化工自動(dòng)化工程師職業(yè)資格考試試題及答案考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、1.在化工過(guò)程控制中，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抑制干擾，常用的控制策略之一是（）。2.對(duì)于具有較大純滯后時(shí)間的對(duì)象，首選的控制器類型通常是（）。3.某溫度控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=2/(s+1)(s+5)，其臨界穩(wěn)定時(shí)（增益裕度裕量為0dB）的開(kāi)環(huán)增益Kc為（）。4.在串級(jí)控制系統(tǒng)中，內(nèi)環(huán)的主要作用是（）。5.在流量測(cè)量中，如果管道內(nèi)流體是脈動(dòng)流，會(huì)對(duì)哪種類型的流量計(jì)造成較大的測(cè)量誤差？（）6.差壓式流量計(jì)測(cè)量開(kāi)口管道流量時(shí)，為消除密度變化的影響，應(yīng)采用（）。7.在安全儀表系統(tǒng)中，安全完整性等級(jí)（SIL）主要表征了儀表系統(tǒng)的（）。8.根據(jù)功能安全標(biāo)準(zhǔn)SIL2，安全儀表系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間（MTTF）要求通常小于（）毫秒。9.某調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)Cv為100，閥前壓力為1MPa，閥后壓力為0.3MPa，流體密度為500kg/m3，該調(diào)節(jié)閥的流量（Q）約為（）m3/h（假設(shè)流體可壓縮性忽略不計(jì)，取水油密度比ρ_o/ρ_w≈0.8）。10.在DCS系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)不同控制器之間以及控制器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間數(shù)據(jù)交換的通信網(wǎng)絡(luò)通常稱為（）。二、1.簡(jiǎn)述PID控制器中，比例（P）、積分（I）、微分（D）三種作用分別對(duì)控制系統(tǒng)性能（穩(wěn)定性、快速性、超調(diào)量）的影響。2.什么是分程控制？簡(jiǎn)述其在化工過(guò)程中的典型應(yīng)用場(chǎng)景。3.列舉三種常見(jiàn)的工業(yè)過(guò)程檢測(cè)儀表，并簡(jiǎn)述其基本工作原理。4.簡(jiǎn)述現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（如ProfibusDP或Modbus）相比傳統(tǒng)模擬信號(hào)傳輸?shù)闹饕獌?yōu)點(diǎn)。5.什么是安全完整性等級(jí)（SIL）？簡(jiǎn)述選擇SIL等級(jí)時(shí)需要考慮的主要因素。6.簡(jiǎn)述在化工自動(dòng)化工程項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，調(diào)試階段的主要工作內(nèi)容和目標(biāo)。7.什么是比值控制？在哪些類型的化工過(guò)程中應(yīng)用廣泛？8.簡(jiǎn)述PLC相比傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)。9.簡(jiǎn)述人機(jī)界面（HMI）在化工自動(dòng)化系統(tǒng)中的作用。10.簡(jiǎn)述化工過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的主要原則。三、1.某精餾塔塔頂溫度過(guò)高，需要用冷凝液流量進(jìn)行控制。假設(shè)采用回流比作為副參數(shù)構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)，試畫(huà)出該控制系統(tǒng)的示意圖（可用文字描述控制流程），并說(shuō)明主、副控制器的作用。2.某流量控制回路使用電磁流量計(jì)測(cè)量導(dǎo)電液體流量，PLC作為控制器輸出4-20mA信號(hào)至調(diào)節(jié)閥?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)流量波動(dòng)較大，且調(diào)節(jié)閥動(dòng)作頻繁。分析可能的原因，并提出相應(yīng)的排查和改進(jìn)措施。3.設(shè)有一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，對(duì)象傳遞函數(shù)為G_o(s)=1/(10s+1)，調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為G_c(s)=Kc/(0.2s+1)。若系統(tǒng)采用臨界比例度法整定PID參數(shù)，測(cè)得臨界增益Kc_cr=8，臨界周期Tc_cr=1.2秒。請(qǐng)計(jì)算初始的P、I、D整定參數(shù)（采用Ziegler-Nichols經(jīng)驗(yàn)公式）。4.某安全儀表功能要求SIL1級(jí)別，采用一個(gè)安全控制器和一個(gè)安全執(zhí)行器（安全儀表功能等級(jí)為SIL2）。試簡(jiǎn)述該安全儀表系統(tǒng)整體的安全完整性等級(jí)如何確定？并說(shuō)明理由。5.假設(shè)你需要為一個(gè)新建的化工反應(yīng)器設(shè)計(jì)一套自動(dòng)化控制系統(tǒng)，請(qǐng)列出需要考慮的主要功能需求、需要選用的關(guān)鍵儀表和控制器類型、以及需要考慮的安全相關(guān)要求。試卷答案一、1.比值控制2.比例-微分（PD）控制器3.54.快速響應(yīng)干擾，提高控制精度5.電磁流量計(jì)6.附加微分壓頭（或安裝均壓管）7.安全功能儀表系統(tǒng)的性能水平（或風(fēng)險(xiǎn)降低能力）8.50009.約114.110.現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)（或FoundationFieldbus,Profibus等）二、1.P作用：提高響應(yīng)速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差，但過(guò)大會(huì)導(dǎo)致超調(diào)和振蕩；I作用：消除穩(wěn)態(tài)誤差，但過(guò)大會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)變慢和超調(diào)；D作用：預(yù)測(cè)未來(lái)變化，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減小超調(diào)，但過(guò)大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩。2.比值控制是指將兩種或多種流體的流量保持一定比例關(guān)系進(jìn)行的控制。典型應(yīng)用：如反應(yīng)器中原料配比控制、焚化爐的燃料與空氣配比控制等。3.例如：熱電偶（測(cè)量溫度，基于熱電效應(yīng)）、壓力變送器（測(cè)量壓力，基于彈性元件變形或壓阻效應(yīng)）、流量計(jì)（測(cè)量流量，如差壓式、電磁式等）。4.優(yōu)點(diǎn)：數(shù)字信號(hào)傳輸，抗干擾能力強(qiáng)；支持多變量傳輸；支持設(shè)備診斷與維護(hù)；降低現(xiàn)場(chǎng)布線成本；提高系統(tǒng)靈活性等。5.SIL是安全儀表功能性能等級(jí)的量化表示，范圍從0到4。選擇SIL等級(jí)需考慮工藝風(fēng)險(xiǎn)、安全完整性要求、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、經(jīng)濟(jì)性等因素。6.調(diào)試階段主要工作包括：檢查系統(tǒng)接線與配置、進(jìn)行單體調(diào)試（儀表、控制器、閥門）、回路調(diào)試（檢測(cè)回路）、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)調(diào)試、性能測(cè)試、安全測(cè)試等，目標(biāo)是確保系統(tǒng)按設(shè)計(jì)要求穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。7.比值控制是指將一種流體的流量（主流量）與另一種或多種流體的流量（從流量）保持預(yù)定比例關(guān)系進(jìn)行的控制。廣泛用于需要精確配比的化工過(guò)程，如反應(yīng)器原料配比、吸收塔溶劑與氣體配比等。8.PLC優(yōu)勢(shì)：編程靈活方便（梯形圖等），可靠性高，功能強(qiáng)大，易于擴(kuò)展，成本相對(duì)較低，便于維護(hù)和修改。9.HMI是人與工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)交互的界面，用于操作、監(jiān)控、報(bào)警顯示、參數(shù)設(shè)定等，是操作人員了解和控制生產(chǎn)過(guò)程的主要窗口。10.設(shè)計(jì)原則：安全性第一、可靠性高、先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性結(jié)合、標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化、人機(jī)工程學(xué)、可維護(hù)性、開(kāi)放性等。三、1.示意圖（文字描述）：冷凝液流量（Q）作為被控變量，由調(diào)節(jié)閥控制。塔頂溫度（T）作為被控變量，其測(cè)量值作為副調(diào)節(jié)器的輸入?；亓鞅龋≧）作為副被控變量，由回流泵流量或閥門控制，其設(shè)定值由主調(diào)節(jié)器輸出決定。主調(diào)節(jié)器輸入為設(shè)定值（或工藝要求溫度Tset）與塔頂溫度（T）的偏差，輸出用于計(jì)算回流比設(shè)定值。副調(diào)節(jié)器輸入為塔頂溫度（T）與回流比設(shè)定值對(duì)應(yīng)的溫度設(shè)定點(diǎn)（Tset副）的偏差，輸出用于控制回流泵閥門或流量計(jì)，調(diào)節(jié)回流比。主控制器：根據(jù)塔頂溫度與設(shè)定值的偏差，計(jì)算所需的最佳回流比，確保溫度穩(wěn)定在設(shè)定值。副控制器：根據(jù)塔頂溫度與基于回流比計(jì)算出的期望溫度的偏差，快速調(diào)整回流比，抑制干擾對(duì)主被控變量（塔頂溫度）的影響。2.可能原因：①流量計(jì)或調(diào)節(jié)閥本身故障或漂移；②管道內(nèi)存在氣穴或堵塞；③控制器參數(shù)整定不當(dāng)，導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩或響應(yīng)慢；④上下游設(shè)備或流程變化引入干擾；⑤安全連鎖或報(bào)警影響操作。排查與改進(jìn)措施：①檢查并校驗(yàn)流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥；②檢查管道，消除氣穴和堵塞；③重新整定控制器參數(shù)；④分析干擾來(lái)源，考慮增加前饋控制或改進(jìn)控制策略；⑤檢查并優(yōu)化安全連鎖邏輯，確保不影響正常調(diào)節(jié)。3.Kp=Kc_cr/2.2=8/2.2≈3.64Ti=Tc_cr/0.5=1.2/0.5=2.4sTd=Tc_cr/8=1.2/8=0.15sPID參數(shù)：P:Kc=3.64I:Ti=2.4sD:Td=0.15s（注意：這里使用的是臨界比例度法的Ziegler-Nichols經(jīng)驗(yàn)公式，不同公式或方法計(jì)算結(jié)果可能略有差異）4.該安全儀表系統(tǒng)整體的安全完整性等級(jí)應(yīng)為SIL1。理由：根據(jù)功能安全標(biāo)準(zhǔn)（如IEC61508或相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），當(dāng)安全儀表系統(tǒng)包含多個(gè)安全儀表功能（SIF）單元時(shí)，系統(tǒng)的整體安全完整性等級(jí)取決于其中安全完整性等級(jí)最低的那個(gè)單元。本系統(tǒng)包含一個(gè)SIL2的安全控制器和一個(gè)SIL2的安全執(zhí)行器，因此整體安全完整性等級(jí)由最低的SIL2決定為SIL1。5.功能需求：實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器溫度、壓力、液位等關(guān)鍵參數(shù)的精確監(jiān)測(cè)與控制；實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵聯(lián)鎖保護(hù)功能（如超溫、超壓、低液位保護(hù)）；提供操作員界面（HMI）進(jìn)行監(jiān)控、操作和報(bào)警；具備數(shù)據(jù)記錄與歷史趨勢(shì)功能；具備安全儀表功能（如緊急停車系統(tǒng)）。關(guān)鍵儀表：溫度傳感器（如熱電偶/RTD）、壓力變送器、液位變送器、流量計(jì)（根據(jù)需要）、分析儀