智能仪表相关习题
请介绍智能仪表的发展趋势（不少于1000字)
题1：请介绍智能仪表的发展趋势（不少于1000字)
智能仪器的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速在民用、工业甚至军事领域中得到广泛的应用。
随着微电子技术的不断进发展、单片机技术和嵌入式系统的应用，使仪器仪表信号处理能力和处理方式有着极大的变革；图像处理功能得到大大增强；同时总线技术也得以广泛应用。与此同时得益于材料工艺技术和通信技术的发展，如今一个小小触摸屏内既能实现数据的输入、输出，又能实现信号处理。使得智能仪逐步向小型化、智能化、多功能化和网络化发展。
近年国内智能仪表发展尤为迅速，市场上已经出现了各式各样智能化测量控制仪表，例如，能够实现数字PID和各种复杂控制规律的智能式调节器，能够自动进行差压补偿的智能节流式流量计，能够进行基于程序控制的智能多段控温仪，以及能够对各种谱图进行分析处理的智能色谱仪等。
在国外智能仪表发展更为迅速，许多著名的公司设计和生产具有自身特色的智能检测控制仪表。比如美国RACA-DANA公司的9303型超高电平表，利用微处理器去除电流流经电阻产生的热噪声，测量电平可低达-77dB；美国HONEYWELL公司生产的DSTJ-3000系列智能变送器，能进行差压值状态的复合测量，可对变送器自身温度、压力等实现自动补偿，其精度可达到±0.1％FS；美国FOXBORO公司生产的数字化自整定调节器，采用了专家系统技术，能够像有经验的控制工程师那样，根据现场参数迅速地整定调节器。这种调节器特别适合于对象变化频繁或非线性的控制系统。由于这种调节器能够具有自适应功能，可使系统始终保持最佳控制品质。
多功能本身就是智能仪器仪表的一个特点。例如，为了设计速度较快和结构较复杂的数字系统，DSP技术应用越来越广，仪器生产厂家制造了具有脉冲发生器、频率合成器和任意波形发生器等功能的函数发生器。这种多功能的综合型产品不但在性能上比专用脉冲发生器和频率合成器高，而且在各种测试功能上提供了较好的解决方案。
人工智能（Artificial Intelligence）是智能仪表发展的一个崭新领域，利用计算机模拟人的智能，并由此出现了各种模糊控制、神经元网络控制、专家系统控制、遗传算法控制等各种控制。智能仪器逐渐能代替人的一部分劳动，从而在视觉、听觉甚至思维等方面具有一定的判别能力。使得智能仪器在无人的情况下自主地完成检测或控制功能。显然，人工智能在现代仪器仪表中的应用，使我们不仅可以解决用传统方法很难解决的一类特种行业的检测与控制（如核反应堆、大型配电站、冶金行业等），甚至一些人工无法解决的难题（如深空探测、地下实地调查等）。
随着网络技术的快速发展，网络技术正在逐渐向工业控制和智能仪器仪表系统
设计领域渗透，这类仪表系统主要包括网络接口模块、智能仪表接口模块、网络控制模块和主控模块。网络接口模块，用于接收来自网络的数据包，并将数据包发送给网络控制模块，以及将封装数据包发送到网络。网络控制模块，用于将网络数据包发送给主控模块，以及将封装的数据包发送给网络接口模块。各模块的协同作业，不仅实现智能仪表系统基于Internet的通讯能力，而且能对仪表系统进行远程升级、功能重置和系统维护。极大提高了工作效率。
在系统编程技术(简称ISP技术)是对软件进行修改、组态或重组的一种最新技术。它是LATTICE半导体公司首先提出的一种使我们在产品设计、制造过程中的每个环节，甚至在产品卖给最终用户以后，具有对其器件、电路板或整个电子系统的逻辑和功能随时进行组态或重组能力的最新技术。ISP硬件灵活且易于软件修改，便于设计开发。由于ISP器件可以像任何其他器件一样，在印刷电路板(PCB)上处理，因此编程ISP器件不需要专门编程器和较复杂的流程，只要通过PC机，嵌入式系统处理器甚至INTERNET远程网进行编程。使得系统无需在硬件上再做改动便可实现升级或做其他检测需要。
EMIT嵌入式微型因特网互联技术是emWare公司创立ETI(eXtend the Internet)时提出的，它是一种将单片机等嵌入式设备接入Internet的技术。利用该技术，能够将8位和16位单片机系统接入Internet，实现基于Internet的远程数据采集、智能控制、上传／下载数据文件等功能。
总之，智能仪器设计计算机科学、电子技术、人工智能、VLSI和材料科学等各种新兴技术。随着工业自动化、通信、智能家庭的发展，智能仪器将会得到更加广泛的应用。小型化、多功能化、网络化的智能仪表将会有着更大的发展空间，并在各个领域发挥其不可替代的作用。
题2：请介绍专用芯片8279
1.芯片8279引脚结构说明：
8279采用+5V电源供电，40个引脚封装。芯片引脚分布如下：
+5V电源输入线VCC。
地线输入线VSS。
芯片中左下角包含8个双向数据总线，用来传送8279与CPU之间的数据和命令。
RL0～RL7:回送线，经过按键或传感器开关与扫描线联接，这些回送线内部设置有上拉电路，使之保持为高电平，只有当一个按闭合时，对应的返回线变为低电平；无按键闭合时，均保持高电平。
时钟输入线CLK，可以产生内部时钟脉冲。
复位输入线RESET，8279复位后被置为字符显示，时钟前置分频器被置为31。高电平有效。
片选输入线CS，低电平有效，单片机在CS端为低时可以对8279读/写操作。
缓冲器A0，当A0为高电平时，表示数据总线上为命令或状态，当为低电平时，表示数据总线上为数据。
读信号输入线RD，低电平有效，将缓冲器读出，数据送往外部总线。
写信号输入线WR，低电平有效，将缓立器读出,将数据从外部数据总线写入8279的缓冲器。
中断请求输出线IRQ，高电平有效，在键盘工作方式下，当FIFO/传感器RAM 中有数据时，此中断线变为高电平，在FIFO/传感器RAM每次读出时，中断线就下
降为低电平，若在RAM中还有信息，则此线重又变为高电平。在传感器工作方式中，每当探测到传感器信号变化时，中断线就变为高电平。
扫描SL0～SL3线，用来扫描按键开关，传感器阵列和显示数字，这些可被编程或被译码。
换位功能SHIFT，当有开关闭合时被拉为低电平，没有按下SHIFT开关时，SHIFT输入端保持高电平，在键盘扫描方式中，按键一闭合，按键位置和换位输入状态一起被存贮起来。
CNTL/STB:当CNTL/STB开关闭合时将其拉到低电平，否则始终保持高电平，对于键盘输入方式，此线用作控制输入端，当键被按下时，按键位置就和控制输入状态一起被存贮起来，在选通输入方式中，作选通用，把数据存入FIFO RAM中。
OUTA3～OUTA0及OUTB3～OUTB0:显示输出A口及B口，这两个口是16×4切换的数字显示。这两个端口可被独立控制，也可看成一个8位端口。
空格显示BD,此输出端信号用于在数字转换时将显示空格或者用显示空格命令控制其显示空格字符。
2.芯片8279的编程方法
2.1 芯片8279可按其功能分为:键盘功能块;显示功能块;控制功能块;与CPU接口功能块控制功能块包括控制和定时寄存器,定时和控制,扫描计数器三部分,它主要用来控制键盘和显示功能块工作。
2.1.1控制和定时寄存器
用于存贮来自CPU的编程命令,CPU对8279编程以确定键盘与显示器工作
方式和其它工作条件时,先把命令控制数据放到数据总线上,然后使0=1,WR=0CS=0,并在WR上升沿把命令键存在控制和定时寄存器中,并经译码,建立适当的功能。
2.1.2定时和控制它含基本的定时计数器
第一个计数器是一个分频系数为2-31的前置定时器, 分频系数可由程序预置,使内部频率为100KHz,从而能给出5.1ms键盘扫描时间和10.3ms反跳时间,其它计数器将此基本频率分频后,提供适当的按键扫描.行扫描.键盘阵列扫描.以及显示器扫描次数。
2.1.3扫描计数器
扫描计数器有两种工作方式,在编码工作方式时,计数器提供一种二进制计数, 通过管脚SL0-SL3输出后经外部译码才能提供给键盘和显示器的扫描作用,在译码工作方式时,扫描计数器对最低二位进行译码,SL0-SL3输出4选1的译码信号,作为显示器和键盘的译码扫描。
2.1.4键盘功能
该部分包含返回缓冲器,键盘反跳及控制,8x8 FIFO传感器RAM,FIFO/传感器RAM状态.
2.2 返回缓冲器与键盘反跳及控制
8条返回线被返回缓冲器缓冲,在键盘工作方式中,这几条线被逐个检测,以找出该行键中闭合的键,如果反跳电路测知某键闭合,则它等待10.3ms,然后重核此键是否仍然闭合,如果仍闭合,那么该键在矩阵中的行列地址以及SHIFT和CNTL的状态一起被送到FIFORAM中,其在FIFO RAM中的数据格式如下：
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
CNTL SHIFT SCAN RET URN
数据格式中,最高位CNTL,次高位为SHIFT状态,D5-D3来自扫描计数器,D2-D0来自返回计数器,扫描线计数器和回扫线计数器的值分别反映出被按下键的行.列的值,如果在传感器阵列中,返回线上的数据直接进入传感器RAM中相应于阵列中正被扫中的那行,这样每个开关位置就直接反映为一个传感器RAM的位置。
2.2.1 FIFO/传感器RAM
一个8x8 RAM,在键盘方式和选通方式中它是一个先入先出(FIFO)存贮器,每一条新的信息顺次写入,然后又按写入顺序读出,在传感器阵列扫描方式时,存贮器作为传感器RAM,这时RAM中的各行存着传感器阵列中相应行的状态。
2.2.2 FIF0/传感器RAM状态
在键盘或选通方式中,FIFO状态跟踪FIFO中字符数量注意它是"满"还是"空",写入或读出过多均被认作出错,当FIFO非空时,状态逻辑提供一个中断申请IRQ信号,在传感器阵列扫描方式中, 若测知某一传感器变化时,IRQ则为有效高电平.FIFO状态字的低3位表示FIFO中的字符数,F表示FIFORAM已满;O(over mn)表示越限错误,即试图向已满的FIFO送另一字符;U(Under done)表示取空错误,即试图读取已空的FIFO.S/F有两种含义:在传感器扫描方式时,S/F表示在传感器RAM中至少包含了一个传感器闭合指示,在特殊错误方式时S/F位是出错标志,用来指示是否发生了多路同时闭合错误,Du位表示由于CLEAR DISPLAY或CLEAR ALL命令尚末完成其消除操作而使显示RAM尚不可用。
2.3显示功能块
该模块包含显示寄存器,16X8显示RAM,显示地址寄存器.
2.3.1显示RAM和显示寄存器
8279内部有16X8的显示RAM,通过显示寄存器和两个四位端口0UT A0-3,0UT BO-3来刷新显示, 1显示器可以是白炽灯,也可以是8段数码管,显示RAM可以是16X8的形式,也可以构成两个16x4的RAM形式,显示RAM可由CPU进行读写,被读写的RAM字节地址由显示地址寄存器指示。
2.3.2显示地址寄存器
保存当前CPU读或写的那个RAM地址,以及正显示着的那两个4位半字节的地址,读写地址由CPU命令编程,也可置为每次读写后地址自动加1的工作方式,在设置了正确的工作方式后,显示RAM可直接由CPU读出,半字节A和半字节B地址自动由8279更新,以适应由CPU送入的数据,A和B半字节可独立送入,也可作为一个字送入,随CPU所设置的工作方式而定
2.4 I/O接口功能块
8279通过数据缓冲器与I/O控制,使8279与CPU系统总线接口,I/O控制部分用CS.A0.RD和WR四条线控制CPU与8279之间的数据交换,数据缓冲器是数据交换的双向通道,控制信号与数据交换间的逻辑关系见下表:
CS A0 WR RD
10CPU从8279读状态
0101 CPU向8279写状态
10 CPU从8279读数据
001 CPU向8279写数据
1XXX数据缓冲器输出呈三态
x为任意数(0或1)
3.芯片8279的操作
由前所述,8279可适应各种键盘和显示器的不同工作方式,这是由于8279内的各功能块的工作是可程控的,用户可根据自己的要求,利用向8279写命令字的方法对8279的工作方式等进行编程,从上表可见,只要同时使CS=0 WR=0A0=1,则可向8279写命令字,并在wR的上升沿把命令打入8279。
对CPU而言,8279只有两个口地址,一个用于读写命令和状态(CS=0,A0=1),一个用于读写数据(CS=0,A0=0)但用于编程命令字却有多种,在8279中用于区别各种不同命令字的方法是命令字代码的高3位(D7,D6,D5,)编码而低5位是命令字的真正内容
3.1芯片8279的编程命令
3.1.1键盘/显示器方式设置
最高位最低位命令代码：0 0 0 D D K K K
其中DD为显示方式,KKK为键盘方式，显示器的每个显示管和8279中的显示RAM单元一一对应,RAM中的O地址对应最左面的显示字符,而15号单元对应最右端的显示字符而右端送入方式是电子计算器中常用的显示方式,第一个送入的数在最右端的显示字符上,而以后每送入一个新数,显示先左移一位然后把送入的数仍放在最右端显示字符上。
3.1.2.程序时钟
命令代码：0 0 1 P P P P P
此命令确定定时和控制中的前置定标器的分频系数,代码PPPPP可形成2-31的数,前置定标器可对外部时钟分频,以得到内部基频,选基频为100KHZ,可得到前面规定的扫描和反跳时间,则分频系数为;外部时钟100KHZ复位脉冲过后若无代码送入则自动为31。
3.1.3读FIF0/传感器RAM
命令代码:0 1 0 AI X A A A
此命令用于确定CPU读操作的对象是8279中的FIF0/传感器RAM,并确定8个RAM 字节中哪一个被读,其中AAA表示CPU要读的行,AI为自动加1特征位,在键盘扫描方式中这两者互不相干, 对随后的每次读取8279都按照数据第一次进入的FIF0的同一顺序自动送出数据,所有随后生的读,都是读自FIFO,直到写入新命令为止。在传感器阵列方式中,AAA选择传感器RAM 8行中的一行若AI=1,则下一次读取便读自传感器RAM中的下一行。
3.1.
4.读显示器RAM
命令代码:0 1 1 AI A A A A
CPU对8279写此命令,则确定了CPU 以显示器RAM为数据源进行读操作,其中AAAA为显示器RAM的地址,AI 为自动加1特征位,若AI=1,则每读一行RAM之后,行地址自动加1。
3.1.5.写显示器RAM
命令代码: 1 0 0 AI A A A A
CPU向8279写此命令,规定了下一步要对8279的显示RAM进行写,寻址方式和自动加1功能均与读显示器RAM相同。
3.1.6.显示器写入禁止/空格
命令代码: 1 0 1 X IW IW BL BL
A B A B
此命令用于屏蔽A或B端口输出及使显示器显示空格,如果显示器用作双排4位显示,则必须把其中一个4位屏蔽掉这样CPU送入显示器的信息就不会影响另一半,IW为屏蔽特征位,若对某一端口设置IW=1,则该端口就被屏蔽,有必要注意的是:B0与D0对应,BL为显示空格标志位,若某一端口的BL置1,则此端口显示空格.当要使一个单8位输出格式的显示器空格时,则必须使两个BL标志全都置位,以使显示完全空格。
3.1.7消除
命令代码: 1 1 0 CD CD CD CF CA
此命令用于按一定格式清显示器RAM的FIF0状态,其中CD规定清除格式: CD CD CD 0 X 全"0"(x为任意)1 0 AB =16 进制1 0 20(0 O 1 0 0 0 0 0) 1 1 全册"1" 当为"1"时允许清除显示器(或用CA=1) CF清除FIFO状态(包括中断),若CF=1,则清除FIF0状态,并对中断线复位自传感器RAM的指示器亦被置于0行CA为总清,其效果相当于CD和CF的合成,当CA=1时,利用CD指示的清除格式清除显示器RAM,并清除FIF0状态,C孔也使内部定时重新同步.在显示器RAM被清除期间(约16us)不能写入,同时在此期间FIFO的最高有效位被置"1"当显示RAM再度变为可用时即自动复位。
3.1.8. 中断结束/出错方式设置
命令代码: 111 E X X X X
在传感器阵列方式时,此命令使IRQ线变低,并允许对RAM再写(检测到一个传感器位变化时, IRQ线可能已升高了,因此这样做可阻止在其复位以前把信息再度写入RAM).在N键巡回工作方式,若E位被编程为"1",则芯片电路将在特殊出错方式下运行.在N键巡回方式的特殊出错方式下主要用于检查键的多重按下,若在一个回弹周期中发现两个键被按下,即可看成同时多重按下,并建立出错标志,阻止任何对FIF0的进一步写入,同时设置中断(如中断尚末设置的话),在此方式中,可用读FIFO 状态字命令读出错误标志,而发CF=1的清除命令,可使出错标志复位。
题3：请介绍一款“智能仪表”，并作详细介绍（不少于3000字）
一种基于HART通信的智能仪表
在智能仪表中数字量和模拟量是分开处理的，为节省传输资源，希望能将二者整合在同一通信线上。HART通信采用的是半双工的通信方式，其特点是在现有模
拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，特别适合于目前企业的技术和设备的改造，得到了较快发展。HART信号处理的功能电路以调制解调器为中心,包括信号滤波和整形电路。外部模拟量通过AD转换为过程量数字信号,而频率信号则经过解调转换为HART数字信号;需要发送的信号为将过程量与调制后HART频率信号叠加后送出。
1. 相关硬件概况
1.1 核心芯片
MSP430F149是美国德州仪器开发的一款具有低功耗技术的处理器，其将许多外围模块整合在片内，有着良好的开发设计环境。它还具有处理能力强、运算速度快等优点，基于闪存或ROM 的超低功耗MCU，提供8MIPS，工作电压为 1.8V～3.6V，具有高达60KB 的闪存和各种高性能模拟及智能数字外设。其主要性能：基础时钟模块,包括1个数控振荡器和2个晶体振荡器;看门狗定时器,以及2 个16 位定时器;2个具有中断功能的8位并行端口P1 , P2 ;4个8位并行端口P3～P6 ;模拟比较器;12位A/D转换器;2个串行通信接口USART0 ,USART1 ;1个硬件乘法器;闪存选项：1KB～60KB；ROM 选项：1KB～16KB；RAM 选项：512B～10KB。
1. 2 调制解调器
HART，全称可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，经过10多年的发展，HART技术在国外已经十分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。HART专用调制解调器, 使用5V电压和外部46018kHz 的时钟,在半双工状态对数字逻辑信号和数字方波频率信号进行调制解调。能输出低有效的载波检测信号含1912kHz的时钟，不需要外部调节和偏置。
2HART从设备通信协议规范
协议的目的是建立一种与现场仪表等从设备之间可靠的双向数字通信通道,数据通信与4～20mA电流的传输在双绞线上同时进行。从设备是HART网络中最基本和最常用的设备。软件是按照协议的规范来设计的。
2.1 HART帧
链路上设备间的信息传输是通过帧的格式实现的。帧信息通过垂直和纵向奇偶校验进行保护。一个完整的HART从设备数据帧通过唯一的帧起始符标识帧的开始、通过帧的长度场决定帧的结束位置、通过地址场决定帧的来源和目的地址。在连续两个前导符( FF) 之后的第一个非FF 的字节为前导定界符(delimiter) ,该字节最高位表明该帧是长帧还是短帧, 最后三位表明该帧的类型( 成组帧、STX帧、ACK帧) 。
第二场是地址场,短帧的地址场是1 个字节,长帧5 字节。短帧/ 长帧的第一字节的最高位表明与该报文相关的是主设备(1) 还是副主设备(0) ,下一位表明从设备是否在成组模式;地址场的其余部分都用于传送一个从设备的唯一地址信息。
第三场是1字节长的命令场,除特定的保留命令外,将分配给上层协议。
第四场是1字节长的字节计数场,对于主设备发送的STX帧而言,计数等于数据场的字节数目;对于从设备应答的ACK和成组模式帧中,计数等于数据场字节数加2。
下一场是数据场,为整数字节的用户数据,在有些命令中,这些数据可能是空。
最终场是1字节长的垂直奇偶校验码。其值从前导定界符开始每个字节异或而得。对于从设备发送的帧而言,第四场字节计数场和数据场之间有两字节的响应码场,按内容不同分别表示通信是否错误、命令是否成功、以及数据链路和设备的状态信息。
2.2 数据链路层服务功能设计
数据链路的建立包括接收消息、发送消息、总线仲裁这几个部分。
①接收报文
接收的过程可分为几个部分,即等待数据起始位、接收帧信息、数据帧解码并校验、产生回应报文。
②发送消息
不准备接管总线控制权,该主设备可以继续发下一个命令。
③总线仲裁
总线仲裁的功能是维持正常的通信状态,在适当时候启动数据收发服务。提供的服务包括前导码检查、维持定时器、成组模式通信控制、出错处理。
2.3HART主从设备通信仲裁的基本分析
HART允许两个主设备(基本主设备和副主设备)存在,依靠仲裁决定哪一个主设备使用该网络。链路仲裁由两个确定的时间间隔控制,他们是链路授权时间“RT2 ”和链路平静/从设备时限“RT1 ”。假设两个主设备都在监视着总线,在一个主设备发送命令,并且从设备应答后经过RT2 的时间,则可以认为另一个主设备不准备接管总线控制权,该主设备可以继续发下一个命令。
上图解释了RT2在链路仲裁的作用。假设两个主设备都在监视着总线,在一个主设备发送命令,并且从设备应答后经过RT2 的时间,则可以认为另一个主设备不准备接管总线控制权,该主设备可以继续发下一个命令。
在无设备相应时主设备发送命令后从设备无应答,副主设备失去了RT2 同步的初始化。在RT1 后副主设备获得了总线控制权,可以发送命令,而在副主设备交还总线控制权后,主设备方可重发刚才未获响应的命令。当新的主设备加入网络时,为防止仲裁发生冲突也需要等待RT1 来开始同步过程。
主要仲裁时限常量:
RT2 :主设备等待重新获得总线控制8 字符时间(75ms)。
RT1 (0) :首要主设备从未同步状态中重获得同步所需时间33字符时间(305ms)。
RT1(1) :副主设备从未同步状态中重获得同步所需时间41字符时间(380ms)。
TT0: 从设备最大响应时间28 字符时间(25617ms) 。
BT:成组模式发送成组信息间隔时间,作用时间均与RT2相同8字符时间(75ms)。
3 MSP430 系列单片机异步串行通信开发特点
3.1 MSP430 单片机异步串行通信模块特点。
将控制寄存器UCTL 中控制位SYNC 设置为0 ,则选择为异步模式UART。
该模块的异步通信特性：
①异步模式包括线路空闲多机通信协议以及地址为多机通信协议;
②两个移位寄存器。串行数据移入URXD , 从UTXD 移出;
③可编程的发送及接收数据速率;
④具有状态标志。
3.2 在MSP430 上开发的HART通信软件整体结构
在双绞线上产生信号时OCD 产生下降沿,由此初始化通信过程,打开接收允许以及接收中断允许,在RXD 上接受一个字符结束时产生中断,中断服务处理程序根据接收到的字符进行相关处理。在TXD 发送一个字符,UTXBUF 中的内容送到移位寄存器后,产生发送中断,中断服务程序处理下一个待发送的字符。
4 开发中MSP430 单片机特有的问题
在开发过程中发现MSP430 系列单片机有以下特有的问题:
4.1 波特率发生器
单片机有一个预分频/ 分频器和一个调整器的组合,可以保证即使晶振频率不是所需波特率的整数倍也能正常工作。分频因子和波特率计算公式:
N = BRCLK/ 波频率
N = UBR + ( M7 + M6 +…+ M0) / 8
式中: N 为目标分频因子;UBR 为UBR1 UBR0 的16 位数据(分频器) ;M x 为调整器UMOD 中的8 个数据位;HART通信需要1200bps 的波特率发生器;为降低功耗,硬件外接晶振(32 ,768Hz) ,因此计算得到
UBR1 =0 ,UBR0 = 1B ,UMOD = 03。
4.2 闪存读写对软件定时器的影响
MSP430 芯片带闪存(flash2memory) 的型号可以按字、字节读写,读取与ROM/ RAM相同,在擦除之后可写入。最小的擦除单位为segment 。如果软件定时器依靠中断来维持计数,则闪存的读写对于软件定时器的影响是不能忽略的,因为写闪存的过程中需要关闭所有中断允许。试验表明读取闪存的时间远小于ms 级,而擦除一个128 字节的segment所需要的时间经过测量在22～23ms 之间,对于HART通信中的监视TT0 等定时器的影响是显著的,需要予以补偿。
4.3 发送中断允许位的设置
和其它一些单片机的UART 模块不同,MSP430 在发送UXTBUF 字符到移位寄存器时就产生中断,而不是将移位寄存器中一个字节的内容发送完毕后再中断。因此,发送允许位的关闭必须要晚于发送中断允许位的复位+一个字符时间。
该智能仪表具有功能强、功耗低、结构简单、测量精度高、控制效果好、易维护、和成本低等优点，特别是当前在很多场合，通信模式处于从模拟到数字的过度阶段，企业在设备改造时，无需大面积更换原有通信线路，因此在各种工业现场有着广泛的应用价值，和巨大的推广空间。
《化工仪表与自动化》课程测试试题一 一、填空题（36分） 1、过程控制系统是由_控制器__、_执行器__、__测量变送__和_被控对象_等环节组成。 2、过程控制系统中按被控参数的名称来分有__压力__、_流量___、_温度__、_液位_等控制系统。 3、目前求取过程数学模型的方法有两种。其中一种是根据过程的在机理，通过__物料_和_能量_物料平衡关系，用__机理建模__的方法求取过程的数学模型。 4、控制对象的干扰通道的动态特性对过渡过程的影响是:干扰通道的时间常数愈大,对被控变量的影响___越小____;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量__越差 ____;干扰通道的纯滞后对调节质量_有影响，纯滞后越大，质量越差__。 5、选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益）大于__干扰通 道的放大倍数（增益）。 6．某调节系统采用比例积分作用调节器，先用纯比例调整到合适的调节输出，再加入积分作用的后，应_减小调节器的放大倍数_,才能使稳定性不变。 7．描述控制系统的品质指标的参数有最大偏差、衰减比和余差等。8．串级调节系统,一般情况下主回路选择___PID______或__PI__调节规律调节器,副回路选用__P_调节规律调节器；如果副回路采用差压法测流量，应采用什么装置_开放器___补偿。 9．仪表自动化标准中，气动仪表标准信号围是0.02~0.1MPa；电Ⅱ型标准信号围是4~20mA；电Ⅲ型标准信号围是0~10mA。 二、综合题（54分）
1、（10分）画出气关式类型执行器的两种简单结构示意简图；在控制系统中如何选择执行器类型？举例说明。 答： 在控制系统中，执行器是按安全原则选择类型的，也就是当控制信号中断时，要保证设备和操作人员的安全。如：加热炉温度控制，当燃料量为操纵变量时，其执行器应选择气开类型，当信号中断时，切断燃料，保证安全。 2、（14分）热电偶为什么要进行冷端温度补偿？有哪些冷端温度补偿方法？原理是什么？ 答：①因为各种显示仪表和热电偶分度表都是在热电偶冷端温度为零的时候做出的。但实际中热电偶冷端温度不等于零，且经常波动，这必然造成输出减少，所以要进行热电偶的冷端温度补偿。 ②热电偶常用的冷端温度补偿方法有：冰浴法、公式计算法、仪表机械零点调整法、电桥补偿法和补偿热电偶 ③ 冰浴法：用冰槽使t0保持零度。 计算法：E AB（t，0）＝E AB（t，t0）＋E AB（t0，0） 仪表零点调整法：将仪表的机械零点调到t0 补偿电桥法：用电桥产生E AB（t0，0）与E AB（t，t0）叠加，即可消除t0变化对测量的影响。
自控仪表 重点复习题及参考答案 一、填空题 1.成品油管道常用的压力仪表有(压力开关) (压力变送器) (差压变送器) (压力表) (差压表) 2.从大的方面来看，成品油管道常有的阀门执行机构有 (电动执行机构 ) (电液执行机 构) 3.压力变送器是将压力信号转换为标准 ( 电流信号)或(电压信号)的仪表。 4.压力或差压变送器既具有就地显示功能也有远传功能,从压力传感器将压力转换成电量 的途径来看,主要有电容式、电感式、电阻式等。在长输管道中应用较为广泛的是(电容式）压力传感器。 5.压力开关是一种借助弹性元件受压后产生（位移）以驱使微动开关工作的压力控制仪表。 6.双金属温度计是由两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起制成的（测温元件） 7.热电偶温度计是以热电效应为基础将温度变化转换为（热电势）进行温度测量的测温仪 表。 8.热电阻是利用导体在温度变化时本身（电阻）也随着发生相应变化的特性来测量温度的。 9.涡轮式流量计是一种（速度）式流量计。 10.管道凸出物和弯道的局部阻力对液体流动稳定性影响很大，所以，在流量计节流孔板前 后必须留有适当长度（直管段） 11.转子流量计是属于（恒压）降流量计。 12.在使用过程中，当DBB阀门出现过扭矩时作为输油站的操作人员处理的基本方法是：(进 行排污处理)。 13.开关型球阀在使用时，要么（全开），要么（全关），不能打在（中间位），否则会损坏球 面，造成阀体内漏。 14.使用压力开关的目的主要是为了进行实现（联锁报警） 15.流量计的种类很多，有容积式流量计、节流式流量计、动压式流量计、变面积式流量计、 （叶轮式流量计）、（振动式流量计）、（电磁流量计）、（超声波流量计）、（量热式流量计）、（质量流量计）等。 16.密度计的测量原理多种多样，其中智能化程度较高、测量精度较高、测量方式较先进、 运行较稳定的密度计主要有：(在线同位素密度计)、(振动式密度计)等。 17.为了保证仪表的安全运行和仪表精度，仪表系统的接地电阻必须小于( 4 )欧姆。 18.在自控系统中，仪表位号首位为F代表(流量)，D代表 (密度) 19.磁致伸缩液位计要调试的主要参数有：(量程上线)、(量程下线)、(偏差值)。 20.超声波液位计检测时存在500mm左右的死区，调试超声波液位计时，必须把量程上限设 定值比被测罐或池的高度少500 mm，这样才能准确的检测液位。 21.超声波流量计油一对或多对传感器，为了能够准确的测试流量，每一个传感器的发射部 位需要加上（偶合剂）。 22.涡轮流量变送器应（水平）安装。 23.超声波流量计的检测精度与介质的（粘度）有关。 24.按照工作原理压力开关可分为（位移式）（力平衡式） 25.管道上常用的液位计有（差压式液位计）、（伺服液位计）、（磁致伸缩液位计）、（超声波 液位计） 26.利用超声波测量流量计的原理主要有（时差法）、（多普勒法）。
第1章（P15） 1、基本练习题 （1）简述过程控制的特点。 Q：1）系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；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。 （2）什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。 Q：1）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。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，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进行。2）组成框图： （3）)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？ Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。1）模拟仪表的信号：气动0.02~0.1MPa、电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5V DC。2）数字式仪表的信号：无统一标准。 （4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示。 Q：是串级控制系统。方块图： （5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？ Q：1）最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。2）略 （8）通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。 Q：1）按结构不同，分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统；按设定值不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统。2）略
（10）只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？ Q：1）不是这样。2）比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。 （11）构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？ Q：1）是。2）这是构成安全火花型防爆系统的一个条件。 2、综合练习题 （1）简述图1-11所示系统的工作原理，画出控制系统的框图并写明每一框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。 Q：1）图为液位控制系统，由储水箱（被控过程）、液位检测器（测量变送器）、液位控制器、调节阀组成的反馈控制系统，为了达到对水箱液位进行控制的目的，对液位进行检测，经过液 位控制器来控制调节阀，从而调节q1（流量）来实现液位控制的作用。2）框图： 3）控制器输入输出分别为：设定值与反馈值之差e(t )、控制量u(t )；执行器输入输出分别为：控制量u(t )、操作变量q1(t ) ；被控对象的输入输出为：操作变量q1(t ) 、扰动量q2(t ) ，被控量h ；所用仪表为：控制器（例如PID 控制器）、调节阀、液位测量变送器。 （2）什么是仪表的信号制？通常，现场与控制室仪表之间采用直流电流信号、控制室内部仪表之间采用直流电压信号，这是为什么？ Q：1）自动化仪表的信号制是指在成套系列仪表中，各个仪表的输入/输出信号均采用某种统一的标准形式，使各个仪表间的任意连接成为可能。2）略 （3）某化学反应过程规定操作温度为800℃，最大超调量小于或等于5﹪，要求设计的定值控
第1章自动控制系统基本概念 P16 1. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。实现化工生产过程自动化的意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。 2、一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。 3、闭环控制有反馈环节，通过反馈系统是系统的精确度提高,响应时间缩短,适合于对系统的响应时间,稳定性要求高的系统. 开环控制没有反馈环节，系统的稳定性不高,响应时间相对来说很长,精确度不高,使用于对系统稳定性精确度要求不高的简单的系统。 4、自动控制系统主要由哪些环节组成？ 自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。 5、p7 6、PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07； TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03； FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。 7、方块图是用来表示控制系统中各环节之间作用关系的一种图形，由于各个环节在图中都用一个方块表示，故称之为方块图。 8、测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去。执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。 9、被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。 给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。 操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。或实现控制作用的变量。 操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。 10、控制作用是对在受到外界干扰影响偏离正常状态后，回复到规定范围内。干扰作用是引起被控变量偏离给定值，除操控变量以外的各种因素。 11、该温度控制系统的方块图 题解1-11图反应器温度控制系统方块图 其中，被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；操纵变量：冷却水流量。 可能影响被控变量的干扰因素主要有A、B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度，环境温度的高低等。 若当反应器内的被控温度在干扰作用下升高时，其测量值与给定值比较，获得偏差信号，经温度控制器运算处理后，输出控制信号去驱动控制阀，使其开度增大，冷却水流量增大，这样使反应器内的温度降下来。所以该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环控制系统。 12、反馈信号与输入信号极性相反或变化方向相反（反相），则叠加的结果将使净输入信号减弱，这种反馈叫负反馈。负反馈可以减小非线性失真。因为引入负反馈后，输出端的失真波形反馈到输入端，与输入波形叠加，因此净输入信号成为正半周小，负半周大的波形，此波形放大后，使其输出端正、负半周波形之间的差异减小，从而减小了放大电路输出波形的非线性失真。 13、在11题 15、定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 16、在自动化领域中，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，把被控变量随时间而变化的不平衡状态称为系统的动态。∵干扰是客观存在的，是不可避免的。一个自动控制系统投入运行时，时时刻刻都受到干扰作用，破坏正常的工艺生产状态。这就需要通过自动化装置不断施加控制作用去对抗或抵消干扰作用的影响，使被控变量保持在工艺所要求的技术指标上。一个正常工作的自动控制系统，总受到频繁的干扰作用，总处在频繁的动态过程中。∴了解系统动态更为重要。 17、阶跃作用：在某一瞬间t0，干扰突然地阶跃式地加到系统上，并保持在这个幅度。 采用阶跃干扰的原因：阶跃干扰比较突然，比较危险，对被控变量的影响也最大。如果一个控制系统能够有效克服阶跃干扰，对其
化工自动化仪表作业试题一 1、变浮力式液位计主要是沉筒式液位计,在结构上,有位移平衡式、力平衡式和带差动变压器的沉筒液面计三种类型。正确答案：对(物位计) 2、当生产装置出现危险信号时,能够输出正确的信号,阻止危险的发生、阻止事故的扩大化或减轻事故的后果,起这样作用的系统叫()。A（控制系统） A、安全仪表系统 B、计算机控制系统 C、集散控制系统 3、热电偶或补偿导线断路时,电位差计的示值是不动的;而有“断偶”保护的仪表示值为仪表上限。对（温度检测仪表） 4、()适用于大口径、大流量、低压力、不干净三介质。正确答案：C（阀门） A、单座阀 B、套筒阀 C、蝶阀 5、DCS控制站的扫描周期在组态时应设定得越短越好。错（控制系统） 6、按结构形状分类,PLC可分为整体式和分散式两种。错（可编程控制器） 整体式和模块式 7、串级控制系统利用主、副两个控制器串起来在一起来稳定()。A A、主参数 B、副参数 C、主对象 8、当测量脉动压力时,正常操作压力最高不得超过测量上限的1/2。错（检测仪表—压力） 9、导体的电阻率是与材料性质有关的物理量。对（电工学） 10、各种皮带运输机、链条机的传动部位,除安装防护罩外,还应有安全防护绳。对（机械知识） 11、强制对流传热的速率比自然对流传热速率()。正确答案：B（化工原理） A、相同 B、快 C、慢 12、熔断器的主要元件是熔体。对于工作电流稳定的电路(如照明电路),熔体的额定电流应略微小于负载的工作电流。错（电工学） 13、位置变送器是将执行机构输出轴的()转换成4~20毫安反馈信号的装置。正确答案：C（控制仪表） A、位移变化量 B、振动 C、位移 14、在实际应用中,调节阀既与管道串联又与管道并联,其工作特性曲线会发生很大变化。对（）（控制仪表） 15、转子流量计的转子是用不锈钢、铜、铝合金、有机玻璃、聚四氟乙烯、塑料等材质制作的;根据被测介质的物理化学性质和量程大小来选择不同材料及不同形状的转子。对（检测仪表—流量） 16、泵体的温度太高,将会导致输送介质在泵体内发生汽蚀现象。正确答案：对（化工原理） 17、当调节阀与管道串联时,其可调比变大。正确答案：错（控制仪表） 18、电磁流量传感器的直管段要求比大部分其他流量计的直管段要求低。对（检测仪表—流量） 19、浮球液位计的结构是一机械杠杆系统,所以平衡锤在中间时,实际液位在中间。对（检测仪表—物位） 20、浮筒式液位计属于变浮力式液位计,浮球式液位计属于恒浮力式液位计。对
第一章，自动控制系统 1、化工自动化主要包括哪些内容。自动检测，自动保护，自动操纵和自动控制等。 2、闭环控制系统与开环控制系统的区别。闭环控制系统有负反馈，开环系统中被控变量是不反馈到输入端的。 3、自动控制系统主要有哪些环节组成。 自动化装置及被控对象。 4、什么是负反馈，负反馈在自动控制系统中的意义。这种把系统的输出信号直接或经过一些环节重新返回到输入端的做法叫做反馈，当反馈信号取负值时叫负反馈。 5、自动控制系统分类。定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统 6、自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有及影响因素。最大偏差，衰减比，余差，过渡时间，振荡周期对象的性质，主要包括换热器的负荷大小，换热器的结构、尺寸、材质等，换热器内的换热情况、散热情况及结垢程度等。 7、什么是静态和动态。当进入被控对象的量和流出对象的量相等时处于静态。从干扰发生开始，经过控制，直到系统重新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环节和信号都处于变动状态之中，所以这种状态叫做动态。 第二章，过程特性及其数学模型 1、什么是对象特征，为什么要研究它。对象输入量与输出量之间的关系系统的控制质量与组成系统的每一个环节的特性都有密切的关系。特别是被控对象的特性对控制质量的影响很大。 2、建立对象的数学模型有哪两类 机理建模：根据对象或生产过程的内部机理，列写出各种有关的平衡方程，从而获取对象的数学模型。 实验建模：用实验的方法来研究对象的特性，对实验得到的数据或曲线再加以必要的数据处理，使之转化为描述对象特性的数学模型。 混合建模：将机理建模和实验建模结合起来的，先由机理分析的方法提供数学模型的结构形式，然后对其中某些未知的或不确定的参数利用实测的方法给予确定。 3、反映对象特性的参数有哪些。各有什么物理意义。它们对自动控制系统有什么影响。 放大系数K:对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。对象的放大系数K越大，就表示对象的输入量有一定变化时对输出量的影响越大。 时间常数T:对象受到干扰作用后，被控变量到达新的稳定值所需的时间。时间常数越大，表示对象受到干扰作用后，被控变量变化的越慢，到达新的稳定值所需的时间越长。滞后时间: 在受到输入作用后，被控变量不能立即而迅速地变化，这样造成了滞后所需的时间。滞后的存在不利于控制，系统受到干扰作用后，由于存在滞后，被控变量不能立即反映出来，于是就不能及时产生控制作用，整个系统的控制质量就会受到严重的影响，所以应当尽量把滞后时间减到最小。 4、对象的纯滞后和容量滞后各是什么原因造成的对控制过程有什么影响。传递滞后一般由于介质的输送需要一段时间而引起的，或是测量点选择不当，测量元件安装不合适造成的。容量滞后由于物料或能量的传递需要通过一定阻力而引起的。滞后的存在不利于控制，系统受到干扰作用后，由于存在滞后，被控变量不能立即反映出来，于是就不能及时产生控制作用，整个系统的控制质量就会受到严重的影响。 第三章，检测仪表 1、测量过程将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。 2、何谓测量误差，测量误差的表示方法主要有哪两种，各是什么意义。由仪表读得的被测值与被测真值之间总是存在一定的差距，这一差距就是测量误差。绝对误差：仪表指示值和被测量读得真值之间的差值。 相对误差：某一点的绝对误差与标准表在这一点的指示值之比。
自动化仪表试题大全【附答案】 一、填空 1、数字电路中三种最基本的逻辑关系为（与）、（或）、（非）。 2、自动调节系统主要由（调节器）、（调节阀）、（调节对象）和（变送器）四大部分组成。 3、自动调节系统按调节器具有的调节规律来分，通常有（比例）、（比例积分）、（比例微分）、（比例积分微分）等调节系统。 4、在测量过程中，由仪表读得的被测值与真实值之间存在一定的差距称为（测量误差）。 5、系统输出的被调量和输入端之间存在着反馈回路的系统为（闭环）系统。 6、调节阀所能控制的最大流量Qmax与最小流量Qmin之比，称为调节阀的（可调比），以R表示 7、仪表测量中的五大参数是（温度）、（压力）、（物位）、（流量）、（在线分析） 8、锅炉汽包液位一般用（给水流量）、（蒸汽流量）、（汽包液位）组成三冲量液位控制系统。 9、反馈分为（正）反馈和（负）反馈。 10、为了实现微机对生产对象的控制，必须把计算结果送给相应的（执行机构）。 11、执行器所要求的信号分为（连续的控制电压、控制电流信号）和（数字量或开关量信号）。 12、执行机构所要求的连续的控制电压、控制电流信号作用于各种（调节阀）、（显示记录仪）、（伺服机构）等。 13、在自控系统中，仪表位号首位为F代表（流量），D代表（密度）。 14、数字电路中的基本逻辑关系有（与）（或）（非）三种。 15、自动调节系统常用的参数整定方法有（经验法）、（衰减曲线法）、（临界比例度法）、（反应曲线法）。 16测量一个电路的电流，电流表必须和这个电路（串联）。为了使电流表的接入不影响电路 的原始状态，电流表本身的（内阻抗）要尽量小 17、屏蔽分为（磁场屏蔽）和（电场屏蔽）两种。 18、控制方式一般分为（手动）和（自动）两大类，如果纠正系统的偏差是由人直接操作， 这种回路称为（手动控制系统）；如果系统具有反馈通道组成的闭环回路并能自动纠正偏差， 这种系统称为（自动控制系统）。 19、单位时间内流过管道截面的流体数量，称为（流量）；流量分为（瞬时流量）和（累积 流量）又可分为（体积流量）和（质量流量）。 20、过程控制计算机软件分为（系统软件）和（应用软件）。 21、按集成块的功能分为（数字集成电路）和（模拟集成电路） 22、在自动化领域中，把被调参数不随时间而变化的（平衡状态）称为系统的静态。 23、动系统中静态是（暂时的）、（相对的）、（有条件的）。 24、为了实现微机对生产对象的控制，必须把计算结果送给相应的（执行机构）。 25、可编程调节器采用国际标准模拟信号，即电压（1～5V），电流（4～20mA）。 26、数字信号的另一个来源是采用各种数字式仪表测量（温度）、（压力）、（流量）、（速度）等物理量，产生数字或脉冲信号。 27、仪表主要由（传感器）、（变换器）、（显示装置）、（传输通道）四部分，其中（传感器）是仪表的关键环节。 28、管道内的流体速度，一般情况下，在（管道中心线）处的流速最大，在（管壁）处的流 速等于零。 29、实际可调比取决于调节阀的（阀芯结构）和（配管状况）。 30、可编程调节器采用国际标准模拟信号，即电压（1～5V），电流（4～20mA）。 二、选择题
化工自动化仪表作业试题二 401、可编程序控制器是专为工业现场设计的,所以可以在任何恶劣的环境下工作。错 402、在被测压力波动较大情况下,正常操作压力值应不超过压力表满量程的2/3;最高不得超过满量程的3/4。正确答案：错 403、()是DCS的核心部分,对生产过程进行闭环控制,可控制数个至数十个回路,还可进行顺序、逻辑和批量控制。A A、过程控制单元 B、过程接口单元 C、操作站 404、串级均匀控制系统的结构是串级,但控制目的是为了协调两个变量的关系。正确答案：对405、串级控制系统的主回路是由主对象、主测量变送器、执行器、主控制器组成。正确答案：错 406、弹性元件是弹性压力计中直接感受()变化的测压敏感元件。正确答案：C A、作用力 B、压力 C、被测压力 407、电缆的屏蔽层应作屏蔽接地,屏蔽接地可与工作接地共用接地干线与接地极。正确答案：对 408、电子式电动执行机构多功能,具有自诊断系统、状态切换、信号任意切换、行程任意选定、带过载保护、带过热保护、带阀位反馈等,这些都是老式电动执行机构无法相比的。对409、对比值控制系统进行整定时,应将积分时间放置最大,将比例度()调整,直到系统处于临界过程为止。正确答案：C A、适当数值 B、由小到大 C、由大到小 410、故障关型电液调节阀的显示卡发生故障无显示后、电液调节阀()。正确答案：C A、停在全关位置 B、停在故障前位置 C、动作正常 411、计算机控制系统中,控制软件的调试步骤一般为()。正确答案：B A、修改、下装、编译、投运 B、修改、编译、下装、投运 C、编译、修改、下装、投运 412、抗溶性泡沫灭火剂可以扑灭一般烃类液体火焰,但不能扑救水溶性有机溶剂的火灾。正确答案：错 413、两种金属的接触电势,在金属固定后,就和接触点的温度有关,温度越高,金属的自由电子越活跃,电场越强,接触电势也越高。对 414、四氟填料的工作温度一般适合在()。正确答案：B A、 -60℃-450℃ B、 -40℃-250℃ C、 -60℃-250℃ 415、脱脂应在室外通凤处或有通风装置的室内进行,工作中应采取穿戴防护用品等安全措施。
第1章自动控制系统基本概念P16 1. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。实现化工生产过程自动化的意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。 2、一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。 3、闭环控制有反馈环节，通过反馈系统是系统的精确度提高,响应时间缩短,适合于对系统的响应时间,稳定性要求高的系统. 开环控制没有反馈环节，系统的稳定性不高,响应时间相对来说很长,精确度不高,使用于对系统稳定性精确度要求不高的简单的系统。 4、自动控制系统主要由哪些环节组成？ 自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。 5、p7 6、PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07； TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。7、方块图是用来表示控制系统中各环节之间作用关系的一种图形，由于各个环节在图中都用一个方块表示，故称之为方块图。 8、测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去。执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。 9、被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。 给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。 操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。或实现控制作用的变量。 操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。 10、控制作用是对在受到外界干扰影响偏离正常状态后，回复到规定范围内。干扰作用是引起被控变量偏离给定值，除操控变量以外的各种因素。 11、该温度控制系统的方块图
教材外课堂例题（注：部分例题不需要掌握，所以未列出） 1.某台往复式压缩机的出口压力范围为25～28MPa ，测量误差不得大于1MPa 。工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。 解 由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以选择仪表的上限值为 根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由本章附录，可查得选用YX-150型电接点压力表，测量范围为0～60MPa 。 由于 ，故被测压力的最小值不低于满量程的 1/3，这是允许的。另外，根据测量误差的要求，可算得允许误差为 所以，精度等级为级的仪表完全可以满足误差要求。至此，可以确定，选择的压力表为YX-150型电接点压力表，测量范围为0～60MPa ，精度等级为级。 2. 如果某反应器最大压力为，允许最大绝对误差为±。现用一台测量范围为0～，准确度为级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求若采用一台测量范围为0～，准确度为级的压力表，问能符合误差要求吗试说明其理由。 解：对于测量范围为0～，准确度为级的压力表，允许的最大绝对误差为 ×% = (MPa) 因为此数值超过了工艺上允许的最大绝对误差数值,所以是不合格的。对于测量范围为0～，准确度亦为级的压力表,允许的最大绝对误差为 MPa p p 562282max 1=?=?=316025>% 67.1%100601 =?
×% = (MPa) 因为此数值小于工艺上允许的最大绝对误差,故符合对测量准确度的要求,可以采用。 1.某差压式流量计的流量刻度上限为320m 3/h ,差压上限2500Pa 。当仪表指针指在160m 3/h 时,求相应的差压是多少 (流量计不带开方器) 解：由流量基本方程式可知 流量是与差压的平方根成正比的。当测量的所有条件都不变时,可以认为式中的α、ε、F 0、ρ1均为不变的数。如果假定上题中的 Q 1 = 320m 3/h ;Δp 1 = 2500Pa ; Q 2 = 160m 3/h ;所求的差压为Δp 2 ,则存在下述关系 2.通常认为差压式流量计是属于定节流面积变压降式流量计,而转子流量计是属于变节流面积定压降式流量计,为什么 解：差压式流量计在工作过程中,只要节流元件结构已定,则其尺寸是不变的,因此它是属于定节流面积的。当流量变化时,在节流元件两侧的压降也随之而改变,差压式流量计就是根据这个压降的变化来测量流量的,因此是属于变压降式的。 转子流量计在工作过程中转子是随着流量变化而上下移动的,由于锥形管上部的直径较下部的大,所以转子在锥形管内上下移动时,转子与锥)(62525003201602 2 2Pa p =?=?代入上述数据,得 2121p p Q Q ??=121222p Q Q p ?=?p F Q ?=1 02ραε由此得
）P15第1章（（1）简述过程控制的特点。 Q：1）系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；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。 （2）什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。 Q：1）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。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，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进行。2）组成框图： f(t)q(t)u(t)e(t)r(t)y(t)执行器控制器对象_z(t)测量变送装置 （3）)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？
Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。1）模拟仪表的信号：气动0.02~0.1、电动Ⅲ型：4~20或1~5V 。2）数字式仪表的信号：无统一标准。 （4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示。 Q：是串级控制系统。方块图： （5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？ Q：1）最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。2）略
（8）通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。 Q：1）按结构不同，分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统；按设定值不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统。2）略 （10）只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？ Q：1）不是这样。2）比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。 （11）构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？ Q：1）是。2）这是构成安全火花型防爆系统的一个条件。 、综合练习题2（1）简述图1-11所示系统的工作原理，画出控制系统的框图并写明每一框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
第3章习题解 3-21某压力表的测量范围为0~1MPa ，精度等级为1级，试问此压力表允许的最大绝对误差是…… 答：允许最大误差Δ允max =±(1-0)×1%=±，在校验点时，绝对误差为Δ=，小于允许最大误差，在这点符合1级精度。 3-23如果某反应器最大压力为，允许最大绝对误差为，…… 答：对于1级精度0~的压力表，该表的最大绝对误差为Δmax =±×1%=±，已超出工艺允许的最大绝对误差，不合适。 对于1级精度0~的压力表，该表的最大绝对误差为Δmax =±×1%=±，等于工艺允许的最大绝对误差，从精度上考虑是合适的，但是此时工作压力工作在量程的2/3以外（=>2/3），所以从量程范围上说，是不合适的。所以，总的结果是不合适的。 3-24某台空压机的缓冲器，其工作压力范围是~，…… 答：工艺允许的最大绝对误差为±×5%=±。该表工作在非脉动压力，最大工作压力应在表上限值2/3之内，所以上限值应大于×3/2=，查附录，取0~、级精度的弹簧管压力表。校核：该表最大绝对误差为Δmax =±×最大绝对误差为Δmax =±×1%=±，%=±，小于工艺允许的误差（±），且最小工作压力工作在量程的1/3以外（>1/3），该表合适。 如果该表工作在脉动压力下，又如何呢 3-25某合成氨厂合成塔压力控制指标为14MPa ，要求误差不超过，试选用一只表…… 答：非脉动压力，表上限值>14×3/2=21MPa ，取测量范围0~25MPa ，允许相对误差δmax =±(25-0)×100%=±%，取压力表精度级，查附录可选……。 3-26现有一只测量范围为0~，精度级的…… 答：要求最大绝对误差、最大变差都要符合。表允许误差±×%=，而最大绝对误差，最大变差，符合精度要求，表合格。 又×2/3>，（）×1/3<，表误差符合工艺要求（），表可用。 3-38用转子流量计来测气压为、温度为40℃的CO 2气体的流量时，若已知流量计读数为50L/s ，求CO 2的真实流量（已知CO 2在标准状态时的密度为Hm3）。 解: 流量计标定(空气) ρ0=、P0=、T0=293K Q0=50L/s 测量CO 2 ρ1=、P1=、T1=313K s L Q T P T P Q /1.9950313 10133.0976.129365.0293.101010101=?????==ρρ 3-39 用水（ρw=1）刻度的流量计，测量范围为Q0=0~10 L/min ，转子用密度ρt=7920kg/m3的不锈钢制成，若用来测量密度ρf=L 苯的流量，问测量范围为多少若这时转子材料改为由密度ρt ’=2750kg/m3的铝制成，测量水及苯的流量，其测量范围各是多少 解：w w t Q ρρρ-∝ （1）min)/(1.11~0)10~0(11.1831)10007920(1000)8317920()()(00L Q Q Q f w t w f t f =?=?-?-=--= ρρρρρρ （2）换转子测水流量 min)/(0.5~0)10~0(50.01000 792010002750000L Q Q Q w t w t =?=--=--'='ρρρρ 换转子测苯流量 min)/(7.5~0)0.5~0(15.1831)10002750(1000)8312750()()(00L Q Q Q f w t w f t f =?='?-?-='-'-'='ρρρρρρ
化工仪表及自动化复习题（1） 第一章自动控制系统的基本概念 1．基本要求： （1）掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系。 （2）理解自动控制系统中常用的几个术语，掌握方块图的意义及画法。 （3）掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的几种基本形式及过渡过程品质指标的含义。 2．复习题： 1．何谓化工自动化 所谓自动化是在工艺设备上，配备一些自动化装置，用它们来代替操作人员的（部分）直接劳动，使生产在不同程度上按照规定的要求自动地进行，也即：用自动化装置来管理设备（生产过程），使之的正常运行。 2．自动控制系统主要由哪些环节组成各部分的作用是什么自动控制系统主要由被控对象、测量元件及变送器、执行器、控制器组成。其作用：测量元件及变送器用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定信号；控制器将测量元件及变送器送来的测量信号与给定值相比较得出偏差，根据其大小按某种规律进行运算后，将运算结果用特定信号发送给执行器；执行器能自动地根据控制器送来的信号相应地改变流入（或流出）被控对象的物料或能量，克服干扰的影响。 3．简述过渡过程的几种基本形式及过渡过程品质指标的含义 过渡过程的基本形式有：衰减振荡过程、非振荡衰减过程、等幅振荡过程、发散振荡过程。 最大偏差A：指过渡过程中被控变量偏离给定值的最大数值；衰减比：是指过渡过程曲线上同方向第一个波的峰值与第二个波的峰值之比；余差：过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳态值与给定值的差值；过渡时间：控制系统受干扰作用后，被控变量从原稳定状态回复到新的平衡状态所经历的最短时间。 4．什么叫负反馈 将系统的输入信号直接或经过一些环节后又返回输入端并且使原信号减弱的作法叫负反馈。 5．如图为一反应器温度控制系统示意图，试画出该温度控制系统的方块图，并指出该系统中的被控变量、 操纵变量、及可能 引起的干扰各是什么 解：被控变量：釜温； TT TC 载热体 附图：反应釜温度控制系统
第1章（P15） （1）简述过程控制的特点。 Q：1）系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；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。 （2）什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。 Q：1）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。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，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进行。2）组成框图： （3）)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？ Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。1）模拟仪表的信号：气动0.02~0.1MPa、电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5V DC。2）数字式仪表的信号：无统一标准。 （4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示。 Q：是串级控制系统。方块图：
（5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？ Q：1）最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。2）略 （8）通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。 Q：1）按结构不同，分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统；按设定值不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统。2）略 （10）只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？ Q：1）不是这样。2）比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。 （11）构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？ Q：1）是。2）这是构成安全火花型防爆系统的一个条件。 2、综合练习题 （1）简述图1-11所示系统的工作原理，画出控制系统的框图并写明每一框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
化工仪表及自动化复习练习题（含答案） 1.电路一般由_____、_____及中间环节三部分组成.(电源;负载) 2.在一段电路中，流过电路的电流与电路两端的电压成_____,与该段电路的电阻成_____.(正比;反比) 3.晶体二极管的主要特性是_____导电性.(单向) 4.从晶体三极管三个区引出的三个极分别是______极、______极和______极. (基;发射;集电) 5.仪表的测量范围是从测量_____值到测量_____值;量程是测量上限与测量下限值之_____.(下限;上限;差) 6.按能源来分,仪表可分为_____仪表、_____仪表和_____仪表. (气动;电动;液动) 7.按被测参数来分,仪表可分为_____测量仪表、_____测量仪表、_____测量仪表、_____测量仪表和成分_____仪表.(压力;流量;温度;物位;分析) 8.玻璃液体温度计是由__________、________和刻度标尺三部分组成. (玻璃温包;毛细管) 9.电阻箱可以看作是一个具有__________的标准电阻.(可变电阻值) 10.测量一个电路的电流,电流表必须和这个电路_____,且电流表的内阻抗要尽量_____.(串联;小) 11.兆欧表又称作_____、_____和___________.(摇表;高阻表;绝缘电阻测试器) 12.U型压力表必须_____安装.(垂直) 13.玻璃管水位计是利用_______的原理制成的.(连通器) 14.整流电路的作用是将_______变成____________.(交流电;脉动直流电) 15.温度测量仪表可分为_______测温仪表和__________测温仪表两大类. (接触式;非接触式) 16.自动化仪表具有__________、___________、__________、__________功能. (自动检测;自动信号联锁;自动操纵;自动调节) 17.直流单臂电桥又称________电桥.(惠斯登) 18.安装取源部件不宜在焊缝及其边缘上_____及_____.(开孔;焊接) 19.压力取源部件的安装位置应选在介质流束_____的地方.(稳定) 20.就地安装的显示仪表应安装在手动操作阀门时便于_____仪表示值的位置. (观察) 21.双金属温度计是由____________金属片叠焊在一起而制成的.(两种不同的) 22.直流电位差计由__________回路_____________回路和__________回路组成. (工作电流;校准工作电流;测量) 23.吹气式液位计是基于_____原理测量液位的.(静压) 24.测量的手段及方式可分为_____测量、_____测量、_____测量. (直接;间接;组合) 25.运算单元有_______、_______和_______.(加减器;乘除器;开方器) 26.安装孔板时,孔板的中心和管道中心_____.(重合) 27.兆欧表由____________和______________组成.(手摇发电机;磁电系比率计) 28.交流电压表的示值是指交流电压的________值.(有效值) 29.电桥平衡时,两相对臂上的电阻_____等于另外两相对臂上电阻的_____. (乘积;乘积) 30.差压变送器的测量元件_____的作用是将______________转换________.