过程控制与自动化仪表 第二版 (潘永湘 杨延西 赵跃 编著 著) 机械工业出版社 课后答案2

基于组态软件的液位单回路控制系统研究摘要: 通过组态软件，结合实验设备，按照定值系统的控制要求，依据较快较稳的性能要求，采用单闭环控制结构和PID控制规律，可以设计一个包含组态画面、并且应用组态控制程序的液位单回路模拟过程控制系统。

该文就是以工控组态软件MCGS为载体，为用户构建工业自动控制、系统监控功能的平台。

应用组态软件来检测、控制液位，设计简单，控制灵活，应用性很高。

关键词:液位单回路控制组态PID 调试工业控制深入各个领域，比如电力、冶金、石化、环保、交通、建筑等行业。

在各种控制领域中最基本的控制就是过程控制系统，即便是复杂、高水平的过程控制系统，基本的过程控制系统也要占70%以上。

基于组态软件的过程控制系统直观、简单、特别适用于教学。

1 液位控制系统硬件设计(图1）这是一个单回路反馈控制系统，它的控制任务是使水箱液位等于给定值所要求的高值；并设法减小或消除干扰，这种影响主要来自系统内部或外部（电机运行参数、仪表指示误差等等）。

当一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数的选择有着很大的关系。

合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。

反之，控制器参数选择得不合适，则会导致控制质量变坏，甚至会使系统不能正常工作。

因此，当一个单回路系统组成以后，如何整定好控制器的参数是一个很重要的实际问题。

一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。

2 组态软件应用设计2.1 数据库的创建新建MCGS工程文件，命名为“液位控制系统”。

在实时数据库窗口页创建数据对象，实时数据的定义一句工作需要可分为以下几部分：通信、控制变量和参数、控制方式、控制算法、存盘数据、报警等。

2.2 画面设计与动画连接2.2.1 液位控制系统流程根据工艺和功能要求设计，由水箱、传感器\变送器、控制器和执行器构成一个闭环控制系统。

2.2.2 系统流程制作与控件的动画连接应用绘图工具绘制水箱和储水箱：从对象元件库中选出显示仪表、调节阀、水泵、传感器和手动阀，插入到用户窗口；插入位图：PC机和RS-232转换器；从对象元件库插入水路管道，并在其上面覆盖有流动块；各电器元器件之间进行电气连接。

附件4广东省高等教育自学考试《工业自动化仪表与过程控制》课程（课程代码：02299）考试大纲目录Ⅰ课程性质与设置目的的要求Ⅱ课程内容与考核目标第一章绪论一、学习目的与要求二、考试内容三、考核知识点四、考核要求第二章被控过程的数学模型一、学习目的与要求二、考试内容三、考核知识点四、考核要求第三章检测变送仪表一、学习目的与要求二、考试内容三、考核知识点四、考核要求第四章过程控制仪表一、学习目的与要求二、考试内容三、考核知识点四、考核要求第六章单回路控制系统的设计一、学习目的与要求二、考试内容三、考核知识点四、考核要求第七章提高控制质量的控制系统一、学习目的与要求二、考试内容三、考核知识点四、考核要求第八章满足特定要求的过程一、学习目的与要求二、考试内容三、考核知识点四、考核要求第九章先进控制系统一、学习目的与要求二、考试内容三、考核知识点四、考核要求Ⅲ有关说明与实施要求一、本课程的性质及其在专业考试计划中的地位二、本课程考试的总体要求三、自学方法指导四、关于命题考试的若干要求附录：题型举例Ⅰ课程性质与设置目的要求《自动化仪表与过程控制》是广东省高等教育自学考试工业自动化（独立本科段）专业必考的专业课，是为了培养和检验自学应考者对自动化仪表与过程控制系统的基本概念、基本原理、基本知识与基本技能的理解而设置的一门基础专业课。

《自动化仪表与过程控制》这门课程设置的宗旨是为了适应企业广泛兴起和迅速发展的企业信息化、现代化需要，为了满足社会对现代化过程控制系统的技术人才和管理人才以及市场服务人才的迫切需要。

相对于其他课程，自动化仪表与过程控制具有明显的实践性、科学性与操作性特征，其典型特点内在地决定了该课程明显有别于其他的课程，因此，在考试命题中应充分体现本课程的性质和特点。

设置本课程的目的要求是：使自学应考者能够较全面、系统地学习掌握自动化仪表与过程控制系统的概念、基本原理和基本分析方法，掌握过程控制系统的建模理论、设计方法，明确过程控制系统的被控制对象、被控量、调节器和执行器以及检测装置等主要环节，以保证过程控制系统达到工业要求的动态和静态性能指标；同时，较为娴熟地运用相关的基本知识和技能，培养理论知识扎实、实际操作能力过硬的技术人才和管理人才。

过程控制系统与仪表-习题答案过程控制系统与仪表王再英刘淮霞陈毅静编著习题与思考题解答机械⼯业出版社第1章思考题与习题1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答：1．控制对象复杂、控制要求多样2. 控制⽅案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的⼀种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪⼏部分组成？解答：过程控制系统：⼀般是指⼯业⽣产过程中⾃动控制系统的变量是温度、压⼒、流量、液位、成份等这样⼀些变量的系统。

组成：参照图1-1。

1-4 说明过程控制系统的分类⽅法，通常过程控制系统可分为哪⼏类？解答：分类⽅法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压⼒控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号⽅式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、⾃适应控制系统等；按其动作规律来分，有⽐例（P）控制、⽐例积分（PI）控制，⽐例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。

通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统1-5 什么是定值控制系统?解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？⼆者之间有什么关系？被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。

被控对象的动态特性：。

系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。

过程控制仪表一、课程说明课程编号：090011Z10课程名称：过程控制仪表/Instruments for Process Control课程类别：专业课学时/学分：32/2 (其中实验学时：4)先修课程：电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、自动控制理论等适用专业：测控技术与仪器,电气工程及自动化教材、教学参考书：1.潘永湘、杨延西、赵跃编著.过程控制与自动化仪表.北京：机械工业出版社.2007年；2.林德杰主编.过程控制仪表及控制系统.北京：机械工业出版社.2009年；3.王再英,刘淮霞,陈毅静编著.过程控制系统与仪表.北京：机械工业出版社.2006年；4.潘永湘、杨延西、赵跃编著.过程控制与自动化仪表.北京：机械工业出版社.2007年二、课程设置的目的意义本课程是为测控技术与仪器等电气信息类本科专业的专业选修课程。

通过了解过程控制仪表的发展概况和分类方法，重点掌握包括变送器、调节器和执行器在内的模拟及数字式的调节仪表和装置，培养学生具有使用过程控制仪表和装置构成过程控制系统的能力，为学生后续课程和毕业设计以及今后的工作打下良好的基础。

三、课程的基本要求知识：了解过程控制仪表、系统的概念、组成、分类和发展概况；掌握变送器、执行器、单元控制器的基本工作原理和典型电路分析；掌握差压变送器、温度变送器的工作原理及智能变送器原理与使用方法；掌握防爆安全常识与防爆安全栅原理；掌握P、PI、PD、PID调节器的调节原理及特性；掌握基型PID调节器的工作原理及特性；掌握数字调节器设计方法与参数整定；掌握气动执行器和电动执行器的工作原理及使用方法。

能力：将过程控制仪表与装置及相关先修课程知识综合应用于一般工程问题，正确表达符合需求的工艺过程中参量测量问题及其转化测量问题的能力；依据功能与性能要求和应用环境提出可满足需求的系统解决方案，在学习、讨论和解决工业生产应用实际问题的过程中，积累经验知识并培养创新意识，提高发现、分析、解决问题的能力。

1系统描述1.1概述喷雾干燥设备在1901年首次用于奶粉工业的生产，在20世纪20年代才正真用于奶粉工业的生产，20世纪40年代末才在我国开始使用。

最早的结构是属于压力箱式，物料的雾化为双流体式，动力消耗量大。

到1958年，轻工部在黑龙江推广畜力小型压力式喷雾干燥法生产奶粉，1955年哈尔滨松花江牛奶厂首次用离心喷雾的方法生产奶粉。

这两种形式都是平底结构，每工作一个班次人工出粉一次。

20世纪60年代中期，箱式压力干燥设备出现了锥底螺旋出粉器（搅龙）的结构形式。

第一台立式多喷头压力喷雾干燥设备诞生在20世纪70年代初期，它的出现是喷雾干燥设备的有效容积缩小近一半，而且不用搅龙，连续出粉。

20世纪80年代又生产了喷头立式压力喷雾干燥设备，它在奶粉工业中的应用是推动我国乳粉工业技术进步的一个关键环节，为促进我国奶粉工业的迅速发展奠定了基础。

为了提高牛奶液体干燥的速度，质量，提高牛奶液体转变为成品的生产效率，需要一套稳、准、快的控制系统，因为喷雾干燥设备有可直接由溶液或悬浮体制得成分均匀的粉状产品的特殊优点，此课程设计要完成喷雾式奶粉干燥控制系统设计。

1.2控制任务本次课程设计主要是针对温度，通风量，液位流量等控制系统进行动态性能和稳态误差分析，看是否达到一定的性能指标的要求，如若不能达到要求则必须对系统进行校正，利用合适的参数整定，使系统达到稳、准、快。

2系统建模本次设计以牛奶的干燥过程来设计干燥器。

由于牛奶属于胶体物质，激烈搅拌易固化，也不能用泵抽送，因而采用高位槽的办法。

浓缩的牛奶由高位槽流经过滤器A或B，滤去凝结块和其它杂质，并从干燥器顶部由喷嘴喷下。

有鼓风机将一部分空气送至干燥器，用蒸汽进行加热，并将与来自鼓风机的另一部分空气混合，经风管送往干燥器，由下向上吹，以便蒸发掉乳液中的水分，使之成为粉状物，并随湿空气一起由底部送出进行分离。

生产工艺对干燥后的产品质量要求很高，水分含量不能波动太大，因而，需要对干燥的温度进行严格控制。

[标签:标题]篇一：自动化仪表与过程控制课后答案自动化仪表与过程控制课后答案0-1自动化仪表是指哪一类仪表？什么叫单元组合式仪表？自动化仪表:是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具单元组合式调节仪表: 由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表0-2DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电压,电流信号输出标准是什么？在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处？P5 第二段0-3什么叫两线制变送器？它与传统的四线制变送器相比有什么优点？试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分？P5~60-4什么是仪表的精确度？试问一台量程为-100~100C,精确度为0.5级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少？一般选用相对误差评定，看相对百分比，相对误差越小精度越高x/(100+100)=0.5% x=1 摄氏度1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种？什么叫热电偶的分度号？在什么情况下要使用补偿导线？答：a、当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时，若两个接点温度不同，回路中就会出现热电动势，并产生电流。

b、铂极其合金，镍铬-镍硅，镍铬-康铜，铜-康铜。

c、分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列。

d、在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时，自动补偿冷端温度变化，以保证测量精度，为了节约，作为热偶丝在低温区的替代品。

1-2 热电阻测温有什么特点？为什么热电阻要用三线接法？答：a、在-200到+500摄氏度范围内精度高，性能稳定可靠，不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低，存在非线性。

b、连接导线为铜线，环境温度变化，则阻值变，若采用平衡电桥三线连接，连线R使桥路电阻变化相同，则桥路的输出不变，即确保检流计的输出为被测温度的输出。

1-3说明热电偶温度变送器的基本结构，工作原理以及实现冷端温度补偿的方法。

《自动化仪表与过程控制》课程标准课程代码课程类别专业课程课程类型理实一体课程课程性质必修课程课程学分3学分课程学时48学时修读学期第4学期适用专业电气自动化技术合作开发企业一汽轿车有限公司、长春轨道客车股份有限公司执笔人杨华、陈刚审核人杨华1．课程定位与设计思路1．1课程定位自动化仪表与过程控制课程是电气自动化技术专业的一门专业核心课程，专业必修课程。

本课程的作用是通过学习性的工作任务教学方式，采取情境教学方法培养学生具有相应的构建过程控制系统和综合分析能力。

本课程通过前修课程高等数学、电工基础、传感器与自动检测的学习，将传感器在过程控制系统中应用和电学相关的简单电路知识融合在本课程的教学中，使复杂的理论知识变的简单，便于学生理解和掌握；通过前修课程自动控制系统中反馈控制系统、前馈控制系统等控制方案的学习，应使学生了解自动控制系统方框图的原理，并能进行初步设计。

为后续的生产过程自动控制实训、毕业设计的学习打下必要的理论知识和实践基础。

1．2设计思路整个课程设计一个大的总体项目——电加热锅炉自动控制系统开发与实施。

设计自动化仪表与过程控制系统的认识与描述、检测变送仪表、控制仪表、执行器及安全栅、被控过程的数学模型、简单控制系统的设计、提高控制质量的控制系统、满足特定要求的过程控制系统共计六个教学环节，通过“教、学、做”一体化的教学方法，熟悉过程控制系统组成原理、学会仪表的使用、掌握系统调试方法，综合应用知识与各种方法，最终具备能够分析设计符合各种要求的综合过程控制系统的能力。

学习项目一预计参考学时为4学时，学习项目二预计参考学时为12学时，学习项目三预计参考学时为4学时，学习项目四预计参考学时为12学时。

学习项目五预计参考学时为10学时，学习项目六预计参考学时为6学时。

达到本学习领域的能力培养目标可获3学分。

2．课程目标在掌握过程控制基本理论和常用控制仪表知识的基础上，能熟练地使用与维护常用控制仪表，能熟练地运行与维护常用过程控制系统，较熟练地掌握简单控制系统的开发与组织实施能力。

《过程控制》教学大纲一、内容简介本教学大纲参照了相关专业的特点，结合自动化专业关于《过程控制与自动化仪表》课程的要求，按照国家教委颁布的〈自动控制课程教学基本要求〉制定的。

本课程的内容有：过程控制概述和自动化仪表概述、过程参数的检测与变送、过程控制仪表、被控过程的数学模型、简单控制系统的设计、常用高性能过程控制系统、实现特殊工艺要求的过程控制系统、典型生产过程控制与工程设计等。

二、本课程的目的和任务《过程控制》是自动化专业的重要专业课。

本课程在系统简明地阐述常用过程量测控仪表和计算机控制系统基本原理和基本知识的基础上，同时介绍自动调节系统设计和整定的基础知识。

通过本课程的学习可以使学生了解和掌握典型的过程检测和控制仪表的工作原理和工作性能，并能根据生产过程的特点和控制要求，选用适当的自动化仪表或计算机，组成实用型过程控制系统。

使学生初步掌握系统工程设计的思想和方法三、本课程与其它课程的关系。

学生在学习本课程之前，应学过以下课程：·高等数学·自动控制理论本课程与高等数学的关系本课程要用到的数学工具（微分、积分、微分方程求解、傅立叶级数等），应在高等数学课程中解决。

本课程与自动控制理论的关系通过反馈控制系统、前馈控制系统等控制方案的学习，应使学生了解自动控制系统方框图的原理，并能进行初步设计。

本课程在此基础上教学，像前馈控制系统方框图、反馈控制系统方框图等内容应在自动控制理论系统中解决。

四、本课程的基本要求1、掌握过程控制系统的组成、特点及设计步骤，并掌握自动化仪表的信号制以及防爆系统的构成。

2、熟悉变送器的构成原理和它的信号传输方式，熟悉二线制接线方式所必须满足的条件。

3、掌握压力、流量、物位等检测仪表的工作原理与使用方法；熟悉压力变送器和成分检测仪表的工作原理及使用特点、适用范围；熟悉智能式变送器的特点及硬件构成。

4、掌握SLPC可编程控制器的硬件构成及工作原理。

5、熟悉DDZ-Ⅲ型调节器的基本构成、电路原理及其应用特点；熟悉SLPC可编程控制器的模块指令及工作原理；熟悉智能式电动执行器的功能特点和安全栅的基本类型及构成原理。

第一章绪论2-（1）简述下图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。

2q 解：本图为液位控制系统，由对象水箱、液位检测、反馈控制回路组成，为了达到对液位（h）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1q 的流量达到液位控制的作用。

系统框图如下：控制器输入输出分别为：液位设定值与反馈值之差()t e 、控制量()t u ；执行器输入输出分别为：控制量()t u 、进水流量()t q 1；被控对象的输入输出为：进水流量()t q 1、出水扰动量()t q 2，被控量液位h ；2-2-（（3）某化学反应过程规定操作温度为800℃，最大超调量小于等于5﹪，要求设计的定值控制系统，在设定值作阶跃干扰时的过渡过程曲线如下图所示。

要求：1）计算该系统的稳态误差、衰减比、最大超调量和过渡过程时间。

2）说明该系统是否满足工艺要求。

课w.kh da .c o m解：1）由上图可得()810y ∞=℃，设定值r =800=800℃℃,185081040B =−=,282081010B =−=稳态误差()∞e ()r y =−∞=800800℃℃-810-810℃℃=10−℃衰减比：1:4104021===B B n 最大超调量：()()850810100%100% 4.938%()810p y t y y δ−∞−=⋅=⋅=∞过渡过程时间s t ：大概在17min 左右2）虽然该系统最大超调满足要求，然而在规定操作温度为800℃，而最后趋于稳定的值却为810℃，因此不满足工艺要求。

第三章过程控制仪表1-1-（（2）某比例积分调节器的输入输出范围均为：4-20mA DC ,若设100%δ=，12min T =，稳态时其输出为6mA；若在某一时刻输入阶跃增加1mA，试求经过4min 后调节器的输出。

解：由式%1001×=CK δ可得:1=C K 课后答案网 ww w.kh da w .c o m比例积分作用下u ∆可由下式计算得出：()()mAdt dt t e T t e K u I c 3211140=+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=∆∫∫mAmA mA u u u 963)0(=+=+∆=经过4min 后调节器输出为mA 9。