化工仪表及自动化课件第六章 简单控制系统
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化工仪表及自动化课件一、引言随着我国经济的快速发展,化工行业在国民经济中的地位日益突出。
化工生产过程具有高温、高压、易燃易爆等特点,因此,对化工仪表及自动化技术的要求越来越高。
本课件旨在介绍化工仪表及自动化技术的基本原理、类型及其在化工生产过程中的应用,以帮助大家更好地了解和掌握这一领域的技术。
二、化工仪表概述1.化工仪表的定义化工仪表是指用于测量、显示、控制化工生产过程中各种物理量、化学量的设备。
它包括传感器、变送器、控制器、执行器等部分。
2.化工仪表的分类根据测量原理和用途,化工仪表可分为温度仪表、压力仪表、流量仪表、液位仪表、成分分析仪表等。
3.化工仪表的精度等级和防爆等级精度等级:化工仪表的精度等级表示其测量准确度,通常分为0.1级、0.2级、0.35级、0.5级等。
防爆等级:化工生产过程中存在易燃易爆气体,化工仪表需要具备相应的防爆等级,以确保生产安全。
三、自动化控制系统1.自动化控制系统的概念自动化控制系统是指利用自动化装置、仪表和计算机等技术,对化工生产过程进行自动监测、调节和控制,以实现生产过程的优化和安全稳定运行。
2.自动化控制系统的组成自动化控制系统通常由检测仪表、控制仪表、执行器、计算机等组成。
3.自动化控制系统的类型(1)手动控制系统:由操作人员手动调节控制仪表,实现对生产过程的控制。
(2)自动控制系统:根据预设的程序和参数,自动调节控制仪表,实现对生产过程的控制。
(3)综合控制系统:将手动控制和自动控制相结合,实现更高效、更灵活的生产过程控制。
四、化工仪表及自动化技术在化工生产过程中的应用1.温度控制在化工生产过程中,温度是一个重要的参数。
通过安装温度仪表,可以实时监测反应釜、换热器等设备的温度,并通过自动控制系统调节加热或冷却装置,使温度保持在合适的范围内。
2.压力控制化工生产过程中,压力过高或过低都会影响产品质量和设备安全。
通过安装压力仪表,可以实时监测反应釜、压缩机等设备的压力,并通过自动控制系统调节阀门、泵等设备,保持压力稳定。
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第一章 基本要求 1,了解化工自动化的主要内容 2,熟练掌握自动控制系统的组成,及各节的定义.熟 练掌握方块图及 PID 的画法 3,掌握自动控制系统的过渡过程的形式,评价其的质量指标,影响其的主 要因素 1 调节系统按给定值是否变化和如何变化来分类,可分为——,——和——类 2 在自动调节系统中,将需要调节其工艺参数的生产设备或机器叫做——,简称—— 3 在调节系统中,将工艺上希望保持的被控变量的数值叫做——,——与——之差叫偏差 4 在调节系统中,将引起被控变量波动的外来因素叫—— 5 一般地讲,调节系统是具有被控变量——的——系统 6 在调节系统方块图中,方块与方块之间的连接线,代表方块之间的——联系,连接线的箭头,代表— — 1 在调节系统中,控制阀开度变化引起操纵变量的变化,成为 A 操纵变量 B 控制作用 C 操纵介质 2 在调节系统中,实现调节作用的参数叫 A 操纵变量 B 操纵介质 C 操纵剂 3 等幅振荡过程介于不稳定与稳定之间, 一般认为是 A 稳定过程 B 不稳定过程 C 介于稳定与不稳定过程 4 在衰减振荡过程中,曲线第一个峰值与新稳定值之差叫 A 最大偏差 B 超调量 C 余差 5 过渡过程结束时,被调参数所达到新稳定值与给定值之差叫 A 余差 B 超调量 C 动偏差 1 下图为一加热炉温度调节系统,试画出其调节系统方块图,并指出该调节系统中的被控对象,被控变 量,操纵变量,操纵介质各是什么?注:图为 P162 图 7-15(第四版) 2 某化学反应器的温度调节系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图 试分别指出最大偏差,余差,衰减比,振荡周期各为多少?(给定值为 500℃)若工艺上要求在单位阶 跃干扰作用下,长时间偏差不能超过±40℃,试问上述系统是否能符合工艺要求?为什么?注:图为 P16 图 1-18(第四版)纵坐标从上到下为 533,515,509,500 横坐标从左至右为 0,4(第一个波峰) , 12(第一个波谷) ,20(第二个波峰) 第二章基本要求 1,了解建立被控对象数学模型的意义及数学建模的建立方法 2,掌握用机理建模的方 法建立简单对象的数学模型 3,掌握表征被控对象特性的三个参数意义及其对控制质量的影响 4,了解 被控对象特性的实验测定方法 PP14 1 当对象受到阶跃输入后,被控变量达到新的稳态值的 63.2%所需的时间称为对象的A容量滞后时间B 纯滞后时间C时间常数 T 2 当对象受到阶跃输入后,被控参数保持初始速度变化,达到新稳态值的时间就是对象的 A 容量滞后时 间B纯滞后时间C时间常数 T 3 由于物料的输送需要一段时间引起的滞后叫A纯滞后B容量滞后C过渡滞后 4有些对象在受到阶跃输入作用后,被控变量开始变化很慢,后来才逐渐加快,最后又变慢,直至逐渐 接近稳定值,这种现象叫 A 容量滞后B纯滞后 C 传递滞后 5 被调参数为温度的化工对象,滞后时间和时间常数都 A 较小 B 较大 C 属中等 6 被调参数为流量的化工对象,滞后时间和时间常数都 A 较小 B 较大 C 属中等 应用阶跃反应曲线法, 实验测得某对象的特性参数. 得到对象在单位阶跃输入作用下的反应曲线如下图, 求 K,T,τ. 第三章基本要求 1,掌握测量仪表的性能指标(精度,变差,灵敏度,反应时间)2,根据仪表校验数 据能够正确确定仪表精度等级 3,根据工艺要求正确选择仪表精确等级 4,了解弹性式压力计的使用方 法 5,掌握应变片,电阻式,力矩平衡式,电容式压力计的工作原理 6,掌握差压式流量计的组成,工 作原理,流量公式 1 测量范围为 0—100℃,精度等级为 0.5 级温度表,其允许误差为——允许最大绝对误差为—— 2 仪表测量结果的准确度不仅与仪表的精度等级有关,还与仪表的——有关 3 一台温度表指针移动 1mm 代表 1℃,另一台温度表指针移动 2mm 代表 1℃,这说明前一台仪表的— —比后一台仪表—— 4 有一台测量范围为 0—100 升/分,精度等级为 1.0 级流量计,流量为 100 升/分时,仪表允许最大绝对 误差为——,流量为 10 升/分时,仪表允许最大绝对误差为—— 1 精度等级高的仪表,其测量的准确度 A 高 B 低 C 不一定高 2 有一台测量范围为 0—800℃的温度计,校验中发现最大绝对误差±6℃,那么这台温度计的精度等级 符合 A 0.5 级 B1.0 级 C0.75 级 3 一台测量范围 400—1000℃, 精度等级为 0.5 级的温度表, 它的最大允许绝对误差为 A±2℃B±3℃ C ±5℃ 4 仪表的精度等级数值越小,表示仪表的准确度 A 越低 B 越高 C 不变 1 一台在现场使用多年的转子流量计,测量范围为 0—100 升/分,需要重新标定.在标定状况下,校验 结果为下表所示: 正行程 刻度值(升/分) 实际流量(升/分) 0/25/50/75/100 0/25.2/50.6/75.7/100.7 反行程 100/75/50/25/0 100.7/75.6/50.8/25.3/0 试问:1 该仪表的最大绝对误差为多少?2 该仪表的最大相对百分误差为多少?3 该仪表的最大变差为 多少?4 该表符合 1 级精度吗? 2 已知一台精度等级为 0.5 级的温度计,下限刻度为负值,标尺的负值部分占全量称的 25%,其仪表的 允许最大绝对误差为±1,求该温度计的上下限刻度值为多大 压力测试部分 1 1 帕是——的力作用于 1 米 2 的面积上所形成的压力,记作 Pa,1MPa 等于——Pa,1KPa 等于—— Pa 2 在压力测量仪表中,常用的弹性元件有——,——和—— 3 弹簧管式压力表是利用弹簧管,将被测压力转换为自由端的——面进行测量 4 电气式压力变送器是将——信号成比例地转换成——的统一标准信号输出 5 应变片式压力传感器是利用——原理构成的 6 弹簧管的截面呈——形或——形 7 测氧气压力时,不得使用——垫片 8 某厂氨罐上的压力表坏了,一时找不到量程合适的氨用压力表,能否采用一般的工业压力表代用? 1 一台装在测压点下方 1.5 米处的压力表(被测介质为液体) ,其指示值与实际的被测压力相比 A 偏低 B 偏高 C 相同 2 在测量压力时,为了延长仪表使用寿命,避免弹性元件因受力过大而损坏,在选择弹性式压力计的测 量范围时,如被测压力比较稳定,最大工作压力不应超过仪表上限刻度值的 A1/2 B2/3 C3/5 3 在测量流动介质的压力时,取压点应与流体流动方向 A 垂直 B 逆向 C 顺向 4 对于单杠杆气动压力变送器如果吧量程支点往上调,那么它的量程将 A 不变 B 变大 C 变小 5 对于气动差压变送器,如果把反馈波纹管的有效面积增大,那么它的量程将 A 不变 B 变大 C 变小 6 压力表的使用范围一般在它的量程的 1/3—2/3,(1)如果超过了 2/3,则 A 接头或焊口要漏 B 压力表的 传动机构要变形 C 时间长了精度要下降(2)如果低于 1/3,则 A 因压力过低,仪表没有显示 B 精度要下 降 C 相对误差增大 7 某容器内的压力为 1MPa, 为了测量它, 应选用的量程为 A0—1MPa B0—1.6MPa C0—2.5MPa D0—4MPa 的工业压力表 1 现准备使用一台型号 Y—150,测量范围为 0—4MPa,精度等级为 1.5 级的普通弹簧管压力表,测量某 空压机缓冲器内的压力.已知缓冲器内压力变化范围为 2.0—2.5MPa,工艺上要求测量结果的误差不得 超过罐内压力的±5%,就地指示即可.试通过必要计算,说明该压力表的测量范围及精度等级符合工 艺上的要求否 2 已知有一台气动压力变送器(标准输出气压信号为 0.02—0.1MPa) ,它的测量范围为 0—1.6MPa.如 果被测压力 P 为 0.6MPa,试问仪表的输出气压信号 P 为多大?若改用相同测量范围的电动压力变送器 (标准输出电流信号为 0—10mA)来测量,那么当被测压力 P 仍为 0.6MPa 时,仪表的输出电流信号 i 应为多大? 流量测量部分 1 差压式流量计一般由——,——和——三部分组成 2 用差压式流量计测量时,如果不加开方器,流量标尺刻度是不均匀的,起始部分的刻度——,后来逐 渐—— 3 最常用的节流装置有——,——和—— 4 差压式流量计,是在——不变,利用——的变化来反映流量的大小,而转子流量计却是以——不变, 利用——的变化来测量流量的大小的 5 转子流量计是一种非标准化仪表,仪表厂为了便于成批生产是在工业基准状态(20℃,0.10133MPa) 下用——或——进行刻度的 1 用转子流量计来测量流体流量时,如果转子的大小和形状不变,只是转子材料有铝变为不锈钢,则量 程会 A 变大 B 不变 C 变小 2 流经转子流量计的流量增大时,转子上浮稳定在一个新的位置,在转子上下两侧的压力差 A 变小 B 变 大 C 不变 3 由于孔板使用日久,入口边缘收到磨损变形,流量计指示 A 正常 B 偏高 C 偏低 4 气远传转子流量计的变送器是根据什么原理工作的?A 力平衡 B 力矩平衡 C 位移平衡 5 椭圆齿轮流量计适合测量 A 高粘度流体流量 B 低粘度流体流量 C 含有杂质流体流量 1. 某工厂用转子流量计来测量温度为 40 摄氏度,压力为 0.2MPa(表压)的氧气流量,试问转子流量 计读数为 18Hm3/h 时,氧气的实际流量为多少 Hm3/h(已知ρ空 1.293kg/Hm3, ρ氧气 1.429kg/Hm3) 2. 如图,用差压计与孔板配合,测量管道中的流量 Q.已知:Qmin=0,△Pmin=0;Qmax=2500m3/h, △Pmax=1600Pa 试求当 Q=2000 m3/h 时△P 为多大?并写出差压计投入运行及停止使用的操作步骤 1 转子流量计必须——安装 2 标准孔板应在孔板孔径 d——,管道内径 D——,直径比——条件下使用 1 在管道上安装孔板时,如果将方向装反了,会造成(1)差压计倒指示(2)差压计指示变小(3)差 压计指示变大(4)对差压计指示无影响 2 转子流量计中转子上下的压差由——决定 A 流体的流速 B 流体的压力 C 转子的重量 什么是节流现象?标准的节流体有哪几种?应用最广泛的是哪几种? 1 用差压变送器测流量,差压=0.25KPa,仪表的量程 0—200t/h,变送器输出电流为 4—20mA,求流量 为 80t/h 和 100t/h 对应的△P 值和电流值 2 有一台转子流量计,其转子材料是耐酸不锈钢,密度为 7.9g/cm3,用来测量密度为 0.75g/cm3 的介质, 当仪表读数为 50L/h 时,被测介质的实际流量为多少? 3 一台气体转子流量计用来测氢气流量,已知工作温度为 27 摄氏度,工作压力为 0.3MPa(表压) ,当 3 流量计的读数为 40Nm /h 时,氢气的实际流量为多少?标准状态下氢气的密度为 0.08988kg/m3 物位测量部分 1 当用差压式液位计来测量液位时,若容器是受压的,则需要将差压计的负压与容器的——相连,正压 室与容器的——相连 2 差压变送器是根据——原理工作的 3 称重液罐计量仪是按——原理工作的 4 法兰式差压变送器按其结构形式分为——及——两种 5 在差压变送器中,改变迁移弹簧张力,其实质是改变测量范围的上,下限,相当于——的平移,不改 变——的大小 1 如果用差压变送器测量液位,当液位 H=0 时,差压变送器的正,负压室分别承受 0.03MPa 和 0.05MPa 的压力,这种情况下需要 A 正迁移 B 负迁移 C 无迁移 有一液位测量系统如下图所示.已知容器中液体的密度=0.8g/cm3,h=1m,生产上要求液位 H=0 时,气动 差压变送器输出 P=0.02MPa,当 H=2m 时,P=0.1Mpa,求 1 在图中标出差压变送器的正负压室 2 差压变 送器需正迁移,负迁移?如需迁移,迁移量为多大?3 经迁移后,仪表的测量压差范围为多大?4 仪表 的量程为多大?5 当变送器的输出气压信号 P=0.06MPa 时,被测液位 H 为多大? 温度测量部分 1 铂铑 10—铂,镍铬—镍硅及镍铬—铜镍热电偶的分度号分别为——,——及—— 2 补偿导线的作用是将——延伸到温度较低且比较稳定的地方 3 常用的热电偶冷端温度补偿方法有——,——,——,—— 4 目前我国使用的铂电阻有两种,一种是 R0=10 欧,另一种是 R0=100 欧,分度号分别是——,—— 5 目前我国使用的铜电阻有两种,一种是 R0=50 欧,另一种是 R0=100 欧,分度号分别是——,—— 6 电动温度变送器主要由——,——和——三部分组成 1 分度号为 E,K,S 的三种热电偶,它们在单位温度变化下的热电热势变化值分别为 a,b,c,下列三 种说法正确的是 Aa>b>c Bb>c>a Cc>a>b 2 现场使用镍铬—镍硅热电偶测量高于室温的温度,错用了镍铬—铜镍的补偿导线,若极性连接正确, 仪表的指示值 A 正常 B 偏高 C 偏低 3 使用热电偶侧高温,如果补偿导线的极性接反了,仪表的指示值 A 正常 B 偏高 C 偏低 4 在测量管道中流体温度是,要求测温元件与流体的流向 A 正交 B 顺向 C 逆向 5 如下图所示,Eab 的 mV 值为 A E(300,60) B E(300,40)C E(300,25) 1 用分度号为 K 的镍铬—镍硅热电偶测量温度,在没有采取冷端温度补偿的情况下,显示仪表的指示值 为 500 摄氏度,而这时冷端温度为 60 摄氏度,试问:实际温度应为多少? 2 热电偶为什么要进行冷端温度补偿? 第四章基本要求1 了解动圈式显示仪表的基本结构及原理 2 掌握自动电子电位差计的工作原理, 熟悉电 位差计的测量桥路及各个电阻的作用 3 掌握自动电子平衡电桥的工作原理 1 动圈式仪表实质上是一种测量——的仪表,配热电偶的动圈表统一规定 R 外为——如果不足此值,应 该用——绕制的调整电阻凑足 2 为了克服环境温度变化而引起连接导线电阻的变化对测量的影响, XCZ—102 型动圈表如热电阻的连接 采用——接法 3 电子自动平衡电桥与电子电位差计所测量的电量形式不同,电桥用来测量——而电位差计用来测量— — 4 电位差计的工作原理是以——平衡法为基础 5 在电子电位差计的测量桥路中,与滑线电阻并联的量程电阻阻值越大,相应的量程就—— 1 与热电偶配套的动圈表,若外线路电阻超过规定数值,仪表指示值 A 正常 B 偏低 C 偏高 2 有配镍铬—镍硅的电位差计,以温度刻度,现接入镍铬—铜镍热电偶,仪表指示值A正常B偏低C偏 高 3用不平衡电桥与热电阻配套测温时,若不采用三线制接法,而采用二线制,当连接热电阻的导线电阻 因环境温度升高而增加时,其指示值A不变B偏低C偏高 4自动电子电位差计与热电偶配套使用时, 如果热电偶烧断, 仪表的指针会A不动B移向始端C移向终 端 5自动电子平衡电桥与热电阻配套使用时,如果热电阻烧断,仪表的指针会 A 不动B移向始端C移向 终端 6 用热电偶测量温度时,若没有冷端温度补偿措施,则当冷端温度升高时,会使温度指示值 A 偏低 B 偏 高 C 不变 1 有配镍铬—镍硅热电偶的动圈表一个,机械零点为 20 摄氏度,测温时各接点的温度如下图,求当动 圈表只是 800 摄氏度时的 E(t,0)值.已知:E(800,0)=33.29mV,E(75,0)=3.06mV,E(30,0) =1.2mV,E(20,0)=0.8mV 第五章 基本要求 1,掌握各种基本控制规律及其特点 2,熟悉比例度,积分时间,微分时间对控制系统 的影响 3,了解 DDZ—Ⅲ型控制器的特点和基本组成. (软手动,硬手动,无扰动切换)4,了解可编程 调节器和可编程控制器的功能和特点 1 控制规律是指控制器的——与——的关系 2 在单独分析控制器时,习惯上采用——值减去——作为偏差 3 控制器的比例度越大,其比例作用越——,积分时间越大,其积分作用越——,微分时间越长,其微 分作用越—— 4 正作用的控制器,当加大给定信号时,控制器的输出信号会—— 5PID 三作用控制规律为—— 1 在比例控制体统中,若要求过程的衰减比为 4:1,但实际过程的衰减比大于 4:1,这时应 A 减小比 例度 B 增加比例度 C 不改变比例度 2 若已知某控制系统的临界比例度为δK,在系统投入实际运行时,要求过渡过程为衰减过渡过程,这 时比例度δK 应 A 大于δK B 等于δK C 小于δK 3 能消除控制系统中的余差的控制规律是 A 比例 B 积分 C 微分 4 控制器的积分时间增大,会使系统消除余差的能力 A 增加 B 减小 C 不改变 5 一台 PID 三作用控制器,δ=100%,Ti=∞,Td=0,它的控制作用为 A PI B PD C P 6 对于具有纯滞后的对象,增加控制器的微分作用将 A 改善控制质量 B 降低控制质量 C 没有作用 7 PI 控制器,当测量值等于给定值时,其输出信号 A 与测量值成比例 B 与偏差成比例 C 可为任意值 1 某台 DDZ—Ⅲ型 PID 控制器,其比例度δ=80%,积分时间=0.4min,微分时间=2.4min,微分放大倍数 =10.假定输出初始值为 6mA,在 t=0 时施加 0.4mA 的阶跃输入信号.试分别写出在该阶跃信号作用下, 其比例,积分,微分的输出表达式,画出三部分的输出响应曲线,并计算出在 t=24s 时该控制器的输出 电流为多少? 2 对一台比例控制器做开环试验.已知 Kp=1.5,若输入偏差信号如图所示.试画出该控制器的输出信号 变化曲线 第六章 基本要求 1,了解气动薄膜控制阀的基本结构,主要类型及使用场合 2,掌握控制阀的理想流量 特性,了解串联管道中阻力比和并联管道中分流比对流量特性的影响 3,理解气动执行器的气开,气关 型式及其选择原则 4,了解电动执行器的基本原理 5,了解电气转换器及电—气阀门定位器的用途及工 作原理 1 气动执行器由——和——两部分组成 2 弹簧薄膜执行机构有正作用和反作用形式,正作用是指当输入的信号压力增大是,推杆向——动作, 反之,为反作用 3 控制阀有正装和反装两种,当阀芯向下移动时,阀芯与阀座间的流通面积减小的为——装 4 气动执行器分为气关与气开两种形式,有信号时阀——,无信号时阀——的为气关式 5 控制阀的流量特性是指流过阀门的——与阀门的——间的关系 6 控制阀的理想流量特性主要有——,——,——,——等几种 7 控制阀所能控制的最大流量与最小流量的比值,成为控制阀的——或—— 8 在讨论串联管道的工作流量特性时,用 S 表示控制阀——时阀上压差与系统——压差之比.随着 S 值 的减小,直线特性趋近于——特性,等百分比特性接近于——特性,实际中 S 不低于—— 9 并联管道的工作流量特性用 X 表示控制阀——流量与总管——流量之比,随着 X 的减小,系统的可调 范围大大—— 10 控制阀的流量系数 C 的定义是:在控制阀特定的行程下,阀两端压差为——流体密度为——时,流 经控制阀的流量数,控制阀制造厂提供的流量系数是指阀——时的流量系数,称为——流量系数 11 电—气转换器是把输入的电流信号(4—20mA 或 0—10mA) ,转换城——气信号,是基于——平衡原 理工作的 12 电—气阀门定位器具有——和——作用 1 对于具有等百分比流量特性的控制阀,随着流量的增加,控制阀的放大系数是 A 增大 B 减小 C 不变 2 对于一个对象,加大操纵变量的流量保证安全,控制阀应选择 A 线性 B 气开 C 气关 3 当控制阀的旁路打开时,会使可调范围 A 增大 B 不变 C 减小 4 在控制阀的管线上,串联管路阻力增大,会使阻力比 S 减小,进而使控制阀的放大系数 A 增大 B 减小 C 不变 第七章 1 简单控制系统是由一个——,一个——,一个——和——构成的单闭环控制系统 2 合理选择被控变量,使控制通道的放大系数适当——,时间常数适当——,滞后时间尽量——.应使 干扰通道的放大系数尽可能——,时间常数尽可能—— 3——是最基本的控制规律,不允许有余差时,应加——作用.对象容量滞后较大,负荷变化较大,控 制质量要求较高的系统,应采用——控制规律 4 控制器参数的工程整定有临界比例度法, ——和——等几种. 临界比例度法是先将控制器的 Ti 放在— —位置,Td 放在——位置,变为纯比例作用,在干扰作用下,从大到小逐渐改变控制器的——直至系 统出现等幅振荡,再按经验公式计算出控制器的各参数 5 控制器的手动与自动的切换,应做到—— 1 经验凑试法整定参数的关键是"看曲线,调参数",如果观察到曲线振荡很频繁,须把比例度 A 减小 B 增大 C 不变 2 过渡曲线偏离给定值后,长时间不回来须把积分时间 A 减小 B 增大 C 不变 3 正确选择控制器的正, 反作用方式的目的是保证系统是一个 A 具有正反馈的闭环系统 B 具有负反馈的 开环系统 C 具有负反馈的闭环系统 4 控制阀的气开型式或气关型式的选择原则 A 控制质量 B 工艺安全 C 仪表价格1。