化工仪表自动化对象特性和建模罗祖云

课程标准《化工仪表及自动化》(化工机械与设备专业)负责人：李燕霞参与者：王小平、康文芬 2014年11月《化工仪表及自动化》课程标准【总学时】80【总学分】4【开设学期及周学时分配】第四学期，每周4学时【适用专业】化工机械与设备【教材】《化工仪表及自动化》（第三版），乐建波主编一、课程性质和任务1、课程性质本课程是我校化工机械与设备专业的核心课程与训练项目之一,是具体体现和实现本专业人才培养目标的重要课程之一。

化工仪表与自动化是以石油、化工、冶金、轻工等行业的自动化为背景,将化工原理、生产工艺与设备、仪表及自动化技术相结合的一门综合性的技术学科。

它应用自动控制学科、仪器仪表学科及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科。

通过本课程的学习，使化工工艺技术人员在了解和熟悉生产工艺的同时，具备相应的自动控制的知识。

本课程强调工程观点，提倡理论与实际的结合，着重对学生设计能力的训练及提高学生分析问题与解决问题的能力.2、课程任务本课程介绍常用化工仪表的基本常识、自动控制的基本规律和控制方法。

主要内容有：仪表的种类、控制方法、自控方案的制定等。

通过本课程的学习，使学生能够了解化工自动化的基础知识，初步掌握它们在化工中的基本应用，培养学生工程实践能力和创新能力，拓宽知识面，使学生掌握化工仪表及自动化的相关知识，具备化工生产过程中化工仪表及自动化设备管理和维护保养的初步能力，进一步提升学生的职业岗位综合能力和职业素养.二、课程设计本课程采用了综合化、模块化的设计方法，每个模块均采用了理论实践一体化的思路，力求体现“做中学”、“学中做"的教学理念;本课程内容的选择上降低理论重心，突出实际应用，注重培养学生的应用能力和解决问题的实际工作能力;本课程的内容组织形式上强调学生的主体性，在每个模块实施时，先提出学习目标，再进行任务分析，使学生在开始就知道学习的任务和要求，引起学生的注意，利于学生在任务驱动下,自主学习、自我实践。

化工仪表及自动化一、填空题1. 方框与方框之间的连接线，只是代表方框之间的，并不代表方框之间的物料联系。

2. 自动控制系统是具有被控变量反馈的环系统。

1. 机理建模的优点是具有明确的，所得的模型具有很大的适应性，便于对进行调整。

2. 对象数学模型包括一阶对象，。

3. 描述对象特性的参数包括：。

4. 时间常数T的物理意义：当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持速度变化，达到新的所需要的时间。

5. 从加入输入作用后，经过时间，被控变量已经变化了全部变化范围的，这时可以近似地认为动态过程基本结束。

6. 滞后时间按照滞后性质分可以分为：和。

7. 某台测温仪表的测温范围为200—700℃，校验该表时得到的最大绝对误差为℃，则该表的相对百分误差是，该仪表的精确度等级是。

（精确度等级有： ,，，,,）8. 某台测温仪表的测量范围为0—1000℃，根据工艺要求温度只是指的误差不允许超过±6℃，则该仪表的允许误差为，应选择的仪表等级是。

（精确度等级有： ,，，,,）9. 是表征线性刻度仪表的输出与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。

10. 工业仪表按照仪表使用的能源分类可以分为：，，。

11. 表压等于绝对压力大气压力。

12. 真空度等于大气压力绝对压力。

13. 普通压力计的弹簧管多采用价格相对便宜的，但氨气用压力计弹簧管的材料却都要采用材料，这是因为氨气对的腐蚀性极强。

14. 氧气压力计与普通压力计在结构和材质上完全相同，只是氧用压力计要。

15. 测量稳压时，仪表上限约为工作压力最大值的倍。

16. 测量脉动压力时，仪表上限约为工作压力最大值的倍。

17. 测量高压压力时，仪表上限约为工作压力最大值的倍。

18. 测量液体压力时，取压点应在管道的，测量气体压力时取压点应在管道的。

19. 标准节流装置主要包括：，和。

20. 标准孔板主要采用的取压方法有和。

21. 标准孔板的优点是结构简单，安装方便；缺点是。

化工仪表及自动化CH11.自动控制系统的主要组成环节？各组成环节的作用？2.画系统的方框图3.自动控制系统的分类4.自动控制系统的过渡过程形式5.阶跃扰动的过渡过程曲线确定系统的品质指标CH21.建立对象的数学模型有哪些方法？机理建模和实验建模（对象的实验测取方法、阶跃反应曲线法和矩形脉冲法）2.描述对象特性的参数有哪些？各有何物理意义？3.由阶跃反应曲线标出纯滞后时间、容量滞后时间、滞后时间、对象时间常数及计算系统放大系数。

CH31.有关仪表精度，误差的概念（基本误差的最大允许值及计算）2.仪表性能指标的定义3.什么叫霍乐效应4.什么叫压电效应5.标准的节流件有哪些？6.差压式流量计和转子流量计的原理及区别7.电磁流量计的工作原理8.什么是液位测量时的零点迁移问题9.温度计的分类，各种温度仪表的适用场合（温度传感器是重点）10.什么叫热电效应11.采用热电偶进行温度测量时，为什么要使用补偿电线？其作用是什么？补偿导线的选用原则？12.热电偶温度计的工作原理？热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿？13.对热电阻和热电偶材料的要求14.根据分度表确定检测温度CH41.显示仪表的分类2.自动电子电位差计测量桥路中是如何解决热电偶冷端补偿问题的？3.热电阻测温为什么要用三线制接法？4.自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较CH51.比例放大系数Kp与比例度σ的关系2.为什么比例作用会产生余差？CH61.控制阀的流量特性（理想和工作）2.控制阀的理想流量特性有几种？各有什么特点？3.执行器的分类，应用特点CH7（综合）1.简单控制系统的概念2.被控变量选择应遵循的原则（指导意义）3.被控对象、执行器、控制器的正、反作用方向各是怎样规定的？如何根据工艺要求来确定？4.各控制器的特点？各使用在什么场合？5.各控制器的输出与输入之间的关系式，理解其含义并进行相关计算6.确定控制系统的被迫变量、操纵变量、被控对象及干扰变量，控制通道和干扰通道7.描述系统的控制过程及各信号的变化情况。

实验二对象特性测试课程：过程控制班级：自实1301完成人及学号：韩雨薇 2013014476小组成员及学号：荆家玮 2013014470小组成员及学号：雒天骄 2013014444完成日期： 2016年3月23日一实验要求1. 简述实验的基本原理、方法和特点，明确适用范围；2.将获得的实验数据整理好，利用Excel或Matlab等对实验数据进行处理；去掉多余的数据（如：实验准备部分），针对不同测试输入，画出对应的响应曲线，反向变化数据可进行数据反向后画出，每组曲线一图，可加画往返变化的曲线对比图，但要对曲线进行注释；3.画图前应对数据进行归一化处理，必要时可进行滤波，再绘制出实验曲线图，计算出相应的参数（K、T、τ）；4.从实验曲线数据中，分别计算一阶对象、二阶对象的模型参数K、T、τ：对一阶对象的时间常数，可采用0.632法；对于二阶时间对象，可利用切线法将二阶系统近似为一阶+纯滞后模型。

5.（自控专业必做）按照二阶或n阶惯性环节的处理方法，获得二阶对象参数T1、T2和τ1：6.对不同条件下的对象特性测试结果进行分析、讨论，给出自己的结论和实验的收获，根据不同通道和不同对象参数下对象的特点，预计控制的效果，并给出理由；7. 分析用上述方法测试获得的数学模型有什么局限性？8.（自控专业必做）利用Matlab的Simulink功能，组成一阶、二阶对象，放入实测得到的K、T、τ，观察其阶跃响应曲线；在这些参数基础上依次小幅改变这些参数，观察其对象特性曲线的变化规律，并进行总结；9.（自控专业必做）分析水箱出口闸板高度对对象的哪些参数有什么影响？一实验结果1.实验的基本原理、方法和特点，适用范围本实验使用对象特性的开环测试方法——阶跃曲线法，阶跃信号通常是手动作用控制。

通过给被测对象施加一个阶跃测试信号，让被控参数在输入作用下产生“自由运动”（注意：这一运动仅是在一定约束条件下进行的），从而获得被控对象在输入作用下的自身变化的过程——响应曲线。

P161. 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、化工自动化主要包括哪些内容？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。

1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。

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。

1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。

试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

题1-5图加热器控制流程图解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。

6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。

试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

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。