Kao7.流体动力过程是指遵循流体力学规律的过程，它涉及泵、压缩机、风机、管道和阀门等过程设备与元件。
流体是气体和液体的总称，包括哪几个方面的性质?答：1）流动性：切应力作用下流体会变形，且无恢复原状的能力。2）压缩性：温度不变时，流体的体积随压力增大而缩小的性质3）膨胀性：压力不变时，流体的体积随温度升高而增大的性质4）黏性：运动的流体，在相邻的流层接触面上，形成阻碍流层相对运动的等值而反向的摩擦力。反应了流体在运动状态下抵抗剪切变形速率的能力，它是运动流体产生机械能损失的根源。
1.产品的分类1）社会经济过程中的全部产品通常又可分为四类，即硬件产品、软件产品、流程性材料产品和服务型产品（国际标准化组织，ISO/DIS9000：2000）。
2）所谓“流程性材料”是指以流体（气、液、粉体等）形态存在的材料。
3）过程工业是加工制造流程性材料产品的现代制造业。
2.制造业的划分，按照“技术特征” 可将制造业分为哪两类？
1）一类是以物质的化学、物理和生物转化，生成新的物质产品或转化物质的结构形态，多为流程性材料产品，产品计量不计件，连续操作，生产环节具有一定的不可分性，可统称为过程工业（过程制造业），如涉及化学资源和矿产资源利用的产业（石油化工、冶金）等；
2）另一类是以物件的加工和组装为核心的产业，根据机械电子原理加工零件并装配成产品，但不改变物质的内在结构，仅改变大小和形状，产品计件不计量，多为非连续操作，这类工业可统称为装备制造业。
3）二者关系：过程制造业为装备制造业提供原材料，同时装备制造业为过程制造业提供制造装备
3.过程工业包含的基本过程：1）流体动力过程：遵循流体力学规律的过程，涉及泵、压缩机、管道、阀门等。2）热量传递过程：遵循传热学规律的过程，涉及换热器。3）质量传递过程：遵循传质规律的过程，涉及干燥、蒸馏、浓缩、萃取。4）动量传递过程：遵循动量传递及固体力学规律的过程，涉及固体物料的输送、粉碎、造粒等。5）热力过程：遵循热力学规律的动力过程，涉及发电、燃烧、冷冻、空气分离等过程。6）化学反应过程：遵循化学反应诸规律的过程。
4.过程装置是流程性材料产品的工作母机:
1）成套过程装置是流程性材料产品的工作母机，它通常由一系列的过程机器和过程设备，按一定的流程方式用管道、阀门等连接起来的连续系统，再配以控制仪表和电子电气设备，即能平稳连续地把以流体为主的各种材料，让其在装置中历经必要的物理化学过程，制造出人们需要的新的流程性产品。
2）单元过程设备（如换热器、反应器、塔、储罐等）与单元过程机器（如压缩机、泵、离心机等）二者统称为过程装备。
5.什么是过程装备与控制工程?
1）过程装备与控制工程是结合数、理、化和多领域的工程知识，以安全和经济的方式解决诸多的工业问题的学科2）与过程制造业和装备制造业同时相关。6.一般机械原理与过程机械原理的区别?
1）一般机械原理研究机械中机构的结构和运动，以及机器的结构、受力、质量和运动。2）过程机械原理是研究机械及其系统中流程型物料的状态变化，以及这些物料和状态变化对机械及其系统影响的规律。
8.流体输送过程的基本设备有什么？答：1）泵：流体输送的动力设备，按其工作的基本原理可分：容积式：通过泵体内工作容积反复变化，以吸入和排出流体，又可分为往复式和回转式。叶片式：通过叶轮高速旋转时产生的离心力对流体有挤压推进作用，流体由此获得能量，静压能和动能由此升高。
2）阀门：流体输送系统中控制部件，用来改变通路断面和介质流动方向。
按作用和用途；按公称压力；按工作温度；按公称通径；按结构特征；按连接方法；按阀体材料；按驱动方式
9.热量传递过程指遵循传热学规律的过程。
10.传热过程进行的必要条件：物体或系统内存在温度差。
11.热量传递的基本方式有哪些？答：1)热传导：通过分子热运动传热，是固体和静止流体的主要传热方式；2）对流传热：流体的宏观运动使流体各部分之间发生相对位移而传热，是运动流体的主要传热方式；3）辐射传热：物体以电磁波形式传递能量的过程，是远距离传热的主要方式。
12.换热器是热量传递过程的基本设备。
13.换热器按工作原理可分为：1）表面式换热器（间壁式换热器）2）蓄热式换热器3）直接接触式换热器（混合式）4）流体连接间接式换热器：典型的换热元件——热管
14.热管一般由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部是
被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，
容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。
热管一段为蒸发端，另外一段为冷凝端，当热管一
段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的
压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结
成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发
段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。
15.质量传递过程是指遵循传热质规律的过程。
17.混合物的表示方式：质量浓度、物质的量浓度、质量分数、摩尔分数
18.质量传递的基本方式：1）分子传质：由分子的无规则热运动产生的物质传递现象2）对流传质：流体的宏观运动使流体各部分之间发生相对位移而传质。
19.质量传递设备：塔设备、固定床、移动床、流化床、搅拌槽等。
20.动量传递过程是遵循动量传递及固体力学诸规律的过程。
21.动量传递的基本形式：
动量的扩散传递
分子动量传递：通过分子不规则热运动而传递动量；
涡流动量传递：当流体做湍流流动时，流体中充满涡流的微团，大小不等的微团在各流层之间交换从而传递动量。
对流动量传递：流体发生宏观运动引起的动量迁移过程。
22.热力过程指遵循热力学诸规律的动力过程。
热力学第一定律（能量守恒定律）：能量的形式虽可以转换，但其总和既不增加也不减少。
第一类永动机违背了热力学第一定律。
23.热力学第一定律（PPT与21动量传递相同）自己加：加热量传递的形式：热量传递有热传导、对流传热和辐射传热三种基本方式。
24.热力过程指遵循热力学诸规律的动力过程。
热力学第一定律：能量形式虽然可以转换，但其总和既不增加也不减少。（箭头，第一类永动机与之违背）
热力学第二定律：1）开尔文说法：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响；（箭头实际过程有一定方向箭头能量转化方向，第二类永动机与之违背）2）克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界的变化。（箭头实际过程有一定方向箭头物质转化方向，第三类永动机与之违背）
25.化学反应过程:指遵循化学反应诸规律的过程。
26.工业规模下的反应过程所得转化率低于实验室结果的原因是什么？答：实际反应器中进行的过程不但包括化学反应，还伴随着质量传递、热量传递、动量传递过程，它们显著影响反应的最终结果，。
27.常见的反应设备有哪些：1）间歇操作搅拌釜：是一种带有搅拌器的槽式反应器。2）连续操作搅拌釜：连续流动的搅拌釜式反应器。3）连续操作管式反应器：主要用于大规模流体参加的反应过程4）固定床反应器：反应器内填放固体催化剂颗粒或固体反应物，在流体通过时静止不动。5）流化床反应器：固相介质是较小的颗粒，当流体通过床层时，固相介质形成悬浮状态，好像变成了沸腾的流体，故称流化床。6）鼓泡床反应器：塔式结构的气液反应器，液体做床层，气体从床层下方通入，以气泡的形式通过。
28.过程装备是物质转化基础
29.石油化学工业:
炼油化学过程的目的主要是为了提高H/C比和去除有害物质以提高产品品质。提高H/C比的方法：可以是脱碳也可以是加氢。
1）加氢通过加氢处理：加氢裂化，加氢精制，催化重整。
2）脱碳通过热加工：焦化，热裂解，减粘裂化，催化裂化。
31.石油化学工业
燃料型炼油厂的典型加工工艺过程：常减压蒸馏——催化裂化——加氢裂化——焦化。
32.常压减蒸馏：原油--------通过加工过程到产品
1）基本途径：将原油先按不同产品的沸点要求，分割成不同的直馏分油，然后按照产品的质量标准要求，除去这些馏分油中的非理想组分，或者通过化学反应转化，生成所需要的组分，进而得到一系列合格的石油产品。
2）炼油厂首先必须解决原油的分割和各种石油馏分在加工过程中的分离问题。蒸馏正是一种常用的最经济和最容易实现的分离手段。
3）一次加工主要包括三个工序：原油的脱盐，脱水；常压蒸馏；减压蒸馏。
33.流化催化裂化：
1）催化裂化是目前石油炼制工业中最重要的二次加工过程，也是重质油轻质化的核心工艺，是提高原油加工深度，生产优质汽油，柴油最重要的工艺操作。2）裂化的目的是通过裂化反应将高碳烃（碳原子数多，碳链较长的烃）断裂生成低碳烃，同时增加环烷烃，芳香烃和带侧链的烃的数量，从而增加汽油等轻馏分的产量，质量也提高。
34.炼油过程对设备的要求
在上述工艺条件下，炼厂设备的主要失效形式包括腐蚀，蠕变，疲劳，脆化，渗碳，轻损伤，氧化及冲蚀等。
1）在催化裂化装置中，压力容器所使用的材料大多是碳钢和碳-钼钢，碳钢的工作温度达510摄氏度，碳-钼钢的工作温度达540摄氏度，这些设备的失效机制主要是蠕变。
2）在催化重整中，压力容器和管道也在蠕变温度下工作，同时还要承受一定的氢分压，这些设备多用1Cr0.5Mo和1.25Cr0.5Mo钢材制作，工作温度达到540摄氏度，失效机制同时包括了高温蠕变及由脆化现象导致的低温脆断。3）对于高氢压环境下服役的反应器，如加氢裂化和加氢脱硫装置，氢压高达28MPa,有Nelson曲线限定的使用温度是低于蠕变温度的，这些设备一般由
2.25 CrlMo制造，允许工作温度为455摄氏度。在这种情况下，蠕变本身不
是最重要的，而高温氢制脆性以及由此导致的脆性断裂是主要的失效机制。4）在氢制装置中，温度高达820℃，而氢压力相对较低，炉管所用材料为高铬镍含量的不锈钢，废热锅炉及一些配件多用Cr-Mo钢，如Cr25Mo20,1Cr18Ni9Ti,5Cr0.5Mo,1Cr0.5Mo等。设备的失效机制主要是高温蠕变与开停车所引起的疲劳。
35.乙烯裂解
对烃类热解反应进行热力学和动力学的研究得到如下认识：
1）高温有利于提高烃类转化率和乙烯回收率。
2）由于二次反应，在高温下停留时间过长，乙烯回收率会降低。
3）烃类裂解的一次反应，特别是脱氢反应，是分子数增加的反应，降低烃的分压对平衡向目的产物方向移动有利，并有利于减少二次反应。降低烃分压通常是采用水蒸汽作为稀释剂。
4）反应产物尽快急冷，可避免二次反应。
综上，裂解适宜条件是：高温，短停留，低烃分压。
？34.乙烯裂解过程对设备的要求：
1）乙烯裂解使用最广泛的管式炉裂解工艺，其核心设备是管式裂解炉。
2）乙烯裂解过程对设备的要求
乙烯裂解的关键设备是裂解炉管，它的损伤类型是渗碳，炉管内流过的石脑油等介质，他们在裂解过程中会生产焦炭，这些焦炭会沾伏在管壁形成渗碳层，使得材料的脆性增加，蠕变强度下降，当渗碳层的厚度达到3-4mm时，热应力增加，该层开始产生裂纹并导致炉管的损坏。
？35.化肥生产装备
1）氨合成塔的选材要求：良好的可焊性；强度高，塑性、冲击韧性良好，缺口；抗氢、氮、氨腐蚀；热稳定性好
2）破坏形式：高温氢腐蚀是最主要、最危险、最常见的破坏形式；钢材氮化3）选材：塔内件：1Cr18Ni9Ti
外筒：低合金高强钢，如18MnMoNbR,14MnMoV,15MnV, 16Mn
内筒：低合金高强钢，如18MnMoNbR, 15MnV,
过程装备是能源生产转化利用的核心
36.火力发电过程
1）就能量转换的形式而言，火力发电机组的作用是将燃料（煤、石油、天然气）的化学能经燃烧释放出热能，再进一步将热能转变为电能。
2）火电厂(汽轮机)能量转换过程与三大主机作用如下：
锅炉：燃料化学能→蒸汽热能
汽轮机：蒸汽热能→机械能,
发电机：机械能→电能
37.火力发电过程的主要装备
1）锅炉本体包含“锅”和“炉”两部分：“锅”是汽水系统，它主要任务是吸收燃料放出的热量，使水加热、蒸发并最后具有一定参数的过热蒸汽。“炉”是燃烧系统，煤粉和热空气在其内混合并燃烧，放出热量。
2）汽轮机本体由固定部分和转动部分组成。固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等；转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。
38.火力发电装备使用的主要材料
1）含镍、钼、钒的低合金铁素体钢是电厂主要设备的制造材料。
2）高温下的承载构件（如透平机叶片、螺栓），一般采用含12%Cr的马氏体钢。3）联箱管、蒸汽管道一般采用Cr-Mo钢制造，在超临界的条件下有时也有奥氏体不锈钢，在超超临界条件下，要采用更高等级的材料，如1Cr19Ni11Nb，其中，Nb是稳定碳的元素，其耐晶间腐蚀和耐应力腐蚀性能良好，在酸、碱、盐等腐蚀介质中其耐蚀性较高。
4）过热器/再热器部分，一般在连接管的后部要承受高温，因而采用奥氏体不锈钢管；在温度较低的前一部分，考虑经济因素，采用低合金铁素体钢管。
5）高温下的蠕变、疲劳、氧化是设计中考虑的主要问题。
39.原子能发电过程
1）核电站发电的基本原理：核燃料在反应堆内发生裂变反应，放出的大量热能，冷却剂把热量带出来，送到中间热交换器里，把热量传给热交换器中的水。水受热汽化，推动蒸汽透平，从而带动发电机发电。
2）核裂变发电技术的发展方向：（两个发展方向）
*高温气冷堆：使用气体冷却剂吸收核裂变释放的热量，并推动汽轮机转动。
*快中子增殖堆：利用235U裂变时快中子轰击238U，得到可裂变的另一种核燃料239Pu(钚）。进行核裂变产生热量的同时得到更多的核燃料，形成核燃料增殖。冷却剂采用不吸收中子的液态钠。
40.原子能发电装备使用的主要材料
1）对于堆芯材料的选择必须考虑辐照导致的的材料抗蠕变性能的降低，辐照脆化和硬化，冷却剂的腐蚀与磨损作用，热应力，碳迁移等诸多因素。
2）对于蒸汽发生器，因为传热管子受到高温高压水的腐蚀（含有氯化物），管材的高温强度必须较高，存在应力腐蚀的危险性，多用2.25Cr1Mo钢制造，并加入0.4%左右的Nb，起稳定碳的作用。
3）液钠回路管道通常用不锈钢制成，抗钠腐蚀是对其主要性能要求，此外要求热膨胀系数较小，以减少热应力作用。
1、被控变量的选择原则： （1）应当尽量选择质量指标参数作为被控变量；（2）当不能选择质量指标参数作为被控变量时，应当选择一个与产品质量指标有单值对应关系的间接指标参数作为被控变量； （3）所选择的间接指标参数应具有足够大的灵敏度，以便反映产品质量的变化； （4）选择被控变量时需考虑到工艺的合理性和国内、外仪表生产的现状。 2、控制变量的选择原则： （1）所选择控制变量必须是可控的； （2）所选控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数； （3）所选控制变量应使扰动通道时间常熟越大越好，而控制通道时间常数应适当小一些，但不易过小；（4）所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好；（5）所选择控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀； （6）在选择控制变量时还需考虑到工艺的合理性。3、控制阀气开、气闭形式的选择原则： （1）首先要从生产安全出发。 （2）从保证产品质量出发。但控制阀处于无能源状态而回复到初始位置时，不应降低产品的质量。 （3）从降低原料、成品、动力损耗来考虑。 （4）从介质的特点考虑。 4、控制阀的选择原则： （1）开、闭形式的选择（2）口径大小的选择 （3）流量特性的选择（4）结构形式的选择 5、图1-42为一蒸汽加热设备，利用蒸汽将物料加热到所需温度后排出。试问：影响物料出口温度的主要因素有哪些？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谁？为什么？如果物料在温度过低时会凝结，应如何选择控制阀的开闭形式及控制器的正反作用？ 答：影响物料出口温度的因素主要有蒸汽的流量和温度、搅拌器的搅拌速度、物料的流量和入口温度。被控变量应选择物料的出口温度，操纵变量应选择蒸汽流量。物料的出口温度是工艺要求的直接质量指标，测试技术成熟、成本低，应当选作被控变量。可选作操纵变量的因数有两个：蒸汽流量、物料流量。后者工艺不合理，因而只能选蒸汽流量作为操纵变量。控制阀应选择气关阀，控制器选择正作用。 7、串级控制系统的特点： （1）串级控制系统具有更高的工作频率。 （2）串级控制系统具有较强的抗干扰能力。 （3）串级控制系统具有一定的自适应能力。 8、串级控制系统在选择具体控制方案时，应考虑的主要问题：（1）所选用的仪表信号必须互相匹配。（2）所选用的 副控制器必须具有外给定输入接口，否则无法接受主控 制器来的外给定信号。（3）应考虑除串级和副环单独 控制外，是否还有“主控”要求。（4）实施方案应力 求简洁实用。（5）实施方案应便于操作。 9、均匀控制系统有些什么特点? 答：(1)结构上无特殊性,均匀控制是指控制目的而言， 而不是由控制系统的结构来决定的。 (2)参数应变化，而且应是缓慢地变化 (3)参数应限定在允许范围内变化 10、前馈控制与反馈控制的比较 前馈控制：扰动可测，但不要求被控量可测，超前调节，可实现系统输出的不变形，开环调节，无稳定性问题， 系统仅能感受有限个可测扰动，对于干扰与控制通道的 动态模型，对时变与非线性对象的适应性弱。 反馈控制：被控量直接可测，按偏差控制，存在才能调节，闭环调节，存在稳定性问题，系统可感受所有影响 输出的扰动，对通道模型要求若，大多数情况无需各道 模型，对时变与非线性对象的适应性与鲁棒性强。 11、锅炉设备主要控制系统有哪些？ 答：①锅炉汽包水位控制。②锅炉燃烧系统的控制。 ③过热蒸汽系统的控制。④锅炉水处理过程的控制。 12、汽包水位的假液位现象是怎么回事?它是在什么情 况下产生的?具有什么样的危害性? 答：当蒸汽量加大时，虽然锅炉的给水量小于蒸发量， 但在一开始，水位不仅不下降反而迅速上升，然后再下降；反之，蒸汽流量突然减少时，则水位先下降，然后 上升。这种现象称之为"虚假水位"。虚假水位现象属于 反向特性，给控制带来一定的困难，在控制方案设计时，必须引起注意。 13、何谓离心式压缩机的喘振?喘振产生的原因是什么? 答：离心式压缩机在运行过程中，当负荷低于某一定值时，气体的正常输送遭到破坏，气体的排出量发生强烈 振荡，此时可看到气体出口压力表、流量表的指示大幅 度波动。随之,压缩机将会发出周期性间断的吼响声,这 种现象就是离心式压缩机的喘振，或称飞动。 喘振是由离心式压缩机的固有特性――特性曲线呈驼 峰型而引起的。正由于特性曲线极值点的存在，一旦工 艺负荷下降，使工作点移入极值点左侧，成为不稳定的 工作点。此时，系统稍有扰动，就不能稳定下来，出现 气体排量强烈振荡而引起的喘振现象。引起离心式压缩 机喘振的直接原因是负荷的下降，使工作流量Q1 小于 极限流量QP ，从而工作点进入到喘振区内。 14、在选择性控制系统中，选择器的类型是如何确定的? 答：选择器的类型可以根据生产处于非正常情况下控制 器的输出信号高、低来确定。如果在这种情况下它的输 出为高信号，则应选高选器；如果在这种情况下它的输 出为低信号，则应选低选器。
我所认知的过控专业 过控163班黄可欣 1.过程装备与控制工程学习和要求我们掌握什么 2.过程装备与控制工程专业特点 3.大学的规划目标及对科研方向感兴趣的点 4.过程装备与控制工程的考研与就业 一．过程装备与控制工程学习和要求我们掌握什么 过程装备与控制工程专业学习的是对化工机器与化工设备及其系统的状态和工况进行监测，控制，结合现代自动化技术与化工机械，提高设备的效率。我们需要学习和掌握的是材料科学及各类热加工工艺的基础理论与技术和有关设备的设计方法，主要包括力学，机械学，热加工工艺基础，自动化基础，制图，计算，测试等基础要求。 二．过程装备与控制工程专业特点 过程装备与控制工程是属于动力工程及工程热物理的一个二级学科，是国家目前相对关注的一个行业，传统的过程装备与控制工程是由化工机械演变过来的，所以过控专业无论在化工机械设备的设计这样的传统工业，核电站，潜艇制造这样的现代工业都有用武之地。以及，就业形势十分的好，对于男生供不应求。 三．大学的规划目标以及对科研方向感兴趣的点 对于大学的规划是一步一步来，先上好通识课，掌握基础知识，高年级上好专业课，尝试一些小的设计，到那个时候再考虑自己是更想往学术研究还是工作方向发展，不求每次考试排名第几也不求拿奖学金，好好上课，多思考，头脑中有活跃的创意是我的目标。 那么对科研方向感兴趣的点偏向于化工机械的设计，我想在这个追求多，快，大，好，的时代能不能做到在优化产品性能的同时将其外观做得更好，将线型与立体的美感与现代化机械的冷硬融合，更或者能不能在保证性能的基础上将机械变小变微，节省空间也是一个具有挑战性的问题，当然每一条曲直线，每一毫米的宽度厚度都可能影响产品的性能所以这就需要我们的坚持探索以及上面提到的活跃的创意。
过程装备控制技术课后习题 及参考答案 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
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。
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。
学号 班级 座位号 过程控制工程A 复习题 一、判断题（本大题共15个小题，每小题1分，共15分） 1. 过程控制系统中，需要控制的工艺设备(塔、容器、贮糟等)、机器称为被控对象。（ 1） 2. 扰动量是作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素。（ 1） 4. 对一个系统总是希望能够做到余差小，最大偏差小，调节时间短，回复快。（1 ） 6. 时间常数指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新稳态值的 63.2 %所需要的时间。 （1 ） 8. 放大倍数K 取决于稳态下的数值，是反映静态特性的参数。（1 ） 9. 对于控制通道来说希望τ越大越好，而对扰动通道来说希望τ适度小点好。（ 0） 11. 对纯滞后大的调节对象，为克服其影响，可引入微分调节作用来克服。（0 ） 12. 纯滞后时间长，将使系统超调量增加，干扰通道中纯滞后对调节品质没有影响。（ 1） 13. 测量滞后一般由测量元件特性引起，克服测量滞后的办法是在调节规律中增加积分环节。 （0 ） 15. 积分作用可以消除余差，但要求用在对象时间常数较小，系统负荷变化较小的控制过程中。 （ 1）
学号 班级 座位号 二、填空题（本大题共20个小题，每小题1分，共20分） 1．随着控制通道的增益K 0的增加，控制作用 增强 ，克服干扰的 能力 增强 ， 系统的余差 小 ，最大偏差 小 。 3．建立过程对象模型的方法有 机理法 和 测试 法 。 4 5. 控制阀的选择包括 结构材质的选择、 、 和 。 7．如果对象扰动通道增益f K 增加，扰动作用 增强 ，系统的余差 增大 ， 最大偏差 增大 。 9. 调节阀的流量特性有 直线流量特性 、 快开流量特性 和 对数流量特性 ，流量特性的选择主要是与 被控对象 相匹配。 10．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 liuliang 特性;若阀前后的压差保持不变时,上述关系称为 固有流量特性 特性;实际使用中,阀前后的压差总是变化的,此时上述关系为 工作流量特性 特性。 12．控制系统引入积分作用是为了 消除余差 ,但积分的引入会使系统 ,引入微分作用是为了 克服容量
Kao7.流体动力过程是指遵循流体力学规律的过程，它涉及泵、压缩机、风机、管道和阀门等过程设备与元件。 流体是气体和液体的总称，包括哪几个方面的性质?答：1）流动性：切应力作用下流体会变形，且无恢复原状的能力。2）压缩性：温度不变时，流体的体积随压力增大而缩小的性质3）膨胀性：压力不变时，流体的体积随温度升高而增大的性质4）黏性：运动的流体，在相邻的流层接触面上，形成阻碍流层相对运动的等值而反向的摩擦力。反应了流体在运动状态下抵抗剪切变形速率的能力，它是运动流体产生机械能损失的根源。 1.产品的分类1）社会经济过程中的全部产品通常又可分为四类，即硬件产品、软件产品、流程性材料产品和服务型产品（国际标准化组织，ISO/DIS9000：2000）。 2）所谓“流程性材料”是指以流体（气、液、粉体等）形态存在的材料。 3）过程工业是加工制造流程性材料产品的现代制造业。 2.制造业的划分，按照“技术特征” 可将制造业分为哪两类？ 1）一类是以物质的化学、物理和生物转化，生成新的物质产品或转化物质的结构形态，多为流程性材料产品，产品计量不计件，连续操作，生产环节具有一定的不可分性，可统称为过程工业（过程制造业），如涉及化学资源和矿产资源利用的产业（石油化工、冶金）等； 2）另一类是以物件的加工和组装为核心的产业，根据机械电子原理加工零件并装配成产品，但不改变物质的内在结构，仅改变大小和形状，产品计件不计量，多为非连续操作，这类工业可统称为装备制造业。 3）二者关系：过程制造业为装备制造业提供原材料，同时装备制造业为过程制造业提供制造装备 3.过程工业包含的基本过程：1）流体动力过程：遵循流体力学规律的过程，涉及泵、压缩机、管道、阀门等。2）热量传递过程：遵循传热学规律的过程，涉及换热器。3）质量传递过程：遵循传质规律的过程，涉及干燥、蒸馏、浓缩、萃取。4）动量传递过程：遵循动量传递及固体力学规律的过程，涉及固体物料的输送、粉碎、造粒等。5）热力过程：遵循热力学规律的动力过程，涉及发电、燃烧、冷冻、空气分离等过程。6）化学反应过程：遵循化学反应诸规律的过程。 4.过程装置是流程性材料产品的工作母机: 1）成套过程装置是流程性材料产品的工作母机，它通常由一系列的过程机器和过程设备，按一定的流程方式用管道、阀门等连接起来的连续系统，再配以控制仪表和电子电气设备，即能平稳连续地把以流体为主的各种材料，让其在装置中历经必要的物理化学过程，制造出人们需要的新的流程性产品。 2）单元过程设备（如换热器、反应器、塔、储罐等）与单元过程机器（如压缩机、泵、离心机等）二者统称为过程装备。 5.什么是过程装备与控制工程? 1）过程装备与控制工程是结合数、理、化和多领域的工程知识，以安全和经济的方式解决诸多的工业问题的学科2）与过程制造业和装备制造业同时相关。6.一般机械原理与过程机械原理的区别? 1）一般机械原理研究机械中机构的结构和运动，以及机器的结构、受力、质量和运动。2）过程机械原理是研究机械及其系统中流程型物料的状态变化，以及这些物料和状态变化对机械及其系统影响的规律。
过程装备控制技术复习 题型： 1、填空20分 2、判断10分 3、问答题20分 4、计算题50分 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的计算。 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 8、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 3-8）9、流量的概念；流量计的分类；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。 10、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 10、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；喷嘴-挡板机构的组成及工作原理；电动变送器输出信号与电源的连接方式及各自特点； 11、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；齐纳安全栅的工作原理。 12、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。 13、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。 14、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。 15、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
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
(i 第二章思考题及习题 2.1与单回路系统相比，串级控制系统有些什么特点 ？ 答：串级控制方案具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。 因此，串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好。 （1）串级控制系统具有更高的工作频率；（2）串 级控制系统具有较强的抗干扰能力； （3）串级控制系统具有一定的自适应能力 2.2为什么说串级控制系统主控制器的正、反作用只取决于主对象放大倍数的符号，而与其他环节无 关？ 答：主控制器的正、反作用要根据主环所包括的各个环节的情况来确定。主环内包括有主控制器、副 回路、主对象和主 变送器。控制器正、反作用设置正确的副回路可将它视为一放大倍数为“正”的环节来 看待。这样，只要根据主对象与主变送器放大倍数的符号及整个主环开环放大倍数的符号为 “负”的要求。 即Sign{ G oi （s ）}Sign{ G o2（s ）}Sign{ G mi （s ）}Sign{ G ci （s ）}=-1就可以确定主控制器的正、 反作用。实际上主变送 器放大倍数符号一般情况下都是“正”的，再考虑副回路视为一放大倍数为“正”的环节，因此主控制器 的正、反作用实际上只取决于主对象放大倍数的符号。当主对象放大倍数符号为“正”时，主控制器应选 “负”作用；反之，当主对象放大倍数符号为“负”时，主控制器应选正作用。 2.3串级控制系统的一步整定法依据是什么 ？ 答：一步整定法的依据是：在串级控制系统中一般来说，主变量是工艺的主要操作指标，直接关系到 产品的质量，因此对 它要求比较严格。而副变量的设立主要是为了提高主变量的控制质量，对副变量本身 没有很高的要求，允许它在一定范围内变化，因此在整定时不必将过多的精力放在副环上，只要主变量达 到规定的质量指标要求即可。此外对于一个具体的串级控制系统来说，在一定范围内主、副控制器的放大 倍数是可以互相匹配的，只要主、副控制器的放大倍数 K ci 与K ci 的乘积等于K s （K s 为主变量呈4: 1衰减 振荡时的控制器比例放大倍数 ），系统就能产生 4: i 衰减过程（下面的分析中可以进一步证明 ）。虽然按照 经验一次放上的副控制器参数不一定合适，但可通过调整主控制器放大倍数来进行补偿，结果仍然可使主 变量呈4: i 衰减。 2.4试证明串级控制系统中，当干扰作用在副环时，只要主、副控制器其中之一有积分作用就能保证 主变量无余差。而 当干扰作用于主环时，只有主控制器有积分作用时才能保证主变量无余差。 答：从串级控制系统结构图中可以看出： i. 当干扰作用在副环时，副环在干扰下的输出可如下计算: 并假定f （t ）为单位阶跃干扰，则 F （ s ）=i/s ，运用终值定理可得:G V (S) K V ；G O 2(S) K 02 T 02 s) ；G m2 (S) K m2
过程装备与控制工程 专业历史 我国“过程装备与控制工程专业”的前身是“化工机械专业”，成立于20世纪50年代初期。专业初创时期，以苏联模式为蓝本，我们的前辈呕心沥血，把我国的化工机械专业办得初具规模、培养了一大批化工机械专业教学、科研、设计、制造与使用的中坚力量。 1951年大连工学院首先成立“化学生产机器与设备”专业。1952年全国高校大调整，天津大学、浙江大学、华东化工学院、华南工学院、成都工学院、杭州化工学校(中专班)等，成立“化学生产机器与设备”专业，简称为“化机”专业。 随着全球现代化的需要和发展，在化工机械里面逐渐应用到了越来越多的自动控制。因此，为了符合我国现代化发展需要，顺应科技时代的潮流，1998年3月教育部应上届教学指导委员会的建议将专业改名为过程装备与控制工程。从此，一个更加具有发展潜力的新专业诞生了。20多年来，我国先后在60多个高样开设了这一个专业，使得该专业得到了很大的发展。 过程装备 化工单元－碳干化法设备 什么是过程装备？了解了过程装备与控制工程的历史后我们不难以知道，它也和化工机械一样，分为两大类：①化工机器。指主要作用部件为运动的机械，如各种过滤机，破碎机，离心分离机、旋转窑、搅拌机、旋转干燥机以及流体输送机械等。 ②化工设备。指主要作用部件是静止的或者只有很少运动的机械，如各种容器（槽、罐、釜等）、普通窑、塔器、反应器、换热器、普通干燥器、蒸发器，反应炉、电解槽、结晶设备、传质设备、吸附设备、流态化设备、普通分离设备以及离子交换设备等。化工机械的划分是不严格的，一些流体输送机械（如泵、风机和压缩机等）
指对过程装备和及其系统的状态和工况进行监测，控制，以确保生产工艺有序稳定运行，提高过程装备的可靠度和功能可利用度。控制工程是结合现代自动化技术，是现代自动化先进技术与化工机械相结合的，提高了设备的效率 本专业培养具备机械热加工基础知识与应用能力，能在工业生产第一线从事热加工领域内的设计制造、试验研究、运行管理和经营销售等方面工作的高级工程技术人才。 业务培养要求 本专业学生主要学习材料科学及各类热加工工艺的基础理论与技术和有关设备的设计方法，受到现代机械工程师的基本训练，具有从事各类热加工工艺及设备设计、生产组织管理的基本能力。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力： 1．具有较扎实的自然科学基础，较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力； 2．较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，主要包括力学、机械学、电工与电子技术、热加工工艺基础、自动化基础、市场经济及企业管理等基础知识； 3．具有本专业必需的制图、计算、测试、文献检索和基本工艺操作等基本技能及较强的计算机和外语应用能力； 4．具有本专业领域内某个专业方向所必需的专业知识，了解科学前沿及发展趋势； 5．具有较强的自学能力、创新意识和较高的综合素质。 主干学科 机械工程、材料科学与工程。 主要课程 工程力学、机械原理及机械零件、电工与电子技术、微型计算机原理及应用、热加工工艺基础、热加工工艺设备及设计、检测技术及控制工程、CAD／CAM基础。 专业内涵 本学科是机械大学科的一个分支，它自己是属于机械领域，同时又服务于过程工业，自身的发展又需要机电控制。所谓过程工业，是指通过化学和物理的方法以达到改变物料性能的加工业，它涵盖了化学、化工、石油化工、食品、制药，甚至于冶金等众多行业部门。过程工业所涉及的对象是流程性物料，从原料到产品需经过复杂的工艺过程，因而整个过程需要由为数众多的单元构成。而每一个单元均需要由能实现这一功能的设备来完成，将这些单元设备连在一起便构成过程装备。动力工程及工
1.1.1生产过程自动化系统所包含的内容：自动检测系统：采用检测仪表（如热电偶、热电阻、压力传 感器等）对温度、压力、流量、液位等进行测量，自动控制的依据 ?信号连锁系统：信号连锁系统是一种安全装置，包括信号报警和联锁保护，信号连锁系统的作用， 在事故发生前，自动发出声光报警信号，引起操作员的注意以便及早采取措施 ?自动操作系统：按预先规定的程序周期性操作（如PLC程序控制） ?自动控制系统：根据实际的工艺参数变化进行自动调节（如PID调节期、计算机数控等） 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、压差式流量计的核心部件是（节流装置），常见的节流装置有（孔板；喷嘴；文都利管）等。 3、液位是指（容器内液体介质液面的高低），常用的液位计有（浮力式；静压式；电容式；光纤式） 4、在PID调节器中，需要整定的参数为（比例度；积分时间；微分时间）。 5、调节阀的选型主要包括（阀的口径选择；型式选择；固有流量特性选择；材质选择）等内容。 6、计算机在过程控制中的应用类型一般可分为（直接数字控制系统；监督控制系统；分级控制系统； 集散控制系统）等几种类型。 7、PLC的程序表达方式常采用（梯形图；语句表；逻辑功能图）等方法。 判断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。(错误。单纯的比例控制不可能消除余差) 2、自动调节系统中，滞后的存在总不利于调节的。（错误。控制通道的滞后总是不利的，但干扰通道 中的容量滞后可以缓和干扰的影响，对控制系统有利。） 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。（错误。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长） 4、控制系统中直接产生控制作用的是控制信号。（错误。控制系统中直接产生控制作用的是操纵变量。） 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。正确 三、简答题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。1、所谓的 工程整定法，就是避开被控对象的特性和数学描述，在被控对象运行时，直接在控制系统中，通过改变调节器参数，观察被控变量的过渡过程，来获取调节器参数的最佳数值。临界比例度法整定参数的步骤是：首先将调节器的积分、微分作用全部去除，在纯比例作用调节比例度，直至得到等幅振荡的阶跃干扰过渡过程，此时的比例度和振荡周期称为临界比例度和临界周期，最后按照相应的经验公式计算出调节器各参数的整定数值。临界比例度法参数整定是以闭环系统得到4:1衰减比，且有合适的超调量为目标的。 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。2、计算机直接控制系统与常规模拟控 制系统的基本结构相同，有关调节原理和调节过程也相同，都是基于“检测偏差、纠正偏差”的控制原理。不同之处在于计算机控制系统中，控制器对控制对象的参数、状态信息的检测和控制结果的输出在时间上是断续的，对检测信号的分析计算是数字化的，而在模拟控制系统中则是连续的。 3、试简要分析本质安全防爆系统的防爆原理。3、本质安全防爆型是指在正常和故障状态下，电路及 设备产生的火花能量都不足于引起爆炸的防爆类型。它由两种场所、两种电路组成，即安装在危险场所的本质安全电路及安装在非危险场所的非本质安全电路，两者间采用防爆安全栅隔离。仪表的防爆性能是靠电路设计来实现和保证：采用低的工作电压和小的工作电流；用防爆安全栅将危险与非危险场所电路隔开；现场和控制室之间仪表的连接导线不得形成过大的分布电感和电容。 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。4、单容液位对象的自衡作用 是指当输入变量发生变化破坏了被控对象的平衡而引起输出变量变化时，在没有人为干预的情况下，被控对象的自身能重新恢复平衡的特性。产生的原因主要是出口阀的流量特性，即在流出变化量很小
过程控制工程知识点复习 一.过程控制系统及其分类 1.过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，主要解决单输入 单输出的定值控制系统的分析和综合问题。 2.过程控制有三种图表示分别是系统框图控制流程图工艺流程图我们应当学会识 别。 控制流程图 系统框图
工艺流程图 3.过程控制系统的分类 按结构特点分为反馈控制系统（闭环）前馈控制系统（开环）前馈-反馈控制系 统（复合控制系统）复合控制系统 按信号特点分定值控制系统（给出给定值）程序控制系统（按一定规律变化如空调温度随时间变化定值变化11：00给25°c 12：00给28°c）随动控制系统（如比值控制） 二.过程建模 被控过程是指正在运行的多种被控制的生产工艺设备，如锅炉，精馏塔，化学反应器等等，被控过程的数学模型（动态特性）是指过程在各输入量（控制量与扰动）作用下相应输出量变化函数关系的数学表达式。 过程的数学模型有两种 1.非参数模型，如阶跃响应曲线脉冲响应曲线频率特性曲线是用曲线表示的 2.参数模型，如微分方程传递函数脉冲响应函数状态方程差分方程是用数学 方程式表示的。 机理法建模 机理法建模又称为数学分析法建模或理论建模。
自平衡能力：即过程在输入量的作用下其平衡状态被破坏后无需人或仪器的干 预，依靠过程自身能力逐渐恢复达到另一新的平衡状态 试验法建模 试验法建模是在实际的生产过程中，根据过程输入，输出实验数据，通过过程辨 识与参数估计的方法建立被控过程的数学模型。特点是不需要深入了解过程机理 但必须设计合理实验。 三.过程测量及变送 测量误差 测量误差是指测量结果与被测量的真值之差，测量误差反应了测量结果的可靠度。 绝对误差：绝对误差是指仪表指示值与被测变量的真值之差，在工程上，通常把高一等级精度的标准仪器测得的值作为真值（实际值）此时的绝对误差是指用标准仪表（高精度）与测量仪表（低精度）同时测量同一值是，所得两个结果之差。 相对误差：相对误差是指绝对误差与被测量的真值之比的百分数，它比绝对误差更具有说明测量结果的精度。相对误差分为实际相对误差和标称相对误差和引用相对误差 引用相对误差δ=（（绝对误差）/（仪表量程））*100%=（（x-x0）/（a-b））*100% x仪表测量值x0仪表测量真值a仪表上限b仪表下限 实际相对误差为绝对误差与真值之比的百分数标称相对误差为绝对误差与仪表指示值之比的百分数 四.简单过程控制系统 对过程控制设计的一般要求1.安全性2.稳定性3.经济性 （单回路）过程控制系统的设计步骤 1.根据工艺参数合理选择性能指标 2.选择合理的控制参数和被控参数 3.合理的选择和设计控制器 4.兼顾被控参数的测量与变送器执行器的选择 控制方案设计 1.合理选择被控参数Y（s） 2.合理选择被控参数Q（s） 3.合理设计（选择）控制（调节）规律Wc（s） 4.被控过程参数的测量与变送Wm（s） 5.控制执行器的选择Wv（s） 过程控制系统在运行中有两种状态，一种是稳态，一种是动态 阶跃响应的性能指标 1.余差（静态偏差）C 过渡过程后给定值与被控参数稳态值之差 2.衰减率衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标 ψ=(B1-B2)/B1=1-B2/B1 为保持系统足够的稳定度，一般取ψ=0.75-0.9 3.最大偏差A（超调量σ） 最大偏差是指被控参数第一个波的峰值与给定值的差 σ=（y（tp）-y（∞））/ y（∞）*100% 这个值表示被控参数偏离给定值的程度，衡量性能的重要指标 4.过渡时间ts 从受扰动开始到进入新的稳态值+-5%范围内的时间，衡量快速性的指标，该值约小
过程装备与控制工程专业个人理解与感悟
过程装备与控制工程专业个人理解与感悟 ——来自一个实习半年的准毕业生以下摘至百度百科： 培养目标：本专业培养具备过程装备与过程控制基础知识与应用能力，能够在化工、炼油、医药、轻工、环保、食品等领域从事过程装备与过程控制设计、研究、制造、管理的高级工程技术人员主要课程：微机原理及应用、理论力学、材料力学、化工流体力学、机械原理、机械设计、机械制图、工程材料及机制基础、化工原理、过程装备力学基础、过程设备设计、过程流体机械、过程装备控制技术及应用、过程装备制造与检测、过程装备材料腐蚀与防护、过程装备成套技术等 摘录完结！ 我在北京的一个压力容器制造公司上班实习已经有半年了，在这半年来，经验不多，但是收获了很多也见识了很多，感谢这家公司！ 2014年7月，暑假正开始，我来到了北京的一家压力容器制造公司。 其实在学期末，我就一直在寻找一个实习的机会，在各大招聘网站上投递简历，在学校学习理论知识，在公司去运用。 学校所学的核心课程，就属《过程设备设计》，其实大多来自GB150，与GB150有不一样的是书上前两章是压力容器应力分析，教你如何去分析典型的受力，而这个应力的分析与你所学《理论力学》
和《材料力学》是息息相关的，《理论力学》和《材料力学》和你所学的《高等数学》和《线性代数》又是息息相关的，我觉得在大学，微积分的应用就像小学的加减乘除一样，至关重要，《线性代数》代数中的矩阵，在有限元中的应用中又是至关重要的，还有一门《大学物理Ⅰ》的学习也是相当重要的。 《化工原理》、《工程热力学》、《流体力学》、《过程流体机械》学科的学习也是很重要的，吸收塔、干燥塔、换热器、搅拌器等的设计过程离不开这些课程的应用；《过程装备控制技术及应用》及《过程流体机械》、《化工原理》的学习，也让你大概知道了如何去选择机器，比如泵、压缩机的选择等；《过程装备成套技术》的学习让你大概了解怎么去选择设备上的仪器仪表；《工程材料》、《过程装备制造与检测》与《过程装备材料腐蚀与防护》的学习让你知道了如何去选择设备的用材，让你大概了解了设备的制造过程，了解了设备的维护与防腐……总而言之，大学许多课程的学习都是很重要的，很重要的。 以上是我对大学阶段课程的学习的见解 7月，我到公司，除了用Solidworks给已有二维图纸的设备画三维图，在工作之余，我接触了大量的与设备设计息息相关的标准，支座标准，吊耳标准，封头标准，法兰标准，接管标准，补强圈标准等。 压力容器有四大类，存储，反应，换热，分离，每一类都有详细的相关规定和标准，不过，我认为，GB150是核心。 9月，是大学本科阶段最后一学年的开始，学校安排还有两个月
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。 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，使被控变量保持在给定值，两者的相同之处在于都是施加于被控对象的作用，不同之处在于干扰作用是使被控变量偏离给定值，而控制作用是使被控变量接近给定值。 9.试画出衰减比分别为n<1,n=1,n>1,n →∞ 时的过度过程曲线？ 答：如图所示： 10.表示衰减振荡过程的控制指标有哪些？ 答：表示衰减振荡过程的控制指标有： ①最大偏差A ——指过渡过程中被控变量偏离设定值的最大值，即被控变量第一个波的峰值与给定值的差。 ②衰减比n ——过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰之比。 ③回复时间（过渡时间）t s ——指被控变量从过渡状态回复到新的平衡状态的时间间隔，即整个过渡过程所经历的时间。 ④差e(∞ )——指过渡过程终了时被控变量新的稳态值与设定值之差。 ⑤振荡周期T ——过渡过程的第一个波峰与相邻的第二个同向波峰之间的时间间隔，其倒数称为振荡频率。 第二章 过程装备控制基础 1.什么是被控对象的特性？表征被控对象特性的参数有哪些？它们的物理意义是什么？ n<1，发散 振荡 n 〉1，衰减振荡 n=1，等幅振荡 n →∞，单调过程
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