差的方法：①标准法：预先测出系统误差，然后对测量值进行修正。由于修正值本身存在一定误差，因此这种方法只适用于工程测量，②零示法：测量误差与读数误差无关，主要取决于已知的标准量，但要求指示器灵敏度足够高，如电位差计（平衡式电桥）。③代替法：用已知量来代替被测量的测量方法。④交换法：将引起系统误差的某些条件相互交换以达到减小或消除误差的方法。（例如等臂天平称量物体时），此外还有对称法、微差法、比较法等。 29. 仪表的绝对误差：仪表指示值与被测变量真值之间的代数差. 30. 仪表的相对误差：测量的绝对误差与被测变量的约定真值（实际值）之比. 31. 仪表的引用误差：绝对误差与仪表的量程之比. 32. 仪表的精度等级：工业自动化仪表通常根据引用误差来评定其精确度等级，并规定用允许引用误差限去掉百分号后的数字来表示精度等级。如精度等级为 1.0 级的仪表其允许引用误差为 1.0%。精密等级值越低的仪表其精确度越高。 33. 流量的概念：流量是指单位时间内流过某一截面的流体数量的多少。 34. 流量计的分类：A 压差式流量计，B 转子式流量计、C 电磁式流量计 35. 压差式流量计的工作原理：当充满管道的流体流经节流装置时，流束收缩，流速提高，静压减小，在节流装置前后会产生了一定的压差。这个压差的大小与流量有关，根据它们之间的关系即可得到流量的大小。 36. 压差式流量计结构上的核心部件：核心部件是节流装置，包括节流元件，取压装置以及其前后管段。 37. 常见的节流装置分类：孔板，喷嘴，文都利管. 38. 液位的概念：液位是指液体介质液面的高低。 39. 液位计的分类：按工作原理可分为直读式、浮力式、静压式、电容式、光纤式、激光式、核辐射式。 40. 静压式液位计的工作原理：通过测量某点的压力或该点与另一参考点的压差来间接测量液位。 41. 变送器的作用:将测量元件的输出信号转换为一定的标准信号，送后续环节显示、记录或调节。 42. 变送器的分类：变送器按驱动能源不同的分类:气动变送器，电动变送器。 43. 气动变送器和电动变送器的区别：气动变送器是以压缩空气为驱动能源，电动变送器是以电力为能源。 44. 常用的标准信号：电压(1-5V DC)，电流(4-20mA)，气压(20-100kPa)信号。 45. 常见的气动元件和组件：1.气阻 2.气容 3.阻容耦合组件:(1)节流通室(2)节流盲室 4. 喷嘴-挡板机构 46. 安全火花的定义安全火花的定义：指该火花的能量不足以对其周围可燃介质构成点火源。 47. 自动化仪表的防爆结构类型及各自特点：①隔爆型，仪表的电路和接线端子全部置于隔爆壳体中，表壳的强度足够大，表壳接合面间隙足够深，最大的间隙宽度又足够窄，即使仪表因事故产生火花，也不会引起仪表外部的可燃性物质发生爆炸。②本质安全防爆型，防爆性能好，理论上适用于一切危险场所；安全性能不随时间而变化；可在线进行维修、调整。 48. 安全防爆系统的构成及工作原理：安装在危险场所中的本质安全电路及安装在非危险场所中的非本质安全电路。为了防止非本质安全电路中过大的能量传入危险场所中的本质安全电路中，在两者之间采用了防爆安全栅，使整个仪表系统具有本质安全防爆性能。 49. 执行器按工作能源的分类：气动执行器、电动执行器、液动执行器 50. 电动执行器的分类：1.按照输入位移的不同，电动执行机构可分为角行程（DKJ 型）和直行程（DKZ 型）；2.按照特性不同，电动执行机构可分为比例式和积分式。 51. 调节阀的理想流量特性：在调节阀前后压差一定的情况下的流量特性称为调节阀理想流量特性，根据阀芯形状不同，主要有直线，等百分比（对数），抛物线及快开四种理想流量特性。 52. 调节阀的工作流量特性：在实际使用调节阀时，由于调节阀串联在管路中或与旁路阀并联，因此阀前后的压差总在变化，这时的流量特性称为调节阀的工作流量特性。 53. 常见的流量特性分类及其使用特性：A.理想流量特性①直线流量特性，在流量小时，流量的变化值大，而流量大时，流量变化的相对值小。因此具有直线流量特性的调节阀不宜用于负荷变化较大的场合。②对数流量特性，适应能力强，在工业过程控制中应用广泛。③快开流量特性，主要用于迅速启闭的切断阀或双位调节系统。④抛物线流量特性，介于直线流量特性与等百分比流量特性之间。 B.工作流量特性①串联管道工作流量特性②并联管道工作流量特性. 54. 串联管道工作流量特性:系统的总压差ΔP 等于管路系统的压差ΔP1 与调节阀的压差Δ Pv 之和.系统管道的压差与通过的流量的平方成正比,若系统的总压差ΔP 不变,调节阀一旦动作, ΔP1 将随着流量的增大而增加,调节阀两端的压差ΔPv 则相应减少.以 S 表示调节阀全开时阀上的压差ΔPv 与系统总压差ΔP 之比,S=1 时，工作特性与理想特性一致；随着 s 值减小，管道阻力损失增加，实际可调比减小，流量特性发生畸变，由直线趋于快开，等百分比趋于直线。实际使用中，S 过大或过小都不合适，通常希望介于 0.3-0.5. 55. 调节阀选型内容：口径、型式、固有流量特性、材质. 56. 调节阀的可调比:调节阀能够控制的最大流量与最小流量之比,即R=qvmax/qvmin . qvmin 不等于阀的泄漏量, qvmin 指阀能控制的流量下限,一般为(2%--4%)qvmin,而阀的泄漏量指阀处于关闭状态下的泄漏量,一般小于0.1%C(C 为流量系数). 57. 进行电-气或气-电转换的原因:控制系统中调节执行单元品种繁多，电、气信号常混合使用，需进行电-气或气-电转换. 58. 电-气转换器及电-气阀门定位器：A.电-气转换器作用:将从电动变送器来的电信号变成气信号，送气动调节器或气动显示仪表。工作原理：力矩平衡原理 B.电-气阀门定位器作用：将电动调节器输出信号变成气信号去驱动气动调节阀主要功能：电气转换+气动阀门定位工作原理：力矩平衡原理. 59. 计算机控制系统的组成:计算机控制系统是由工业对象和工业控制计算机两大
过程装备控制技术习题及参考答案2资料
过程装备控制技术 习题及参考答案 第一章控制系统的基本概念 1.什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？ 答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含：①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。 2.自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？ 答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。 自动控制系统常用的术语有： 被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度； 给定值（或设定值）y s——对应于生产过程中被控变量的期望值； 测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值； 操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号； 干扰f——引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素； 偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m - y s 控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。 3.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？ 答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。 4.在自动控制系统中，什么是干扰作用？什么是控制作用？两者有什么关系？ 答：干扰作用是由干扰因素施加于被控对象并引起被控变量偏离给定值的作用；控制作用是由控制器或执行器作用于被控对象，通过改变操纵变量克服干扰作用，使被控变量保持
过程装备控制技术及应用复习重点
2013过程装备控制技术及应用考试重点 1、过程装备的三项基本要求过程装备的三项基本要求：安全性、经济性和稳定性。 A、安全性：指整个生产过程中确保人身和设备的安全。 B、经济性：指在生产同样质量和数量产品所消耗的能量和原材料最少，也就是要求生产成本低而效率高。 C、稳定性：指系统应具有抵抗外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力。 2、过程装备控制的主要参数：温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等。 3、流程工业四大参数：温度、压力、流量、液位（或物位）。 4、控制系统的组成：(1)被控对象(2)测量元件和变送器(3)调节器(4)执行器 5、控制系统各参量及其作用： 1、被控变量y 指需要控制的工艺参数，它是被控对象的输出信号。 2、给定值（或设定值) y s对应于生产过程中被控变量的期望值。 3、测量值y m由检测元件得到的被控变量的实际值。 4、操纵变量（或控制变量）m 受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，它是调节阀的输出信号。 5、干扰（或外界扰动）f 引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素 6、偏差信号e 在理论上应该是被控变量的实际值与给定值之差 7、控制信号u 控制器将偏差按一定规律计算得到的量。 6、控制系统的分类：（1）、控制系统的分类：按给定值a 定值控制系统；随动控制系统；程序：控制系统（2）、按输出信号的影响：a闭环控制；b开环控制（3）、按系统克服干扰的方式a反馈控制系统；b前馈控制系统；c前馈-反馈控制系统。 7、控制系统过度过程定义：从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值时起，调节器开始发挥作用，使被控变量回复到给定值附近范围内，然而这一回复并不是瞬间完成的，而是要经历一个过程，这个过程就是控制系统的过渡过程。 8、阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点：（1）发散振荡过程：这是一种不稳定的阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点：过渡过程，因此要尽量避免（2）等幅振荡过程：被控变量在某稳定值附近振荡，而振荡幅度恒定不变，这意味着系统在受到阶跃干扰作用后，就不能再稳定下来，一般不采用（3）衰减振荡过程：被控变量在稳定值附近上下波动，经过两三个周期就稳定下来，这是一种稳定的过渡过程（4）非振荡的过渡过程：是一个稳定的过渡过程，但与衰减振荡相比，其回复到平衡状态的速度慢，时间长，一般不采用。 9、评价控制系统的性能指标：（1）以阶跃响应曲线形式表示的质量指标：A、最大偏差A （或评价控制系统的性能指标：超调量σ）B、衰减比n C、过渡时间t s D、余差e E、振荡周期T （2）偏差积分性能指标：A、平方误差积分指标（ISE）B、时间乘平方误差积分指标（ITSE）C、绝对误差积分指标（IAE）D、时间乘绝对误差积分指标（ITAE）。 10、被控对象特性的定义：就是当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律（包括变化的大小，速度等）。 11、连续生产过程所遵守的两个最基本的关系：物料平衡和能量平衡。即静态条件下，单位时间流入对象的物料（或能量）等于从系统中流出的物料（或能量）；动态条件下，单位时间流入对象的物料（或能量）与从系统中流出的物料（或能量）之差等于系统内物料（或能量）存储量的变化率。 12、有自衡作用和无自衡作用的单容液位对象的区别：A、自衡特性有利于控制，在某些情况下，使用简单的控制系统就能得到良好的控制质量，甚至有时可以不用设置控制系统。 B、无自衡特性被控对象在受到扰动作用后不能重新恢复平衡，因此控制要求较高。对这类
过程装备控制技术及应用
过程装备控制技术及应用 一、课程概要 本课程是过程装备与控制工程专业的学科方向及核心专业课。该课程系统讲授过程控制的基本概念和基础理论知识，过程设备测试技术，过程控制装置，计算机控制系统、典型过程控制系统应用等。目的是使学生掌握控制系统的基本组成、结构及分类，掌握压力、温度、流量、液位和应力等参数的测量原理及方法，了解计算机测试系统的结构及工作原理，了解变送器、调节器和执行器的结构及原理，了解单回路控制系统和串级控制系统在流体输送设备上典型应用。从而为后续的生产实习、专业实验、毕业环节以及毕业后从事过程装备的控制系统设计、维护和管理等工作奠定基础。 二、教学团队 主讲教师一 姚剑飞，北京化工大学机电工程学院副教授，硕士生导师。2002年6月于北京化工大学机械工程及自动化专业本科毕业，并留校任教。2008年6月于北京化工大学机械电子工程专业获得工学硕士学位。2015年6月于北京化工大学动力工程及工程热物理专业获得工学博士学位。现为北京化工大学机电工程学院过程装备与控制工程系专业实验室主任。主要从事教学、科研工作。主持和参与北京市自然基金、973项目及国家自然基金等多项科研项目。主讲过程装备控制技术及应用、过程装备与控制工程专业实验等课程。 主讲教师二 戴凌汉，北京化工大学机电工程学院高级工程师，硕士生导师。1972年1月来北京化工学院工作。1978年到1982年北京化工学院化工设备与机械专业本科学习。主要从事本科教学和实验工作。主讲过程装备控制技术等课程。 三、课程描述 1.教学大纲及教案 （新版教学大纲不用提供，我们有。 请各位老师提供教案（WORD或PDF）文档，参考附件1） 2.课程录像 （请各位老师提供课程录像） 3.教学课件 （请各位老师按课程章节提供教学课件（PPT或PDF版的PPT））
过程装备控制技术及实际应用总复习
2013 过程装备控制技术复习测评1-4 一、填空20分 1 对控制系统的基本要求：稳定性、快速性、准确性 2控制系统的组成:(1)被控对象(2)测量元件和变送器(3)调节器(4)执行器 控制系统按输出信号对操纵变量的影响分：开环控制系统和闭环控制系统 控制系统按克服干扰的方法分：反馈控制系统、前馈控制系统和前馈反馈控制系统 3 过渡过程的基本形式：发散振荡过程、非振荡发散过程、等幅振荡过程和非振荡衰减过程4复杂控制系统分为：串级控制系统、前馈控制系统、分程控制系统、选择性控制系统、均匀控制系统和比值控制系统 5 控制系统对象特性参数：放大系数K 时间常数T 滞后时间τ 6连续生产过程所遵守的两个最基本的关系连续生产过程所遵守的两个最基本的关系：物料平衡和能量平衡。 7 PID 调节器的参数整定调节器的参数整定：整定内容；调节器的比例度δ，积分时间T1 和微分时间TD。整定方法；①经验试凑法，②临界比例度法，③衰减曲线法。 8 最常见测量温度的传感器：热电偶和热电阻传感器 9仪表的精度等级1.0级表明允许引用误差为1.0% 10流量计的分类流量计的分类：A 压差式流量计，B 转子式流量计、C 电磁式流量计 二、选择10分 1. 程装备控制的主要参数：温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等. 2. 被控对象特性的参数及其对对象控制质量的影响（1）放大系数K 对控制通道，K 值大，控制灵敏，但被控变量不易控制，系统不稳定；对干扰通道，K 值越小，相同干扰产生的作用越小，利于控制。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。 3 热电偶温度仪表由热电偶、电测仪和连接导线组成。热电偶是由两种不同的导体或半导体材料焊接而成。焊接的一端称为热端，与导线连接的一端称为冷端。 4 调节阀的类型根据阀芯的动作形式可分为直行程式和转角式。 属于直行程式的阀有直通双座阀、直通单座阀、角型阀、三通阀、高压阀、超高压阀、隔膜阀等。 属于转角阀的有蝶阀、球阀和凸轮挠曲阀等。 5 按照所用能源调节器可分为直接作用式调节器和间接作用调节器。 6计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类:（1）数据采集和数据处理系统（2）直接数字控制系统（DDC）（3）监督控制系统SCC （4）分级计算机控制系统（5）集散型控制系统 7常见的流量特性分类及其使用特性常见的流量特性分类及其使用特性：A.理想流量特性①直线流量特性，在流量小时，流量的变化值大，而流量大时，流量变化的相对值小。因此具有直线流量特性的调节阀不宜用于负荷变化较大的场合。②对数流量特性，适应能力强，在工业过程控制中应用广泛。③快开流量特性，主要用于迅速启闭的切断阀或双位调节系统。④抛物线流量特性，介于直线流量特性与等百分比流量特性之间。B.工作流量特性①串联管道工作流量特性②并联管道工作流量特性. 8计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成:计算机控制系统是由工业对象和工业控制
过程装备控制技术课后习题及参考答案
过程装备控制技术课后习题及参考答案 第一章控制系统的基本概念 1.什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？ 答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含：①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。 2.自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？ 答：自动控制系统主要有被控对象,测量元件和变送器，调节器，执行器等环节组成。 自动控制系统常用的术语有： 被控变量y；给定值y s；测量值y m；操纵变量m；干扰f；偏差信号（e）；控制信号u 3.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？ 答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。 4.在自动控制系统中，什么是干扰作用？什么是控制作用？两者有什么关系？ 答：干扰作用是指除操纵变量以外的各种因素引起被控变量偏离给定值的作用；控制作用是通过对被控变量的测量得到测量值，使其与给定值比较，得出偏差信号。这个信号按一定规律计算出控制信号来改变操纵变变量克服干扰作用。两者关系是控制作用的一部分职能就是减小或消除干扰对被控变量的影响。 5.什么是闭环控制？什么是开环控制？定值控制系统为什么必须是一个闭环负反馈系统？答：闭环控制是控制系统的输出信号的改变回返回影响操纵变量的控制方式。 开环控制是控制系统的输出信号不会影响操纵变量的控制方式。 定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统。定值控制系统的作用是克服扰动对被控变量的影响，当输出信号变大时，反馈影响操纵变量使输出信号减小，反之则影响操纵变量是输出信号增大。可见定值控制系统满足闭环负反馈系统的要求。
过程装备控制技术及应用大作业
太阳能热水器温控及冷水回流系统 -------《过程装备控制技术及应用》大作业 目录 第一章执行概要 一、项目背景 (3) 二、技术及产品 (4) 三、盈利模式 (4) 第二章产品技术 一、温控系统的组成 (5) 二、回流系统的研究 (14) 第三章产品简介 一、原理简介 (20) 二、产品竞争的优劣势 (21) 三、产品定位 (22) 四、发展前景 (22) 第四章参考 一、参考书目 (24) 第一章执行概要 一、项目背景 (1)政治环境 欧盟市场已制定了淘汰电热水器的路线图，日、美等国采取财政补贴的手段鼓励空气能热泵热水器的购买，间接地推动了电热水器的逐步淘汰，而澳大利亚已规定新购买的热水器只能是太阳能、空气能热泵和天然气热水器，禁止了电热水器的新增购买。各国的节
能法规和措施对我国将会有很大的影响，特别是欧盟的节能环保措施影响着全世界。中科院广州能源研究所李凡教授表示，“我国也会紧随其后。” （2）社会环境 随着全球节能减排的呼声越来越高，低碳经济日益受到全球各国的推崇和大力发展，太阳能产品被给予厚望。太阳能热水器行业也已逐步成为我国可再生能源领域规模最大的行业。近5年来，太阳能热水器产业以每年30%～35%的速度增长，预计到2015年，全国住宅用太阳热水器将达到2.32亿平方米，行业产值超过1000多亿元，太阳能热水器将成为住宅用热水器最具潜力的品类。 (3)技术环境 为解决太阳能热水器水资源流失的技术难题, 一些厂家曾经进行了多年研究，提出过不少技术方案。有人提出，不用顶水法，用落水法。但是，我们认为，让太阳能热水器失去顶水功能的方案是不可取的，因为顶水法具有落水法不可替代的优点。也有人提出用浮球法。这虽然可以对热水箱及时补水，却增加了装置的复杂性和楼顶露天维修的种种麻烦, 因此, 在家用太阳能热水器中已被淘汰。此外，还有人试验过落球法、弹簧压力法、阀门锁定法,均未获成功。国内外相关技术处于研发阶段，当然相关产品也未投入市场，目前该类产品市场上呈空缺状态。 二、技术及产品 (1)产品名称 温控及冷水回流系统太阳能热水器 (2)产品工作原理 太阳能热水器冷水回流装置以单片机为核心,在真空管太阳能热水器的保温储水箱内增加有一个与电热水器类似的电热元件并固定在绝缘底座上，引出交流电源线入户，由辅助控制系统的继电器控制通断电。水位、水温探测器从保温储水箱顶部安装
《过程装备控制技术及应用》
一、控制系统的基本概念 1.生产过程自动化系统所包含的内容（P1） （1）自动检测系统 （2）信号连锁系统 （3）自动操纵系统 （4）自动控制系统 2.控制系统的组成（P3） （1）自动控制装置：包括测量元件及变送器、控制器、执行器 （2）被控对象 3.简单控制系统方框图（P4） 4.名词解释（P4） （1）被控变量：指需要控制的工艺参数（如，水位、温度、流量等）。它是被控对象的输出信号。 （2）操纵变量：受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制制作用的变量称为操纵变量，它是调节阀的输出信号。 （3）提示1：被控对象——储槽；被控变量——液位。 （4）提示2：操纵变量中，调节阀——执行器——阀门；阀门——控制：加热蒸汽进料量——出水流量。 5.讨论： （1）信号作用方向不等于物料走向； （2）同一形式方块可代表不同控制系统； （3）自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。 反馈：系统的输出信号直接或经过一些环节重新回到输入端的做法叫做反馈。 6.在阶跃干扰作用下，控制系统的过渡过程有四种基本形式（图1-11）：（P8）（1）发散振荡过程 （2）等幅震荡过程 （3）衰减振荡过程 （4）非振荡的单调过程 7.讨论： （1）发散振荡过程竭力避免； （2）衰减振荡过程是所希望的； （3）等幅振荡过程介于稳定与不稳定之间，一般用于位式控制（开关控制中）；（4）非周期衰减过程一般不用。 8.控制系统的性能指标：（P9） （1）以阶跃响应曲线形式表示的质量指标：最大偏差A、衰减比n、回复时间t s、余差e、振荡周期T （2）偏差积分性能指标：误差积分IE、平方误差积分ISE、绝对误差积分指标IAE、时间乘绝对误差积分指标ITAE、时间乘平方误差积分指标ITSE 9.课堂作业（计算题） 二、过程装备控制基础
过程装备控制技术及应用
第一章 1.什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容 答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。 主要包含：①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。 6.在图1-11的换热器岀口温度控制系统中，工艺要求热物料岀口温度保持为某一设定值。①试画岀该控制系统的方框图； ②方框图中各环节的输入信号和输岀信号是什么？整个系统的输入信号和输岀信号又是什么？ ③系统在遇到干扰作用(如冷物料流量突然增大)时，该系统如何实现自动控制的？ 答：如图所示为该控制系统的方框图 该控制系统及各环节的输入、输岀信号如图所示。整个系统的输入信号为：给定值ys,干扰作用f,输岀为 热物料出口温度T,当冷物料流量增大，则出口温度y减小，TT检测后所得测量值ym减小，偏差信号e=ym-ys<0,输入调节器后产生控制信号u，使执行器或调节阀加大阀门开度，使温度T升高，从而实现控制。 7?图1-12为贮糟液位控制系统，工艺要求液位保持为某一数值， (1)试画岀该系统的方框图； (2)指岀系统中被控对象，被控变量，操纵变量，干扰作用各是什么？ 答： tn则曲所示为摆押：M摇统的方惟图; __德一|魚偏订_J也厅貯］_4 需］ (2)该系统中被控变量对象为贮槽；被控变量为贮槽液位；操纵变量为岀水流量；干扰作用为：进水流量, 大气温度等。 8.什么是自动控制系统的过度过程？在阶跃干扰作用下有哪几种基本形式？其中哪些能满足自动控制的要求，哪些不能，为什么？答：对于任何一个控制系统，扰动作用是不可避免的，系统受到扰动作用后，其平衡状态被破坏，被控变量就要发生波动，在自动控制作用下经过一段时间，使被控变量回复到新的稳定状态，即系统从一个平衡状态进入另一个平衡状态之间的过程称为系统的过度过程。
过程装备控制技术 复习题
张海峰12011247894 一、填空题 1．过程装备控制的要求是，，。 2．在阶跃干扰作用下，系统过渡过程有，， 和等过程。 3．微分调节器的输出只与偏差的有关，而与的存在与否无关。 4．线性度是描述仪表的和之间的吻合程度，量程越小，线性化带来的误差（填越大或越小）。 7．气动差压变送器由部分和部分组成。 8．调节器按信号作用方式分为调节器和调节器，其中当测量信号增加，调节器的输出信号减小的是调节器。 9．调节阀的流量特性是指被调介质流过阀的与阀门的 之间的关系，理想流量特性指调节阀在情况下的流量特性。 10．按给定值的特点划分，控制系统可分为，，和 控制系统。 11．被控对象的特性是指当被控对象的发生变化时，其随 的变化规律。 12．在计算机控制系统中，用代替了，并增加了。 13．在PI调节规律中，随着T I的减小，在相同的扰动下，最大偏差 (填增大或减小)，余差消除（填加快或减慢），系统的稳定性（填提高或降低）。 14．对调节器参数进行工程整定的方法有，，和 。 15．线性度是描述仪表的和之间的吻合程度，量程越小，线性化带来的误差（填越大或越小）。 18．串联管道中，当s减小时，调节阀的实际可调比；并联管道中，当x减小时，调节阀的实际可调比（填增大或减小）。 19.按系统输出信号对操纵变量的影响划分，控制系统可分为控制系统和控制系统。 20.放大系数是描述被控对象重新达到平衡时其与之比，是被控变量的特性参数。 21.比例调节规律具有控制及时，克服有力的特点，但无法消除。 22.仪表所能测量的被测量上下限的称为仪表的量程，如测量范围为-200~800℃的温度 计，其量程为℃，若其最大绝对误差为10℃，则该仪表的精度等级为级，其精度（填高于或低于）精度等级为1.5的仪表。 23.热电偶测温仪表的工作原理是利用导体的效应来测温的，产生的热电势是电势和 电势共同作用的结果。 1
过程装备控制技术样题
陕西科技大学过程装备控制技术复习大纲 1.工业生产对过程装备控制的基本要求；过程装备控制的主要参数；流程工业的四大参量． 2.控制系统的组成，简单控制系统方框图、各组成环节及其输入、输出、系统各参量的作用。（方 框图中具体实现控制作用的变量） 3.控制系统的分类：按给定值、按输出信号的影响、按系统克服干扰的方式。 4.控制系统过渡过程的定义；阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点；评价控制系统的 性能指标。 5.被控对象特性的定义；连续生产过程所遵循的两个最基本的关系；单容液位对象的自衡特性； 有自衡和无自衡作用单容液位对象的区别；被控对象特性的描述形式；一阶被控对象；描述被控对象特性的参数及其对对象控制质量的影响（区分控制通道和干扰通道） 6.单回路控制系统参数选择的原则（被控变量、操纵变量、检测变送环节）；基本的调节规律； 位式、比例、积分、微分调节规律的调节原理（数学表达式）及其调节特点（简单水槽液位控制系统）；PID调节器的参数整定：整定内容、整定方法（临界比例度法）。 7.复杂控制系统的分类；串级控制系统的工作原理、结构组成（主环、副环、粗调、细、调）、 工作特点、适用对象（串级控制系统的应用示例）；主、副回路的选择依据（让主要干扰位于副回路）； 8.前馈控制的控制原理（方框图）；一种前馈作用只能克服一种干扰；前馈控制相较于反馈控制 的特点；前馈-反馈控制系统 9.系统误差、随机误差和粗大误差的含义及减小误差的方法；仪表的绝对误差、相对误差与引 用误差；仪表的精度等级。（习题3-6） 10.流量的概念；流量计的分类和基本工作原理；压差式流量计的工作原理；结构上的核心部件； 常见的节流装置分类。液位的概念；液位计的分类；静压式和电容式液位计的工作原理11.变送器的作用、分类；气动变送器和电动变送器的区别；常用的标准信号（电压、电流和气 压信号）；常见的气动元件和组件。 12.安全火花的定义；自动化仪表的防爆结构类型及各自特点；本质安全防爆系统的构成及工作 原理。 13.执行器按工作能源的分类；电动执行机构按照输入位移不同可分为角行程和直行程两种；调 节阀的理想流量特性和工作流量特性；常见的流量特性分类及其使用特点；管道串联时调节阀的工作特性；调节阀的选型内容；调节阀的可调比。 14.为什么经常会出现电-气和气-电转换现象；常用的电-气转换部件；电气转换器及电气阀门定 位器的区别、作用及工作原理。 15.计算机控制系统的基本组成；计算机控制系统与常规模拟控制系统的异同点；计算机在过程 控制中的应用分类。 16.DDC是最基本的计算机控制系统；计算机控制系统PID算法与模拟PID算法实现的区别； DDC的理想PID算法的三种表达式；DDC系统的概念及其主要特点。 17.可编程控制器的特点、基本工作原理、编程表达方式。 18.单回路控制系统应用：侧重于操纵变量的选择。 总体思路： 注重概念，注重定性分析，实验内容 题型： 填空题（25x1）判断改错题（5x2）简答题（5x4）综合分析计算题（4题,45分）TIP:样题第四大题3小题(牛奶干燥)及课本习题1.6(换热器出口温度控制系统)必考!