工业自动化仪表及过程控制
(3)
Industrial Automation Instrumentations and Process Control
流量测量(Flow Measuring)
●流量的概念
●瞬时流量：
●体积流量Q 质量流量Q
m
Q m＝ρQ
●累计流量：
体积总量质量总量
流量测量仪表
●常见工业流量测量仪表
●流量计、质量流量计、计量表
●流量测量原理：
●节流式、速度式、容积式、电磁式、
质量式、超声式等
节流式流量计：测量过程
P
K P P F Q ?=-=)(2
210
ρ
α流量公式
差压流量计测量原理
差压流量计测量原理
)
(2
210
P P F Q -=ρ
α
标准孔板(Orifice Plate)
标准喷嘴(Nozzle)
文丘里管(Venturi Tube)
差压流量计的安装与使用
差压计三阀组示安装意图
Target Flow meter
k
k k A gF k A v A Q a a d
a
v 1
,200=
==为流量系数—γ
()
P
F A
gV h Q f f t ?=-=ρ
αρρρφ2
20
Rotameter
Q
()
P
F A
gV h Q f f t ?=-=ρ
αρρρφ2
20
Rotameter
Q
电远传转子流量计
差动变压器工作原理
转子流量计
粘度补偿型带玻璃视窗的金属转子流量控制器
VKG
粘度补偿型全金属转子流量控制器VKA
容积式流量计
腰轮流量计
Roots Flow Meter
容积式流量计：
椭齿流量计
Elliptic Gears Flow meter
4nV
Q
容积式流量计气体腰轮流量计
填空30 问答20 分析10 设计15 计算分析25 第一章： 什么是过程控制？过程控制是生产过程自动化的简称。它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。 过程控制系统的组成：被控对象和自动化仪表（包括计算机）两部分组成。（被控参数，控制参数，干扰量f(t)，设定值r(t)，反馈值z(t)，偏差e(t)，控制作用u(t)） 过程控制系统的分类：按结构不同：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈-反馈复合控制系统；按定值不同：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）顺序控制系统 过程控制系统的性能指标：根据稳定性、快速性、准确性的要求提出以下 单向性能指标：（1）衰减比（2）最大动态偏差和超调量（3）参与偏差（4）调节时间、峰值时间和振荡频率 综合性能指标：（1）偏差绝对值积分IAE（2）偏差平方积分ISE（3）偏差绝对值与时间乘积积分ITAE（4）时间乘偏差平方积分ITSE 第二章： 检测误差的类型、怎样克服？ 1、检测误差的描述 （1）真值所谓真值是指被测物理量的真实（或客观）取值。在当前现行的检测体系中，许多物理量的真值是按国际公认的公式认定的，即用所谓“认定设备”的检测结果作为真值。（2）最大绝对误差绝对误差是指仪表的实测示值x与真值x a的最大差值，记作△，即△=x-x a （3）相对误差δ=△/x a *100% （4）引用误差γ=△/（x max-x min）*100% （5）基本误差基本误差是指仪表在国家规定的标准条件下使用时所出现的误差。 （6）附加误差附加误差是指仪表的使用条件偏离了规定的标准条件所出现的误差。 2、检测误差的规律性 （1）系统误差系统误差是指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。克服系统误差的有效方法之一是利用负反馈结构。 （2）随机误差或统计误差当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地随机变化，但就总体而言具有一定的统计规律性，通常将这种误差称为随机误差或统计误差。引起随机误差的原因很多且难以掌握，一般无法预知，只能用概率和数理统计的方法计算它出现的可能性的大小，并设计合适的滤波器进行消除。 （3）粗大误差又称疏忽误差。这类误差是由于测量者疏忽大意或环境条件的突然变化而引起的。对于粗大误差，首先应设法判断是否存在，然后再将其剔除。 检测仪表的组成：传感器、变送器 检测仪表的基本特性 固有特性：（1）精确度及其等级（2）非线性误差（3）变差（4）灵敏度和分辨力（5）漂移（6）动态误差
绪论 ●自动化仪表指哪一类仪表?什么叫单元组合式仪表? 答:a:是由若干自动化元件构成的,具有较完善功能的自动化技术工具.b:由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表. ●DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电压.电流信号传输标准是什么?在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处? 答:在DDZ-I型和DDZ-II型以表中采用0~10mA直流电流作为标准信号,而在DDZ-III型和DDZ-S型仪表中,采用国际上统一的4~20mA直流电流作为标准信号.这两种标准信号都以直流电流作为联络信号.采用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区别,且不存在相移问题,可不受传输线中电感.电容和负载性质的限制.采用电流制的优点首先可以不受传输线及负载电阻变化的影响,适于信号的远距离传送;其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成的,使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力.此外,对于要求电压输入的仪表和元件,只要在电流回路中串联电阻便可得到电压信号,故使用比较灵活. ●什么叫两线制变送器?它与传统的四线制变送器相比有什么优点?试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分. 答:a.就是将供电的电源线与信号的传输线合并起来,一共只用两根导线.b. 1有利于识别仪表的断电断线等故障2不仅节省电缆布线方便,而且大大有利与安全防爆易抗干扰.3上限值较大,有利于抑制干扰4上下限的比值为5:1与气动仪表信号制对应,便于相互折算,产生较大的磁力c.图. ●什么是仪表的精确度?试问一台量程为-100~+100℃.精确度为0.5级的测量仪表,在量程围的最大误差为多少? 答:模拟式仪表的合理精确度,应该以测量围中最大的绝对误差和该仪表的测量围之比来衡量,这种比值称为相对百分误差,仪表工业规定,去掉百分误差的%,称为仪表精确度.一般选用相对误差评定,看相对百分比,相对误差越小精度越高.x/(100+100)=0.5%x=1℃. 1-1试述热电偶的测温原理，工业上常用的测温热电偶有哪几种？什么热电偶的分度号？在什么情况下要使用补偿导线？ 答：a、当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时，若两个接点温度不同，回路中就会出现热电动势，并产生电流。 b、铂极其合金，镍铬-镍硅，镍铬-康铜，铜-康铜。 c、分度号是用来反应温度传感器在测量温度围温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列。 d、在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时，自动补偿冷端温度变化，以保证测量精度，为了节约，作为热偶丝在低温区的替代品。 1-2热电阻测温有什么特点？为什么热电阻要用三线接法？ 答：a、在-200到+500摄氏度围精度高，性能稳定可靠，不需要冷端温度补偿,测温围比热电偶低，存在非线性。 b、连接导线为铜线，环境温度变化，则阻值变，若采用平衡电桥三线连接，连线R使桥路电阻变化相同，则桥路的输出不变，即确保检流计的输出为被测温度的输出。 1-3说明热电偶温度变送器的基本结构，工作原理以及实现冷端温度补偿的方法。在什么情况下要做零点迁移？ 答：a、结构：其核心是一个直流低电平电压-电流变换器，大体上都可分为输入电路、放大电路及反馈电路三部分。
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 自动化仪表与过程控制课后答案 自动化仪表与过程控制课后答案 0-1 自动化仪表是指哪一类仪表？什么叫单元组合式仪表？自动化仪表:是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具单元组合式调节仪表 : 由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表 0-2DDZ-II 型与 DDZ-III 型仪表的电压,电流信号输出标准是什么？在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处？ P5 第二段 0-3 什么叫两线制变送器？它与传统的四线制变送器相比有什么优点？试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分？ P5~6 0-4 什么是仪表的精确度？试问一台量程为-100~100C,精确度为 0.5 级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少？一般选用相对误差评定，看相对百分比，相对误差越小精度越高 x/(100+100)=0.5% x=1 摄氏度 1-1 试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种？什么叫热电偶的分度号？在什么情况下要使用补偿导线？答：a、当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时，若两个接点温度不同，回路中就会出现热电动势，并产生电流。 b、铂极其合金，镍铬-镍硅，镍铬-康铜，铜-康铜。 c、分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列。 d、在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时，自动补偿 1/ 11
1：串级控制系统参数整定步骤应为（）。 1.先主环，后副环 2.先副环后主环 3.只整定副环 4.没有先后顺序 2：仪表的精度等级指的是仪表的（） 1.误差 2.基本误差 3.允许误差 4.基本误差的最大允许值 3：串级控制系统主、副回路各有一个控制器。副控制器的给定值为（） 1.恒定不变 2.由主控制器输出校正 3.由副参数校正 4.由干扰决定 4：用K分度号的热偶和与其匹配的补偿导线测量温度。但在接线中把补偿导线的极性接反了，则仪表的指示（） 1.偏大 2.偏小
3.可能大,也可能小,要视具体情况而定 5：用4：1衰减曲线法整定控制器参数时得到的TS值是什么数值（） 1.从控制器积分时间旋纽上读出的积分时间 2.从控制器微分时间旋纽上读出的积分时间 3.对象特性的时间常数 4.是4：1衰减曲线上测量得到的振荡周期 6：当高频涡流传感器靠近铁磁物体时（） 1.线圈的震荡频率增加 2.线圈的电阻减小 3.线圈的电感增大 7：某容器控制压力，控制排出料和控制进料，应分别选用的方式为（）。 1.气开式；气开式 2.气关式；气关式 3.气开式；气关式 4.气关式；气开式 8：准确度等级是仪表按（）高低分成的等级。 1.精度 2.准确度
3.限度 9：不属于工程上控制参数的整定方法是（） 1.动态特性法 2.稳定边界法 3.衰减曲线法 4.比较法 10：最常见的控制结构除了反馈控制结构外还有。（） 1.串级控制 2.前馈控制 3.单回路控制 4.多回路控制 11：串级均匀控制系统结构形式与串级控制系统相同，它与串级控制系统有区别也有相同的地方。相同是（） 1.系统构成目的 2.对主、副参数的要求 3.参数整定顺序、投运顺序 4.干扰补偿方式 12：工业现场压力表的示值表示被测参数的（）。 1.动压 2.全压
“化工混料过程”控制系统设计 1 分析研究被控对象与明确控制任务 1.1分析研究被控对象 图1.1.1是一个典型的化工混料过程，两种配料（配料A和配料B）在一个混合罐中由搅拌器混合，混合后的产品通过一个排料阀排出混料罐。 图1.1.1 搅拌系统示意图 系统中各个区域被控对象的工艺要求描述如下： 配料A和配料B区域： z每种配料的管道都配备有一个入口阀、一个进料泵以及一个进料阀； z进料管安装有流量传感器； z当急停按钮被按下时，进料泵运行立即停止； z当罐的液面传感器指示罐满时，进料泵运行立即停止； z当排料阀打开时，进料泵运行立即停止； z在启动进料泵后最开始的1秒中内必须打开入口阀和进料阀。 z在进料泵停止后（来自流量传感器的信号）阀门必须立即被关闭以防止配料从泵中泄露。 z进料泵的启动与时间监控功能相结合，换句话说，在泵启动后的7秒之内，流量传感器会报告溢出。
z当进料泵运行时，如果流量传感器没有流量信号，进料泵必须尽可能快地断开。 z进料泵启动地次数必须进行计数。（维护间隔） 混合罐区域： z当急停按钮被按下时，搅拌电机的启动必须被锁定。 z当罐的液面传感器指示“液面低于最低限”时，搅拌电机的启动必须被锁定。 z当排料阀打开时，搅拌电机的启动必须被锁定。 z搅拌电机在达到额定速度时要发出一个响应信号。如果在电机启动后10秒内还未接收到信号，则电机必须被断开。 z必须对搅拌电机的启动次数进行计数（维护间隔）。 z在混合罐中必须安装三个传感器： ――罐装满：一个常闭触点。当达到罐的最高液面时，该触点断开。 ――罐中液面高于最低限：一个常开触点。如果达到最低限，该触点 关闭。 ――罐非空：一个常开触点，如果罐不空，该触点闭合。 排料区域： z罐内产品的排出由一个螺线管阀门控制。 z这个螺线管阀门由操作员控制，但是最迟在“罐空”信号产生时，该阀门必须被关闭。 z当急停按钮被按下时，打开排料阀必须被锁定。 z当罐的液面传感器指示罐空时，打开排料阀必须被锁定。 z当搅拌电机在工作时，打开排料阀必须被锁定。 1.2明确控制任务 该“工业搅拌过程”是一个典型的顺序控制，本次设计，准备采用“上位机监控” + “下位机控制” + “操作面板”的方式对整个“工业搅拌过程”进行控制。
自动化仪表与过程控制课后答案 0-1自动化仪表是指哪一类仪表什么叫单元组合式仪表 自动化仪表:是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的 自动化技术工具单元组合式调节仪表: 由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表 0-2DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电压,电流信号输出标准是什么在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处P5 第二段 0-3什么叫两线制变送器它与传统的四线制变送器相比有什么优点试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分P5~6 0-4什么是仪表的精确度试问一台量程为-100~100C,精确度为级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少 一般选用相对误差评定，看相对百分比，相对误差越小精度越高x/(100+100)=% x=1摄氏度 1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种什么叫热电偶的分度号在什么情况下要使用补偿导线 答：a、当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时，若两个接点温度不同，回路中就会出现热电动势，并产生电流。 b、铂极其合金，镍铬-镍硅，镍铬-康铜，铜-康铜。 c、分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列。 d、在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时，自动补偿冷端温度变化，以保证测量精度，为了节约，作为热偶丝在低温区的替代品。 1-2 热电阻测温有什么特点为什么热电阻要用三线接法 答：a、在-200到+500摄氏度范围内精度高，性能稳定可靠，不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低，存在非线性。 b、连接导线为铜线，环境温度变化，则阻值变，若采用平衡电桥三线连接，连线R使桥路电阻变化相同，则桥路的输出不变，即确保检流计的输出为被测温度的输出。 1-3说明热电偶温度变送器的基本结构，工作原理以及实现冷端温度补偿的方法。在什么情况下要做零点迁移 答：a、结构：其核心是一个直流低电平电压-电流变换器，大体上都可分为输入电路、放大电路及反馈电路三部分。 b、工作原理：应用温度传感器进行温度检测其温度传感器通常为热电阻，热敏电阻集成温度传感器、半导体温度传感器等，然后通过转换电路将温度传感器的信号转换为变准电流信号或标准电压信号。 c、由铜丝绕制的电阻Rcu安装在热电偶的冷端接线处，当冷端温度变化时，利用铜丝电阻随温度变化的特性，向热电偶补充一个有冷端温度决定的电动势作为补偿。桥路左臂由稳压电压电源Vz（约5v）和高电阻R1（约10K欧）建立的恒值电流I2流过铜电阻Rcu，在Rcu 上产生一个电压，此电压与热电动势Et串联相接。当温度补偿升高时，热电动势Et下降，但由于Rcu增值，在Rcu两端的电压增加，只要铜电阻的大小选择适当，便可得到满意的补偿。 d、当变送器输出信号Ymin下限值（即标准统一信号下限值）与测量范围的下限值不相对应时要进行零点迁移。
华东交通大学理工学院 Institute of Technology. East China Jiaotong University 课程（论文） 题目工业过程控制系统发展与趋势 分院：电信分院 专业：电力牵引与传动控制 班级：12电牵1班 学号： 学生姓名： 指导教师：李杰 起讫日期：2015.11-2015.12
摘要 工业自动化技术的应用与发展，是工业技术改造﹑技术进步的主要手段和技术发展方向。本文主要介绍了工业自动化技术的特点及其对现阶段我国产业结构优化升级的重大推动作用。 关键词：工业自动化技术；技术进步；产业结构
Abstract The application and development of industrial automation technology is the main method and technology development direction of industrial technological transformation and technological progress. This paper mainly introduces the characteristics of industrial automation technology and its important role in promoting China's industrial structure optimization and upgrading at present. Key words: industrial automation technology; technological progress; industrial structure
工业过程控制系统(DCS) ?西门子PCS7系统介绍 ?PCS7系统高达的应用 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 西门子PCS7系统介绍 西门子为了应对制造业、过程工业和楼宇自动化行业中的挑战，提出了自己的独特解决方案—全集成自动化（TIA）和全集成能源管理（TIP）的驱动与自动化的解决方案，适用于各种行业。 SIMATIC PCS7过程控制系统是全集成自动化（TIA）的核心部分，为生产、过程控制和综合工业中所有领域实现统一且符合客户要求的自动化平台。 通过采用 SIMATIC PCS 7 的全集成自动化解决方案，可实现一致性的数据管理、通讯和组态，性能优异并可前瞻性地确保满足典型的过程控制系统应用需求。 ?简单而可靠的过程控制 ?用户友好的操作和可视化，并可通过因特网实现 ?系统范围内功能强大、快速、一致性的工程与组态 ?系统范围内的在线修改 ?在各个层级的系统开放性 ?灵活性和可扩展性 ?与安全相关的自动化解决方案 ?广泛的现场总线集成 ?仪表与控制设备的资产管理（诊断、预防性维护和维修） 1. PCS7工程组态系统—ES SIMATIC管理器是工程组态控制的控制中心，是工程组态工具套件的综合平台，同时也是SIMATIC PCS7过程控制系统所有工程组态任务的组态基础。SIMATIC PCS7项目各个方面的创建、管理、归档和记录都在这里进行。
浅谈过程控制与自动化仪表 摘要随着自动化仪表的更新换代，现代科学技术的发展需要自动化仪表和过程控制提供技术保障，要不断地改进生产技术，使其朝着智能化、网络化、开放性发展。 关键词自动化仪表；自动化技术；过程控制 1 引言 过程控制泛指石油、化工、电力、冶金、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，其被控量通常为压力、液位、流量、温度、PH值等过程变量，是自动化技术的重要组成部分。其作用体现在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术可实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。自动化仪表是用于生产过程自动化的仪器或设备，是实现工业企业自动化的必要手段和技术工具。其特点是兼容性、统一标准。 2 过程控制概述 2.1 过程控制的特点、要求及任务、功能结构 过程控制的特点：系统由被控过程和检测控制仪表组成；被控过程的多样性；控制方案的多样性；控制过程大多属于慢变过程与参量控制；定值控制是过程控制的主要形式。 生产过程对控制最主要的要求可以归结为三个方面，即：安全性、稳定性和经济性。过程控制的任务，就是在了解、掌握工艺流程和生产过程的各种特性的基础上，根据工艺生产提出的要求，应用控制理论对控制系统进行分析、设计和综合，并采用相应的自动化装置和适宜的控制手段加以实现，最终达到优质、高产、低耗的控制目标。 图1过程控制的功能结构图 过程控制的功能结构：测量变送与执行，由测量变送装置与执行装置实现；
操作安全与环保，保证生产安全、满足环保要求的设备(独立运行)；常规与高级控制，实现对过程参数的控制，满足控制要求；实时优化，实现最优操作工况(时间，成本，设备损耗)而设计的方案；决策与计划调度，对整个过程进行合理计划调度和正确决策，使企业利益最大化。 2.2 过程控制的分类 按照被控变量的给定值分类，可分成以下三类： 1. 定值控制系统，是一种被控变量的给定值始终固定不变的控制系统。如：液位控制系统； 2. 随动控制系统随动控制系统是一种被控变量的给定值随时间不断变化的控制系统，例如：锅炉的燃烧控制系统； 3. 程序控制系统(又称顺序控制系统)程序控制系统是被控变量的给定值按预定的时间程序来变化的控制系统。例如：冶金工业中的金属热处理的温度控制。 2.3 过程控制发展概况 20世纪40年代前后(手工阶段)：手工操作状态，凭经验人工控制生产过程，劳动生产率很低； 20世纪50年代前后(仪表化与局部自动化阶段)：过程控制发展的第一个阶段，实现了仪表化和局部自动化； 20世纪60年代(综合自动化阶段)：检测和控制仪表-----采用单元组合仪表(气动、电动)和组装仪表，实现直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC)；过程控制系统结构------多变量系统，各种复杂控制系统，如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统，控制目的------提高控制质量或实现特殊要求； 20世纪70年代以来(全盘自动化阶段)：发展到现代过程控制的新阶段，这是过程控制发展的第三个阶段。 3 自动化仪表概述 自动化仪表是用于过程自动化的仪器或设备，过程控制系统是实现生产过程自动化的平台，而自动化仪表与装置是过程控制系统不可缺少的重要组成部分。 3.1 自动化仪表的分类 (1) 按照安装场地分 现场仪表(一次仪表)、控制室仪表(二次仪表)； (2) 按能源形式分 ①气动控制仪表：以压缩空气为能源。 优点：结构简单，性能稳定，可靠性高，易于维修，天然防爆； 缺点：气动信号传输速度极限=声速340 s，体积庞大。 ②电动控制仪表 优点：信号快速，远距离传输：易于实现复杂规律的信号处理，易 于与其他装置相连，供电用电方便，无需空压机和油泵、水泵； 缺点：不天然防爆；易受电磁干扰；功率不易大，近年的电动仪表 多采用了安全防爆措施，应用更加广泛。 ③液动仪表(以高压油和高压水为能源) 优点:工作可靠，结构简单，功率大，防爆；
●自动化仪表指哪一类仪表?什么叫单元组合式仪表? 1 答:a:是由若干自动化元件构成的,具有较完善功能的自动化技术 工具.b:由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组 合而成的自动调节仪表. ●DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电压.电流信号传输标准是什么?在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处? 答:在DDZ-I型和DDZ-II型以表中采用0~10mA直流电流作为标准信号,而在DDZ-III型和DDZ-S型仪表中,采用国际上统一的4~20mA直流电流作为标准信号.这两种标准信号都以直流电流作为联络信号.采用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区别,且不存在相移问题,可不受传输线中电感.电容和负载性质的限制.采用电流制的优点首先可以不受传输线及负载电阻变化的影响,适于信号的远距离传送;其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成的,使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力.此外,对于要求电压输入的仪表和元件,只要在电流回路中串联电阻便可得到电压信号,故使用比较灵活. ●什么叫两线制变送器?它与传统的四线制变送器相比有什么优点?试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分. 答:a.就是将供电的电源线与信号的传输线合并起来,一共只用两根导线.b. 1有利于识别仪表的断电断线等故障2不仅节省电缆布线方便,而且大大有利与安全防爆易抗干扰.3上限值较大,有利于抑制干扰4上下限的比值为5:1与气动仪表信号制对应,便于相互折算,产生较大的磁力 c.图. ●什么是仪表的精确度?试问一台量程为-100~+100℃.精确度为0.5级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少? 答:模拟式仪表的合理精确度,应该以测量范围中最大的绝对误差和该仪表的测量范围之比来衡量,这种比值称为相对百分误差,仪表工业规定,去掉百分误差的%,称为仪表精确度.一般选用相对误差评定,看相对百分比,相对误差越小精度越高.x/(100+100)=0.5%x=1℃. ●1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种?什么热电偶的分度号?在什么情况下要使用补偿导线? 答:a.当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时,若两个接点温度不同,回路中就会出现热电动势,并产生电流.b.铂极其合金,镍铬-镍
一、单选题（共 5 道试题，共 20 分。） 1. 在过程控制中，使用最多的是（A）。 A. 气动执行器 B. 电动执行器 C. 热动执行器 D. 手动执行器 满分：4 分 2. 对于（D）摄氏度以上的高温，已不能用热电阻进行测量，大多采用热电偶进行测量。 A. 100 B. 200 C. 300 D. 500 满分：4 分 3. 从整理结构上看，智能温度变送器由（A）部分组成。 A. 2 B. 3 C. 4 D. 5 满分：4 分 4. 电动仪表的供电方式有（A）和直流供电方式。 A. 交流供电方式 B. 动态供电方式 C. 间接供电方式 D. 直接供电方式 满分：4 分 5. 子流量计的流体流动方向为（B）。 A. 自上而下 B. 自下而上
C. 循环流动 D. 单相流动 满分：4 分 二、多选题（共 5 道试题，共 20 分。） 1. 直流集中供电的优点是（ABC ）。 A. 缩小了仪表的体积 B. 增强了防停电能力 C. 为仪表的安装创造了必要条件 D. 便于拆卸 满分：4 分 2. 常用热电偶可分为（AB）。 A. 标准热电偶 B. 非标准热电偶 C. 单相热电偶 D. 双向热电偶 满分：4 分 3. 系统的控制方案包括（ABC）。 A. 系统的构成 B. 控制方式 C. 控制规律 D. 控制过程 满分：4 分 4. 自动化仪表按安装场地不同，可分为（ABC ）。 A. 现场类 B. 控制室类 C. 自动化化类 D. 电气类 满分：4 分
5. 检测误差按检测数据中误差呈现的规律性可分为（BCD）。 A. 检测误差 B. 系统误差 C. 随机误差 D. 粗大误差 满分：4 分 三、判断题（共 15 道试题，共 60 分。） 1. 当微分时间较小时，增加微分时间可以减小偏差，增大响应时间。（） B. 正确 满分：4 分 2. 简单控制系统控制参数选择时，干扰通道的静态增益应尽可能小。（） A. 错误 B. 正确 满分：4 分 3. 控制系统的性能指标有单项指标和综合指标两种。（） A. 错误 B. 正确 满分：4 分 4. 方波响应曲线是在过程正常输入的基础上再叠加一个阶跃变化后获得的。（） A. 错误 B. 正确 满分：4 分 5. 在确定控制参数时，还应考虑工艺操作的合理性、可行性与经济性的关系。（） A. 错误 满分：4 分 6. 衰减曲线法是与临界比例度法完全不同的方法。（）
西南科技大学成教学院德阳教学点 《自动化仪表与过程控制》练习题及参考答案 班级： 姓名： 学号： 成绩： 一、填空题 1、过程控制系统一般由 控制器 、 执行器 、 被控过程 和测量变送等环节组成。 2、仪表的精度等级又称 准确度级 ，通常用 引用误差 作为判断仪表精度等级的尺度。 3、过程控制系统动态质量指标主要有 衰减比n 、 超调量σ 和过渡过程时间s t ；静态质量指标有 稳态误差e ss 。 4、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用 约定真值 或 相对真值 来代替。 5、根据使用的能源不同，调节阀可分为 气动调节阀 、 电动调节阀 和 液动调节阀 三大类。 6、过程数学模型的求取方法一般有 机理建模 、 试验建模 和混合建模。 7、积分作用的优点是可消除 稳态误差(余差)，但引入积分作用会使系统 稳定性 下降。 8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为 单闭环比值控制 、 双闭环比值控制 和 变比值控制 三种。 9、Smith 预估补偿原理是预先估计出被控过程的 数学模型 ，然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的 纯滞后 进行补偿。 10、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 最大 ， 系统的余差 减小 ，最大偏差 减小 。 11、从理论上讲，干扰通道存在纯滞后， 不影响 系统的控制质量。 12、建立过程对象模型的方法有 机理建模 和 系统辨识与参数估计 。 13、控制系统对检测变送环节的基本要求是 准确 、 迅速 和 可靠 。 14、控制阀的选择包括 结构材质的选择、 口径的选择 、 流量特性的选择 和 正反作用的选择。 15、防积分饱和的措施有 对控制器的输出限幅 、限制控制器积分部分的输出和 积分切除法。 16、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 。 17、在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是 通过旁路控制 。 二、名词解释题 1、衰减比 答：衰减比 n 定义为： 衰减比是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。为保证系统足够的稳定程度，一般取衰减比为4:1～10:1。 2、自衡过程 答：当扰动发生后，无须外加任何控制作用，过程能够自发地趋于新的平衡状态的性质称为自衡性。称该类被控过程为自衡过程。 3、分布式控制系统 答：分布式控制系统DCS ，又称为集散控制系统，一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层体系结构、局部网络通信的计算机综合控制系2 1B B n
一、简答题 1、分析如图所示的用不平衡电桥进行热电偶冷端温度补偿方法的原理。 答：热电偶测温时要保持冷端温度恒定。采用不平衡电桥可以对热电偶冷端温度的变化进行补偿，其原理是：将热电偶与不平衡电桥串连，两者输出之和进入显示仪表。而不平衡电桥的一个桥路选择热电阻，其它3个桥臂阻值恒定。测温时，将热电阻与热电偶的冷端置于同样的温度环境下。在某设计的冷端温度下，电桥平衡，输出为0。 当冷端温度升高时，热电偶的输出减小，但热电阻的阻值随着温度的升高而增加，从而引起电桥输出增加。通过合理选择桥路参数，可以在一定冷端温度变化范围内，使得热电偶输出电势减小的数值与不平衡电桥输出相等，从而实现冷端温度补偿。冷端温度减小时，同样也能实现冷端温度补偿。 2、什么叫气动执行器的气开、气关式？其选择原则是什么？ 答：随着送往执行器的气压信号的增加，阀逐渐打开的称为气开式，反之称为气关式。气开、气关式的选择主要是由工艺生产上安全条件决定。一般来说，阀全开时，生产过程或设备比较危险的选择气开式；阀全关时，生产过程或设备比较危险的选择气关式。 3、调节器参数整定的任务是什么？工程上常用的调节器参数整定方法有哪几种？ 答：调节器参数整定的任务是：根据已定的控制方案，来确定调节器的最佳参数值，包括比例度、积分时间、微分时间，以便系统能获得好的控制品质。调节器参数整定的方法有理论计算和工程整定两大类，其中常用的是工程整定法。 4、在什么场合选用比例、比例积分和比例积分微分调节规律？ 答：比例调节规律适用于负荷变化较小、纯滞后不太大而工艺要求不高、又允许有余差的控制系统。比例积分调节规律适用于对象调节通道时间常数较小、系统负荷变化较大，纯滞后不大而被控参数不允许与给定值有偏差的调节系统。比例积分微分调节规律适用于容量滞后较大、纯滞后不大、不允许有余差的调节系统。 5、什么是积分饱和现象？有哪些措施防止该现象的发生？ 答：当控制系统长期存在偏差，积分控制作用输出会不断增加或减小，直到输出超过仪表范围的最大值或最小值而达到仪表所能达到的极限最大或最小值。这时当偏差反向时，控制器的输出不能及时反向，要在一定延时后，控制器的输出才能从最大或最小的极限值回复到仪表范围的最大或最小值，在这段时间内，控制器不能发挥控制作用，造成控制不及时。通常把这种由于积分过量造成的控制不及时现象称为积分饱和现象。 防止积分饱和的措施有： 限幅法：采用技术措施，将控制器的输出信号限制在工作信号范围内。 积分切除法：当控制器处于开环状态时，自动切除其积分作用。
第一章绪论 1、过程控制概述 过程控制是生产过程自动化的简称。它泛指石油、化工、电力、冶金、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术可实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。 过程控制通常是对生产过程中的压力、液位、流量、温度、PH值、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动尽行。 2、过程控制的特点 （1）系统由被控过程和检测控制仪表组成；（2）被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；（3）控制方案丰富多彩，控制要求越来越高；（4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制；（5）定值控制是过程控制的主要形式。 3、过程控制的要求与任务 要求：（1）安全性：针对易燃易爆特点设计；参数越线报警、链锁保护；故障诊断，容错控制。（2）稳定性：抑制外界干扰，保证正常运行。（3）经济性：降低成本提高效率。掌握工艺流程和被控对象静态、动态特性，运用控制理论和一定的技术手段（计算机、自动化仪表）设及合理系统。 任务：指在了解、掌握工艺流程和被控过程的静态与动态特性的基础上，应用控制理论分析和设计符合上述三项要求的过程控制系统，并采用适宜的技术手段（如自动化仪表和计算机）加以实现。 4、过程控制的功能 测量变送与执行功能；操作安全与环境保护功能；常规控制与高级控制功能；实时优化功能；决策管理与计划调度功能。 5、过程控制系统的组成 被控参数（亦称系统输出）y(t)：被控过程内要求保持稳定的工艺参数； 控制参数（亦称操作变量控制介质）q(t)：使被控参数保持期望值的物料量或能量； 干扰量f(t)：作用于被控过程并引起被控参数变化的各种因数； 设定值r(t)：与被控参数相对应的设定值；
过控课后题 1、调节器正反作用方式的定义是什么？在方案设计中应该怎样确定调节器的正反作用方式？P157-P158 答： （1）当被控过程的输入量增加（或减小）时，过程的输出量（即被控参数）也随之增加（或减小），则称为正作用被控过程，反之称为反作用被控过程； （2）①首先根据生产工艺要求及安全等原则确定调节阀的气开、气关形式，以确定Kv的正负； ②然后根据被控过程特征确定其属于正、反哪种类型，以确定Ko的正负； ③最后根据系统开环传递函数中各环节静态增益的乘积α必须为正这一原则确定调节器Ko的正负，进而确定调节器的正反作用类型。 2、P、I、D调节规律各有何特点？P152 答： P调节（比例调节规律）特点： 1)有差调节，不可避免地存在稳态误差： 2)稳态误差随比例度的增大而增大；； 3)不适用于给定值随时间变化的系统； 4)增大Kc，不仅可以减小稳态误差，还可以加快响应速率 I调节（积分调节规律）特点： 1)可以提高系统的无差度，也即提高系统的稳态控制精度： 2)过渡过程变化相对缓慢，系统的稳定性差 D调节（微分调节规律）特点： 1)单纯的微分调节器是不能工作的； 2)能预测偏差变化趋势，防止系统被调量出现较大动态偏差； 3、调节器的参数有哪些工程整定方法？各有什么特点？P159 答： （1）反应曲线法，临界比例度法，衰减曲线法 （2）特点： a)反应曲线法是一种开环整定方法，是得到被控过程的典型参数之后，再对调节 器参数进行整定的； b)临界比例度法是一种闭环整定方法，不需测试动态特征，方便简洁，使用方便； c)衰减曲线法与临界比例度法类似，都是依赖系统在某种运行状况下的特征信息 对调节器进行参数整定的，无需单据被控的数学模型，但不同的是无需出现等幅振荡过程 4、微分控制为什么不能单独作用调节规律？P154 答：因为任何实际的调节器都有一定的不灵敏区（或称死区），在不灵敏区内，当系统的输出产生变化时，调节器并不动作，从而导致被调节的偏差有可能出现相当的数值而得不到校正 5、控制方案确定中为了减小或消除控制通道中纯时延时对系统控制品质不良影响，怎样设计一种补偿措施？ 答：在系统设计时，应使控制通道的时间常数To既不能太大也不能太小。当To过大而又无法减小时，可以考虑在控制通道中增加微分环节。另可以选用快速测量仪表变送环节的时间常数，或采取一定措施以减小执行器的时间常数等等。
自动化仪表与过程控制后 习题答案 ●自动化仪表指哪一类仪表?什么叫单元组合式仪表？ 1答:a：是由若干自动化元件构成的,具有较完善功能的自动化技术工具.b:由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表. ●ＤDZ－II型与DDZ-IＩＩ型仪表的电压.电流信号传输标准是什么?在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处? 答：在DDZ-I型和DDZ-II型以表中采用0~10mA直流电流作为标准信号,而在DDＺ-ＩＩI型和DDZ-S型仪表中,采用国际上统一的4~20mＡ直流电流作为标准信号．这两种标准信号都以直流电流作为联络信号.采用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区别，且不存在相移问题,可不受传输线中电感.电容和负载性质的限制.采用电流制的优点首先可以不受传输线及负载电阻变化的影响,适于信号的远距离传送;其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成的,使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力.此外,对于要求电压输入的仪表和元件,只要在电流回路中串联电阻便可得到电压信号,故使用比较灵活．
●什么叫两线制变送器？它与传统的四线制变送器相比有什么优点?试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分. 答:a．就是将供电的电源线与信号的传输线合并起来,一共只用两根导线.b．1有利于识别仪表的断电断线等故障２不仅节省电缆布线方便,而且大大有利与安全防爆易抗干扰.３上限值较大，有利于抑制干扰4上下限的比值为５：１与气动仪表信号制对应，便于相互折算,产生较大的磁力ｃ.图. ●什么是仪表的精确度?试问一台量程为-100~+100℃.精确度为0.5级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少？答:模拟式仪表的合理精确度，应该以测量范围中最大的绝对误差和该仪表的测量范围之比来衡量，这种比值称为相对百分误差，仪表工业规定,去掉百分误差的%,称为仪表精确度.一般选用相对误差评定,看相对百分比,相对误差越小精度越高.x/(１０0+１00)＝0.５%x=１℃. ●1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种?什么热电偶的分度号？在什么情况下要使用补偿导线? 答:a．当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时,若两个接点温度不同,回路中就会出现热电动势，并产生电流．b.铂极其合金,镍铬-镍硅,镍铬-康铜,铜-康铜．c.分度号是用
自动化仪表与过程控制课程大作业 1、（20分）如图所示热化工生产中的连续反应器示意图。 其工艺为：物料自顶部连续进入槽中，经反应产生的 热量由冷却夹套中的冷却水带走。为了保证产品质量，必须严格控制反应温度θ1。 原来选择的控制方案如图所示，控制精度无法达到预期要求。 （1）该系统是一个时间常数较大的系统，尤其是冷却水的进水流量常常波动，导致反应器内部温度动态偏差较大。试设计一个串级控制系统，提高控制精度。（画出控制系统连接图和方框图） （2）分析当冷却水的进水流量突然增大时，该系统是如何消除扰动、提高控制精度的。 2、（20分）（用MATLAB 仿真实现）某液位控制系统，在控制阀开度增加10%后，液位的响应数据如下： 如果用具有延迟的一阶惯性环节近似，确定其参数K,T 和τ，并根据这些参数整定PI 调节器的参数，用仿真结果验证之。 3、（20分）某隧道窑系统，考虑将燃料室温度作为副变量，烧成温度为主变量，燃烧室温度为副变量的串级控制系统中主、副对象的传递函数12,o o G G 分别为：11()(301) o G s s = +， 2 21 ()(101)(1)o G s s s = ++，其中有一个10s 的传输延迟，其传递函数为10()s d G s e -=。当延迟环节 分别放在主回路和副回路时，设计串级控制主、副PID 调节器的参数，并绘制出整定后的阶跃响应曲线，分析二次扰动系统的影响。 4、（15分）根据如图所示，当选择进水流量Q1为控制量时，设计水箱水位的单回路控制系统。 （1）要求画出系统的连接图和方框图； （2）若进水阀为气动阀，选择其气开、气关的形式，并确定调节器的正、反作用方式。要求有分析过程。
1过程控制通常是对生产过程中的温度，压力，流量，液位，成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化。 2工业生产对过程控制的要求归纳起来主要有；安全f ________ 3在自动化仪表中，仪表的精度通常在规定的使用条件下，由最大引用误差来度量。 4气动执行器分，气开，气关两种形式，他的选择应根据调节器输岀信号为零C°或气源中断时，使生产 处于安全状态的原则确定。 5在调节器的参数整定方法中，工程整定方法包括临界上__________ 6前馈控制的特点有前 _______________________________________________________________________________________ 7在串级控制系统中，主副调节器放大系数的乘积越大，系统的抗干扰能力就越强。_ 8变送器的二线制传输方式与四线制传输方式相比具有节省 _________________________________________________________ 9齐纳式安全栅存在两点不足，其一为固__________ 10目前常用的调节阀中，有三种代表性的理想流量特性，即直线_________ 这三种流量特性完全取决于阀心的形状。 11变送器设计直流-交流-直流电路的目的是？？？？？？？？ 简答题 1简述调节器正反作用方式的选择原则。 首先根据生产工艺要求及安全等原则确定调节阀的气开，气关形式，以确定Kv的正负；然后根据被控过 程特性确定其属于正，反哪一种类型，以确定Ko的正负；最后根据系统的开环传递函数中各环节静态增 益的乘积必须为正这一原则确定调节器Kc的正负，进而确定调节器的正反作用类型。 2.简述串级控制系统的主要特点 ①对进入副回路的干扰有很强的抑制能力 ②能改善控制系统通道的动态特性、提高系统的快速反应能力 ③对非线性情况下的负荷或操作条件的变化有一定的自适应能力 3.简述引入前反馈的原则 ①当系统中存在变化频率高、幅值大、可测而不可控的干扰、反馈控制又难以克服其影响，工艺要求对被控参数要求又十分严格，为了改善和提高系统的控制品质，可以考虑引入前馈控制。②当过程控制通道的时间常数大于干扰通道的时间常数，反馈控制不及时而导致控制质量较差时，可以考虑引入反馈控制，以 提高控制质量。③当主要干扰无法串级控制使其包含副回路或者副回路滞后过大时，串级控制系统克服干 扰的能力又较差时，可以考虑引入前馈控制，以改善控制性能。④由于动态前馈补偿器的投资通常要高于静态前馈补偿器。所以，若静态前馈补偿器能够达到工艺要求时，则尽可能采用静态前馈补偿而不采用动 态前馈补偿。 4.简述控制系统开发的主要步骤。 ①熟悉控制系统的技术要求或性能指标 ②建立控制系统的熟悉模型 ③确定控制方案 ④根据系统的动态和静态特性进行分析和综合 ⑤系统仿真与实验研究