监测诊断技术基础
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设备状态监测与故障诊断
（第一章 设备检测诊断的概念和基础知识 ）
课程介绍
1.课程背景 2.教学内容 3.教学培养目标 4.教学要求
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1.课程背景
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设备状态监测与故障诊断(CMFD)。包含两 方面内容： ? 一是对设备的运行状态进行监测； ? 二是在发现异常情况后对设备的故障进行 分析、诊断，并给出是否有必要修理的结 论。 ? 它是随设备管理和设备维修发展起来的。
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? 引子：设备状态与人的状态有相似之处 ? 随着现代化工业的发展，设备能否安全可靠地以最佳状态 运行，对于确保产品质量、提高企业生产能力、保障安全 生产都具有十分重要的意义。 生产都具有十分重要的意义 ? 如何有效地提高设备运行的可靠性，及时发现和预测出故 障的发生是十分必要的，这正是加强设备管理的重要环节 和最重要的工作。 ? 设备从正常到故障会有一个发生、发展的过程，因此对设 备的运行状况应进行日常的、连续的、规范的工作状态的 检查和测量，是设备管理工作的一部分。
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? 设备故障诊断技术发展历史 1）1983－1985年：准备阶段 2）1986－1989年：实施阶段 3）1990－1995年：普及提高阶段 ） 年 普及提高阶段 4）1996－2000年：工程化、产业化阶段 5）2001年至今；传统诊断与现代诊断并存阶段
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2.课程内容
基础知识 本课程内 容与方向 典型设备 诊断应用 诊断技术 与应用
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诊断方案 和评价
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过程装备控制技术 及应用习题及参考答案 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
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。
《过程装备成套技术》课程教学大纲 一、编写说明 （一）制定大纲的依据 依据教育部过程装备与控制工程专业教学指导分委员会制定的过程装备与控制工程专业培养方案，并参照本学科专业人才培养规格与培养模式的要求进行编写。 （二）课程简介 《过程装备成套技术》课程系统的讲述了过程工业中新产品工艺开发和项目可行性研究、工艺设计、经济性评价与环境评价、工艺流程设计及设备布置设计、机器和设备的型式选择、管道设计、绝热设计、生产自动控制到装置的安装、检验、试车、投产等与过程装置设计、建设全过程有关的各种工程知识。 （三）课程的地位与作用 《过程装备成套技术》是现代工业的关键技术之一，也是过程装备与控制工程专业的一门工程性很强的综合性专业课程。 （四）课程性质、目的和任务 《过程装备成套技术》是过程装备与控制工程专业必修课之一。学生在学习了先修课程的基础上，进一步拓宽专业知识面，补充过程装备设计专业方向有关过程工业产品开发、可行性研究、过程工艺设计、生产工艺参数自动控制、安装与试车等方面的专业知识，使学生了解过程工业从产品开发、装备设计与选型，直至开车投产全过程涉及的各种专业知识，从而为今后的工作打好基础。 （五）与其他课程的联系 《过程装备成套技术》与其他课程的联系十分紧密。本课程安排在《化工原理》、《过程装备控制技术及应用》等相关课程之后。 （六）对先修课的要求 《化工原理》对本门课程的支持点：化工工艺流程、化工工艺计算、物料衡算、能量衡算等； 《过程装备控制技术及应用》对本门课程的支持点：过程控制、被控变量的选择、操纵变量的选择、自动化装置的选型等。 二、大纲内容 （一）教学目的和任务 《过程装备成套技术》课程的教学目的和任务是补充先修课程中未涉及的从产品开发、可行性研究、工艺设计、专用设备设计、定型机器设备选型、生产自动控制到设备安装、调试、投产全过程所需知识，拓宽知识面、融会贯通、开拓思路，为本专业学生就业后承担过程工业生产体系不同环节的技术工作进行知识储备。
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的情况下，流出量与液位成正比关系，即：s v R H q 2 四、分析计算题（45分）1、如图为一简单水槽液位控制系统，要求：（10分）（1） 画出本控制系统方框图。（2） 系统被控变量、控制变量和检测变送环节各是什么？ （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。 2、聚合釜温度与流量的串级控制系统，如图所示，(10分)（1） 画出控制系统方框图。（2） 说明该系统的主、副对象，主、副变量，主、副调节器各是什么？（3） 分析系统不采用简单温度控制而采用串级温度、流量控制的原因。 3、如图为一牛奶干燥过程流程图，要保证产品质量，需严格控制干燥器的温度，试分析：（15分） （1） 影响干燥器温度的因素有哪些？（2） 合理选择系统控制变量，并说明原因。 （3） 画出控制系统方框图。
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
《过程装备基础》试题库答案 第1章 第一种模式 （一）填空题 （1）A类难度 1．二力杆是指杆两端两个力沿此二力作用点的连线作用构件。 2．对所研究物体的位移起限制作用的周围物体称为约束。 3．约束作用于被约束物体的力称为约束反力。 4．光滑面约束产生的约束反力的方向沿接触面的公法线并指向被约束物体。5．两个力偶矩的值和转动方向完全相同，则称这两个力偶为等效力偶。6．平面汇交力系是指物体上各力的作用线在同一平面内并且相交于一点的力。7．平面一般力系的平衡条件是力系的合力等于零。 8．力偶是指两个大小相等、方向相反、作用线平行但不重合的力组成的力系。9．生产实践中遇到的构件，大致可分为三类：即：杆件、平板、壳体。10．柔性约束产生的约束反力的方向是使柔索被拉直的方向。 （2）B类难度 1．柔性约束的特点是只限制被约束物体使柔索被拉直方向的位移，其约束反力只能是拉力。 2．固定铰链约束的特点是限制被约束物体的移动，不限制其转动。 3．固定端约束的特点是物体的移动和转动全部被限制。 4．解除约束是指把要研究的物体从约束它的其他物体中分离出来，其他物体对分离体的约束用约束反力来表示。 5．刚体是指在任何情况下，其大小和形状始终保持不变的物体。 6．力偶等效的条件是力偶矩彼此相等。 7．力在坐标轴上的投影是指从力F的始端Ａ和末端B分别向x轴作垂线，得垂足a和b，线段ab就是力F在x轴上的投影。 （二）判断题 （1）A类难度 1．力偶与力矩一样都使物体产生转动，但力偶与矩心无关。（A） A 正确 B 错误
2．力偶可以用力来平衡。（B ） A 正确 B 错误 3．可动铰链的约束垂直向上指向被约束物体。（A ） A 正确 B 错误 4．固定端约束限制物体的移动不限制物体的转动（B） A 正确 B 错误 5．力偶与力矩的作用是完全相同的（B） A 正确 B 错误 6．光滑铰链约束与光滑面约束本质是一样的。（A） A 正确 B 错误 7．受力图是反映物体受约束反力的图（B） A 正确 B 错误 （2）B类难度 1．柔性物体的受力和二力杆的受力是完全一样的。（B） A 正确 B 错误 2．固定铰链的约束反力的方向是不确定的。（A） A 正确 B 错误 3．可动铰链的约束与光滑面本质是一样的。（A） A 正确 B 错误 4．固定端约束与铰链约束不同的是固定端约束限制物体的转动。（A） A 正确 B 错误 5．力在坐标轴上的投影是标量，只反映力的大小。（B） A 正确 B 错误 第二种模式 （一）简要回答下列问题： 1．二力杆须满足什么条件？ 要点：杆两端作用的两个力沿此二力作用点的连线。 2．什么叫约束？约束反力如何确定？ 要点：对非自由体的位移起限制作用的周围物体称为约束。
⑴信息研究⑵实验性研究⑶第一次可行性研究⑷小试⑸概念设计 ⑹第二次可行性研究⑺ 模型试验⑻中试⑼基础设计⑽第三次可行性研究 （11）工程设计（12）施工 注：第二次可行性研究可以作为同有关部门签订合同的依据。 6.实验性研究 第一是对工艺方法进行研究；第二是对工艺条件进行研究；第三是物料平衡、能量平衡和生产成本估算；第四是对原材料、半成品和产品的质量进行研究；第五是产品用途及应用产品质量的研究。 7.工艺路线选择 ⑴调查⑵分析⑶生产成本计算⑷评价⑸工艺路线的选择 8.工艺设计的内容：原料和技术路线的选择；工艺流程设计；物料衡算；能量衡算；工艺设备设计与选型；车间布置设计；管道设计；非工艺设计项目的考虑；编制设计文件。 9.工艺设计的程序：初步设计和施工图设计两个阶段。有时也分为初步设计、扩初设计和施工图设计三个阶段。 10.初步设计的设计文件 ⑴设计依据⑵设计指导思想⑶设计范围及工厂组成⑷建厂规模及建厂方案 艺流程⑺工艺计算⑻厂址概况用1 工厂的机械化和自动化水平 流动资金=流动资产- 流动负债流动资产=应收账款+存货+现金 流动负债=应付账款应收账款=年经营成本/ 周转次数 应付账款=外购原材料、燃料、水费等全年的费用/ 周转次数 14.工艺装置投资估算方法：①指数法②百分比估价法③系数连乘法 15.财务评价是遵循现行财税制度和规定，根据现行市场价格，计算工程项目在财务上的收入和支出，并测算一 个项目投入的资金所能带来的利润，考察项目的盈利能力、消偿能力等财务状况，据以判别工程项目的财务可行性。 16.财务评价的盈利能力分析分为静态指标和动态指标；静态指标有：投资利润率，投资利税率， 资本金净利润率和投资回收期。动态指标有：财务净现值和财务内部收益率。 14. 不确定性分析包括盈亏平衡分析、敏感性分析和概率分析。 14. 国民经济评价以经济内部收益率为主要评价指标，经济净现值和经济净现值率等为辅助指标。 经济贡献的相对指标， 所作贡献的绝对指标。的一个正常年份内，其国民经济所作的年净贡 为项目计算期内的经济年净效益与项目全部献的静态指标。 1. 过程工业是以流程性 总称。 2. 成套装备是为生产某 业生产用的主要机器 的一整套设备。 3. 过程装备成套技术的 定型机器设备选型、课 程没有涉及的知识 4. 过程工业新产品开发物料为主要处理对象、 些产品或完成一定任 务、设备和各种辅助 设备 主要任务是补充从产品生 产参数自动控制到装，以 拓宽知识面、开拓的基本步 骤： 完成上述各种过程或其中某些过程的工业生产之 第一阶段的内容是商 第二阶段的内容包括 第三阶段包括模型试 第四阶段的内容为工5. 工艺过程开发程序品信息研究和实验性研 小试和概念设计。 验、中试和基础设计等 程设计和施工。 所必需的整套设备，过 由管道连接起来组成的 开发、可行性研究、工 置安装、调试、投产全思 路。 究。 内容。 程工业成套装备是过程工一 个能完成特定工艺过程 艺设计、专用设备技术、过 程所需知识中其他专业 ⑸主要原材料、燃料⑼公用工程及辅助工的规格⑹生产方法及工程⑽环境保护及综合利 2劳动安全与工业卫生的消防设施圍工作制度及劳动定员 （15）存在的问题及解决11.经济分析与评价：初 环境和社会的影响等 12.经济评价的内容包括 13.流动资金是指拟建项 和其他生产费用等方意见（16）附图、附件 步决策的依据通常是某 不能用金钱来定量表示 财务评价、国民经济评 目建成投产后，为维持面 所必不可少的周转资 个经济指标，最终的决的 因素，这种决策过程价及 必要的社会利益分正常生 产，垫支于劳动 策还必须考虑安全以及常 称为经济分析与评价析。 对象，准备用于支付工 ⑴经济内部收益率（EIRR）是反映项目对国民净现值 累计等于零时的折现率。 ⑵经济净现值（ENPV是反映项目对国民经济⑶投资净效益率是指项目达到设计生产能力后投资的比率，是反映 项目投产后单位投资对19. 环境影响评价的基本原则：
《过程装备控制技术及应用》 （第二版） 王毅、张早校 化学工业出版社 思考题与习题及参考答案 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。 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？
1.过程工业是以流程性物料为主要处理对象、完成上述各种过程或其中某些过程的工业生产之总称。 2.成套装备是为生产某些产品或完成一定任务所必需的整套设备，过程工业成套装备是过程工业生产用的主要机器、 设备和各种辅助设备由管道连接起来组成的一个能完成特定工艺过程的一整套设备。 3.过程装备成套技术的主要任务是补充从产品开发、可行性研究、工艺设计、专用设备技术、定型机器设备选型、生 产参数自动控制到装置安装、调试、投产全过程所需知识中其他专业课程没有涉及的知识，以拓宽知识面、开拓思路。 4.过程工业新产品开发的基本步骤： 第一阶段的内容是商品信息研究和实验性研究。 第二阶段的内容包括小试和概念设计。 第三阶段包括模型试验、中试和基础设计等内容。 第四阶段的内容为工程设计和施工。 5.工艺过程开发程序 ⑴信息研究⑵实验性研究⑶第一次可行性研究⑷小试⑸概念设计 ⑹第二次可行性研究⑺模型试验⑻中试⑼基础设计⑽第三次可行性研究 ⑾工程设计⑿施工 注：第二次可行性研究可以作为同有关部门签订合同的依据。 6.实验性研究 第一是对工艺方法进行研究；第二是对工艺条件进行研究；第三是物料平衡、能量平衡和生产成本估算；第四是对原材料、半成品和产品的质量进行研究；第五是产品用途及应用产品质量的研究。 7.工艺路线选择 ⑴调查⑵分析⑶生产成本计算⑷评价⑸工艺路线的选择 8.工艺设计的内容：原料和技术路线的选择；工艺流程设计；物料衡算；能量衡 算；工艺设备设计与选型；车间布置设计；管道设计；非工艺设计项目的考虑； 编制设计文件。 9.工艺设计的程序：初步设计和施工图设计两个阶段。有时也分为初步设计、扩 初设计和施工图设计三个阶段。 10.初步设计的设计文件 ⑴设计依据⑵设计指导思想⑶设计范围及工厂组成⑷建厂规模及建厂方案 ⑸主要原材料、燃料的规格⑹生产方法及工艺流程⑺工艺计算⑻厂址概况 ⑼公用工程及辅助工程⑽环境保护及综合利用⑾工厂的机械化和自动化水平 ⑿劳动安全与工业卫生⒀消防设施⒁工作制度及劳动定员 ⒂存在的问题及解决意见⒃附图、附件 11.经济分析与评价：初步决策的依据通常是某个经济指标，最终的决策还必须考虑安全以及对环境和社会的影响等不 能用金钱来定量表示的因素，这种决策过程常称为经济分析与评价。 12.经济评价的内容包括财务评价、国民经济评价及必要的社会利益分析。 13.流动资金是指拟建项目建成投产后，为维持正常生产，垫支于劳动对象，准备用于支付工资和其他生产费用等方面 所必不可少的周转资金。 流动资金=流动资产-流动负债流动资产=应收账款+存货+现金 流动负债=应付账款应收账款=年经营成本/周转次数 应付账款=外购原材料、燃料、水费等全年的费用/周转次数 14.工艺装置投资估算方法：①指数法②百分比估价法③系数连乘法 15.财务评价是遵循现行财税制度和规定，根据现行市场价格，计算工程项目在财务上的收入和支出，并测算一个项目 投入的资金所能带来的利润，考察项目的盈利能力、消偿能力等财务状况，据以判别工程项目的财务可行性。16.财务评价的盈利能力分析分为静态指标和动态指标；静态指标有：投资利润率，投资利税率，资本金净利润率和投 资回收期。动态指标有：财务净现值和财务内部收益率。 17. 不确定性分析包括盈亏平衡分析、敏感性分析和概率分析。 18.国民经济评价以经济内部收益率为主要评价指标，经济净现值和经济净现值率等为辅助指标。 ⑴经济内部收益率（EIRR）是反映项目对国民经济贡献的相对指标，为项目计算期内的经济净现值累计等于零时的 折现率。 ⑵经济净现值（ENPV）是反映项目对国民经济所作贡献的绝对指标。 ⑶投资净效益率是指项目达到设计生产能力后的一个正常年份内，其年净效益与项目全部投资的比率，是反映项 目投产后单位投资对国民经济所作的年净贡献的静态指标。 19.环境影响评价的基本原则： ⅰ.为开发建设决策服务，坚持可靠、实用及综合分析的原则。 ⅱ.要建立在基础数据、资料完整准确的基础上。 ⅲ.要选用先进的、适用的方法和技术手段，保证环境影响评价工作的科学性、先进性。 20.环境标准体系是所有环境标准的总体或集体。按照标准的内容，环境标准体系包括：环境质量标准、污染物排放标 准、环境保护基础标准、环境保护方法标准。 21.环境保护标准按照环境要素分为四个方面：
过程装备成套技术期末测试题及答案 一、填空题 1.过程工业是以流程性物料为主要处理对象、完成上述各种过程或其中某些过程的工业生产之总称。化学工业是最传统、最典型的过程工业。 2.经济评价的内容包括财务评价、国民经济评价和必要的社会效益分析。 3.设备工艺计算主要包括设备的物料衡算、能量衡算，设备的特性尺寸计算以及流体流动阻力与操作范围的计算等。 4.绝热计算的主要内容包括计算绝热层厚度、散热损失、表面温度。 5.试车工作分为试车准备、模拟试车、投料试车和性能测试、报告确认等。 6.设备布置设计的方法有剪纸法、概略模型法、关联图表法。 7.工厂总体布局应满足安全要求、生产要求、发展要求。 二、名词解释 1.过程装置就是为实现特定工艺性能所设计或选定的、并能将具有各种不同性能的众多部分有机结合而形成的整体。 2.蒸汽透平是指用喷嘴是蒸汽膨胀，将蒸汽的热能变为动能，推动叶片使叶轮旋转将此动能变为驱动机械旋转的动能。 3.压力管道，是指利用一定的压力，用于输送气体或液体的管状设备 4.模拟试车是新设备在进行运转之前，用水、空气、惰性气体、氮气或蒸汽等进行的模拟性运转。 5.生产成本和费用是以货币形式表现的产品生产经营过程中所消耗的物化劳动和活劳动，是产品生产经营应所需物质资料和劳动力消耗的主要指标，生产成本和费用是形成产品价格的主要组成部分，适财务评价的前提，是预测拟建项目未来生产经营情况和盈利能力的主要依据。 三、简答题 1.简述工艺装置投资估算方法 答：工艺装置投资估算方法： ①指数法： a.规模指数法：C1 = C2(S1/S2)nf b.价格指数法：C1 = C2(F1/F2) ②分比估价法： C = E(1+f1P1+f2P2+f3P3) + I ③数连乘法：H=k1k2k3k4k5k6k7A 2.有关转动机械的节能措施有哪些？ 答：①选定最高效率点，研究运转条件及其时间，是长期的总动力消耗最小； ②为了减少能量损失，离心泵的流量调节采用改变转速的方法； ③通过控制离心式压缩机导向叶片的角度，可以提高效率点在很宽的流量范围内移动； ④采用动力回收透平、燃气膨胀机把生产过程中未利用的焓降作为动力回收； ⑤采用联合循环、以燃气轮机的排气来发生蒸汽，驱动蒸汽透平，提高综合效率。 3.工艺流程设计的原则是什么？ 答：尽可能采用先进设备，先进生产方法及成熟的科学技术成果，以保证产品质量；“就地取材”，充分利用当地原料，以便获得最佳的经济效益；采用高效率的设备，降低原材料消耗及水、电、汽消耗，以使产品的成本降低；经济效益高；充分预计生产的故障，以便即时处理，保证生产的稳定性。 4.管道各应力由什么原因形成，有什么特征？ 答：一次应力是由于外载荷作用在管道内部产生的正应力或切应力，其基本特征是非自限性；二次应力是管道由于变形受约束而产生的正应力或切应力，它本身不与外力相平衡，其基本特征是有自限性； 峰值应力是由于载荷、结构形状的局部突变而引起的局部应力集中的最高应力值，其特征是
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？
第二章 一、工艺过程开发程序，过程工业新产品开发的基本步骤： 第一阶段的内容是商品信息研究和实验性研究。⑴信息研究 ⑵实验性研究 ⑶第一次可行性研究 第二阶段的内容包括小试和概念设计。⑷小试 ⑸概念设计⑹第二次可行性研究 第三阶段包括模型试验、中试和基础设计等内容。⑺模型试验 ⑻中试 ⑼基础设计 ⑽第三次可行性研究 第四阶段的内容为工程设计和施工。⑾工程设计 ⑿施工6.实验性研究二、工艺路线选择：工艺路线的选择的总原则：生产上安全可靠、技术上先进、经济上合理。 三、工艺设计全局性：厂址选择、总图布置、安全防火与环境保护、公用工程、自动控制、土建设计。 四、工程项目投资：固定资产投资、流动资金。 无形资产：包括专利费、商标费、著作费、土地使用费、非专利技术、商誉等。 预备费：指在工程建设期中难以预料的工程项目所增加的费用。 五、工艺装置投资估算方法：①指数法 ②百分比估价法 ③系数连乘法 1、指数法：规模指数法：C1 = C2(S1/S2)n f，价格指数法： C1 = C2(F1/F2) 两种指数法都只适用于拟建设装置和已建成装置的工艺技术路线基本相同，只是生产规模有所不同的工艺装置的投资估算。 六、生产成本：包括直接材料费、直接燃料及动力费、直接工资和职工福利费及制造费。 七、财务评价：财务评价的盈利能力分析分为静态指标和动态指标；静态指标有：投资利润率，投资利税率，资本金净利润率和投资回收期。动态指标有：财务净现值和财务内部收益率。 八、不确定性分析包括盈亏平衡分析（BEP值越小，说明该项目适应市场需求变化的能力越大，抗风险能力越强。）、敏感性分析和概率分析。 九、方案比较 （1）净现值法 投资额相同，采用净现值大的方案，投资额不同，采用净现值率大的方案 （2）差额投资内部收益率
陕西科技大学研究生考试试卷 考试科目：工业过程高级控制 专业：控制理论与控制工程 年级：研036班 研究生姓名：高泽东
课程工业过程高级控制（研究生）班级 学号姓名 一、什么是解析控制器设计？试述基于继电反馈辨识的控制器设计的基本步骤。（15分） 二、自整定控制器设计方法与自适应控制器设计方法之间有什么联系与区别？（10分） 三、什么是大时滞过程？该过程难以控制的根本原因是什么？试列举几个行之有效的大时滞过程控制方 法或控制策略。（15分） 四、试画出IMC的基本结构框图，详细解释该控制器的主要性质（或优点）。（10分） 五、试述前馈控制和推理控制的适用场合，画出推理控制的结构框图，阐述推理控制器的一般设计过程。 （15分） 六、软测量与推理控制的联系是什么？试述软测量技术实施的一般步骤，列举每一步中可采用的主要方 法。（15分） 七、画出预测控制的结构框图，试述其基本特征。（10分） 八、试解释鲁棒稳定性与鲁棒性能的联系与区别。（10分） 注释：满分100分，考试时间180分钟。
课程工业过程高级控制（研究生）班级 学号姓名 一、什么是解析控制器设计？试述基于继电反馈辨识的控制器设计的基本步骤。（15分） 答： 1、解析控制器设计就是在已经被控对象数学模型的基础上，通过表达式推导计算的方法得到满足控制要求的控制器的解析表达式。从理论上讲，解析设计是最优控制的结果，意味着能过得到更好的控制效果；就实践而言，解析设计意味着设计者可以不用推导直接使用设计结果，从而极大地简化了设计过程。解析控制器设计的基础是已知相对准确的被控对象数学模型，但由于技术和经济等方面的原因，精确的数学模型难以得到。因此，在进行控制器解析设计时，必须充分考虑控制器或控制方案的鲁棒性。 2、基于继电反馈辨识的自整定控制器的工作步骤如下： （1）首先通过人工控制使系统进入稳定状态； （2）按下整定按钮，使系统产生等幅振荡，并获取等幅振荡的幅值和频率； （3）根据修正后的极限环信息和具体的控制器参数整定方法计算PID参数； （4）PID参数调整完毕，软开关自动切换到正常位置，进入PID闭环控制状态。 二、自整定控制器设计方法与自适应控制器设计方法之间有什么联系与区别？（10分） 答： 1、自整定控制器设计，其中自整定的含义是控制器的参数可根据用户的需要自动整定，用户可以通过按动一个按钮或给控制器发送一个命令来启动自整定的过程。 2、自适应控制器系统是一个具有适应能力的控制系统，能自动地调整控制器的参数，以补偿过程特性和环境条件的变化。至少由三部分组成：（1）辨识被控过程或辨识环境的结构和参数的变化，并建立过程的数学模型，估计出过程参数。（2）品质的评价。具有一个衡量控制系统控制效果的性能指标，并能测量和计算该性能指标，以便判断控制系统是否已偏离最优状态。（3）自动调整控制器的规律或参数，以保证控制系统在最优的状态下运行。 3、自适应控制应用较广的有三类：（1）自整定控制，或称简单自适应控制系统。它对环境和过程参数的变化，用一些简单、实用的方法进行辨识，同时采用比较简单的方法修正控制器参数或控制规律。
过程装备控制技术及应用复习题 一.单项择选题 1.被控变量的给定值与实际值之差是（）。 A.干扰 B.被控变量 C.随机误差 D.偏差 2.在系统中增设额外的附加成分，来保证整个控制系统的可靠性称为（）。 A.安全技术 B.冗余技术 C.调节技术 D.稳定技术 3.将被测变量与单位直接比较,立即得到比值，或者仪表能直接显示出被测参数数值的测量方法是（）。 A.等级精度测量 B.不等级精度测量 C.间接测量 D.直接测量 4.工程技术中压力的定义就是物理学中的（）。 A.电压 B.压强 C.压差 D.压力 5.能够测量1800度以上的高温方法是（） A.热电阻测温 B.热电偶测温 C.辐射测温 D.气体热膨胀测温 6.单位时间内流过某一截面流体数量的多少是（）。 A.流速 B.流量 C.流通量 D.可调比 7.工业电导仪是用来测量（）。 A.浓度B温度 C.流量 D.密度 8.Soft-Sensing是指( ) A.软保护 B.软测量 C.直接测量 D.硬保护 9.数字滤波属于（）。 A.接地抗干扰 B.隔离抗干扰 C.布线抗干扰 D.软件抗干扰 10.交、直流线要分开属于（） A.抗电磁干扰 B.屏蔽抗干扰 C.布线抗干扰 D.冗余技术干扰 11.由检测元件得到的被控变量实际值是（）。 A.测量值 B.被控变量 C.随机值 D.偏差值 12.需要控制的工艺参数称为（）。 A.控制对象 B.被控变量C调节量 D.操纵变量 13.用直接测量法不能得到结果先测出一个或几个与被控变量有一定函数关系的其他量，然后根据函数关系计算出被测量的数值，这种测量法是（）。 A.等级精度测量 B.不等级精度测量 C.间接测量 D.直接测量 14.工程技术中采用临界比例度法整定参数过程中要得到（）。 A.等幅振荡曲线 B.衰减振荡曲线 C.发散振荡曲线 D.单调曲线 15.能够测量液体的中、低温并能远距离传送方法是（） A.金属热电阻测温 B.热电偶测温 C.辐射测温 D.气体热膨胀测温 16.变送器最理想的输入输出特性是（）。 A.双曲线 B.线性关系 C.非线性关系 D.U型曲线 17.测量进入过程的干扰，并按信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使被控变量维持在设定之上是（）。 A.前馈控制 B.均匀控制 C.分程控制 D.选择控制 18.GPIB是指( ) A.数据采集 B.通用接口总线 C.现场接口总线 D.软保护 19.自诊断功能是（）。 A.接地抗干扰 B.隔离抗干扰 C.布线抗干扰 D.软件抗干扰