第一章：名称：带控制点工艺流程图（PID）
1、图1所示为硫酸生产中的沸腾炉。
试说明图中的位号和图形的意义是：
图1 硫酸生产中的沸腾炉带控制点工艺流程图
答：
（1）仪表位号TI-101、TI-102、TI-103表示第一工序第01、02、03个温度检测回路。
期
中：T表示被控变量为温度；I表示仪表具有指示功能；表示该温度指示仪表属于仪表盘正面安装，用于操作员监视用。
（2）仪表位号PI-101表示第一工序第01个压力检测回路。
其中P表示被测变量为压力；
I表示仪表具有指示功能；表示该压力表按照在现场。
（3）仪表位号PRC-102表示第一工序第02个压力控制回路。
其中：P表示被测变量为压力；RC表示仪表具有记录、控制功能。
（4）仪表位号AR-101表示第一工序第01个成分分析回路。
其中：A表示被测变量为成分；R表示仪表具有报警功能。
第二章：干燥筒对象特性测试
2、为了测量某物料干燥筒的对象特性，在T＝0时刻突然将加热蒸汽量从25m3/h增加到28m3/h，物料出口温度记录仪得到的阶跃响应曲线如图3所示。
试求出该对象的特性。
已知流量仪表量程为0～40，温度仪表为0～200℃
图3 干燥筒的阶跃响应曲线
答：由阶跃响应曲线可以看出该对象具有一阶纯滞后特性。
放大系数为：240
/)2528(200/)120150(=--=K 时间常数为T=4 分钟
滞后时间为2=τ分钟
第三章： 料位测量问题
3、流态化粉末状、颗粒状固态介质料位测量的问题。
在石油化工生产中，常遇到流态化粉末状催化剂在反应器内流化床床层高度的测量。
因为流态化的粉末状或颗粒状催化剂具有一般流体的性质，所以在测量它们的床层高度或藏量时，可以把它们看作流体对待。
测量的原理也是将测量床层高度的问题变成测差压的问题。
但是，在进行上述测量时，由于有固体粉末或颗粒的存在，测压点和引压管线很容易被堵塞，因此必须采用反吹风系统，即采用吹气法用差压变送器进行测量。
流化床内测压点的反吹风方式如图2所示，在有反吹风存在的条件下，设被测压力为P ，测量管线引至变送器的压力为2P (即限流孔板后的反吹风压力)，反吹管线压降为P ∆，则有P P P ∆+=2，理论上看仪表显示压力2P 较被测压力高P ∆，但实际证明，当采用限流孔板只满足测压点及引压管线不堵的条件时，反吹风气量可以很小，因而P ∆可以忽略不计，即P P =2。
为了保证测量的准确性，必须保证反吹风系统中的气量是恒流。
适当的设计限流孔板，使12528.0P P ≤，并维持1P 不发生大的变化，便可实现上述要求。
图2 流化床反吹风取压系统
第四章氧化锆烟气分析仪的应用
4、氧化锆烟气分析仪的应用及其特点
氧化锆烟气氧量分析仪是由数字显示转换器和直插式检测器组成，可在线连续检测烟气中的残氧浓度，响应迅速、性能稳定。
转换器是以处理器为核心的小型智能化嵌装成仪表，检测器直接安装在待测点烟道内，快速、准确地反映炉内燃烧的即时氧含量，并提供与此氧含量成线性关系的标准模拟信号，与自控装置配套使用，可有效地控制烟道内的残氧量，对提高燃烧效率，降低能源消耗，减少大气污染有显著的作用。
本仪器适用于石油、化工、电力等企业的加热炉，也适用于各企业中小型锅炉、工业窑炉和焚烧炉等烟气的检测。
图3 氧化锆烟气氧量分析仪
第五章数字显示仪表
5、数字显示仪表可以接收哪些输入信号？
工业过程常用的数字显示仪表可以与多种传感器、变送器配合使用。
（1）热电偶
（2）热电阻和电阻产生变化的传感器；
（3）霍尔压力变送器或产生直流电压变化的传感变送器；
（4）电阻远传压力表；
（5）标准模拟直流电信号或其它直流信号。
第六章气动薄膜调节阀故障分析
6、在纯碱生产过程中，氨盐水有严重的腐蚀性，碳酸氢铵在摄氏25℃以下易结晶。
若生产中出现气动薄膜调节阀不动作的情况，试分析可能的原因。
（1）因调节器故障，使调节阀无电信号。
（2）因气源总管泄漏，使阀门定位器无气源或气源压力不足。
（3）定位器波纹管漏气，使定位器无气源输出。
（4）调节阀膜片损坏。
（5）由于定位器中放大器的恒节流孔堵塞、压缩空气含水并于放大器球阀处集积导致定位器有气源但无输出。
（6）由于下列问题使调节阀虽有信号、有气源但阀仍不动作：①阀芯与衬套或阀座卡死；
②阀芯脱落（销子断了）；③阀杆弯曲或折断；④执行机构故障：⑤反作用式执行机构密封圈漏气；⑥阀内有异物阻滞。
第七章：看曲线，调参数
7、某控制系统在控制器积分时间不同的情况下，分别得到两条过渡过程曲线如图5所示。
试比较两条曲线对应的积分时间大小。
A B
图4 控制系统过渡过程曲线
答：由于控制器具有积分作用，因此，两种情况下都能消除余差，从图4A看，消除余差快，对应的积分时间较小，但系统的稳定性下降，振荡比较厉害。
而图4B消除余差慢，对应的积分时间较大。
第八章：气体脱酸装置控制系统设计
8、工业气体脱酸装置流程如图5所示。
若采用图5A的控制方案，则两个控制回路PRC-203与PRC204不能同时工作，试分析原因，并提出解决方案。
A B
图5 工业气体脱酸系统
答：图5A所示的方案存在如下问题：
（1）从流程图可以看出，塔205中部压力与容208压力是关联的，任一个压力变化，另外一个压力即跟随变化；
（2）两者选用的都是压力控制，反应速度都较快，互相干扰较大。
改进方案如图5B所示。
容208的压力实际代表塔205的压力，因此塔205的压力不需要再控制，而改用塔205顶部温度来调节换202的蒸汽流量，这样两个调节回路一个快一个慢，减少了互相干扰。
第九章：脱乙烷塔气液分离过程控制
9、图6所示为脱乙烷塔塔顶的气液分离器。
由脱乙烷塔塔顶出来的气体经过冷凝器进入分离器，由分离器出来的气体去加氢反应器。
分离器内的压力需要比较稳定，因为它直接影响精馏塔的塔顶压力。
为此通过控制出来的气相流量来稳定分离器内的压力，但出来的物料是去加氢反应器的，也需要平稳。
试设计一个控制系统，并分析其特点。
答：设计如图7所示的脱乙烷塔压力－流量串级均匀控制系统。
其方框图如图8所示。
由系统的方框图可以看出，该系统与一般的串级控制系统在结构上是相同的，都是由两个控制器串接工作的，都有两个变量，构成两个闭环系统。
该系统与一般串级控制系统的不同，主要在于控制目的是不相同的。
一般串级控制系统的目的是为了稳定主被控变量，而对副被控变量没有什么要求，但串级均匀控制系统的目的是为了使主变量和副变量都能够比较平稳，但不是不变的，只是在允许的范围内缓慢变化。
为了实现这个目的，串级均匀控制系统在控制器参数整定上不能按照4：1（或10：1）衰减整定，而是强调一个“慢”字，一般比例度的数值很大，如需要加积分作用，积分时间也比较大。
图6 脱乙烷塔塔顶气液分离器工艺
图7 脱乙烷塔塔顶压力－流量串级均匀控制系统
图8 脱乙烷塔塔顶压力－流量串级控制系统方框图
第十章：污水处理厂计算控制
10、试分析如图9所示的某污水处理厂计算机监控系统结构及特点。
答：SCADA系统作为生产过程和事物管理自动化最为有效的计算机软硬件系统之一，它包含三个部分：一是分布式的数据采集系统，也就是通常所说的下位机；第二个是过程监控与管理系统，即上位机；第三个是数据通信网络，包括上位机网络系统、下位机网络以及将上、下位机系统连接的通信网络。
SCADA系统的这三个组成部分的功能不同，但三者的有效集成则构成了功能强大的SCADA系统，完成对整个过程的有效监控。
SCADA系统广泛采用“管理集中、控制分散”的集散控制思想，因此，即使上、下位机通信中断，现场的测控装置仍然能正常工作，确保系统的安全和可靠运行。
数据服务器工作站WEB 服务器现场I/O 污水泵站
现场人
机界面
现场
I/O
图9 污水处理厂计算机监控系统结构图
第十一章：工业乙烯精馏塔控制
11、某工业乙烯精馏塔的塔底温度控制系统如图10所示。
该塔底温度需要保持衡定，其控制手段是改变进入塔底再沸器的热剂量。
系统中采用2℃的气态丙烯作为热剂，在再沸器内释放热后呈液态进入冷凝液储罐。
储罐中的液位不能过低，以免气态丙烯由凝液管中排出，危及后续设备，因此设计了如图10所示的控制系统，试问它是什么类型的控制系统？试画出其方框图，并确定调节阀的气开、气关型式，控制器的正、反作用，简述控制系统的控制过程。
答：这是一个串级选择性控制系统，其方框图如图11所示。
调节阀为气关型式。
FC 为正作用，TC 为反作用，LC 为正作用。
正常工况下，为一温度与流量的串级控制系统，气丙稀流量（压力）的波动通过副回路及时得到克服。
如塔釜温度升高，则TC 输出减小，FC 的输出增加，调节阀关小，减少丙稀流量，使温度下降，起到副反馈的作用。
异常工况下，储罐液位过低，LC 输出降低，被LS 选中，这时实际上是一个液位的单回路控制系统，串级控制系统的FC 输出被却换，处于开环状态。
图10 乙烯精馏塔的塔底温度控制系统
图11 控制系统方框图。
