第4章
1、基本练习题
（1）什么是被控过程的特性？什么是被控过程的数学模型？为什么要研究过程的数学模型？目前研究过程数学模型的主要方法有哪几种？
Q：1）被控过程的特性：被控过程输入量与输出量之间的关系。2）被控过程的数学模型：被控过程的特性的数学描述，即过程输入量与输出量之间定量关系的数学描述。3）研究过程的数学模型的意义：是控制系统设计的基础；是控制器参数确定的重要依据；是仿真或研究、开发新型控制策略的必要条件；是设计与操作生产工艺及设备时的指导；是工业过程故障检测与诊断系统的设计指导。4）主要方法：机理演绎法、试验辨识法、混合法。
（2）响应曲线法辨识过程数学模型时，一般应注意哪些问题？
Q：试验测试前，被控过程应处于相对稳定的工作状态；相同条件下应重复多做几次试验；分别作正、反方向的阶跃输入信号进行试验；每完成一次试验后，应将被控过程恢复到原来的工况并稳定一段时间再做第二次试验；输入的阶跃幅度不能过大也不能过小。
（4）图4-30所示液位过程的输入量为q1，流出量为q2、q3，液位h为被控参数，C为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻。要求：1）列写该过程的微分方程组。2）画出该过程框图。3）求该过程的传递函数G0(s)=H(s)/Q1(s)。
Q：1）微分方程组：
123
2
2
3
3
d h
q q q C
dt
h
q
R
h
q
R
????-?-?=
?
??
?
?=
?
?
??
?=
?
??
2)过程框图：
3）传递函数：0123
1
()()/()11G s H s Q s Cs R R ==
++
（5）某水槽水位阶跃响应的试验记录为： t/s 0 10 20 40 60 80 100 150 200 300 … h/mm
9.5
18
33
45
55
63
78
86
95
…
98
其中阶跃扰动量u ?为稳态值的10%。
1）画出水位的阶跃响应标幺值曲线。2）若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益K 和时间常数T 。
Q ：1）阶跃响应标幺值0()()
()()98
y t y t y t y =
=∞，图略。 2）一阶惯性环节传递函数：0
0()1
K G s T s =
+，又u ?=10%*h(∞)=9.8，放大系数
K=
()98
109.8
y u ∞==?，时间常数T=100s ，是达到新的稳态值的63%所用的时间。
（6）、有一流量对象，当调节阀气压改变0.01MPa 时，流量的变化如表。 若该对象用一阶惯性环节近似，试确定其传递函数。
解：方法一：作图得，T1=5.2S;
方法二：
4.95
1.9)-(5.2*1.5)t -(t 5.10.2830.6322===T
我们用两种方法求平均：
5.302.01.001.0500018002.01.001.0075.5295
.42.52min max 21≈--=--?==+=+=
Q Q Q K T T T
传递函数：
1075.55
.31K (S)+=
+=
S TS G
（7）
2、综合练习题
（1）如图4-32所示，q1为过程的流入量，q2为流出量，h为液位高度，C为容量系数。若以q1为过程的输入量，h为输出量（被控量），设R1、R2为线性液阻，求过程的传递函数G0(s)=H(s)/Q1(s)。
Q ：列写微分方程组：11
222322
233
12
(1)(2)
(3)(4)(5)
d h q q C dt
d h q q C dt h q R h q R h h h ??
?-?=??
???-?=?????=??
???=????=?-???
，消去23
q q ??和，得：112
2223
(6)(7)d h h q C R dt h d h h C R R dt ????-=???????-=?? 进而得：21232h h d h q C R R dt ????-
+=，得：2312
2d h h h R C q dt R ???=-?（+），代入（7）消去中间变量2h ?， 得：22
31313
22221
1R d q d h d h C R C h q CR dt R dt R dt ???+++?=?（）+， 传递函数： ()()()301223322
1G s H s /Q s 21
(1)CR s
R C R s C s R R +==
+++
（2）已知两个水箱串联工作，其输入量为q 1，流出量为q 2、q 3，h 1、h 2分别为两个水箱的水位，h 2为被控参数，C 1、C 2为其容量系数，假设R 1,R 2 ,R 12 ,R 3 为线性液阻。要求： 1）列出该液位过程的微分方程组。 2）画出该过程的框图
3）求该液位过程的传递函数G 0(s)=H 2(s)/Q 1(s)。
Q ：1）液位过程的微分方程组：112121
21232122
1
2
1212233(1)
(2)
(3)(4)(5)
d h q q q C dt d h q q C dt h q R h h q R h
q R ?
???-?-?=?????-?=?
???
?=????-??=??
????=??
2）框图：
3）求过程传递函数：微分方程组中消去中间变量2312,,q q q ???得：
112111212
1
222212
3(6)(7)
h h h d h q C R R dt h h h d h C R R dt ??-???
?--=????-????-=?? 得：2121122
23(1)d h R h R C h dt R ??=++?，再消去1h ?有： 22123
21122122121212212
3223
()R R R d h C R C R d h C C R C C h q dt R R dt R R ++??+++++?=? 对
上
式
进行拉
氏变换得：
()()
()
202
12
1231122121212123223
1
H s G s Q s ()R R R C R C R
C C R s C C s R R R R =
=
+++++++
（3）
工业流程题 1. 解题思路 明确整个流程及每一部分的目的→ 仔细分析每步发生的反应及得到的产物→ 结合基础理论与实际问题思考→ 注意答题的模式与要点 在解这类题目时： 首先，要粗读试题，尽量弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出。 其次，再精读试题，根据问题去精心研究某一步或某一种物质。 第三，要看清所问题，不能答非所问，并注意语言表达的科学性 在答题时应注意：前一问回答不了，并不一定会影响回答后面的问题。 分析流程图需要掌握的技巧是： ①浏览全题，确定该流程的目的——由何原料获得何产物（副产物）,对比 原料和产物； ②了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，并 在下一步分析和解题中随时进行联系和调用； ③解析流程图并思考： 从原料到产品依次进行了什么反应？利用了什么原理（氧化还原？溶解度？溶液中的平衡？）。每一步操作进行到什么程度最佳？每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物？杂质或副产物是怎样除去的？ 无机化工题：要学会看生产流程图，对于比较陌生且复杂的流程图，宏观把握整个流程，不必要把每个环节的原理都搞清楚，针对问题分析细节。 考察内容主要有： 1）、原料预处理 2）、反应条件的控制（温度、压强、催化剂、原料配比、PH调节、溶剂选择）3）、反应原理（离子反应、氧化还原反应、化学平衡、电离平衡、溶解平衡、水解原理、物质的分离与提纯） 4）、绿色化学（物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用）5）、化工安全（防爆、防污染、防中毒）等。 2、规律 主线主产品分支副产品回头为循环 核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制产品分离提纯3. 原料预处理 除杂、净化 产品分离提 反应条件 原料循环利用 排放物的无 害化处理
化学化工流程类试题 典型的化学化工流程试题的鉴赏和突破 题型1 海水资源的利用 实质是考查混合物的除杂、分离、提纯的有关实验基础知识、基本操作和技能。（1）制盐工业 [例1]粗盐中含有MgCl2、CaCl2等杂质，工业提纯粗盐的工艺流程如下图所示。 (1) Ca(OH)2溶液的pH________7( 填“ ＞” 、“ ＝” 或“ ＜”) 。步骤①反应的化学方程式为。 (2) 步骤③操作a 的名称是______。步骤④加入适量盐酸的目的是除去滤液中Na2CO3和__________。 (3) 若步骤①和步骤②的顺序颠倒，则最后所得的精盐水中还含有________________。 [例2] 某食盐样品中含有少量沙土、氯化钙和氯化镁。以下是除去食盐样品中沙土、氯化钙和氯化镁的实验流程。 根据流程图回答： (1) 操作Ⅰ的名称是______，加入的试剂A 是__________________，沉淀。 (2) 写出NaOH 与杂质反应的化学方程式：_______________________________； (3) 加入试剂B的目的是___________________________； (4) 蒸发结晶时用到玻璃棒的作用是___________________________________。 （2）海水提取金属镁 [例3]海水中有大量可以利用的化学资源，例如氯化镁、氯化钠、溴化钾等。综合利用海水制备金属镁的流程如下图所示： (1) 贝壳主要成分的化学式是__________。 (2) 操作a 的名称是________，在实验室中进行此项操作时，需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、。 (3) 工业冶炼镁常用电解MgCl2的方法，反应为MgCl2电解 Mg＋_____。
“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。
呈现形式：流程图、表格、图像 设问方式：措施、成分、物质、原因 能力考查：获取信息的能力、分解问题的能力、表达能力 知识落点：基本理论、元素化合物、实验 无机工业流程图题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题指导思想，能够综合考查各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。 【例题】某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等，回收其中镁的工艺流程如下： 原料：矿石（固体） 预处理：酸溶解（表述：“浸出”） 除杂：控制溶液酸碱性使金属离子形成沉淀 核心化学反应是：控制条件，调节PH，使Mg2+全部沉淀 1. 解题思路 明确整个流程及每一部分的目的→ 仔细分析每步发生的反应及得到的产物→ 结合基础理论与实际问题思考→ 注意答题的模式与要点 在解这类题目时： 首先，要粗读试题，尽量弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出。 其次，再精读试题，根据问题去精心研究某一步或某一种物质。 第三，要看清所问题，不能答非所问，并注意语言表达的科学性 在答题时应注意：前一问回答不了，并不一定会影响回答后面的问题。
分析流程图需要掌握的技巧是： 浏览全题，确定该流程的目的——由何原料获得何产物（副产物）,对比原料和产物； 了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用； 解析流程图并思考： 从原料到产品依次进行了什么反应？利用了什么原理（氧化还原？溶解度？溶液中的平衡？）。每一步操作进行到什么程度最佳？每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物？杂质或副产物是怎样除去的？ 无机化工题：要学会看生产流程图，对于比较陌生且复杂的流程图，宏观把握整个流程，不必要把每个环节的原理都搞清楚，针对问题分析细节。 考察内容主要有： 1）、原料预处理 2）、反应条件的控制（温度、压强、催化剂、原料配比、PH调节、溶剂选择） 3）、反应原理（离子反应、氧化还原反应、化学平衡、电离平衡、溶解平衡、水解原理、物质的分离与提纯） 4）、绿色化学（物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用） 5）、化工安全（防爆、防污染、防中毒）等。 2、规律 主线主产品分支副产品回头为循环 核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制产品分离提纯 3.工业生产流程主线与核心
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
第4章 1、基本练习题 （1）什么是被控过程的特性？什么是被控过程的数学模型？为什么要研究过程的数学模型？ 目前研究过程数学模型的主要方法有哪几种？ Q：1）被控过程的特性：被控过程输入量与输出量之间的关系。2）被控过程的数学模型：被控过程的特性的数学描述，即过程输入量与输出量之间定量关系的数学描述。3）研究过程的数学模型的意义：是控制系统设计的基础；是控制器参数确定的重要依据；是仿真或研究、开发新型控制策略的必要条件；是设计与操作生产工艺及设备时的指导；是工业过程故障检 测与诊断系统的设计指导。4）主要方法：机理演绎法、试验辨识法、混合法。 （2）响应曲线法辨识过程数学模型时，一般应注意哪些问题？ Q：试验测试前，被控过程应处于相对稳定的工作状态；相同条件下应重复多做几次试验； 分别作正、反方向的阶跃输入信号进行试验；每完成一次试验后，应将被控过程恢复到原来 的工况并稳定一段时间再做第二次试验；输入的阶跃幅度不能过大也不能过小。 （4）图4-30所示液位过程的输入量为q1，流出量为q2、q3，液位h为被控参数，C为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻。要求：1）列写该过程的微分方程组。2）画出该过程框图。3）求该过程的传递函数G0(s)=H(s)/Q1(s)。 q q q C 123d h dt Q：1）微分方程组：q 2 h R 2 q 3 h R 3 2)过程框图：
3）传递函数：0 1 G (s) H (s) / Q (s) Cs 1 1 1 R R 2 3 （5）某水槽水位阶跃响应的试 验记 录为： t/s 0 10 20 40 60 80 100 150 200 300 ? h/mm 0 9.5 18 33 45 55 63 78 86 95 ?98 其中阶跃扰 动 量u 为稳态 值 的10%。 1）画出水位的阶跃响应标幺值曲线。2）若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益 K 和时间常数T。 Q：1）阶跃响应标幺值0 y (t) y(t) y(t) y( ) 98 ，图略。 2 ）一阶惯性环节传递函数：G( s) K T s 1 ，又u =10%*h( ∞)=9.8 ，放大系数 K= y( ) 98 u 9.8 10 ，时间常数T=100s，是达到新的稳态值的63%所用的时间。 （6）、有一流量对象，当调节阀气压 改 变0.01MPa时，流量的变化如表。 若该对象用一阶惯性环节近似，试确定 其传递函数。 解：方法一：作图得，T1=5.2S; 方法二： T 2 1.5(t0.632 - t 0.283 ) 1.5 * (5.2 - 1.9) 4.95 我们用两种方法求平均：
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。
流程工业过程控制综合实验装置系统方案
流程工业过程控制综合实验(装置)系统 设 计 方 案 安徽工业大学 杭州电子科技大学
流程工业过程控制综合实验系统 1、典型化工流程过程控制综合实验系统的组成 典型化工流程过程控制综合实验系统由：（1）、典型化工流程过程控制综合实验对象系统；（2）、典型化工流程过程控制综合实验系统检测传感执行装置；（3）、智能仪表及电器控制屏台；（4）、典型化工流程过程控制综合实验DCS控制系统组成。 （1）典型化工流程过程控制综合实验对象 系统结构图见化工过程控制实验装置系统结构图。 典型化工流程过程控制综合实验对象系统采用化工釜式反应系统的工艺控制流程且结构为开放式，学生可进入系统操作。 对象系统由：实验控制对象仿工业设备结构。具有较强现场设备感；具有较丰富的设备种类，包括：●框架系统：3000X2000X2800mm;（100×50×4mm 方钢管，50×5角铁，60×6槽钢，扶手护栏：1 寸及4分钢管）。防锈红丹底漆，喷烤漆处理。 ●反应器：采用蒸馏反应釜：不锈钢，高径比分别
为1: 2（内胆配置冷却盘管、耐压0.6MPa、夹套加热方式为热水加热），带搅拌电机及及浆叶式搅拌浆） ●液位容器：采用￠377X800，及￠300X800不锈 钢密闭容器作为两个高位槽储罐. ●加热容器：￠377X800加热炉(外带不锈钢包裹 的硅酸铝保温棉)； ●压力容器：采用工业￠300X1000的工业压力储 罐做为压力容器，安全且储气容量大，易做压力控制实验： ●换热器：采用￠1597X1000工业标准列管换热 器，换热效果明显； ●滞后盘管：温度滞后控制实验用（滞后时间15 秒） ●管道及阀门：DN25和DN20工业不锈钢管道；永 德信铜球阀及闸阀阀门。 （2）典型化工流程过程控制综合实验对象系统工艺流程 系统结构图见化工过程控制实验装置控制系统流程图
1、（本题15分）试画出IMC 的基本结构框图，详细解释在对象模型精确条件下如何保证该控制系统的 稳定性？试给出一种增强系统鲁棒性的改进IMC 方案并举例说明。 答： 如果对象模型精确的话，那么00 ?()()G z G z =，并且除去外界干扰的话，()0m D z =，所以()R z 是不变的。如果有干扰的话，()()m D z D z =即()()R z D z -来减少输入，以使()Y z 趋于稳定。 令() ()?1()() c i p c G z G z G z G z = +，用()i G z 来完全补偿扰动对输出的影响，()i G z 相当于一个扰动补偿器或 称前馈控制器。且当0 ?()G z 不能精确描述对象，即模型存在误差时，扰动估计量()m D z 将包含模型失配的某些信息，从而有利于系统的鲁棒性设计。
2、（本题15分）画出动态矩阵控制的算法结构框图，试述其工作过程以及DMC 算法离线准备的参数和 这些参数的选取原则。 答： 工作过程：输入()u k 通过预测模型预测未来几个输出值，我们一般取第一个值，与当前的输出值进行在 线校正，且校正后的值()c y k i +，输出值和给定值通过参考模型也给出一个值()r y k i +，把 ()c y k i +与()r y k i +进行比较，把它们之间的误差通过优化计算来改变输入值()u k ，从来对模型 的失配与干扰的影响在()u k 的变化上体现出来，从而使()y k 有很强的鲁棒性。 DMC 算法离线准备的参数和这些参数的选取原则 1、 脉冲响应系数长度N 的选择 如果采样周期短，则N 会相应的增大。且N 可适当选得大一些，但N 太大会增加预测估计控制的计算量和存储量。通常N=20~60为宜。 2、 输出预估时域长度P 的选择 通常P 越大，预测估计的鲁棒性就越强。但相应的计算量和存储量也增大。一般，设置P 等于过程单位阶跃响应达到其稳态值所需过渡时间的一半所需的采样次数。 3、控制时域长度M 的选择 M 越大，系统的鲁棒性也就越弱。M 不宜选得太大，一般M 取小于10为宜。 4、参考轨迹的收敛参数α的选择 α越大，系统预测控制的鲁棒性越强，但导致闭环系统的响应速度变慢。相反，α过小，过渡过程较易
过程控制和过程能力 过程控制系统的目标是对影响过程的措施作出经济合理的决定。也就是说，平衡不需控制时采取了措施（过度控制或擅自改变）和需要控制时未采取措施（控制不足）的后果。必须前面提到的变差的两种原因——特殊原因和普通原因的关系下处理好这些风险。（见图3）过程在统控制下运行指的是仅存在造成变差的普通原因。这样，过程控制系统的一个作用是当出现变差的特殊原因时提供统计信号，并且当不存在特殊原因时避免错误信息。从而对这些特殊原因采取适当的措施（或是消除它们，或是如果有用，永久地保留它们）。 讨论过程能力时，需考虑两个在一定程度上相对的概念： ?过程能力由造成变差的普通原因来确定，通常代表过程本身的最佳性能（例如分布宽度最小），在处于统计控制状态下的运行过程，数据收集到后就能证明过程能力，而不考虑规范相对于过程分布的位置和/或宽度的状况如何； ?然而，内外部的顾客更关注过程的输出以及与他们的要求（定义为规范）的关系如何，而不考虑过程的变差如何。 一般说来，由于受统计控制的过程服从可预测的分布，从该分布中便可以估计出符合规范的产品的比例。只要过程保持受统计控制状态并且其中分布的位置、分布宽度及形状不变化，就可以继续生产相同分布的符合规范的产品。对过程采取的第一个措施就是将过程定位在其目标值上。如果过程的分布宽度是不可接受的，该策略则允许生产最小量不符合规范的产品。通常要求用对系统采取措施从而减少产生变差的变通原因的方法来改进过程的能力（以及其输出），从而始终符合规范。为了进一步具体了解过程能力、过程性能以及与之相关的假设，参见第2章第5节。 简言之，首先应通过检查并消除变差的特殊原因使用权过程处于受统计控制状态，那么性能是可预测的，变可评定其满足顾客期望的
工业流程专题复习 一、解题思路与策略 粗读流程懂目的→精读问题解题意→迁移知识解问题→规表达写答案 通常所考虑的答题角度 1、溶液呈酸性或碱性：考虑电离或水解产生H+或OH-、是否促进或抑制电离还是水解。 2、利用率：常考虑经济性或成本、环保性。 3、在空气或在其它气体中：主要考虑气体是否参与反应或达到隔绝防氧化、水解、潮解等 目的。 4、判断沉淀是否洗净：常取最后洗涤液少量、检验其中某种离子。 5、检验某物质的设计方案：仪器→试剂（用量和规格）→操作→现象→结论 6、控制某一温度：常考虑物质的挥发、不稳定而分解、物质转化等 7、用某些有机试剂清洗：常考虑降低物质溶解度、有利于析出，减少损耗，提高利用率等 8、加过量试剂：常考虑反应完全转化或增大转化率、产率等 9、能否加其它物质：常考虑会不会引入杂质或影响产物的纯度 10、分离、提纯：常考虑过滤、蒸发、萃取、蒸馏等常规操作。 二、产品预处理 例1：海带提碘为什么要将海带灼烧成灰？ 把难溶的有机碘转化为易溶的I-。 然后将海带灰溶解煮沸2-3min的原因是 加快的I-溶解，使海带灰中的I-充分溶解。 练习：1. 某研究小组测定菠菜中草酸及草酸盐含量（以C2O42-计），实验步骤如下： ①将菠菜样品预处理后，热水浸泡，过滤得到含有草酸及草酸盐的溶液。 (1)步骤①中“样品预处理”的方法是___________。（A．灼烧成灰B．研磨成汁） 2.碳酸锂广泛应用于瓷和医药等领域。已-锂辉石（主要成分为Li2O.Al2O 3.4SiO2）为原材料制备Li2CO3的工艺流程如下： (1)步骤I前，β-锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是____ ____________ （2）步骤III中，生成沉淀的离子方程式为__________ ______。能生成沉淀的原因是 （3）从母液中可回收的主要物质是__________________。 （1）增大接触面积，加快反应速率，提高浸出率。 （2）2Li2SO4+Na 2CO3=Li2CO3↓+ Na 2 SO4；碳酸锂的溶解度小于硫酸锂的溶解度。（3）Na2SO4 3．废旧锂离子电池的正极材料试样（主要含有LiCoO2及少量Al、Fe等）可通过下列方法
第1章 1. 系统动态性能的常用单项指标有哪些？这些指标那些分别属于稳定性、准确性和快速性？会计算给定值单位阶跃响应下的性能指标。P8，9，10 解：单项性能指标主要有：衰减比n 、超调量与最大动态偏差A 、静差C 、调节时间T S 、振荡频率w 、振荡周期T 和峰值时间T P 等。 稳定性：衰 减 比，最大动态偏差。 准确性：静 差，最大动态偏差。 快速性：调节时间，振 荡 频 率 。 1y 为第一个波峰值，y 3为与1y 相邻的同向波峰值，y （∞）为最终稳态值,X 1为设定值。 n=1y ：y 3；1100%() y y σ=?∞；A=最高峰-设定值；C=丨X 1-y （∞）丨;T 为相邻两个同向波峰之间的时间间隔。 2. 典型过程控制系统由哪几部分构成，并画出典型过程控制系统方框图？ 解：测量变送器、控制器、执行器和被控对象. 第2章 1. 热电偶的中间温度定律及中间导体定律？什么是热电偶冷端补偿？常用补偿方法的应用场合？补偿导线的作用？ 解：中间温度定律：E AB (t ，t o )=E AB (t ，t n )+E AB (t n ，t o ) 中间导体定律：在热电偶回路中接入中间导体后，只要中间导体两端的温度 相同，则对热电偶的热电动势没有影响。接入多种导体时亦然。 热电偶冷端补偿：实际应用时热电偶冷端温度波动较大给测量带来误差，为 降低影响，通常用补偿导线作为热电偶的连接导线。 补偿导线的作用：将热电偶的冷端延长到距热源较远且温度比较稳定的地 方。 常用补偿方法的应用场合： （1）查表法。只能用于临时测温。 （2）仪表零点调整法。适宜冷端温度稳定的场合。 （3）冰浴法。一般用于热电偶的检定。 （4）补偿电桥法。广泛用于热电偶变送电路中。
控制图和过程能力 目录 一、控制图-----------------------------------------------------------------------------1 1.控制图的用途---------------------------------------------------------------------1 2.控制图的种类、计算公式及适用场合----------------------------------------1 3.控制图的原理---------------------------------------------------------------------1 4.控制图的应用步骤---------------------------------------------------------------1 1）X-R图--------------------------------------------------------------------------1 2)P控制图----------------------------------------------------------------------------4 3）计量值控制图与计数值控制图的比较--------------------------------------6 4）通用控制图-----------------------------------------------------------------------7 5.控制图的判断准则---------------------------------------------------------------9 6.波动图、控制图在工序控制中的应用程序---------------------------------10 7.易出现问题及注意事项--------------------------------------------------------10 二、过程能力-------------------------------------------------------------------------11 1.概念-------------------------------------------------------------------------------11 2.过程能力指数的用途----------------------------------------------------------12 3.过程能力指数的计算----------------------------------------------------------12 4.过程能力指数的评定----------------------------------------------------------13 5.根据过程能力指数C P及相对偏移系数K估计过程的不合格品率--13 6.提高过程能力的途径----------------------------------------------------------13 7.易出现问题及注意事项-------------------------------------------------------13
编订：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 工业生产过程自动化技术 及安全控制 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-7680-32 工业生产过程自动化技术及安全控 制 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 自19世纪世界工业革命以后，工业生产过程由简单到复杂，规模由小到大。至今，已有各种各样的工业生产过程，生产出多种多样的产品满足人们的生产需要。作为工业生产过程一部分的工业过程控制系统也在不断发展和提高。 自动化仪表技术的发展 在工业安全生产过程，通常需要测量和控制的变量有：温度、压力、流量、液面、称重、电量(电流、电压、功率)和成分等。这些变量的测量和控制随着电子技术、计算机技术以及测量技术的不断发展，虽然其基本测量原理变化不大，但是信号置换、显示和控制装置的变化十分迅速。最近50年，工业自动化仪表从气动仪表到电动仪表，从现场就地控制到中央控制
室控制，从在仪表屏上操作到用计算机操作站(CRT)操作，从模拟信号到数字信号等，其发展和变化十分惊人，如表1—1所示。 20世纪50年代是电子真空管时代，工业生产过程规模比较小，所用的仪表与控制系统都比较简单且粗笨，多用气动仪表进行测量与控制，采用o．2—1．Okgf／cm2(3—15psi)气动信号作为统一标准信号，记录仪是电子管式的自动平衡记录仪。控制系统为就地式的简单装置。 到了20世纪60年代，随着工业规模的不断扩大，特别是石油化2E212业的迅速发展，工业生产过程要求集中操作与控制。在这期间，半导体技术有了迅速的发展，自动化仪表开始用电动仪表，电子管由晶体管代替，开发出以半导体分立元件制造的电动Ⅱ型仪表，统一信号标准为０～10mA。采用中央仪表控制室对工业生产过程进行操作、监视和控制，同时，计算机开始在工业生产过程中应用，实现直接数字控制(DDC-Directly DigitalComtrol)。进入20世纪
工业过程和过程控制 实验报告 学号：1013401XXX 姓名：XXX 学院：XXXX学院 专业：冶金过程自动化 苏州大学机电工程学院 二零一三年五月
实验一锅炉液位控制系统实验 一、实验目的 1 了解锅炉液位控制系统的组成。 2 建立液位控制数学模型（阶跃响应曲线）。 3 计算系统各参数下的性能指标。 4 分析PID参数对控制系统性能指标的影响。 二、实验步骤 1 出水流量控制系统置于“手操”，即开环方式，设定OUTL=60%。 2 令δ=20%、T i=80（s）、T d=10(s)，设置到液位控制器中。 3 液位控制系统置于“自动”，即闭环方式，设定SV=200mm，等待 稳定下来。 4 将液位控制器的“自动”输出阶跃变化100mm，即设定 SV=300mm,同步记录液位的PV值（间隔30秒记录一次，约 20分钟） 5 改变比例带：令δ=10%、T i=80（s）、T d=10(s)，设置到控制器中， 重复步骤3和步骤4。 6 改变积分时间：令δ=20%、T i=40（s）、T d=10(s)，设置到控制器 中，重复步骤3和步骤4。 7 改变微分时间：令δ=20%、T i=80（s）、T d=20(s)，设置到控制器 中，重复步骤3和步骤4。 三、数据记录和处理 锅炉液位控制系统实验记录表
时间：(min) 液位：(mm) 液位：(mm) 液位：(mm) 液位：(mm) 0.0 200 200 200 200 0.5 203.5 206.4 206.5 205.0 1.0 209.9 215.9 216.9 21 2.0 1.5 216.5 225.9 228.8 219.5 2.0 224.4 236.5 241.4 228.2 2.5 232.9 248.2 256.1 236.0 3.0 241.8 259.6 270.4 245.8 3.5 250.9 271.4 285.7 25 4.8 4.0 260.6 283.2 299.1 264.4 4.5 269.8 293.6 308.7 273.9 5.0 279.2 301.3 310.0 283.3 5.5 289.0 304.1 308.5 292.4 6.0 29 7.1 304.5 305.3 299.6 6.5 302.8 303.3 301.8 304.7 7.0 306.2 302.2 298.9 306.0 7.5 306.7 301.7 297.1 306.5 8.0 306.0 300.7 297.1 305.9 8.5 305.1 300.0 297.2 304.8 9.0 303.8 299.9 298.7 303.6 9.5 302.5 299.6 300.0 301.7 10.0 301.4 299.7 300.3 300.8
1.6 图1-43为热交换器出口温度控制系统，要求确定在下面不同情况下控制阀 的开闭形式及控制器的正反作用： ① 被加热物料在温度过高时会发生分解、自聚； ② 被加热物料在温度过低时会发生凝结；③ 如果操纵变量为冷却水流量， 该地区最低温度在0℃以下，如何防止热交换器被冻坏。 答：TC 冷却水 物料被冷却物料 ① 控制阀选气关阀，选反作用控制器。 ② 控制阀选气开阀，选正作用控制器。 ③ 控制阀选气关阀，选反作用控制器。 2．7 图2-20所示的反应釜内进行的是化学放热反应，，而釜内温度过高会发生事故，因此采用夹套通冷却水来进行冷却，以带走反应过程中所产生的热量。由于工艺对该反应温度控制精度要求很高，单回路满足不了要求，需用串级控制。 ⑴ 当冷却水压力波动是主要干扰时，应怎样组成串级？画出系统结构图。 ⑵当冷却水入口温度波动是主要干扰时，应怎样组成串级？画出系统结构图。 ⑶ 对以上两种不同控制方案选择控制阀的气开、气关形式及主、副控制器的正、反作用方式。 (1)选冷水流量为副变量,釜内温度为主变量组成串级系统. (2)夹套温度为副变量,釜内温度为主变量组成串级系统.
答案 7--1-14 一比值控制系统用DDZ-III 型乘法器来进行比值运算（乘法器输出416 )4I )(4I (I 01+--='， 其中I 1与I 0分别为乘法器的两个输入信号），流量用孔板配差压变送器来测量，但没有加开方器，如图所示。已知h /kg 2000F ,h /kg 3600F max 2max 1==， 要求： ① 画出该比值控制系统方块图。 ② 如果要求1:2F :F 21=，应如何设置乘法器的设置值0I ？ 解：①方框图如下： 0I 1I 2F - 2I 1F ② 12I I =‘系统稳定时： 21 11'1004444(4)(4)44,0.811616 I I K I I I I I I K --==-----'=+?==‘’ 0164160.81416.96I K mA '=+=?+= 乘法器 控制器 调节阀 测量变送器2 测量变送器1 流量对象 21221max 2max 1213600()()0.8122000F K F F K K F =='==?=，由于流量用孔板配差压变送器，没加开方器，所以
高考大题工业流程之常见题型 [考纲要求]：1了解科学、技术、社会的相互关系，知道在化工生产中遵循“绿色化学”思想重要性。 2了解氯碱工业、硫酸工业、合成氨工业、废水处理等工业的原理。 3了解化工流程题的试题特点和备考策略 [呈现形式]：流程图、表格、图像 [知识落点]：基本理论、元素化合物、实验 [导入专题]：化学知识越来越多的应用在工业生产和生活实际中，而这也成为高考命题的热点和难点，充分体现化学学科知识的实用性。试题有时会以流程图的形式出现。 这类题目能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题指导思想， 能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决 问题的能力。要求同学们既要熟知工业生产的基本原理，又要对流程图中所给 出的信息进行提取、筛选，对同学的学科能力要求较高。 [知识整合]： 一、熟悉工业流程的几个常用的关键词 1、浸出：固体加入水或酸溶解得到离子。 2、酸浸：指在酸溶液中反应使可溶金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去溶解的过程。 3、水洗：水洗通常是为了除去水溶性的杂质。有机物洗涤：减少晶体损失 4、灼烧（煅烧）：原的预处理，不易转化的物质转为容易提取的物质：如海带中提取碘等 5、酸作用：溶解、去氧化物（膜）、调节PH促进水解（沉淀） 6、碱作用：去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节PH促进水解（沉淀） 7、氧化剂：氧化某物质，转化为易于被除去（沉淀）的离子 8、控制PH值：促进某离子水解，使其沉淀，利于过滤分离 9、煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离；除去溶解在溶液中的气体，如氧气 10、趁热过滤：减少结晶损失；提高纯度 二、工业流程中主要操作：结晶、重结晶、洗涤、干燥、灼烧、分液、重复操作2-3次等 如结晶的几种方法： （1）、当溶液是单一溶质时 ①所得晶体不带结晶水（如NaCl、K NO3）：蒸发、结晶 ②所得晶体带结晶水：蒸发浓缩（至有晶膜出现为止），冷却结晶，过滤 （2）当溶液中有两种或以上溶质时 ①要得到溶解度受温度影响小的溶质：浓缩（结晶），趁热过滤； ②要得到溶解度受温度影响大的：蒸发浓缩，冷却结晶 三、解题方法 1、首尾分析法： 对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙生产工序)试题,首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质原材料与最后一种物质产品,从对比分析中找出原料与产品之间的关系,弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂分离提纯产品的化工工艺,然后再结合题设的问题,逐一推敲解答.
工业过程测量和控制系统标准体系 The standard scheme for industrial process measurement and control system 梅恪1张桂玲2 (1.机械工业仪器仪表综合技术经济研究所，北京 100055) (Instrumentation technology & Economy institute P.R.China Beijing 100055) [摘要] 本文在分析了我国工业自动化仪表现状的基础上,提出了我国工业过程测量和控制系统标准体系框架和实施计划。 [关键词] 标准体系框架工业过程测量和控制系统 Abstract: Based on the present situation of industrial automation devices in our country, the article illustrates the standard scheme for industrial process measurement and control system and puts forward the plan of implementation. Key word: standard scheme industrial process measurement and control system 收稿日期：2010-01-11 作者简介：梅恪（1973-），男，北京市人，硕士，北京理工大学计算机科学与技术专业毕业，教授级高级工程师，全国工业过程测量和控制标准化技术委员会工业通信（现场总线）及系统分委会秘书长，长期从事工业自动化标准化工作。 引言 工业过程测量和控制系统广泛应用于石油、化工、电力、煤炭、冶金、纺织、轻工、食品、烟草等各个领域，是工业生产高产、稳定、优质、低耗、安全、环保的重要保障。“走新型工业化道路，以信息化带动工业化，以工业化促进信息化”是中央在全面总结我国工业化历史经验和深刻洞察世界经济与科技发展趋势的基础上，做出的一项重大战略决策。工业过程测量和控制系统是工业化与信息化融合的桥梁和手段。标准体系研究作为国家重要基础研究工作，是一项涉及经济、技术、管理等诸多因素的工作，其目的是为了指导开发、推荐技术、规范市场、保证质量、方便用户使用，为用户建立信心。 1、我国工业自动化仪表发展概况 我国工业自动化仪表产业在70年代形成了上海、西安、重庆、安徽、北京几个基地，并以系统带单表的发展战略带动了许多工程项目的实施。80年代，我国在DCS制造生产方面有了新的突破，开始打破了国外DCS全面占领中国市场的局面。90年代，现场总线技术和实时以太网技术蓬勃发展，国际上流行的现场总线通信协议有FF、PROFIBUS、WORLDFIP、P-NET等40多种，每一种
4.5过程能力与过程能力指数4.5过程能力与过程能力指数 学习目标要求 1、熟悉过程能力的定义 2、掌握过程能力指数c p 和c pk 的计算和评价 3、了解过程性能指数的概念 一、过程能力 过程能力也称为工序能力，它是指过程加工质量方面的能力，是衡量过程加一内在一致性的，是稳态下的最小波动。而生产能力则是指加工数量方面的能力，二者不可混淆。过程能力决定于质量因素，而与公差无关。 当过程处于稳态时，产品的计量质量特性值有99.73%落在的范围内，其中μ为质量特性值的总体均值，σ为质量特性值的总体标准差，也即有99.73%的产品落在上述6σ范围内，几乎包括了全部产品。故通常用6倍标准差（6σ）表示过程能力，它的数值越小越好。 二、过程能力指数 二、过程能力指数 分双侧和单侧情况，双侧6σ，单侧3σ.有偏移的情况，要求偏移指数。 （一）双侧公差情况的过程能力指数 对于双侧公差情况，过程能力指数cp的定义如下： ，（4.5-1） 式中，t为技术公差的幅度，tu、tl分别为上、下公差限，σ为质量特性值分布的总体标准差。当σ未知时，可用估计，其中r为样本极差，为其平 均值，s为样本标准差，为其平均值，d2、c4为偏系数，可查表4.2-2。 一般，对于过程能力指数制定了 注意，估计必须在稳态下进行。 一般，对于过程能力指数制定了如表4.5-1所示的评价参考。从（4.5-1）式可知，当cp=1.33，t=8σ。此时质量指标值的分布基本上在上下公差界限之内，且留有一定余地，见图4.5-1的情况1。因此，可以说cp≥1.33时过程能力充分满足质量要求，国标gb/t4091-2001也要求cp≥1.33。需要说明的是，随着时代的进步，对于高质量、高可靠性的“6σ控制原则”情况，甚至要求cp达到2.0以上，所以对cp≥13.67时认为过程能力过高的说法应视具体情况而定，参见图4.5-2。 表4.5-1 过程能力指数cp值的评价参考