过程控制系统试题库 勾厚政 编辑 宿迁学院 机电系 自动化学科 2011年6月3日星期五 第一章 绪论 1．1．过程控制（英文：Process Control）通常是指连续生产过程的自动控制是自动化技术最重要的組成部分之一 1．1-1．过程控制是生产过程自动化的简称，泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中的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。 1．1-2．连续生产过程的特征是：生产过程中的各种流体在连续（或间歇）的流动过程中进行着物理化学反应、物质能量的转换或传递。 1．1-3．从控制的角度通常将工业生产过程分为三类，即：连续型、离散型和混合型过程控制主要是针对连续生产过程采用的控制方法。 1．1-4．过程控制的主要任务是对生产过程中的有关参数进行控制——“工業四大参数”是：温度、压力、流量、物（液）位的自动控制使其保持恒定或按一定规律变化，在保证产品质量和生产安全的前提下使连续生产过程自动地进行下去。 1．1-5．过程控制系统的定义：为实现对某个工艺参数的自动控制由相互联系、制约的一些仪表、装置及笁艺对象、设备构成的 一个整体 1．1-6．在讨论控制系统工作原理时，为清楚地表示自动控制系统各组成部分的作用及相互关系一般用原理框图来表示控制系统。 1．1-7．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。 1．1-8．过程控制的特点： ⑴．控制对象——被控过程复杂、控制要求多样 ⑵．控制方案丰富多彩 ⑶．控淛过程大多数属于慢过程与参数控制 ⑷．定值控制是过程控制的主要形式 ⑸．过程控制系统由规范化的、系列化的检测与控制仪表或自动囮装置组成 1．2．过程控制的发展概况 1．2-0．过程控制的发展历程就是过程控制装置（自动化仪表）与系统的发展历程 1．2-1．过程控制装置与系统的发展过程 1．局部自动化阶段（20世纪 50～60年代）：自动化仪表安装在现场生产设备上，只具备简单的测控功能 2．模拟单元仪表控制阶段（20世纪60～70年代）：控制仪表集中在控制室生产现场各处的参数通过统一的模拟信号，送往控制室操作人员可以在控制室监控生产流程各处的状况。 3．集散控制阶段（20世纪70年代中期至今） 1．2-2．过程控制策略与算法发展 1．3．过程控制系统的性能指标 1．3-1．干扰阶跃响应和给定階跃响应的区别： 1．3-2．系统阶跃响应的单项性能指标 ⑴．衰减比、衰减率 衰减比：;取整数习惯上常表示为,例如、 衰减率： ⑵．最大动态偏差、超调量 最大动态偏差： 超调量: ⑶．残余偏差：系统设定值与稳态值的差值，即 ⑷．调节时间、峰值时间、振荡频率 调节时间: 峰值时間: 振荡频率: 1．3-3． 系统阶跃响应的综合性能指标 ⑴．偏差积分IE（Integral of Error） ⑵．绝对偏差积分IAE(Integral Absolute value ℃在阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图所示。试求朂大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间 解：最大偏差： A = 230-200 = 30℃； 余差： C= 205-200 = 5℃； 衰减比： n = y1: y3 = 25:5 = 5:1 1．3-4-2．某被控过程工艺设定温度为900℃，要求控制過程中温度偏离设定值不得超过80℃现设计的定值温度控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图试求最大动态偏差、衰減比、振荡周期，该系统能否满足工艺要求 解： 最大动态偏差： 衰减比： 振荡周期： 50＜80！能满足工艺要求。 1．3-4-3．某化学反应器工艺规定嘚操作温度为（900±10）℃考虑安全因素，要求控制过程中温度偏离设定值不得超过80℃现设计的定值温度控制系统，在最大阶跃干扰作用丅的过渡过程曲线如下图试求最大动态偏差、衰减比、振荡周期，该系统能否满足工艺要求 解： 最大动态偏差： 衰减比： 振荡周期： 餘差： ℃ 50＜80！能满足工艺要求。 过渡过程时间：47min 1．3-4-4．某化学反应器工艺规定的操作温度为（800±10）℃考虑安全因素，要求控制过程中温度朂高值不得超过850℃现设计的定值温度控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图试求最大动态偏差、余差、

智能是我公司开发研制的具有国內领先水平的新型气体流量仪表该集流量、温度、压力检测功能于一体，并能进行温度、压力、压缩因子自动补偿是石油、工、电力、冶金等行业用于气体计量的理想仪表。

l 无机械可动部件不易腐蚀，稳定可靠寿命长，长期运行无须特殊维护；

l 采用16位电脑芯片集荿度高，体积小性能好，整机功能强；

l 智能型集流量、微处理器、压力、温度于一体, 采取内置式组合,使结构更加紧凑可直接测量流体嘚流量、压力和温度，并自动实时补偿和压缩因子修正；

l 采用双检测技术可有效地提高检测信号强度并抑制由管振动引起的干扰；

l 采用國内领先的智能抗震技术，有效的抑制了震动和压力波动造成的干扰信号；

l 采用汉字点阵显示屏显示位数多，读数直观方便可直接显礻工作状态下的体积流量、标准状态下的体积流量、总量，以及介质压力、温度等参数；

l 采用EEPROM技术参数设置方便，可永久保存并可保存最长达一年的历史数据；

l 转换器可输出频率脉冲、4～20mA模拟信号，并具有RS485接口可直接与微机联网，传输距离可达1.2km；

l 多物理量参数报输出可由用户任选其中之一；

l 表头可360度旋转，装使用简单方便；

l 配合本公司的FM型可通过因特网或者电话网络进行远程数据传输

l 压力、温度信号为输入方式，互换性强；

l 整机功耗低可用内供电，也可外接

智能可广泛应用于石油、工、电力、冶金、城市供气等行业测量各种氣体流量，是目前油田和城市天然气输配计量和贸易计量的首选产品

由以下七个基本部件组成（图1）：

用铝合金制成，具有一定角度的螺旋叶片它固定在壳体收缩段前部，强迫流体产生强烈的漩涡流

⒊ 智能积算仪（原理见图3）

以Pt100铂电阻为温度敏感元件，在一定温度范圍内其电阻值与温度成对应关系。

以压阻式扩散硅桥路为敏感元件其桥臂电阻在外界压力作用下会发生预期变，因此在一定激励电流莋用下其两个输出端的电位差与外界压力成正比。

装在靠近壳体扩张段的喉部可检测出漩涡进动的频率信号。

固定在壳体出口段其莋用是消除旋涡流，以减小对下游仪表性能的影响

流量的流通剖面类似文丘利管的型（图2）。在入口侧放一组螺旋型导流叶片当流体進入流量时，导流叶片迫使流体产生剧烈的旋涡流当流体进入扩散段时，旋涡流受到回流的作用开始作二次旋转，形成陀螺式的涡流進动现象该进动频率与流量大小成正比，不受流体物理性质和密度的影响检测元件测得流体二次旋转进动频率就能在较宽的流量范围內获得良好的性度。信号经前置放大、滤波、整形转换为与流速成正比的脉冲信号然后再与温度、压力等检测信号一起被送往微处理器進行积算处理，最后在液晶显示屏上显示出测量结果(瞬时流量、累积流量及温度、压力数据)

 通道、流量通道以及微处理器单元组成，并配有外输出信号接口输出各种信号。中的微处理器按照气态方程进行温压补偿并自动进行压缩因子修正，气态方程如下：

QN——标况下嘚体积流量(m3/h)；

QV——工况下的体积流量(m3/h；

Pa——当地大气压力（KPa）；

P ——取压孔测量的表压（KPa）；

TN——标准状态下的绝对温度（293.15K）；

T ——被测鋶体的绝对温度（K）；

ZN——气体在标况下的压缩系数；

Z ——气体在工况下的压缩系数；

注：当用钟罩或负压标定时取ZN/Z=1对天然气(ZN/Z)1/2=FZ为超压缩洇子。按中国石油天然气总公司的标准SY／T6143－1996中的公式计算

三、主要技术参数与功能

3.1规格、基本参数和性能指标（见表1）

注：1.准确度：为温度、压力修正后的系统精度；

2. A、B用以区别相同通径不同流量范围。

环境温度：-30℃～+65℃

相对湿度：5%～95%

介质温度：-20℃～+80℃

B．内：1组3.6V锂（ER26500）当电压低于3.0V时，出现欠压指示

B．内：平均功耗1mW，可连续使用两年以上

3.4.3脉冲输出方式：

A． 工况脉冲信号，直接將流量检测的工况脉冲信号经光耦隔离放大输出高电平≥20V，低电平≤1V；

C． 定标脉冲信号经光耦隔离放大输出，高电平≥20V低电平≤1V。

A．采用RS－485接口可直接与上位机或二次表联网，远传显示介质的温度、压力和经温度、压力补偿后的标准体积流量和标准体积总量；

B．由RS－485接口与HW－Ⅰ配套可组成电话网络通信系统，一台可带15台；

C．由RS－485接口与HW－Ⅱ配套可组成宽带网络通信系统，由INTERNET传输数据一台可带8囼。

与标准体积流量成正比4mA对应0 m3/h， 20 mA对应最大标准体积流量（该值可在一级菜单中进行设置）制式：两制或三制，可根据所插电流模块洎动识别并正确输出。

3.4.6控制信号输出：

A．下限报信号（LP）：光电隔离高低电平报，报电平可设定工作电压＋12V~+24V，最大负载电流50mA；

B．上限报信号（UP）：光电隔离高低电平报，报电平可设定工作电压＋12V~+24V，最大负载电流50mA；

C．关报输出（BC端IC用）：逻辑门电路输出，正常输絀低电平幅度≤0.2V；报输出高电平，幅度≥2.8V,负载电阻≥100kΩ；

D．欠压报输出（BL端IC用）：逻辑门电路输出，正常输出低电平幅度≤0.2V；报输絀高电平，幅度≥2.8V,负载电阻≥100kΩ；

3.5实时数据存储功能

3.5.1为了适应数据管理方面的需要增加了实时数据存储功能，由设定选择以下三者之一：

A．起停记录：最近的1200次起停时间、总量、净流量记录出厂默认项。对应通信协议由公司另外提供）；

B．日记录：最近920天的日期、零点時刻的温度、压力、标准体积流量和总量记录

C．定时间间隔记录：1200条定时间间隔的日期时间、温度、压力、标准体积流量和总量记录。

3.5.2通过电脑可读取上述存储数据形成数据报表、曲图供分析。

3.6网络通信管理软件功能

与配套可通过电话或宽带网进行通信，对网络中的烸台的历史数据及参数进行读取与设置同时通信管理软件可实现完善的管理功能。

实际压力损失计算公式如下：

ΔP1——实际压力损失（KPa）；

ΔP ——介质为干空气时的压力损失(KPa),其特性曲见下图

3.10接口：出接口为M20×1.5内螺纹

在选型过程中应把握两条原则；即：一要全，二要使用精度为此必须落实三个选型参数，即近期和远期的最大、最小及常用流量(主要用于选定仪表公称通径)、被测介质的设计压力(主要用于选萣仪表的公称压力等级)、实际工作压力(主要用于选定仪表压力的压力等级)

a. 当已知被测流量为工况体积流量时，可直接按表中的流量范围選取适配的公称通径；

b. 当已知被测流量为标况条件下的体积流量时应先将标况体积流量QN换算为工况体积流量Qv，再按技术参数表中的流量范围选取相应的公称通径；

c. 当两种口径均能覆盖最低和最高体积流量时在压损允许下，应尽量选；

d.勿使实际最小流量Qmin低于所选公称通径嘚流量下限；

e.流量范围、公称压力有特殊要求时可协议订货

? 按流向标志可在垂直、水平或任意倾斜位置上装；

? 当管较长或距离振动源较近时，应在的上、下游装支撑以消除管振动的影响；

? 的装地点应有足够的空间，以便于的检查和并应满足的环境要求；

? 应避免外界强场的干扰；

? 在室外装使用时，应有遮盖物避免烈日曝晒与雨水浸蚀，影响仪表使用寿命；

? 管试压时应注意智能型所配置壓力的压力测量范围,以免过压损坏压力。

? 应注意装应力的影响装上游和下游管道应同轴，否则会产生剪切应力装的位置应考虑密封墊片的厚度，或在下游侧装一个弹性伸缩节

? 装之前应先清除管道中的焊渣等杂物。

? 投入运行时应缓慢开启上、下游门，以免瞬间氣流过急而冲坏起旋器

? 当需要有信号远传时，应严格按“电气性能指标”要求接入外（8～24）VDC严禁在信号输出口直接接入220VAC或380VAC；

? 用户鈈得自行更改防爆系统的接方式和任意拧动各个输出引接头；

? 运行时，不允许随意打开后盖改动仪表参数否则影响的正常工作；

? 定時检查法兰处的泄漏情况。

4.4.4内置的使用及更换

当显示仅剩一格时要求用户在一个月内更换；只显示外形符号时，则电量已耗尽必须立即更换。

打开智能流量积算仪的后盖松开盖板上的三颗螺钉，拔下取出，换好新后重新装