化工自动化课后题,.doc

海量资源，欢迎共阅第1章 .自动控制系统基本概念1.什么是化工自动化？它有什么重要意义？答：在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品质量和产量。（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。（3)能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力。（4）改变劳动方式，提高工人文化水平，为逐步消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。2. 化工自动化主要包括哪些内容？答：自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制。3. 闭环控制系统和开环控制系统有什么不同？答：（1）闭环控制有反馈环节，通过反馈系统是系统的精确度提高,响应时间缩短，适合于对系统的响应时间,稳定性要求高的系统。（2）开环控制没有反馈环节，系统的稳定性不高，响应时间相对来说很长，精确度不高，使用于对系统稳定性精确度要求不高的简单的系统。4. 自动控制系统主要有哪些环节组成？答：测量元件和变送器，调节器，执行器。(检测、运算、执行)。5. 什么是管道及仪表流程图？答：管道及仪表流程图是自控设计的文字代号、图形符号在工艺流程图上描述生产过程控制的原理图，是控制系统设计、施工中采用的一种图示方式。6. （1）PI-307表示测量点在加热蒸汽管线上的蒸汽压力指示仪表，该仪表为就地安装，工段号为3，仪表序号为07（2）TRC-303表示同一工段的一台温度记录控制仪,，工段号为3，仪表序号为03，仪表安装在集中仪表盘面上。（3）FRC-305表示一台流量记录控制仪，工段号为3，仪表序号为05，仪表安装在集中仪表盘面上。7. 什么是自动控制系统的方框图，它与控制流程图有什么区别？答：自动控制系统的方框图是控制系统或系统中每个环节的功能和信号流向的图解表示，是控制系统进行理论分析、设计中常用到的一种形式。它是由方框、信号线、比较点、引出点组成的；工艺流程上的线条及箭头方向有时并不与流体流向相一致。8. 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？答：（1）测量变送装置的作用是：测量液位的高低转化为一种特定的、统一的输出信号；（2）控制器的作用是：接受变送器送来的信号与工艺需要保持的液位高度相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号发送出去；（3）执行器的作用：能自动根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。9.试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量？答：(1)被控对象：在自动控制系统的组成中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器。(2) 被控变量：在自动控制系统中，将需要控制的参数称为被控变量。（3）给定值：变送器的输出信号进入比较机构，与工艺上希望保持的被控变量数值。（4）操纵变量：具体实现控制作用的变量。10. 什么是干扰作用？什么是控制作用？是说明两者关系。答：干扰作用是指除操纵变量以外的各种因素引起被控变量偏离给定值的作用；控制作用是通过对被控变量的测量得到测量值，使其与给定值比较，得出偏差信号。这个信号按一定规律计算出控制信号来改变操纵变变量克服干扰作用。两者关系是控制作用的一部分职能就是减小或消除干扰对被控变量的影响。12. 什么是负反馈？负反馈在自动控制系统中的重要意义？答：系统的输出变量是被控变量，但是它经过测量元件和变送器后，又返回到系统的输入端，能够使原来的信号减弱的做法叫做负反馈。负反馈在自动控制系统中的重要意义是当被控变量，y受到干扰的影响而升高时，只有负反馈才能使反馈信号升高，经过比较到控制器去的偏差信号将降低，此时控制器将发出信号而使控制阀的开度发生变化，变化的方向为负，从而使被控变量下降回到给定值，这样就达到了控制的目的。15. 按给定值形式不同，自动控制系统可分为哪几类？答：（1）定制控制系统：给定值恒定的控制系统。（2）随动控制系统（自动跟踪系统）：给定值随机变化的系统。（3）程序控制系统：给定值按一定时间程序变化的系统。16. 什么是控制系统的静态与动态？为甚么说研究控制系统的动态比研究其静态更为重要？答：在自动化领域中，把被控变量不随时间变化的平衡状态称为系统的静态，而把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。其原因为：在生产过程中，干扰是客观存在的，是不可避免的。17. 何谓阶跃作用？为什么经常采用阶跃作用作为系统的输入作用形式？答：18.什么是自动控制系统的过渡过程？它有哪几种基本形式？答：系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程，称为系统的过渡过程。非周期衰减过程、衰减振荡过程、等幅振荡过程、发散振荡过程。19. 为什么生产上经常要求控制系统的过渡过程具有衰减震荡形式？答：因为衰减震荡过程能够较快地使系统达到稳定状态。20. 自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有哪些？影响这些品质指标的因素是什么？答：自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期或频率。影响因素有被控对象的额性质，自动化装置的选择和调整。第2章 .过程特性及其数学模型1. 什么是对象特性？为什么要研究对象特性？答：对象特性就是的对象的输出、-输入关系。研究对象的特性，就是用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系。当采用自动化装置组成自动控制系统时，首先也必须深入了解对象的特性，了解它的内在规律，才能根据工艺对控制质量的要求，设计合理的控制系统，选择合适的被控变量和操纵变量，选用合适的测量元件及控制器。在控制系统投入运行时，也要根据对象特性选择合适的控制器参数(也称控制器参数的工程整定)，使系统正常地运行。被控对象的特性对自动控制系统的控制质量的影响很大，所以必须对其深入研究。2. 何谓对象的数学建模？静态数学模型与动态数学模型有什么区别？答：用数学的方法描述出对象输入量与输出量之间的关系。静态数学模型描述的是对象在静态时的输入量与输出量之间的关系，动态数学模型描述的是对象在输入量改变以后输出量的变化情况，稳态数学模型是动态数学模型在对象达到平衡时的特例。4. 建立对象的数学模型有哪两类主要方法？答：（1）非参量模型：采用曲线或数据表格来表示。（2）参量模型：采用数学方程式来表示。5. 机理建模的依据是什么？答：根据对象或生产过程的内部机理，列出各种有关的平衡方程，如物料平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程、相平衡方程及某些物性方程、设备的特性方程、化学反应定律、电路基本定律。6. 何谓系统辨识和参数估计？答：应用对象的输人输出的实测数据来确定其数学模型的结构和参数，通常称为系统辨识。在已知对象数学模型结构的基础上，通过实测数据来确定其中的某些参数，称为参数估计。7. 阶跃反应曲线法和矩形脉冲法的特点？答：阶跃曲线法是一种比较简易的动态特性测试方法。矩形脉冲法具有较高精度。8.反应对象特性的参数有哪些？各有什么物理意义？他们对自动控制系统有什么影响？答：描述对象特性的参数有放大系数K、时间常数T、滞后时间物理意义：K：反应的是对象处于稳定状态下的输出变化量和输入变化量之间的关系。T：系统在受到阶跃输入作用后输出达到稳定值的63.2%所需时间系统受到输入作用后，输出保持初始速度变化，达到稳定值所需时间。：是纯滞后时间o和容量滞后c的总和纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过一定阻力而引起的。影响：对于控制通道。K大，操纵变量的变化对被控变量的影响就大，即控制作用对扰动的补偿能力强，余差也小；K小，控制作用的影响不显著，被控变量变化缓慢，但K太大，会使控制作用对被控变量的影响国强，使系统稳定性下降在相同的控制作用下，时间常数T大，则被控变量的变化比较缓慢，但过渡过程时间较长。若T小，则被控变量变化速度块，T太大或太小，在控制上都将存在一定困难，因此需根据实际情况适中考虑。由于的存在使控制作用总是落后于被控变量的变化，造成被控变量的最大偏差增大，控制质量下降。因此，应尽量减小滞后时间。对于扰动通道，K大对控制不利，会使最大偏差增大，K小，对控制变量不会产生多大影响。T大扰动作用比较平缓，被控变量变化较平稳，对象较易控制纯滞后不影响控制系统的品质，容量滞后的存在，使阶跃扰动的影响趋于缓和，被控变量的变化相应也缓和一些。因此，对系统有利。9.为什么说放大系数K是对象的静态特性？而时间常数T和滞后时间是对象的动态特性？答:放大系数K反映的是对象处于稳定状态下的输出和输人之间的关系，所以放大系数是描述对象静态特性的参数。时间常数T是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间,是反映被控变量变化快慢的参数，因此它是对象的一个重要的动态参数。滞后时间是指对象在受到输入作用后，被控变量不能立即而迅速地变化这种现象的参数。因此它是反映对象动态特性的重要参数。10.对象的纯滞后和容量滞后各是什么原因造成的？对控制过程有什么影响？答：对象的纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。在控制通道，如果存在纯滞后，会使控制作用不及时，造成被控变量的最大偏差增加，控制质量下降，稳定性降低。在扰动通道，如果存在纯滞后，相当于将扰动推迟一段时间才进入系统，并不影响控制系统的控制品质。对象的容量滞后一般是由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。容量滞后增加，会使对象的时间常数T增加。在控制通道，T大，会使控制作用对被控变量的影响来得慢，系统稳定性降低。T小，会使控制作用对被控变量的影响来得快，系统的控制质量有所提高，但时间常数不能太大或太小，且各环节的时间常数要适当匹配，否则都会影响控制质量。在扰动通道，如果容量滞后增加，扰动作用对被控变量的影响比较平稳，一般是有利于控制的。第3章 .检测仪表与传感器1. 什么叫测量过程？答：测量过程实际上都是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。2. 何谓测量误差？测量误差的表示方法？各是什么意义？答：（1）由仪表读的被测值与测量值之间，总是存在一定的差距，这一差距就称为测量误差。（2）绝对误差：指仪表指示值xi和被测量的真值xt之间的差值，=xi-xt。（3）相对误差：某一点的绝对误差与标准表在这一点的指示值x0之比，y=/x0。3. 何谓仪表的相对百分误差和允许的相对百分误差？答：（1）相对百分误差：绝对误差折合成仪表测量范围的百分数，=max/（测量范围上限值-测量范围下限值）100%。（2）允许的相对百分误差：在规定的正常情况下允许的相对百分误差的最大值，允=仪表允许的最大绝对误差值/（测量范围上限值-测量范围下限值）100%。（3）变差：在同一被测参数值下，正反行程间仪表指示值的最大绝对差值与仪表量程之比的百分数。变差=最大绝对差值/（测量范围上限值-测量范围下限值）100%。（4）灵敏度：仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量之比值，S=/x。（5）线性度：实际测得的输入-输出特性曲线（称为校准曲线）与理论直线之间的最大偏差与测量仪表量程之比的百分数，f=fmax/仪表量程100%。4. 何谓仪表的精度等级？答：将仪表的允许相对误差去掉号及%号，便可以用来确定仪表的精度等级。（0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0）7. 压力：均匀垂直的作用在单位面积上的力。绝对压力是物体所受的实际压力。表压力=绝对压力-大气压力；真空度=大气压力-绝对压力8. 为什么一般工业上的压力计做成测表压或真空度，而不做成测绝对压力的形式？答：因为各种工艺设备和测量仪表是处于大气之中，本生就承受着大气压力。9. 测量仪表有哪几类？各基于什么原理？答：（1）液柱式压力计：根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量的。（2）弹性式压力计：将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。（3）电气式压力计：通过机械和电气元件将被测压力转换成电量来进行测量的。（4）活塞式压力计：根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。10.作为感受压力的弹性元件有哪几种？各有什么特点？答：（1）弹簧管式弹性元件：测压范围宽。（2）薄膜式弹性元件：压力作用下能产生变形。（3）波纹管式弹性元件：易于变形，位移很大。11. 弹簧管压力计的测压原理是什么？主要组成及测压过程。答：（1）弹簧管压力计的测压原理是弹簧管受压力而产生变形，使其自由端产生相应的位移，只要测出弹簧管自由端位移的大小，就能反映被测压力p的大小。（2）组成：弹簧管、放大机构、指针、表盘、游丝、调整螺钉。（3）弹簧管压力计测压过程为：用弹簧管压力计测压时，压力是弹簧管产生很小的位移量，放大机构将这个很小的位移量放大从而带动指针在表盘上指示当前的压力值。13.霍尔片式压力传感器是如何利用霍尔效应实现压力测量的？答：选定了霍尔元件，并使电流保持恒定，则在非均匀磁场中，霍尔元件所处的位置不同，所感受到的磁感应强度也不同，这样就可以得到与位移成比例的霍尔电势，实现位移-电势的线性转换。14. 应变片式和压阻式压力计各采用什么测压元件？答：电阻应变；单晶硅压阻效应。15. 电容式压力传感器的工作原理是什么？有何特点？答：当差动电容传感器的中间弹性膜片两边压力不等时，膜片变形，膜片两边电容器的电容量变化，利用电压器电桥将电容量的变化转换为电桥输出电压的变化，从而反应膜片两边压力的差异（压差）。输出信号与压差成正比，适用范围广，结构简单、过载能力好、可靠性好、测量精度高、体积小、重量轻、使用方便。16. 简述智能型变送器的组成和特点。答：（1）传感器、微处理器、存储器及模数、数模转换器（2）特点是可进行远程通信。利用手持通信器，可对现场变送器进行各种运行参数的选择和标定；其精确度高，使用与维护方便。通过编译各种程序，使变送器具有自修正、自补偿、自诊断及错误方式告警等多种功能，提高了变送器的精确度，简化了调整、校准与维护过程，促使变送器与计算机、控制系统直接对话。17. 手持通信器在智能型变送器中起什么作用？答：(1)组态：组态可分为两部分。首先，设定变送器的工作参数，包括测量范围、线性或平方根输出、阻尼时间常数、工程单位选择；其次，可向变送器输入信息性数据，以便对变送器进行识别和物理描述，包括给变送器指定工位号、描述符等。（2）测量范围的变更：当需要改变测量范围时，不需到现场调整。（3）变送器的校准：包括零点和量程的校准。（4）自诊断：当出现问题时，手持通信器可以询问变送器，确定问题所在。18. 应变片式和压阻式压力计各采用什么测压元件？答：(1)应变片阻值的变化，通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力。（2）当压力变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。19. 电容式压力传感器的工作原理是什么？有何特点？答：（1）当被测压力p1、p2分别加于左右两侧的隔离膜片时，通过硅油将差压传递到测量膜片上，使其向压力小的一侧弯曲变形，引起中央动极板与两边固定电极间的距离发生变化，因而两电极的电容量不再相等，而是一个增大、另一个减小，电容的变化量通过引线传至测量电路，通过测量电路的检测和放大，输出一个4-20mA的直流电信号。（2）是一种开环检测仪表，具有结构简单、过载能力强、可靠性好、测量精度高、体积小、重量轻、使用方便的优点。21. 为什么测量仪表的测量范围要根据测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有何问题？答：（1）为了延长仪表使用寿命，避免弹性元件因受力过大而损坏，压力计的上限值应高于工艺生产中可能的最大压力值，但必须考虑实际测量时的误差，仪表的量程不宜选得过大。（2）由于仪表的基本误差m由其精确度等级和量程决定，在整个仪表测量范围内其值是一定的，选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值会增大测量误差。26. 压力计安装要注意什么问题？答：（1）压力计应安装在易观察和检修的地方。（2）安装地点应力求避免振动和高温影响。（3）测量蒸汽压力时，应加装凝视液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件的接触；对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中性介质的压力测量。（4)压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。（5）当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由此高度而引起的测量误差应按p=Hg进行修正。（6)为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。29. 什么叫节流现象？流体经节流装置时为什么会产生静压差？答：（1）流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象。（2）流体经节流装置时，由于节流装置前后流体截面的改变，造成流体流速的改变，从而产生节流装置的压力差。32. 什么叫标准节流装置？答：把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里管等标准化，称为标准节流装置。第4章 .自动控制仪表1. 什么叫控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？答：控制器的控制规律就是指p与e之间的函数关系，及p=f（e）=f（z-x）。位式控制（其中以双位控制比较常用）、比例控制（P)、积分控制(I)、微分控制(D)及它们的组合形式，如比例积分控制（PI）、比例微分控制（PD)、比例积分微分控制（PID)。2. 双位控制规律是怎样的？有何优缺点？答：双位控制的动作规律是当测量值大于给定值时，控制器的输出最大（或最小），而当测量值小于给定值时，则输出值为最小（或最大），即控制器只有两个输出值，相应的控制机构只有开和关两个极限位置。结构简单、成本较低、易于实现。答：（1）对于具有比例控制规律的控制器，其输出信号p与输入信号e之间成比例关系，即p=Kpe。（2）控制过程结束后，新稳态值与给定值之间的差值就叫余差。（3)产生余差的原因：比例控制器的输出信号p与输入偏差e之间成比例关系：p=Kpe为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。4. 何谓比例控制的比例度？答：所谓比例度就是控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，即=e/（xmax-xmin）p/（pmax-pmin）100%。e为输入变化量；p为输出变化量；xmax-xmin为仪表的量程；pmax-pmin为控制器的工作范围。6. 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响？选择比例度要注意什么问题？答：(1)控制器的比例度越小，它的放大倍数Kp就越大，它将偏差放大的能力越强，控制力也越强，反之亦然，比例控制作用能力的强弱通过调整比例度实现。（2） 为了减小余差，就要增大放大系数Kp（即减小比例度），但这会使系统稳定性变差。比例度越大，过滤过程曲线越平稳，但余差也越大；比例度越小，则过滤曲线越振荡。工艺生产通常要求比较平稳而余差又不太大的过程，一般地说，若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，控制器的比例度可以选的小些，以提高系统的灵敏度，使反应快些；反之，比例度就要选的大些以保证稳定。7. 为什么积分控制能消除余差？答：p=Kiedt，当有偏差存在时，输出信号将随时间增长（或减少）。当偏差为零时，输出才停止变化而稳定在某一值上，因而积分控制能消除余差。8. 什么是积分时间Ti？积分时间对控制过程的影响。答：（1）积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。（2） 在实际的控制器中，常用积分时间Ti来表示积分作用的强弱，在数值上，Ti=1Ki。显然，Ti越小，Ki就越大，积分作用就越强，反之亦然。10. 为什么微分控制不能单独使用？答：p=Tdde/dt，微分控制的输出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使数值很大，微分作用也没有输出，因而控制结果不能消除偏差，所以不能单独使用。11. 比例积分微分控制规律的数学表达式？答：p=Kp（e+1/Tiedt+Tdde/dt）12. 分析比例、积分、微分控制规律的各自特点？答：（1）比例控制的优点是反应快，控制及时，但是存在余差。（2）积分控制无余差，但控制动作缓慢，会出现控制不及时。（3）微分控制能超前控制，但不能单独使用。13. 电动控制器DDZ-型有何特点？答：（1）采用国际电工委员会（IEC）推荐的统一标准信号，现场传输出信号为4-20mDC，控制室联络信号为1-5VDC，信号电流与电压的转换电阻为250欧姆，这种信号的优点如下。电气零点不是从零开始，且与机械零点重合，不但利用了晶体管的线性段，而且容易识别断电、断线等故障。只要改变转换电阻阻值，控制室仪表便可接收其它1:5的电流信号。因为最小信号电流不为零，为现场变送器实现两线制创造了条件。（2） 广泛采集运算放大器电路，可靠性提高，维修工作量减小，为仪表带来了如下优点由于集成运算放大器均为差分放大器，且输入对称性好，漂移小，仪表的稳定性得到提高。由于集成运算放大器有高增益，因而开环放大倍数很高，这使仪表的精度得到提高。由于采用了集成电路，焊点少，强度高，大大提高了仪表的可靠性。（3） 型仪表统一由电源供给24VDC电源，并有蓄电池作为备用电源，这种供电方式优点而下：各单元省掉了电源变压器，没有工频电源进入单元仪表，既解决了仪表发热问题，又为仪表的防爆提供了有利条件。在工频电源停电时备用电源投入，整套仪表在一定时间内仍可照常工作，继续进行监视控制作用，有利于安全停车。（4） 结构合理，与之型有许多先进之处，主要表现在：基型控制器有全刻度指示控制器和偏差指示控制器，指示表头为100mm刻度纵形大表头，指示醒目，便于监视操作。自动、手动的切换以无平衡、无扰动的方式进行。结构形式适于单独安装和高密度安装。有内给定和外给定两种给定方式。（5） 整套仪表可构成安全火花型防爆系统。14. DDD-型控制器有哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？答：输入电路、给定电路、PID运算电路、自动与手动切换电路、输出电路及指示电路。17. 数字式控制器的主要特点是什么？答：（1）实现了模拟仪表与计算机一体化。（2）具有丰富的运算控制功能。（3）使用灵活方便，通用性强。（4）具有通讯功能，便于系统扩展。（5）可靠性高，维护方便。18. 简述数字式控制器的基本构成及各部分的主要功能。答：（1）基本构成：硬件电路：主机电路、过程输入通道、过程输出通道、人机接口电路以及通信接口电路。软件：系统程序和用户程序。（2）主要功能：主机电路：用于实现仪表数据运算处理及各组成部分之间的管路。过程输入通道：模拟量输入通道用于连接模拟量输入信号，开关量输入通道用于连接开关量输入信号。过程输出通道：模拟量输出通道用于输出模拟信号，开关量输出通道用于输出开关量信号。人机联系部件：正面板有测量值和给定值显示器，输出电流显示器，运行状态切换按钮，给定值增减按钮盒手动操作按钮等，还有一些状态指示灯。侧面板则有设置和指示各种参数的键盘、显示器。通信接口电路：通信接口将欲发送的数据转换成标准格式的数字信号，经发送电路送至通信线路上，同时通过接收电路接收来至通信电路的数字信号，将其转换成能被计算机接收的数据。系统程序：监控程序使控制器各硬件电路能正常工作并实现所规定的功能，同时完成各组成部分之间的管理。用户程序：使控制器完成预定的控制和运算功能。20、 试述PLC的分类。答：（1）按容量分：小型PLC（I/O点总数一般为20-128点、中型PLC（129-512点）、大型PLC（513点以上）。（2）按硬件结构分：整体式PLC、模块式PLC、叠装式PLC。21. PLC主要有哪几部分组成？答：（1）中央处理器CPU：主要作用是解释并执行用户及系统程序，通过运行用户及系统程序完成所有控制、处理、通信以及所赋予的其他功能，控制整个系统协调一致工作。常用的有通用微处理器、单片机和双极型位片机。（2）存储系统：PLC系统存储区存储器和用户程序存储器。(3)输入输出模块：开关量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、脉冲量输入模块。（4）编程器：将用户所希望的功能通过编程语言送到PLC的用户程序存储器。22. PLC日常用的编程语言主要有哪些？答：（1）梯形图语言：从上至下按行编写，每一行则按从左到右的顺序编写。CPU将按自左到右、从上到下的顺序执行程序。梯形图的左侧竖直线称为母线。梯形图的左侧安排输入触点和中间继电器触电，最右边必须是输出元素。（2）助记符语言：助记符语言又称命令语句表达式语言，它常用一些助记符来表示PLC的某种操作。第5章 .执行器1. 气动执行器主要由哪两部分组成？各起什么作用？答：执行机构和控制机构。执行机构是执行器的推动装置，它按控制信号压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。控制机构是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量，所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。2. 试问控制阀的结构有哪些主要类型？各使用在什么场合？答：（1）直通单座控制阀：一般适用于小口径、低压差的场合。（2）直通双座控制阀：适用于压差较大，允许较大泄露量的场合。（3）角形控制阀：适用于现场管道要求直角连接，介质为高黏度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒状的场合。（4）三通控制阀：适用于配比控制盒旁路控制。（5）隔膜控制阀：适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制。（6）蝶阀：适用于大口径、大流量、低压差的场合，也适用于含少量纤维或悬浮颗粒状介质的控制。（7）球阀：适用于高黏度和污秽介质的控制。（8）凸轮挠曲阀：适用于高黏度或带有悬浮物的介质流量控制。（9）笼式阀：特别适用于要求低噪声及压差较大的场合，但不适合高温、高黏度及含有固体颗粒的流体。3. 为什么说双座阀产生的不平衡力比单做阀的小？答：由于双座控制阀中流体通过的时候，作用在上、下两个阀芯的推力方向相反而大小近似相等，可以相互抵消，所以平衡力小。4. 试分别说明什么叫控制阀的流量特性和理想流量特性？常用的控制阀理想流量特性有哪些？答：（1）控制阀的流量特性是指被控介质流过阀们的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系，及Q/Qmax=f（l/L）。（2）在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。（3）直线流量特性：指控制阀的相对流量与相对开度成直线关系，即单位位移变化所引起的流量变化是常数。d（Q/Qmax）/d（l/L）=K（2）等百分比流量特性：指单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系，即控制阀的放大系数随相对流量的增加而增大。d（Q/Qmax）/d（l/L）=KQ/Qmax，即ln（Q/Qmax）=Kl/L+C。（3)抛物线流量特性：Q/Qmax=1/R1+l/L（R0.5-1）2,。（4）快开特性：在开度较小时就有大流量，随开度的增大，流量很快就达到最大。5. 为什么说等百分比特性又叫对数特性？与线性特性比较起来它有什么优点？答：因为相对开度与相对流量成对数关系。在同样的行程变化值下，流量小时，流量变化小，控制平稳缓和；流量大时，流量变化量大，控制灵敏有效。6. 什么叫控制阀的工作流量特性？答：在实际生产中，控制阀的前后压差总是变化的，这时的流量特性称为工作流量特性。0.67. 什么叫控制阀的可调范围？在串、并联管道中可调范围为什么会变化？答：控制阀所能控制的最大流量Qmax与最小流量Qmin的比值称为控制阀的可调范围。由于分压和分流的作用，都会使可调范围变小。8. 什么是串联管道中的阻力比s？S值的变化为什么会使理想流量特性发生畸变？答：控制阀全开时阀上压差系统的总压差（即系统中的最大流量时动力损失总和）之比称为阻力比s。S值变化时，管道阻力损失变化，控制阀前后压差变化，进而影响到流量的变化，即理想流量特性发生畸变。S=1时，管道阻力损失为零，系统总压差全降在阀上，工作特性与理想特性一致。随着s值的减小，直线特性渐渐趋于快开特性，等百分特性渐渐趋于直线特性。所以在实际使用中，一般希望s值不低于0.3-0.5，当s值时，与理想流量特性相差无几。9. 什么是并联管道的分流比x？试说明x值对控制阀流量特性的影响。答：并联管道控制阀全开时的流量Q1max与总管最大流量Qmax之比称为分流比。X值变化时，控制阀的流量变化，控制阀所控制的流量与总管的流量产生差异，因此，其理想流量特性会发生畸变。X=1时，控制阀的流量就是总管的流量，工作特性与理想特性一致。随着x值的减小，旁路阀逐渐打开，虽然控制阀的流量特性变化不大，但可调范围却降低了。10. 如果控制阀的旁路流量较大，会出现什么情况？答：旁路流量较大时，x值较小，将导致控制阀的最小可控流量变大，控制阀的实际可调范围变小。11. 什么叫气动执行器的气开式和气关式？其选择原则是什么？答：有压力信号时阀关、无信号压力时阀开的为气关式，反之，为气开式。考虑原则是：信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全。如果阀处于打开位置危害性小，则应选择气关式，以使气源系统发生故障，气源中断时，阀门能自动打开，保证安全。反之阀处于关闭时危害性小，则应选择气开阀。又如控制进入设备易燃气体的控制阀，应选用气开式，以防爆炸，若介质为易结晶物料，则选用气关式，以防赌赛。12. 要想将一台气开式改为气关式阀，可采取什么措施？答：有两种方法，一是把阀芯反装；二是把执行机构反装。13. 什么是控制阀的流量系数Kv？如何选择控制阀的口径？答：当阀两端压差为100kpa，流体密度为1g/cm3，阀全开时，流经控制阀的流体流量（以m3/h表示）。控制阀口径的选择实质上就是根据特定的工艺条件（即给定的介质流量、阀前后的压差以及介质的物性参数等）进行Kv值的计算，然后按控制阀生产厂家的产品目录，选择相应的控制阀口径，使得通过控制阀的流量满足工艺要求的最大流量且留有一定的裕量，但裕量不宜过大。15. 试述电-气阀门定位器的基本原理与工作过程。答：基本原理：电气阀门定位器是按力平衡原理工作的，其工作原理是在气动阀门定位器的基础上开发而成的电流信号控制阀门定位器。工作过程：当从电动调节器来的电流信号，输入到力矩马达组件的线圈时，在力矩马达的气隙中产生一个磁场，它与永久磁铁产生的磁场共同作用，使衔铁产生一个向左的力，主杠杆（衔铁）绕支点转动，档板靠近喷嘴，喷嘴背压经放大器放大后，送入薄膜执行机构气室，使阀杆向下移动，并带动反馈杆绕支点转动，连接在同一轴上的反馈凸轮作逆时针主向转动，通过滚轮使付杠杆绕支点转动，并将反馈弹簧拉伸、弹簧对主杠杆的拉力与力矩马达作用在主杠杆上的力矩相等时，械杆系统达到平衡状态。此时，一定的信号电流就与一定的阀门位置相对应。16. 电气阀门定位器有什么作用？答：正作用：即定位器的输入信号增大，输出压缩空气的压力也增加。反作用：即定位器的输入信号增大，输出压缩信号的压力减小。17. 控制阀的维护要注意什么？答：（1）为了便于维护检修，气动执行器应安装在靠近地面或楼板的地方。（2）气动执行器应安装在环境温度不高于+60和不低于-40的地方，并远离振动较大的设备。（3）阀的公称通径与管道公称通径不同时，两者之间应加一段异径管。（4）气动执行器应正立垂直安装于水平管道上。（5）通过控制阀的流体方向在阀体上有箭头标明，不能反装。（6）控制阀前后一般要各装一只切断阀，以便修理时卸下控制阀。（7）控制阀安装前，应对管路进行清洗，排去污物和焊渣。（8）在日常使用中，要对控制阀经常维护和定期检修。18. 电动执行器有哪几种类型？是、各使用什么场合？答：（1）角行程：以电动机为动力元件，将输入的直流电信号转换为相应的角位移（0-90），适用于操纵蝶阀、挡板之类的旋转式控制阀。（2）直行程（3）多转式：用来开启和关闭闸阀、截止阀等多转式阀门，一般用于就地操作和遥控。19. 电动执行器的反馈信号是如何得到的？试简述差动变压器将位移转换为电信号的基本原理。答：输出轴的位移改变铁心在差动线圈中的位置，产生反馈信号（位置发送器将执行机构输出轴的位移转变为0-10mADC反馈信号）。在差动变压器的原边加一交流稳压电源后，其副边分别会感应出交流电压U1、U2，由于两副边绕组匝数相等，故感应电压Usc的大小取决于铁芯的位置。铁芯的位置是与执行机构输出轴的位置相对应的。当铁芯在中间位置时，因两边绕组的磁路对称，因而感应电压U1=U2。当铁芯自中间位置有一向上的位移时，使磁路对两绕组不对称，这时上边绕组中交变磁通的幅值将大于下边的交变磁通的幅值，两绕组的感应电压U1大于U2，因而有输出电压Usc=U1-U2。反之，当铁芯下移时，U2大于U1，绕组的感应电压Usc=U2-U1。20. 数字阀有哪些特点？答：（1）高分辨率（2）高精度（3）反应速度快（4）直接与计算机相连（5）没有滞后、线性好、噪声小。但是数字阀结构复杂、部件多、价格贵。此外由于过于敏感，导致输送数字阀的控制信号稍有错误，就会造成控制错误，使被控流量大大高于或低于所要求的量。21. 什么是智能控制阀？它的智能主要体现在哪些方面？答：智能控制阀是带有微处理器，能够实现智能化控制功能的控制阀。（1）控制智能：除了一般的执行器控制功能外，还可以按照一定的控制规律动作。此外还配有压力、温度和位置参数的传感器，可对流量、压力、温度、位置等参数进行控制。（2）通信智能：智能控制阀采用数字通信方式与主控制室保持联络，主计算机可以直接对执行器发出动作指令。智能控制阀还允许远程检测、整定、修改参数或算法等。（3）诊断智能：智能控制阀安装在现场中，但都有自诊断功能，能根据配合使用的各种传感器通过微积分析判断故障情况，及时采取措施并报警。第6章 .简单控制系统1. 简单控制系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？答：简单控制系统由检测变送装置、控制器、执行器及被控对象组成。检测变送装置的作用是检测被控变量的数值并将其转换为一种特定输出信号。控制器的作用是接受检测装置送来的信号，与给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果送往执行器。执行器能自动地根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值，以达到控制被控变量的目的。被控对象是指需要控制其工艺参数的生产设备或装置。4、什么叫直接参数和间接参数？各使用在什么场合？答：如果被控变量本身就是需要控制的工艺指标，则称为直接参数；如果被控变量本身不是需要控制的工艺指标，但与其有一定的间接对应关系时，称为间接参数。在控制系统设计时，尽量采用直接参数控制，只有当被控变量无法直接检测，或虽能检测，但信号很微弱或滞后很大，才考虑采用间接参数控制。5、被控变量的选择应遵循哪些原则？答：被控变量的正确选择是关系到系统能否达到预期控制效果的重要因素，它选择的一般原则是：（1）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或是反映工艺操作状态重要变量；（2）被控变量应是工艺生产过程中经常受到一些干扰影响而变化，因而需要频繁加以控制的变量；（3）被控变量应尽可能选择工艺生产过程的直接控制指标，当无法获得直接控制指标信号，或其测量或传送滞后很大时，可选择与直接控制指标有单值对应关系的间接控制指标；（4）被控变量应是能测量的，并具有较大灵敏度的变量；（5）选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状。（6）被控变量应是独立可控的。6、 什么叫可控因素（变量）与不可控因素？当存在若干个可控因素时，应如何选择操纵变量才是比较合理的控制方案？答：工艺上允许加以控制的变量称为可控变量；否则称不可控变量。当存在若干个可控因素时，应选择其中对被控变量影响较大且较快的作为操纵变量，同时应考虑工艺的合理性和生产的经济性。7、操纵变量的选择原则是什么?答：(1)操纵变量应是工艺上允许加以控制的可控变量;。(2)操纵变量应是对被控变量影响诸因素中比较灵敏的变量，即控制通道的放大系数要大一些，时间常数要小一些，纯滞后时间要尽量小;。(3)操纵变量的选择还应考虑工艺的合理性和生产的经济性。8、 一个系统的对象有容量滞后，另一个系统由于测量点位置造成纯滞后，如分别采用微分作用克服滞后，效果如何？答：微分作用的控制，其输出的控制信号p与输入的偏差e的变化速度成正比，当对象具有容量滞后时，系统在外界扰动作用下，被控变量马上有变化，在给定值不变的情况下，控制器的输入偏差e就有一定的变化速度，因此控制器的输出就能马上变化，及时克服扰动对被控变量的影响，所以对具有容量滞后的对象，增加微分作用能克服滞后，提高控制质量。对由于测量点位置造成的纯滞后，送往控制器的被控变量测量值不可能立即变化，必须等待一个纯滞后时间后，控制器的输入偏差信号才可能变化，在纯滞后这段时间内，微分作用的控制器是不可能有输出，亦即不起作用，所以微分作用对于克服纯滞后对控制质量的影响是无能为力的。9、 比例控制器、比例积分控制器、比例积分微分控制器的特点是什么？各使用什么场合？答：（1）比例控制器的特点是：控制器的输出与偏差成正比，即控制阀门位置与偏差之间具有一一对应关系。当负荷变化时，比例控制器克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短。纯比例控制在过渡过程终了时存在余差，负荷变化越大，余差就越大。适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。（2）比例积分控制的特点是：由于在比例作用的基础上加上积分作用，而积分作用的输出是与偏差的积分成比例，只要偏差存在，控制器的输出就会不断变化，直至消除偏差为止。所以采用比例积分控制器，在过渡过程结束时是无余差的，这是它的显著优点。但是加上积分作用，会使稳定性降低，虽然在加积分作用的同时，可以通过加大比例度，使稳定性基本保持不变，但超调量和振荡周期都相应增大，过渡过程的时间也加长。适用于控制通道滞后小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统。（3）比例积分微分控制的特点：微分作用使控制器的输出与输入偏差的变化速度成比例，它对克服对象的滞后有显著效果。能提高稳定性，并消除余差，使控制系统获得较高的控制质量。适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统。10、为什么要考虑控制器的正、反作用?如何选择?答：在控制系统中，要正确选择控制器的作用方向，即“正”、“反”作用。选择控制器的正、反作用的目的是使系统中控制器、执行器、对象三个环节组合起来，能在系统中起负反馈的作用。选择控制器正、反作用的一般步骤是首先由操纵变量对被控变量的影响方向来确定对象的作用方向，然后由工艺安全条件来确定执行器的气开、气关型式，最后由对象、执行器、控制器；个环节作用方向组合后为“负”来选择执行器的正、反作用。11、被控对象、执行器、控制器的正、反作用各是怎样规定的？答：被控对象、执行器、控制器的正、反作用方向各是怎样规定的？答：被控对象的正、反作用方向规定为：当操纵变量增加时，被控变量也增加的对象属于“正作用”的；反之，被控变量随操纵变量的增加而降低的对象属于“反作用”的。执行器的作用方向由它的气开、气关型式来确定。气开阀为“正”方向；气关阀为“反”方向。如果将控制器的输入偏差信号定义为测量值减去给定值，那么当偏差增加时，其输出也增加的控制器称为“正作用”控制器；反之，控制器的输出信号随偏差的增加而减小的称为“反作用”控制器。15、控制器参数整定的任务是什么？工程上常用的控制器参数整定有哪几种方法？答：控制器参数整定的任务是：根据已定的控制方案，来确定控制器的最佳参数值（包括比例度、积分时间TI；、微分时间TD），以便使系统能获得好的控制质量。控制器参数整定方法有理论计算和工程整定两大类，其中常用的是工程整定法。属于控制器参数工程整定法主要有临界比例度法、衰减曲线法和经验凑试法等。18、 临界比例度的意义是什么？为什么工程上控制器所采用的比例度要大于临界比例度？答：（1)在闭环的控制系统中，先将控制器变为纯比例作用，即将Ti放大“”位置上，TD放在“0”位置上，在干扰作用下，从小到大逐渐改变控制器的比例度，直至系统产生等幅振荡（即临界振荡），这时的比例度称为临界比例度k。(2)因为临界比例度很小时，则控制器输出的变化一定很大，被控变量容易超出允许范围，影响生产的正常进行。19、 试述用衰减曲线法整定控制器参数的步骤及注意事项。答：（1）步骤：将调节器的积分时间Ti置于最大，微分时间置于零，比例度适当，平衡操作一段时间，把系统投入自动运行。将比例度逐渐减小，得到等幅振荡过程（即出现4:1衰减比例度），记下临界比例度k和临界振荡周期Tk值。根据k和Tk值，采用经验公式，计算出调节器各个参数，即、Ti、TD的值。有的过程仍嫌4:1衰减振荡过强，可采用10:1衰减曲线法，方法同上。（2)注意事项：加的干扰幅值不能太大，要根据生产操作要求来定，一般为额定值的5%左右。必须在工艺参数稳定情况下才能施加干扰，否则得不到正确的参数值。对于反应快的系统，如流量、管道压力和小容量的液位控制等，要在记录曲线上严格得到4:1衰减曲线比较困难。一般以被控变量来回波动两次达到稳定，就可以近似的认为达到4:1衰减过程了。20、 如何区分由于比例度过小、积分时间过小或微分时间过大所引起的振荡过渡过程？答：比例度过小，记录曲线是周期较短的周期性振荡；积分时间过短，记录曲线是周期较长的周期性振荡；微分时间过大时，记录曲线是周期很短的周期性振荡。21. 经验凑试法整定控制器参数的关键是什么？答：看曲线，调参数。第7章 .复杂控制系统1、 什么叫串级控制？画出一般串级控制系统的典型方块图。答：串级控制系统是由主、副两个控制器串联工作的。主控制器的输出作为副控制器的给定值，副控制器的输出去操纵控制阀，以实现对变量的定值控制。2、 串级控制系统有哪些特点?主要使用在哪些场合?答：串级控制系统的主要特点为：(1)在系统结构上，它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统，主回路是个定值控制系统，而副回路是个随动控制系统。(2)系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量(3)由于副回路的引入，改善了对象的特性，使控制过程加快，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，从而有效的克服滞后，提高了控制质量；(4)系统对负荷改变时有一定的自适应能力，可用于负荷和操作条件有较大变化的场合。串级控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。3、串级控制系统中主、剧变量应如何选择?答：主变量的选择原则是：（1）主变量应能代表一定的工艺操作指标或是反映工艺操作状态重要变量；（2）主变量应是工艺生产过程中经常受到一些干扰影响而变化，因而需要频繁加以控制的变量；（3）主变量应尽可能选择工艺生产过程的直接控制指标，当无法获得直接控制指标信号，或其测量或传送滞后很大时，可选择与直接控制指标有单值对应关系的间接控制指标；（4）主变量应是能测量的，并具有较大灵敏度的变量；（5）选择主变量时，必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状。（6）主变量应是独立可控的。副变量的选择原则是：(1) 主、副变量间应有一定的内在联系，副变量的变化应在很大程度上能影响主变量的变化；(2)通过对副变量的选择，使所构成的副回路能包含系统的主要干扰；(3)在可能的情况下，应使副回路包含更多的主要干扰，但副变量又不能离主变量太近；(4)副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配，以防“共振”的发生。4、为什么说串级控制系统中的主回路是定值控制系统，而副回路是随动控制系统?答：串级控制系统的目的是为了更好地稳定主变量，使之等于给定值，而主变量就是主回路的输出，所以说主回路是定值控制系统。副回路的输出是副变量，副回路的给定值是主控制器的输出，所以在串级控制系统中，副变量不是要求不变的，而是要求随主控制器的输出变化而变化，因此是一个随动控制系统。6、 为什么一般情况下，串级控制器中的主控制器应选择PI或PID作用的，而副控制器选择P作用的？答：一般来说，主变量不允许有余差，所以主控制器常选用PI作用，有时对象控制通道容量滞后比较大，为了克服容量滞后，主控制器选择PID作用。在控制过程中，对副变量的要求一般不很严格，允许有波动，所以选P作用的。7、 串级控制系统中主、副控制器参数的工程整定主要有哪两种方法?答：有两步整定法和一步整定法两种。（1）按照串级控制系统主、副回路的情况，先整定副控制器，后整定主控制器的方法叫做两步整定法。（2）根据经验直接确定副控制器的参数，只需按简单控制系统参数整定的方法来整定主控制器参数的方法称一步整定法。8、均匀控制系统的目的和特点是什么?答：均匀控制系统的目的是为了解决前后工序的供求矛盾，使两个变量之间能够互相兼顾和协调操作。均匀控制系统的特点是其控制结果不像其他控制系统那样，不是为了使被控变量保持不变，而是使两个互相联系的变量都在允许的范围内缓慢地变化。11、什么叫比值控制系统?答：实现两个或两个以上的参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。通常为流量比值控制系统，用来保持两种物料的流量保持一定的比值关系。12、 分析为什么说单闭环比值控制系统的主回路是不闭合的？答：因为单闭环比值控制系统只有一个回路，其中主变量没有构成回路，主变量不受限制。13、 与开环比值系统相比，单环比值控制系统有什么优点？答：不但能实现副流量跟随主流量的变化而变化，而且还可以克服副流量本身干扰对比值的影响，因此主、副流量的比值较为精确。另外，结构形式简单，实施起来比较方便。14、试简述双闭环比值控制系统及其使用场合。答：双闭环比值控制系统有两个闭合回路，分别对主、副流量进行定值控制。同时，当主流量发生变化时，通过比值控制器来改变副流量控制器的给定值，使副流量能随主流量的大小变化而变化，始终保持一定的比值关系。双闭环比值控制系统主要适用于主流量干扰频繁、工艺上不允许负荷有较大波动或工艺上经常需要提降负荷的场合。15、 什么是变比值控制系统？答：有些化学反应过程，要求两种物料的比值能灵活地随第三变量的需要而加以调整，这样的系统为变比值控制系统。