过程控制工程复习要点

1、被控变量的选择原则：(1)应当尽量选择质量指标参数作为被控变量；(2)当不能选择质量指标参数作为被控变量时，应当 选择一个与产品质量指标有单值对应关系的间接指标 参数作为被控变量；(3)所选择的间接指标参数应具有足够大的灵敏度， 以便反映产品质量的变化；(4)选择被控变量时需考虑到工艺的合理性和国内、 外仪表生产的现状。2、控制变量的选择原则：(1)所选择控制变量必须是可控的；(2)所选控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好 大于扰动通道的放大倍数；(3)所选控制变量应使扰动通道时间常熟越大越好， 而控制通道时间常数应适当小一些，但不易过小；(4)所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好；(5)所选择控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而 靠近控制阀；(6)在选择控制变量时还需考虑到工艺的合理性。3、控制阀气开、气闭形式的选择原则：(1)首先要从生产安全出发。(2)从保证产品质量出发。但控制阀处于无能源状态 而回复到初始位置时，不应降低产品的质量。(3)从降低原料、成品、动力损耗来考虑。(4)从介质的特点考虑。4、控制阀的选择原则：(1)开、闭形式的选择(2) 口径大小的选择(3)流量特性的选择(4)结构形式的选择5、图1-42为一蒸汽加热设备，利用蒸汽将物料加热到 所需温度后排出。试问：影响物料出口温度的主要因素 有 哪些？如果要设计一温度控制系统，你认为被控变 量与操纵变量应选谁？为什么？如果物料在温度过低 时会凝 结，应如何选择控制阀的开闭形式及控制器的 正反作用？答：影响物料出口温度的因素主要有蒸汽的流量和温 度、搅拌器的搅拌速度、物料的流量和入口温度。被 控变 量应选择物料的出口温度，操纵变量应选择蒸汽 流量。物料的出口温度是工艺要求的直接质量指标， 测试技术 成熟、成本低，应当选作被控变量。可选作 操纵变量的因数有两个：蒸汽流量、物料流量。后者 工艺不合理，因而只能选蒸汽流量作为操纵变量。控 制阀应选择气关阀，控制器选择正作用。7、串级控制系统的特点：(1)串级控制系统具有更高的工作频率。(2)串级控制系统具有较强的抗干扰能力。(3)串级控制系统具有一定的自适应能力。8、串级控制系统在选择具体控制方案时，应考虑的主 要问题：(1)所选用的仪表信号必须互相匹配。(2)所选用的副控制器必须具有外给定输入接口，否则无法接受主控 制器来的外给定信号。(3)应考虑除串级和副环单独 控制外，是否还有“主控”要求。(4)实施方案应力求简洁实用。(5)实施方案应便于操作。9、均匀控制系统有些什么特点 ？答：(1)结构上无特殊性，均匀控制是指控制目的而言， 而不是由控制系统的结构来决定的。(2)参数应变化，而且应是缓慢地变化(3)参数应限定在允许范围内变化10、前馈控制与反馈控制的比较前馈控制：扰动可测，但不要求被控量可测， 超前调节， 可实现系统输出的不变形，开环调节，无稳定性问题， 系统仅能感受有限个可测扰动，对于干扰与控制通道的 动态模型，对时变与非线性对象的适应性弱。反馈控制：被控量直接可测，按偏差控制，存在才能调 节，闭环调节，存在稳定性问题，系统可感受所有影响 输出的扰动，对通道模型要求若，大多数情况无需各道 模型，对时变与非线性对象的适应性与鲁棒性强。11、锅炉设备主要控制系统有哪些？答：锅炉汽包水位控制。锅炉燃烧系统的控制。过热蒸汽系统的控制。锅炉水处理过程的控制。12、汽包水位的假液位现象是怎么回事？它是在什么情况下产生的？具有什么样的危害性？答：当蒸汽量加大时，虽然锅炉的给水量小于蒸发量， 但在一开始，水位不仅不下降反而迅速上升，然后再下 降；反之，蒸汽流量突然减少时，则水位先下降，然后 上升。这种现象称之为虚假水位。虚假水位现象属于 反向特性，给控制带来一定的困难， 在控制方案设计时， 必须引起注意。13、何谓离心式压缩机的喘振 ？喘振产生的原因是什么 ？ 答：离心式压缩机在运行过程中，当负荷低于某一定值 时，气体的正常输送遭到破坏，气体的排出量发生强烈 振荡，此时可看到气体出口压力表、流量表的指示大幅 度波动。随之，压缩机将会发出周期性间断的吼响声，这种现象就是离心式压缩机的喘振，或称飞动。喘振是由离心式压缩机的固有特性一一特性曲线呈驼 峰型而引起的。正由于特性曲线极值点的存在，一旦工 艺负荷下降，使工作点移入极值点左侧，成为不稳定的 工作点。此时，系统稍有扰动，就不能稳定下来，出现 气体排量强烈振荡而引起的喘振现象。引起离心式压缩 机喘振的直接原因是负荷白下降，使工作流量Q1小于极限流量QP ,从而工作点进入到喘振区内。14、在选择性控制系统中， 选择器的类型是如何确定的 答：选择器的类型可以根据生产处于非正常情况下控制 器的输出信号高、低来确定。如果在这种情况下它的输 出为高信号，则应选高选器；如果在这种情况下它的输 出为低信号，则应选低选器。15、前馈控制与反馈控制各有什么特点？ 答：反馈控制的特点：能够克服各种干扰。只要干扰对被控变量造成影响，就 有控制校正作用。反馈控制不及时，是一个有差控制系统。反馈控制系统只有被控变量在干扰作用下出现偏 差时，才有校正作用，干扰总存在，偏差总存在。前馈控制的特点：(1)前馈控制根据干扰进行，控制及时。如果前馈控 制规律恰当，理论上可完全消除干扰的影响。(2)前馈控制是一种开环控制，被控变量并不经测量 反馈到输入端。不能保证控制效果。(3)前馈控制需要对干扰进行测量，才能进行控制。 通常只测量一种干扰，因而只能克服一种干扰。(4)前馈控制器的控制规律是经过对干扰通道与控制 通道的特性计算而得是一种专用的控制器，在工程上， 精确的通道特性难以获取，精确的前馈控制规律难以实 现。16、前馈-反馈控制具有哪些优点？答：(1)过渡过程时间、超调量大大降低。前馈补偿了 反馈的缺点。(2)反馈回路的存在，为前馈控制的工程 实现创造了条件。前馈不能补偿的部分可由反馈校正， 降低了前馈控制模型的精度要求，便于工程实现。(3)具有一定的自适应性：负荷或工况变化时，模型特性也 要变化，可由反馈控制加以补偿。17、离心泵的主要控制方案：(1)直接节流法：改变直接节流阀的开度，即改变了 管路特性，从而改变了平衡工作点C的位置，达到控制的目的。(2)改变泵的转速：这种控制方案以改变泵的特性曲 线，移动工作点，来达到控制流量的目的。(3)改变旁路回流量：这种方案是在泵的出口与入口 之间加一旁路管道，让一部分排出量重新回到泵的入 口，实质也是改变管路特性来达到控制流量的目的。 18、锅炉燃烧过程的具有逻辑规律的 比值控制系统分析燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是生 产蒸汽供应其他生产环节使用。一般 生产过程中蒸汽的控制是通过压力实 现的，随着后续环节的生产用量不同， 反应在燃油蒸汽锅炉环节就是蒸汽压 的波动。保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力 波动及时调节燃烧产生的热量，而燃烧产生热量的调节 是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃空气 实现的。22、液态氨冷却器控制系统分析这一控制方案实际上是基于改变换热器列管淹没在液 态氨中的多少，以改变传热面积来达到控制温度的目 的。在正常的工况下，操纵液氨流量使被冷却物料的出 口温度得到控制，而液位在允许的一定范围内变化。如19、单回路控制系统一般方块图20、间歇化学 反应分程控制 系统的分析 工作过程：本 方案中选择蒸 汽控制阀为气 开式，冷水控制阀为气闭式，在进行化学反应前的升温阶段，由于温度测量值小单，因此控制器.出此日逑衣料西 度慢根升高；当温度而B阀则四I渐增大，A阀逐渐关小屋%荃关而， 二一二二抽： 于是就有热量放出，反应物的温度将逐渐升高。当温升 使测量值大于给定值时，控制器的输出将减小，随着控 制器输出的减小，B阀将逐渐关小乃至完全关闭，而 A阀则逐渐打开。这时反应釜夹套中流过的将不再是热水 而是冷水。这样一来，反应所产生的热量就被冷水所带 走，从而达到维持反应温度的目的。21、蒸气减压系统分析在正常情况下，低压总管压 力等于PC的给定值，阀Vb 处于某一个小开度(与 VPC 设定值r相对应)，阀 Va 也处于某一个开度。一旦由 于某种原因(如低压管线用户增加)低压总管压力下降了，这时PC输出变化，立即使Vb开大，紧接着 VPC的控制下阀Va也开大，于是低压总管压力开始回升。随着低压总管压力的回升，阀Vb逐渐关小，而阀 Va则继续开大。最后当低压总管压 力回到给定值 R达到稳定时，阀 Vb回复到原先由r所 设定的小开度上，而阀 Va则处于一个新的开度。果当液位升高到全部淹没换热器的所有列管时，传热面 积已达到极限，出口温度仍没有降下来，温度控制器会 不断的开大调节阀门，使液位继续升高。这时就可能导 致生产事故。为了保护压缩机安全，要求氨蒸发器有足 够的气化空间，这就限制了氨液面的上限高度(安全软限）。为此，需要在温度控制系统的基础上，增加一个 液面超限的取代单回路控制系统。显然，从工艺上看， 操作变量只有液氨的流量一个，而被控变量却有温度和 液位两个，从而形成了对被控变量的选择性控制系统。L23、加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统分析 加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的道 后，加热到炉出口工艺所要求的温度。在加热用的燃料 油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达 到控制出口温度的目的。由于加热炉时间常数大，而且 扰动的因素多，比如原料侧的扰动及负荷扰动；燃烧侧 的扰动等，单回路反馈控制系统不能满足工艺对加热炉 出口温度的要求。为了提高控制质量，采用串级控制系 统，运用副回路的快速作用，以加热炉出口温度为主变 量，选择滞后较小的炉膛温度为副变量，构成炉出口温 度与炉膛温度的串级控制系统有效地提高控制质量，以 满足工业生产的要求。24、换热器的前馈一串级控制系统