自动化仪表 过程控制 第六章

过程控制与自动化仪表课后作业详解第一章 P152-1. （1）简述图1-6所示系统的工作原理，画出控制系统的方框图并写明每一方框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。

LTLC1Q 2Q A图1-6 控制系统流程图答：1）图为液位控制系统，由储水箱（被控过程）、液位检测器（测量变送器）、液位控制器、调节阀组成的反馈控制系统，为了达到对水箱液位进行控制的目的，对液位进行检测，经过液位控制器来控制调节阀，从而调节Q 1（流量）来实现液位控制的作用。

2）框图如图1-7所示：控控控LC控控控控控控控A控控控控LT_2()Q t ()1Q t ()r t ()e t ()u t h图1-7 控制系统框图3）控制器输入输出分别为：设定值与反馈值之差e (t )、控制量u (t )；执行器输入输出分别为：控制量u (t )、操作变量Q 1 (t ) ；被控对象的输入输出为：操作变量Q 1 (t ) 、扰动量Q 2 (t ) ，被控量h ；所用仪表为：控制器（例如PID 控制器）、调节阀、液位测量变送器。

2-3某化学反应过程规定操作温度为800℃，最大超调量小于或等于5％，要求设计的定值控制系统，在设定值作最大阶跃干扰时的过渡过程曲线如图所示。

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。

答：1）稳态误差：e(∞)=810-800=10衰减比：n=B 1/B 2=(850-810)/(820-810)=4 最大超调量：σ=(850-810)/810=4.9%假设以系统输出稳定值的2%为标准，则810*2%=16.2，则 过渡过程时间：ts=17min2）由于规定操作温度为800︒C ，而系统稳态值为810︒C 所以不满足工艺要求。

第二章P711-3 某台测温仪表测量的上下限为500℃~1000℃，它的最大绝对误差为±2℃，试确定该仪表的精度等级；答：根据题意可知：最大绝对误差为±2℃则精度等级%4.0%1005002±=⨯±=δ 所以仪表精度等级为0.4级1-4某台测温仪表测量的上下限为100℃~1000℃，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过±2℃，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？答：由题可得：%22.0%10010010002±=⨯-±=δ仪表精度等级至少0.2以上。

第6章 过程控制系统的应用实例6.1 精馏塔的控制精馏是石油化工、炼油生产过程中的一个十分重要的环节，其目的是将混合物中各组分分离出来，达到规定的纯度。

精馏过程的实质就是迫使混合物的气、液两相在塔体中作逆向流动，利用混合液中各组分具有不同的挥发度，在互相接触的过程中，液相中的轻组分逐渐转入气相，而气相中的重组分则逐渐进入液相，从而实现液体混合物的分离。

一般精馏装置由精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐等设备组成，如图6.1所示。

图6.1 简单精馏控制示意图进料流量F从精馏塔中段某一塔板上进入塔内，这块塔板称为进料板。

进料板将精馏塔分为上下两段，进料板以上部分称为精馏段，进料板以下部分称为提馏段。

溶液中组分的数目可以是两个或两个以上。

实际工业生产中，只有两个组分的溶液不多，大量需要分离的溶液往往是多组分溶液。

多组分溶液的精馏在基本原理方面和两组分溶液的精馏是一样的。

本节只讨论两组分溶液的精馏。

6.1.1 精馏原理在恒定压力下，单组分液体在沸腾时虽然继续加热，其温度却保持不变，即单组分液体的沸点是恒定的。

对于两组分的理想溶液来说，在恒定压力下，其沸点却是可变的。

例如对于A、B两种混合物的分馏，纯A的沸点是140℃，纯B的沸点是175℃。

如果两组分的混合比发生变化，混合溶液的沸点也随之发生变化，如图6.2中的液相曲线所示。

第6章 过程控制系统的应用实例·333··333·150140160170180020406080100100806040200A ：B ：组分/(％)温度/℃图6.2 A 、B 两组分混合物温度-浓度曲线设原溶液中A 占20%，B 占80%，此混合液的沸点是164.5℃，加热使混合液体沸腾。

这时，与液相共存的气相组分比是A 占45.8%，B 占54.2%。

这些气体单独冷凝后所形成的混合液体中，A 占45.8%，B 占54.2%；如果使此冷凝后的混合液体沸腾，其沸点是154.5℃。

《自动化仪表及过程控制》课程教学大纲英文名称：Automatic Instruments and Process Control 课程编号：适用专业：自动化学时： 54 学分： 3课程类别：专业方向课课程性质：限选课一、课程的性质和目的《自动化仪表及过程控制》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，使学生掌握生产过程控制的基础知识和基本应用技术。

二、课程教学内容概述主要内容：1、自动化仪表的概念及其发展；2、DDZ仪表及其控制系统；3、自动化仪表的基本性能指标。

第一章检测仪表基本内容和要求：1、了解温度测量的概念和工业上常用的测量方法；2、掌握热电偶的测温原理及其应用；3、掌握热电阻的测温原理及其应用；4、理解温度变送器的基本结构；5、了解工业生产中压力参数的概念和常用压力测量原理；6、理解压力式、力平衡式、位移式和固态测压元件及其变送器的工作原理；7、理解节流式、容积式流量测量的基本原理及其应用。

8、理解涡轮、电磁、漩涡等流量测量方法的应用；9、理解浮力式、静压式、电容式、超声式等常用液位测量原理；10、了解成分分析仪表的基本概念。

教学重点：1、常用温度仪表、压力仪表、液位仪表、流量仪表和成分仪表的工作原理及其应用。

2、分度表，分度号，热电偶的冷端延伸和冷端补偿，热电阻的三线制；3、差动电容压力变送器工作原理；4、差压流量计的流量公式；5、差压变送器的零点迁移原理。

第二章调节器基本内容和要求：1、重点掌握PID调节规律的原理及其应用；2、理解PID模拟电路的结构原理；了解二位式和连续调节仪表应用的基础知识；3、理解数字PID算法基本表达式及其原理；4、简单了解工业现场常用模拟和数字调节器的基本结构及其应用。

PID调节规律的原理及其应用；第三章集散控制系统和现场总线控制系统基本内容和要求：1、了解单回路可编程调节器的概念2、了解DCS系统的基本概念；3、理解DCS系统的结构特点及其组成；4、理解DCS控制站和操作站的功能；5、了解FCS系统的基本概念；第四章执行器和防爆栅基本要求1、熟炼掌握气动调节阀的基本结构、原理及其应用等基本概念；2、熟悉调节器流量特性的定义及其应用；3、理解和掌握气动执行器气开/气关的形式及其选择原则；4、了解电动执行器及电气转换器的基本原理；5、简单了解工业控制系统防爆的基本概念。

绪论0-1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0-2 P5 第二段0-3 P5~60-4 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1-4定义：第十五页第二段工业上会出现共模干扰是因为现场有动力电缆，形成强大的磁场。

造成信号的不稳。

共模干扰是同时叠加在两条被测信号线上的外界干扰信号，是被测信号的地和数字电压表的地之间不等电位，由两个地之间的电势即共模干扰源产生的在现场中，被测信号与测量仪器间相距很远。

这两个地之间的电位差会达到几十伏甚至上百伏，对测量干扰很大使仪表不能正常工作有时会损坏仪表共模干扰在导线与地（机壳）之间传输，属于非对称性干扰，共模干扰幅度大、频率高、还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。

消除共模干扰的方法包括：（1）采用屏蔽双绞线并有效接地（2）强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽（3）布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线（4）不要和电控锁共用同一个电源（5）采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV)1-6硅：被测介质的压力直接作用与传感器的膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应与这一压力的标准测量信号。

差：电容式压力变送器主要由完成压力/电容转换的容室敏感元件及将电容转换成二线制4-20mA电子线路板构成，当进程压力从从测量容室的两侧（或一侧）施加到隔离膜片后，经硅油灌充液传至容室的重心膜片上，重心膜片是个边缘张紧的膜片，在压力的作用下，发生对应的位移，该位移构成差动电容变化，并经历电子线路板的调理、震荡和缩小，转换成4-20mA信号输入，输入电流与进程压力成反比。

优点：他们不存在力平衡式变送器必须把杠杆穿出测压室的问题1-9 1、热导分析仪的工作原理热导式气体分析仪多采用半导体敏感元件与金属电阻丝作为热敏元件，将其与铂线圈烧结成一体，而后与对气体无反应的补偿元件，共同形成电桥电路，也就是热导式气体分析仪的测量回路，对热导系数进行测量。

过程控制与自动化仪表第三版课后习题答案第1章思考题与习题1。

基本练习题（1）简述过程控制得特点.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．定值控制就是过程控制得一种主要控制形式５.过程控制系统由规范化得过程检测控制仪表组成(２)什么就是过程控制系统？试用方框图表示其一般组成。

答：过程控制系统:一般就是指工业生产过程中自动控制系统得变量就是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量得系统。

过程控制系统得一般性框图如图1—1所示：图1－1过程控制系统得一般性框图(３）单元组合式仪表得统一信号就是如何规定得？答:各个单元模块之间用统一得标准信号进行联络。

1）模拟仪表得信号:气动0、02～0、1MＰa;电动Ⅲ型：４～2０mＡＤC或1～5V DC。

２）数字式仪表得信号：无统一标准.（4）试将图1—2加热炉控制系统流程图用方框图表示。

答:加热炉控制系统流程图得方框图如图1-3所示：图1—２加热炉过程控制系统流程图1—3加热炉过程控制系统流程方框图（５)过程控制系统得单项性能指标有哪些？各自就是如何定义答：1）单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间与峰值时间等。

2)各自定义为:衰减比:等于两个相邻得同向波峰值之比n;超调量：第一个波峰值与最终稳态值y（)之比得百分数:最大动态偏差A：在设定值阶跃响应中，系统过渡过程得第一个峰值超出稳态值得幅度;静差,也称残余偏差C：过渡过程结束后，被控参数所达到得新稳态值ｙ（)与设定值之间得偏差C称为残余偏差,简称残差;调节时间：系统从受干扰开始到被控量进入新得稳态值得（)范围内所需要得时间;振荡频率：过渡过程中相邻两同向波峰（或波谷）之间得时间间隔叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率；上升时间：系统从干扰开始到被控量达到最大值时所需时间；峰值时间：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要得时间.(6）误差积分指标有什么缺点?怎样运用才较合理？答:误差积分指标存在得缺点就是不能保证控制系统具有合适得衰减率。

第1章（P15）1、基本练习题（1）简述过程控制的特点。

Q：1）系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；2）被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；3）控制方案丰富多彩，控制要求越来越高；4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制；5）定值控制是过程控制的主要形式。

（2）什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。

Q：1）过程控制是生产过程自动化的简称。

它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。

过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。

2）组成框图：（3）)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。

1）模拟仪表的信号：气动0.02~0.1MPa、电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5V DC。

2）数字式仪表的信号：无统一标准。

（4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示。

Q：是串级控制系统。

方块图：（5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？Q：1）最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。

2）略（8）通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。

Q：1）按结构不同，分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统；按设定值不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统。

2）略（10）只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？Q：1）不是这样。

2）比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。

（11）构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？Q：1）是。

2）这是构成安全火花型防爆系统的一个条件。

2、综合练习题（1）简述图1-11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。

过程控制与自动化仪表复习要点和习题答案(6,7,10)第六章高性能过程控制1．把握串级调整系统的结构特点、优点，会分析！2．把握串级系统设计中主副变量的挑选原则，调整器的调整逻辑确实定原则，调整器的正反作用确实定3．把握前馈的原理特点以及与反馈的区分！前馈控制器的传函求法！4．把握SMITH 预估法基本原理5．会画工艺图流程及系统原理框图第七章特别过程控制1. 把握比值调整系统的原理，主动量，从动量。

仪表比值系数确实定! 调整器的调整逻辑2. 匀称控制的特点，整定原则，调整逻辑3. 会画工艺图流程及系统原理框图第十章：锅炉1．把握锅炉水位控制的主要干扰分析，调整计划，三冲量的工艺流程图、系统框图及控制分析。

燃烧系统控制。

2．精馏塔两端产品质量控制。

第6章：1．（8）能1．（9）是（反馈环节视为正时）1．（11）1）第1页/共8页2）气开阀T1C调整阀副对象主对象T1T T2T T2C＋－－＋T1T2给定干扰3）主：反作用副：反作用1．（12）1）第2页/共8页2）气开阀3）主：反作用副：反作用2. （1）2. （4）3（3）1）控制系统框图：TC调整阀副对象主对象TTFT PC＋－－＋T第3页/共8页Q2给定干扰()()122()(1)(1)1()()(1)(1)1f o f o ss f o o o F FF FF o O f o F G s T s T s T s K G s e K eG s K T s T s T s ττττ----+++=-=-?=+++2）当调整阀上的气源中断时，为了防止温度过高，烧坏设备，应关闭阀门，不再通入蒸汽，因此采纳气开阀3）先确定副调整器，由于副对象是正作用对象，调整阀是正作用对象，测量变送视为正作用，为了保证副环为负反馈，副调整器采纳反作用再确定主调整器，把囫囵副环看成一个正作用环节，主对象为正作用对象（由于当蒸汽流量增强时，出口温度上升），为了保证主环为负反馈，主调整器采纳反作用。

自动化仪表控制系统管理制度和维修制度范文第一条为加强公司自动化仪表设备及控制系统的管理工作，控制和优化工艺条件，保障仪表设备安全经济运行，依据国家有关法规及相关管理规定，制定本制度。

第二条本制度适用于本公司自动化仪表控制系统的管理。

第三条控制系统主要包括集散控制系统(DCS)、紧急停车系统(ESD)、可编程控制器(PLC)等。

第四条控制系统的日常维护。

(一)系统点检制度1、仪表部系统负责人员应加强对系统的日常维护检查，根据系统的配置情况，制定系统点检标准，并设计相应的定点检表格。

2、系统定点检应包括以下主要内容: A、主机设备的运行状态。

B、外围设备(包括打印机等)的投用情况和完好状况。

C、各机柜的风扇(包括内部风扇)运转状况。

D、机房、操作室的温度、湿度。

3、定点检记录要字迹清楚、书写工整，并定期回收，妥善保管。

(二)系统硬件管理1、仪表系统要设立专人负责保养，按规定进行点检和维护。

2、建立系统硬件设备档案，内容应名细到主要插件板，并作好历次设备、卡件变更记录。

3、系统硬件的各种资料要妥善保管，原版资料要归档保存。

4、在线运行设备检修时，要严格执行有关手续，按照规定，做好防范措施。

(三)系统软件管理1、系统软件和应用软件必须有双备份，并妥善保管在金属柜内;控制系统的密码或键锁开关的钥匙要由专人保管，并严格执行规定范围内的操作内容。

软件备份要注明软件名称、修改日期、修改人，并将有关修改设计资料存档。

2、系统软件无特殊情况严禁修改;确需修改时，要严格按照申请、论证手续，主管经理批准后实施。

3、应用软件在正常生产期间不宜修改。

按工艺要求确需重新组态时，要有明确的修改方案，并由生产技术部门、仪表和厂领导负责人共同签字后方可实施并做好安全防范措施。

4、软件各种文本修改后，必须对其他有关资料和备份盘作相应的修改。

5、由通用计算机、工业控制微机组成的控制、数据采集等系统，应执行专机专用，严禁任何人运行与系统无关的软件，以防病毒对系统的侵袭。

第一章1、自动化仪表：是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应用于石油、化工等各工业部门。

在自动控制系统中，自动化仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量达到预期的要求。

2、过程控制仪表包括：检测仪表、调节仪表（也叫控制器）、执行器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。

3、过程控制系统的主要任务是：对生产过程中的重要参数（温度、压力、流量、物位、成分、湿度等）进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化。

4、标准信号制度：国际电工委员会规定：过程控制系统的模拟标准信号为直流电流4-20mA ，直流电压1-5V 。

我国DDZ 型仪表采用的标准信号：DDZ- Ⅰ型和DDZ- Ⅱ型仪表：0-10mA 。

DDZ- Ⅲ型仪表：4-20mA 。

5、我国的DDZ 型仪表采用的是直流电流信号作为标准信号。

6、采用电流信号的优点：电流不受传输线及负载电阻变化的影响，适于远距离传输。

动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成，使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力。

对于要求电压输入的受信仪表和元件，只要在回路中串联电阻便可得到电压信号。

7、采用直流信号的优点：a.直流信号传输过程中易于和交流感应干扰相区别，且不存在移相问题；b.直流信号不受传输线中电感、电容和负载性质的限制。

8、热电偶是以热电效应为原理的测温元件，能将温度信号转换成电势信号（mV ）。

特点：结构简单、测温准确可靠、信号便于远传。

一般用于测量500～1600℃之间的温度。

9、热电偶的测温原理：将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，若两个连接点温度不同，回路中会产生电势。

此电势称为热电势，并产生电流。

10、对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温度有关。

11、热电偶的基本定律:均质导体定律、中间导体定律、中间温度定律。

12、热电阻：对于500℃以下的中、低温，热电偶输出的热电势很小，容易受到干扰而测不准。