過程控制系統(tǒng)知識點(diǎn)總結(jié)考試題型一、 判斷題（共10分）二、 單選（20分）三、 填空（70分）四、 簡答題6小題，共20分）五、 分析計(jì)算題4小題，共40分，每題10分）一、概論1、 過程控制概念：五大參數(shù)。過程控制的定義：工業(yè)中的過程控制是指以溫度、壓力、流量、液位和成舜工藝參數(shù)作為被控變量的自動控制。2、 簡單控制系統(tǒng)框圖?？刂苾x表的定義：接收檢測儀表的測量信號，控制生產(chǎn)過程正常進(jìn)行的儀表。主要包括：控制器、變送器、運(yùn)算器、執(zhí)行器等，以及新型控制儀表及裝置?？刂苾x表的作用：對檢測儀表的信號進(jìn)行運(yùn)算、處理，發(fā)出控制信號，對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。3、 能將控制流程圖（工程圖、工程設(shè)計(jì)圖冊）轉(zhuǎn)化成控制系統(tǒng)框圖。第一個(gè)字母：參數(shù)類型T 溫度（Temperature）爐IB加P 壓力（Pressure爐IB加L 物位（Level）F 流量（Flow）W——重量（Weight）第二個(gè)字母：功能符號T 變送器（transmitter）C 控制器（Controller）I 指示器（Indicator）R 記錄儀（Recorder）A 報(bào)警器（Alarm）4、 DDZ-m型儀表的電壓信號制，電流信號制。QDZ-m型儀表的信號制。它們之間聯(lián)用要采用電氣轉(zhuǎn)換器。5、 電信號的傳輸方式，各自特點(diǎn)。電壓傳輸特點(diǎn)：1） .某臺儀表故障時(shí)基本不影響其它儀表；2） .有公共接地點(diǎn)；3） .傳輸過程有電壓損耗，故電壓信號不適宜遠(yuǎn)傳。電流信號的特點(diǎn)：1） .某臺儀表出故障時(shí)，影響其他儀表；2） .無公共地點(diǎn)。若要實(shí)現(xiàn)儀表各自的接地點(diǎn)，則應(yīng)在儀表輸入、輸出端采取直流隔離措施。6、 變送器有四線制和二線制之分。區(qū)別。1、四線制：電源與信號分別傳送，對電流信號的零點(diǎn)及元件的功耗無嚴(yán)格要求。2、兩線制：節(jié)省電纜及安裝費(fèi)用，有利于防爆?；盍泓c(diǎn)，兩條線既是信號線又是電源線。7、 本安防爆系統(tǒng)的2個(gè)條件。1、在危險(xiǎn)場所使用本質(zhì)安全型防爆儀表。2、在控制室儀表與危險(xiǎn)場所儀表之間設(shè)置安全柵，以限制流入危險(xiǎn)場所的能量。8、 安全柵的作用、種類。安全柵的作用：1、 安全柵作為本安儀表的關(guān)聯(lián)設(shè)備，可用于傳輸信號。2、 控制流入危險(xiǎn)場所的能量在爆炸性氣體或混合物的點(diǎn)火能量以下，以確保系統(tǒng)的本安防爆性能。

安全柵的種類：齊納式安全柵、隔離式安全柵二、基型調(diào)節(jié)器1、 基型調(diào)節(jié)器組成：控制單元和指示單元?；驼{(diào)節(jié)器控制單元構(gòu)成?；涂刂破饔址Q基型調(diào)節(jié)器，對來自變送器的1-5V直流電壓信號與給定值相比較所產(chǎn)生的偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出4-20mA（DC）直流控制信號?？刂茊卧狠斎腚娐罚ㄆ畈顒雍碗娖揭苿与娐罚ID運(yùn)算電路（由PD與PI運(yùn)算電路串聯(lián)）、輸出電路（電壓、電流轉(zhuǎn)換電路）以及硬、軟手操電路；指示單元：測量信號指示電路、設(shè)定信號指示電路。2、 測量信號、內(nèi)給定信號范圍；外給定信號范圍。測量和內(nèi)給定信號：1?5V（DC）；外給定信號：4?20mA直流電流。（它經(jīng)過250。精密電阻轉(zhuǎn)換成1?5V直流電壓）3、 輸入電路、輸出電路的作用。輸入電路作用：1） .信號綜合。將（U-U）后放大兩倍反相以U1輸出，即U=-2（U.-U）o2） .電平轉(zhuǎn)換。將以0V為基準(zhǔn)的輸入信號轉(zhuǎn)換為以UB（10V）°為基準(zhǔn)的輸出信號U「電平轉(zhuǎn)換的目的：使運(yùn)算放大器工作在允許的共模輸入電壓范圍內(nèi)。 °輸出電路作用：把PID輸出△U3（以UB為基準(zhǔn)）轉(zhuǎn)換成4-20mA.DC輸出。實(shí)現(xiàn)電壓一電流轉(zhuǎn)換。4、放大系數(shù)和比例度。 °5、 基型調(diào)節(jié)器PD電路的階躍響應(yīng)曲線形狀；比例分量；t=TD/KD時(shí)的微分分量；微分時(shí)間。、KP（或比例度）。TD為微分時(shí)間；KP為比例系數(shù)。、比例系數(shù)：土KD微分時(shí)間：TD=nRDCD調(diào)整Rp（?）和RD可改變比例度和微分時(shí)間。微分作用：快速的調(diào)節(jié)作用，超前作用。6、基型調(diào)節(jié)器PI電路的階躍響應(yīng)曲線形狀；比例分量：Kc=CI/CM；t=TI時(shí)的積分分量；積分時(shí)間。7、 積分飽和。解決積分飽和辦法：1）對控制器的輸出加以限幅，使其不超過額定的最大值或最小值；2）限制積分電容兩端的充電電壓；3）切除積分作用。8、 微分時(shí)間對微分作用的影響，積分時(shí)間對積分作用的影響。微分時(shí)間越小，微分作用越強(qiáng)；積分時(shí)間越大，積分作用越強(qiáng)。9、 軟手操電路和硬手操電路。軟手動操作電路是積分電路。硬手動操作電路是比例電路。作業(yè)2-4某P控制器的輸入信號是4mA~20mA，輸出信號為1V~5V，當(dāng)比例度5=60%時(shí)，輸入變化0.6mA所引起的輸出變化是多少？解：根據(jù)比例度的公式：得2-7某PID控制器（正作用）輸入、輸出信號均為4mA~20mA，控制器的初始值Ii=Io=4mA,6=200%,TI=TD=2min，KD=10。在t=0時(shí)輸入2lIi=2mA的階躍信號，分別求取t=12s時(shí)：①》1工況下的輸出值；②?。工況下的輸出值。解：①PI工況下P分量=KM=1M=—^x2=1mAPi5i200%Ti時(shí)：P分量=I分量；則Ti時(shí)，PI分量=2mATi=2X60=120sPI直線過（0,1）和（120,2）兩點(diǎn)21則t=12s時(shí)的輸出變化量為：M=1+12x以。°=1.1mAt=12s時(shí)的輸出為Io=初值+AI=4+1.1=5.1mA①PD工況下P分量=KpAI=1AI=200%x2=1mAaP分量=AI=1mA解得a=5D則t=12s時(shí)的輸出變化量為：AI=0.368Kd^1aAI+P分量o KiD101t=12s時(shí)的輸出為：Io=初值+AI=4+0.368—x5x2+1=8.312mAo 10三、變送器1、變送器的結(jié)構(gòu)。變送器的作用。構(gòu)成原理：變送器是基于負(fù)反饋原理工作的，其構(gòu)成原理如圖所示，它包括測量部分（既輸入轉(zhuǎn)換部分）、放大器和反饋部分。變送器和轉(zhuǎn)換器的作用是分別將各種工藝變量（如溫度、壓力、流量、液位）和電信號（如電壓、電流、頻率、氣壓信號等）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，以供顯示、記錄和控制之用。2、 變送器的輸入輸出關(guān)系。3、 量程調(diào)整的目的；零點(diǎn)調(diào)整/遷移。使變送器的輸出信號下限值y.與測量范圍的下限值x.相對應(yīng)，在x.=0時(shí)，稱為零點(diǎn)調(diào)整，在x.尹0時(shí)，稱為零點(diǎn)遷移。零點(diǎn)調(diào)整使變送器的測量起始點(diǎn)為零。零點(diǎn)遷移是把測量的起始點(diǎn)由零遷移到某一數(shù)值。4、 差壓變送器的作用；差動變壓器的作用。差壓變送器是將液體、氣體或蒸汽的壓力、流量、液位等工藝變量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號，作為指示記錄儀、調(diào)節(jié)器或計(jì)算機(jī)裝置的輸入信號，以實(shí)現(xiàn)對上述變量的顯示、記錄或自動控制。

差動變壓器是由檢測片（銜鐵）、上、下罐形磁芯和四組線圈構(gòu)成。其作用是將檢測片的位移s轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號uCD。5、 溫度變送器的品種、結(jié)構(gòu)（量程單元和放大單元）；四線制溫度變送器的特點(diǎn)。各類變送器分為三個(gè)品種：直流毫伏變送器、熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器。四線制溫度變送器有如下特點(diǎn)：（1） 主放大器為低漂移、高增益的運(yùn)算放大器，使儀表具有良好的可靠性和穩(wěn)定性。（2） 在熱電偶和熱電阻溫度變送器中采用了線性化電路，從而使變送器的輸出信號和被測溫度呈線性關(guān)系，便于指示和記錄。（3） 變送器的輸入、輸出之間具有隔離變壓器，采用了安全隔離變壓器，并采用了安全火花防爆措施，故具有良好的抗干擾性能，且能測量來自危險(xiǎn)場所的直流毫伏或溫度信號。6、 熱電偶溫度變送器以及熱電阻溫度變送器的量程單元。7、 氣動儀表的基本元件。由氣阻、氣容、彈性元件、噴嘴-擋板機(jī)構(gòu)和功率放大器等基本元件組成。8、 彈性元件、噴嘴擋板機(jī)構(gòu)、電氣轉(zhuǎn)換器。彈性元件作用：將壓差轉(zhuǎn)換成位移，在儀器的連接處產(chǎn)生一定的操作力。噴嘴擋板機(jī)構(gòu)作用：將微小的位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的壓力信號。電/氣轉(zhuǎn)換器工作原理是基于力矩平衡原理工作的。四、運(yùn)算器和執(zhí)行器1、 開方器應(yīng)用場合、作用。開方器主要應(yīng)用在流量測量與控制系統(tǒng)中，開方器對差壓變送器的輸出信號進(jìn)行開方運(yùn)算，從而得到與被測流量成比例關(guān)系的電壓或電流信號。2、 執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)、分類。執(zhí)行器分為兩部分：執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。尸氣動執(zhí)行器 P.-L-Q直行程（直線位移）角行程（角位移）（兩者減速器不同）按能源分： 電動執(zhí)行器 L-L直行程（直線位移）角行程（角位移）（兩者減速器不同）液動執(zhí)行器3、角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。?220VI iI放大器I iI放大器i 執(zhí)行機(jī)構(gòu)角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)方框圖4、 標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號范圍（20kPa-100kPa），氣源信號（140kPa）。5、 氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的種類。氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有薄膜式和活塞式兩種，常見的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)均屬薄膜式。薄膜式特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、維修方便、價(jià)格低，但輸出行程較小，只能直接帶動閥桿。6、 調(diào)節(jié)閥的正反作用、正裝閥/反裝閥、氣開/氣關(guān)。7、 氣開閥/氣關(guān)閥的選擇原則。調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)閥選擇，主要根據(jù)工藝生產(chǎn)的需要和安全要求來決定的；原則是當(dāng)信號壓力中斷時(shí)，應(yīng)能確保工藝設(shè)備和生產(chǎn)的安全。如果閥門處于全開位置安全性高，則應(yīng)選用氣關(guān)閥，反之，則應(yīng)選用氣開閥。8、 閥門定位器的作用。

閥門定位器可以增加執(zhí)行器的輸出功率，減小信號傳遞滯后，加快閥桿的位移速度，提高線性度，克服摩擦力影響，保證閥位正確到位。9、 控制閥的工作原理；流量特性；理想流量特性、工作流量特性?？刂崎y體就是依據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的推桿位移量來改變閥門的開啟程度，從而改變流通阻力以達(dá)到控制流體介質(zhì)流量的目的?？刂崎y的流量特性，是指控制介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門相對開度（即推桿的相對位移）之間的函數(shù)關(guān)系。理想流量特性：閥前后差壓不變時(shí)的流量特性（固有流量特性）。工作流量特性：閥裝在管道中，前后差壓變時(shí)的流量特性，也叫實(shí)際流量特性。10、 控制閥的流量特性類型、各自特點(diǎn)。理想流量特性，通常有四種典型形式：（1） 直線特性-流量與閥芯位移成直線關(guān)系；（2） 對數(shù)特性-流量與閥芯位移成對數(shù)關(guān)系，引起的流量變化的百分比相等；（3） 快開特性-開度較小時(shí)流量變化較大，隨開度增大很快達(dá)到最大值。（4） 拋物線特性-介于直線流量特性與對數(shù)流量特性之間，從而彌補(bǔ)了直線流量特性小開度時(shí)控制性能差的特點(diǎn)。11、 控制閥的可調(diào)比（可控比）。R=|—，可調(diào)比（可控比），即閥所能控制的流量上限與流量下限之比。Qmin為流量下限，不是泄min漏。12、 控制閥串聯(lián)管道工作流量特性的特點(diǎn)。ST，理想流量特性。巳開=廿系統(tǒng)=土關(guān)閥前后壓差始終不變。｛直線變?yōu)榭扉_;對數(shù)變?yōu)橹本€;s??￥｛直線變?yōu)榭扉_;對數(shù)變?yōu)橹本€;S太小，流量變化范圍減小，對控制不利。S一般不小于0.3。13、控制閥出廠時(shí)標(biāo)注的為理想流量特性。五、過程控制系統(tǒng)緒論1、控制通道、干擾通道。控制通道：被控量與輸入控制作用之間的聯(lián)系被稱為“控制通道”。十?dāng)_通道：被控量與擾動之間的聯(lián)系被稱為“十?dāng)_通道”。2、 過程控制系統(tǒng)的組成。3、 控制器正反作用的確定依據(jù)：（控制器土）X（對象土）=（―）。4、 過程控制系統(tǒng)按設(shè)定值的形式分類。定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)5、 過程控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。遞減比n（衰減比）、動態(tài)偏差B1（最大偏差、最大過調(diào)量、超調(diào)量）、調(diào)整時(shí)間Tc（控制時(shí)間、過渡過程時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間）、靜態(tài)偏差C（余差、殘余偏差）。六、過程建模1、 自平衡能力。自平衡能力：凡受到十?dāng)_后，不依靠外加控制作用就能重新達(dá)到平衡狀態(tài)的對象，是具有自平衡能力的對象。否則，是無自平衡能力的對象。2、 過程控制系統(tǒng)被控對象特性三個(gè)參數(shù)：放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)、滯后時(shí)間的求取。3、 阻力和容量的影響。容量只影響反應(yīng)速度，不影響放大系數(shù)，屬于動態(tài)參數(shù)。T=RC容量增大，響應(yīng)過程相對增長。見圖2-8。Ct-Tfo4、多容過程等效為單容過程。

△Q-AQ=A1 2 1△Q2-AQ3△Q-AQ=A1 2 1△Q2-AQ3=A2dAh 1dtdAh 2dtAQ2Ah 1R拉氏變換得:AQ3△h 2RQ(s)-Q(s)=AsH(s)Q(s)-Q(s)=AsH(s)2 3 2 22"4H(s)2Q2(s)=寸VH(s)Q(s=2—3RQ(s=kiX(s)△Q.=kAx5、時(shí)域法過程建模，單容水箱以及雙容水箱的過程傳遞函數(shù)。作業(yè)1、 如圖所示單容水箱，負(fù)載閥的流阻為R2?，F(xiàn)以Q1為輸入，Q2為輸出，求Q2(s)/Q1(s)。2、 如圖所示，已知一單容水箱其底面積為口輸入為Qi，輸出為h。Qo1和Qo2對應(yīng)的流阻分別為R1和R2，求H(s)/Qi(s)。七、單回路控制系統(tǒng)1、 放大系數(shù)(干擾通道/控制通道)、干擾通道時(shí)間常數(shù)、純滯后時(shí)間、控制通道時(shí)間常數(shù)、純滯后時(shí)間對控制質(zhì)量的影響。極點(diǎn)的影響：Td增大，過程變慢，過渡過程時(shí)間加長。使過渡過程動態(tài)分量減小了Td倍，即超調(diào)量減小，控制質(zhì)量提高。結(jié)論：干擾通道的時(shí)間常數(shù)大，或者慣性環(huán)節(jié)數(shù)增加時(shí)，控制質(zhì)量將提高。(對干擾起濾波作用。)2、 選擇操縱量的一般原則。直接參數(shù)：能表征產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、安全性能等方面的參數(shù)。間接參數(shù)：與直接參數(shù)具有單值關(guān)系(P、T等)，并有足夠靈敏度。3、 控制閥的流量特性的選擇。確定工作流量特性的原則：使廣義對象具有線性特性。即：K=KvKo=常數(shù)。4、 控制閥的口徑計(jì)算步驟。1、 根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)的狀況，決定計(jì)算的最大工作流量Qmax和最小工作流量Qmin。2、 根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)選擇S值，然后計(jì)算控制閥全開時(shí)的壓差。3、 根據(jù)控制介質(zhì)類型和工況，選用合適的C值計(jì)算公式，求取最大最小流量時(shí)的流通能力Cmax、Cmin。4、 根據(jù)Cmax值，在所選用的產(chǎn)品形式的標(biāo)準(zhǔn)系列中，選取大于Cmax并接近的一檔C值，獲得口徑值。見表3-6。5、 開度驗(yàn)算。6、 實(shí)際可控比驗(yàn)算。7、 上述各項(xiàng)合格，則所選控制閥口徑合格，否則，需重定C值和口徑，再驗(yàn)算至合格。5、 控制器的選型。PID的作用。P控制器的選型：特點(diǎn)：快，輸出與偏差成比例，閥門開度與偏差有對應(yīng)關(guān)系，有余差?？关?fù)荷干擾能力強(qiáng)，調(diào)節(jié)時(shí)間短。適用場合：適用于控制通道滯后小，負(fù)荷變化不大，允許被控量在一定范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)。如：壓縮機(jī)儲壓罐的壓力控制系統(tǒng)；儲液槽的液位控制系統(tǒng)：串級控制系統(tǒng)的副回路。PI控制器的選型：特點(diǎn)：I可消除余差，但穩(wěn)定性低。引入I后，Kc!(?t)，可保持原穩(wěn)定性，但過渡過程變長。適用場合：適用于控制通道滯后小，負(fù)荷變化不大，被控量不允許有余差的場合。如：流量、壓力系統(tǒng)。PID控制器的選型：特點(diǎn)：D對克服容量滯后有明顯的效果，D使穩(wěn)定性提高，最大偏差減??；I消除余差；P作用快速有效。適用場合：適用于容量滯后較大，負(fù)荷變化較大，被控量不允許有余差的場合。如：溫度、ph值系統(tǒng)等。對于負(fù)荷變化很大，純滯后又較大的系統(tǒng)，應(yīng)采用復(fù)雜的控制方案。6、 控制器參數(shù)整定方法。經(jīng)驗(yàn)湊試法、臨界比例度法、衰減曲線法（4：1或10：