过程控制系统的设计与实现

过程控制系统是在生产线自动控制系统中用来管理生产过程数据的计算机系统，通常完成生产线上各设备的设定值计算、模型优化、生产过程数据和产品质量数据的收集、收集和设备运行数据、生产计划数据维护、生产原料数据和生产成品数据的管理、物料数据在生产线上的全线跟踪、协调各控制系统间的动作和数据传递等。

标签：过程控制系统；设备数据管理；日志系统

1 引言

工厂的计算机管理系统通常被分为三级，由下往上依次为：基础自动化系统BAS（一级计算机系统Basic Automatic System）、生产过程控制系统PCS（二级计算机系统Process Control System）、生产管理系统PMS（三级计算机系统Production Manage System），在这三大主要系统以外，还有基础仪表系统、传动系统、人机界面系统HMI（Human Machine Interface）。

传动系统主要是控制马达的运转。该系统和基础自动化相连，接收基础自动化的指令，控制马达的运转，同时向基础自动化系统报告马达的运转实际数据。

仪表系统直接和机械设备连接，由各种智能/非智能仪表和PLC中的仪表控制程序组成。该系统同时和基础自动化系统、人机界面系统、生产过程控制系统通讯，向这些系统传送各种仪表的监测数据。该系统直接获取仪表数据和控制各种智能仪表（阀门、开关等）的动作。

基础自动化系统和仪表系统密不可分，但比仪表系统高级一些，实现了更复杂的逻辑和管理功能，能够控制更高级的设备和智能系统。该系统主要是PLC 及其中的控制程序以及工业控制网络系统。本系统连接传动系统、仪表系统、过程控制系统、HMI系统。该系统接收生产过程控制系统下达的生产设定值，或HMI上由操作工输入的生产设定值，实际控制各机械部件和电子器件的工作，使生产线运转起来。同时，该系统可收集生产实绩数据，但数据管理能力较弱，无法完成复杂的数据管理任务。

过程控制系统是连接生产管理系统和基础自动化系统的桥梁，同时提供了和生产过程相关的高级数据管理功能。主要功能有：生产计划管理、针对每个生产合同的生产设定值管理、收集生产过程数据，形成产品质量数据、协调全生产线的运转、接受操作工指令从而干预的生产过程、收集管理各设备的运行数据、对数学模型或生产参数设定值进行学习和优化、负责为HMI提供数据等。该系统主要是生产过程管理计算机和生产过程管理软件。该系统和如下系统有紧密联系：仪表系统、基础自动化系统、HMI系统、生产管理系统。由于以上各系统均有自己的一套独立的技术方案、开发模式、开发工具、软硬件环境，使用的技术各不相同。故过程控制系统需要能够提供强大的通讯手段，和各种异构系统之

过程控制系统作业题

过程控制系统作业题一、填空： 1、建立过程数学模型有和两种基本方法。 2、根据在输入作用下，能否依靠过程自身能力恢复平衡，过程又可分为过程和过程。 3、过程控制系统一般由（）、（）两部分组成。 4、过程控制一般指控制。 5、对于控制系统的工程设计来说，控制方案的设计是核心。主要包括的内容有，，，。 6、工业生产对过程控制的要求是多方面的，最终可归纳为三个方面，即，，。 7、PID参数在工程上，常采用的方法有，，，。 8、串级调节主要是改善系统的特性，其主回路是调节，付回路是系统，付回路调节器的给定值是。在投运时应先投回路，后投回路。 9、调节器正反作用选择原则是（）。 10、被控参数的选择有（）、（）两种选择方法。 11、控制参数选择原则是（）、（）、（）。 12、某比值控制系统要求主动量与从动量的比值为1:2，主动量仪表量程为0-3600T/h，从动量仪表量程为 0-2400T/h。则比值系数为（）。 13、某人在整定PID参数时，将比例度设置为25%，调节系统刚好临界振荡，且振荡周期为5分钟，若采用 PI调节，则比例度应选（），积分时间常数应选（）。 14、分程调节是指一个调节器的输出，控制两个或多个（），为了实现分程调节，一般需要引入（）。 15、分程调节是指一个调节器的输出，控制两个或多个（）。二、选择题： 1、某奶粉生产过程中干燥工艺如下，已知，乳液节流易结块，奶粉的质量取决于其含水量的大小，而含水量与干燥温度有单值对应关系。因此被控参数可选（），控制参数可选（） A：干燥器温度 B：奶粉含水量 C：乳液流量 D：空气旁通量 E：加热蒸汽量

2、在选择调节阀流量特性是，一般线性过程选（），而非线性过程选（） A：快开特性。 B：直线特性。 C：等百特性。 D：抛物线特性。 3、在选择调节阀口径时是根据（） A：介质流量。 B：流通能力。 C：扰动的大小。 D：被控参数的要求 4、一个热交换器如图所示，用蒸汽将进入其中的冷水加热至一定温度，生产要求热水温度要保持定值（t+1℃）。因此被控参数可选（），控制参数可选（）。 A：热水温度 B：冷水温度 C：蒸汽流量 D：蒸汽温度 5、某压力变送器的量程是0-1MPa，其输出信号的范围是4-20mA，当其输出16 mA时，则压力测量值是（） A：0.85 MPa。 B：0.8 MPa。 C：0.75 MPa。 D：0.7 MPa。 6、在用凑试法，整定PID参数时，正确的方法是（） ①、先使调节器T I=∞、T D=0，调比例度，使系统的过度过程达到满意效果。（一般为4∶1衰减震荡） ②、将比例度放大1.2倍，T D=0，T I由大到小凑试，直至达到满意效果。 ③、将比例度放大1.2倍，T D=0，T I由小到大凑试，直至达到满意效果。 ④、将T D置于0.25T I，增大比例度，直至达到满意效果。 ⑤、将T D置于0.25T I，减小比例度，直至达到满意效果。 A ①、②、④ B ①、②、⑤ C ①、③、④ D ①、③、⑤ 三、简答： 1、试用矩型脉冲响应曲线法求加热炉的数学模型。当脉冲t=2分，幅植为2T/h时，其实验数据如下；试由矩型脉冲响应曲线转换成阶跃响应曲线 2、某生产过程，其控制流程如下；试确定调节阀是气开，还是气关？调节器是正作用，还是反作用？

过程控制工程课程设计

过程控制工程课程设计任务书设计名称：扬子烯烃厂丁二烯装置控制模拟设计设计时间：2006.2.20~2006.3.10 姓名：毛磊班级：自动化0201 学号：05号南京工业大学自动化学院 2006年3月

1.课程设计内容：学习《过程控制工程》课程和下厂毕业实习2周后，在对扬子烯烃厂丁二烯装置的实际过程控制策略、实习环节的控制系统以及相应的组态软件有一定的认识和了解的基础上，针对扬子烯烃厂丁二烯装置，设计一个复杂控制系统（至少包含一个复杂回路和3-5个简单回路），并利用组态软件进行动态仿真设计，调节系统控制参数，使控制系统达到要求的控制效果。 1)独立完成设计任务，每个人根据下厂具体实习装置，确定自己的课程设计题目，每1-3人/组； 2)选用一种组态软件（例如：采用力控组态软件）绘制系统工艺流程图； 3)绘制控制系统原有的控制回路； 4)利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利用组态软件，对控制系统进行组态； 5)改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态； 6)调节控制参数，使性能指标达到要求； 7)写出设计工作小结。对在完成以上设计过程所进行的有关步骤：如设计思想、指标论证、方案确定、参数计算、元器件选择、原理分析等作出说明，并对所完成的设计做出评价，对自己整个设计工作中经验教训，总结收获。 2. 进度安排（时间3周） 1)第1周选用一种组态软件绘制系统工艺流程图；绘制控制系统原有的控制回路； 2)第2周利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利用组态软件，对控制系统进行组态； 3)第3周(1-3) 改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态；调节控制参数，使性能指标达到要求； 4)第3周(4) 书写课程设计说明书 5)第3周(5) 演示、答辩

过程控制系统课程设计报告报告实验报告

成都理工大学工程技术学院《过程控制系统课程设计实验报告》名称：单容水箱液位过程控制班级：2011级自动化过程控制方向姓名：学号：

目录前言一．过程控制概述 (2) 二．THJ-2型高级过程控制实验装置 (3) 三．系统组成与工作原理 (5) （一）外部组成 (5) （二）输入模块ICP-7033和ICP-7024模块 (5) （三）其它模块和功能 (8) 四．调试过程 (9) （一）P调节 (9) （二）PI调节 (10) （三）PID调节 (11) 五．心得体会 (13)

前言现代高等教育对高校大学生的实际动手能力、创新能力以及专业技能等方面提出了很高的要求，工程实训中心的建设应紧紧围绕这一思想进行。首先工程实训首先应面向学生主体群，建设一个有较宽适应面的基础训练基地。通过对基础训练设施的集中投入，面向全校相关专业，形成一定的规模优势，建立科学规范的训练和管理方法，使训练对象获得机械、电子基本生产过程和生产工艺的认识，并具备一定的实践动手能力。其次，工程实训的内容应一定程度地体现技术发展的时代特征。为了适应现代化工业技术综合性和多学科交叉的特点，工程实训的内容应充分体现机与电结合、技术与非技术因素结合，贯穿计算机技术应用，以适应科学技术高速发展的要求。应以一定的专项投入，建设多层次的综合训练基地，使不同的训练对象在获得对现代工业生产方式认识的同时，熟悉综合技术内容，初步建立起“大工程”的意识，受到工业工程和环境保护方面的训练，并具备一定的实用技能。第三，以创新训练计划为主线，依靠必要的软硬件环境，建设创新教育基地。以产品的设计、制造、控制乃至管理为载体，把对学生的创新意识和创新能力的培养，贯穿于问题的观测和判断、创造和评价、建模和设计、仿真和建造的整个过程中。

过程控制系统

《控制系统》课程设计课题：加热炉温度控制系统系别：电气与电子工程系专业：自动化姓名：学号：1214061（44、32、11）指导教师河南城建学院 2010年12月29日

成绩评定· 一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。二、评分（按下表要求评定）评分项目设计报告评分答辩评分平时表现评分合计（100分）任务完成情况（20分）课程设计报告质量（40分）表达情况（10分）回答问题情况（10分）工作态度与纪律（10分）独立工作能力（10分）得分课程设计成绩评定班级姓名学号成绩：分（折合等级）指导教师签字年月日

一、设计目的：通过对一个使用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。二、设计要求：设计一个加热炉温度控制系统，确定系统设计方案，画出系统框图，完成元器件的选择和调节器参数整定。三、总体设计： 1．控制系统的设计思想串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。 2 .加热炉控制系统原理加热炉控制系统以炉内温度为主被控对象，燃料油流量为副被控对象的串级控制系统。该控制系统的副回路由燃料油流量控制回路组成，因此，当扰动来自燃料油上游侧的压力波动时，因扰动进入副回路，所以，能迅速克服该扰动的影响。由于炉内温度的控制不是单一因素所能实现的，所以，还要对空气的流量进行控制。空气的控制直接影响炉内燃烧的状况，不仅影响炉温，还直接影响了能源的利用率和环境的污染。所以，对空气的控制很有必要，其原理和燃料控制相同。

过程控制课程设计汇本(脱丙烷塔控制系统设计有图)

成绩：《过程控制工程》课程设计报告题目：脱丙烷塔控制系统设计学院：计算机与电子信息学院班级：自动化姓名：学号：指导教师：起止日期：2012年12月31日～2013年01月4日

目录一、设计任务书 (2) 二、设计说明书 (5) 1、摘要 2、基本控制方案的设计与分析 3、节流装置的计算 4、蒸汽流量控制阀口径的计算三、参考文献 (11) 四、附图 (15)

一、设计题目：《脱丙烷塔控制系统设计》二、设计目的： 1、掌握控制系统的基本构成、原理及设计的方法和步骤。 2、掌握控制方案的设计、仪表选型的方法及管道流程图、仪表接线图、仪表安装等图的绘制方法。 3、掌握节流装置和调节阀的计算。 4、了解信号报警及联锁系统的设计和顺序控制系统的设计。 5、通过理论联系实际，掌握必须的工程知识，加强对学生实践动手能力和独立完成工程设计任务能力的培养。三、设计所需数据： 1、主要工艺流程和环境特征概况脱丙烷塔的主要任务是切割C3和C4混合馏分，塔顶轻关键组分是丙烷，塔釜重关键是组分丁二烯。主要工艺流程如图1所示：第一脱乙烷塔塔釜来的釜液和第二蒸出塔的釜液混合后进入脱丙烷塔，进料为气液混合状态，液化率为0.28。进料温度为32℃，塔顶温度为8.9℃，塔釜温度为72℃。塔操作压力为0.75MPa(绝压)。采用的回流比约为1.13。冷凝器由0℃丙烯蒸发制冷,再沸器加热用的0.15 MPa(绝压)减压蒸汽由来自裂解炉的0.6 MPa(绝压)低压蒸汽与冷凝水混合制得的。和其他精馏塔一样，脱丙烷塔也是一个高阶对象，具有对象通道多、在机理复杂、变量间相互关联、动态响应慢、控制要求高等特点。脱丙烷塔的自动控制应满足质量指标、物料指标、能量平衡及约束条件等要求。脱丙烷塔所处的环境为甲级防爆区域,工艺介质为多种烃类混合物,沸点低、易挥发、易燃、易爆，生产装置处于露天，低压、低温。主导风向由西向东。 2、仪表选型说明所选仪表应具有本质安全防爆性能等特点，电动Ⅲ型仪表在安全性、可靠性等方面已能满足要求。电动仪表信号传送快且距离远，易与计算机配合使用，除控制阀外，最好全部选用电动Ⅲ型仪表。采用安全栅，可构成本质安全防爆系统。

孙洪程版过程控制课后答案

第一章思考题及习题 1.1何谓控制通道?何谓干扰通道?它们的特性对控制系统质量有什么影响? 答：所谓“通道”，就是某个参数影响另外一个参数的通路，这里所说的控制通道就是控制作用(一般的理解应当是控制器输出)U(s)对被控参数Y(s)的影响通路(一般的理解是控制作用通过执行器影响控制变量，然后控制变量通过被控对象再影响被控参数，即广义对象上的控制通道)。同理，干扰通道就是干扰作用F(s)对被控参数Y(s)的影响通路。干扰通道的特性对控制系统质量影响如下表所示。控制通道的特性对控制系统质量影响如下表所示 1.2如何选择控制变量? 答：① 所选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数越大越好，而控制通道时间常数应适当小一些为好，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。一般来说，生产负荷直接关系到产品的产量，不宜经常变动，在不是十分必要的情况下，不宜选择生产负荷作为控制变量 1.3控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响?对控制系统的动态质量有何影响? 答：当G c(s)=K c时，即控制器为纯比例控制，则系统的余差与比例放大倍数成反比，也就是与比例度δ成正比，即比例度越大，余差也就越大。 K c增大、δ减小，控制精度提高(余差减小)，但是系统的稳定性下降。 1.4 4：1衰减曲线法整定控制器参数的要点是什么? 答：衰减曲线法是在系统闭环情况下，将控制器积分时间T i放在最大，微分时间T d放在最小，比例度放于适当数值(一般为100%)，然后使δ由大往小逐渐改变，并在每改变一次δ值时，通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰，同时观察过渡过程变化情况。如果衰减比大于4：1，δ应继续减小，当衰减比小于4：1时δ应增大，直至过渡过程呈现4：1衰减时为止。找到4：1衰减振荡时的比例度δs，及振荡周期T s。再按经验公式，可以算出采用不同类型控制器使过渡过程出现4：1振荡的控制器参数值。依次将控制器参数放好。不过在放积分、微分之前应将多放在比计算值稍大(约20%)的数值上，待积分、微分放好后再将δ放到计算值上。放好控制器参数后可以再加一次干扰，验证一下过渡过程是否呈4：1衰减振荡。如果不符合要求，可适当调整一下δ值，直到达到满意为止。 1.5图1.41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：

过程控制系统论文关于过程控制的论文

过程控制系统论文关于过程控制的论文高炉TRT过程控制系统的研究与应用摘要：TRT为高炉煤气余压能量回收透平发电装置的简称，它是把高炉出口煤气中所蕴含的压力能和热能，通过透平膨胀机作功，驱动发电机发电的一种能量回收装置。从而达到节能、降噪、环保的目的，具有很好的经济效益和社会效益，是目前现代国际、国内钢铁企业公的节能环保装置。TRT机组运行的关键是：在任何时刻，都不能影响高炉的炉顶压力。关键词：PLC；可靠性；PID；自动控制 1 概述 TRT为高炉煤气余压能量回收透平发电装置的简称，它是把高炉出口煤气中所蕴含的压力能和热能，通过透平膨胀机作功，驱动发电机发电的一种能量回收装置。从而达到节能、降噪、环保的目的，具有很好的经济效益和社会效益，是目前现代国际、国内钢铁企业公认的节能环保装置。 2 高炉TRT过程控制系统工艺简介目前，作为我国高炉节能、降噪、环保的能量回收装置TRT，不可避免在运行过程中出现紧急停机现象。特别是目前高炉普遍的塌料现象，如果对于系统的过程控制方案采取不当，将会导致高炉炉顶压力迅间增大，以至“憋压”。当压力超上限，就迫使TRT紧急跳车，使机组及时的退出静叶对高炉顶压的自动调节。当快切阀门关闭以后，调节高炉顶压的控制权就交给两个液压伺服控制的旁通阀（快开阀）。在国内TRT的发展历史上，由于所选择的控制系统方案不当而导致了多次事故的发生，一般情况下很容易将透平止推瓦损坏，更为严重的是由于炉顶压力的迅间增大，给高炉造成了极大的危险和危害，以至被迫停炉，影响了生产。 3 关键技术通过参照TRT工艺的要求，对机组紧急停机时的高炉顶压调节采取了前馈-反馈（FFC-FBC）控制方案。该控制方案综合了前馈控制与反馈控制的优点，将反馈控制不易克服的干扰（高炉煤气流量）进行前馈控制，快速打开旁通阀，使高炉煤气形成畅通。但是由于前馈控制属于开环控制，尽管可以消除这一不安全因素，但不能完全保证顶压稳定，如果顶压波动较大，势必影响高炉生产，因此就对该过程采取了前馈-反馈控制（也称为复合控制）。机组发电运行阶段，高炉顶压的控制权交给了透平静叶，具有一定的干扰。如果不选择合适的控制方案，则也将影响高炉炉顶压力。为了提高系统的抗干扰能力，我们对这一过程采取了串级控制通过静叶来调节高炉顶压，目前，在国内很多公司TRT控制设备通常在TRT自动投入的时候，通常采取顶压功率复合控制，他们把功率PID调节器输出与顶压PID调节器输出的最小值作为顶压功率复合调节的输出。这种控制方案的实施在抗干扰能力方面稍逊于串级控制思想方案的调节。因为一般在设备运行过程中，高炉煤气发生量随时变化，除此之外，煤气的温度及透平入口的压力也时刻在发生变化，这将会造成静叶的开度时刻的改变，这就是调节过程中产生的干扰因素。为此要克服对高炉顶压调节的干扰，采取串级控制回路调节是山东莱钢银前1000m3高炉TRT系统控制的一大亮点。这种调节方案的实施稳定的调节高炉的炉顶压力，设备运行稳定，也给操作人员带来了便利。从高炉TRT串级调节系统方框途中可以看出，该系统有两个环路，一个内环（副环）和一个外环（主环）。PID调节器是主调节器，伺服控制器是副调节器。主被控变量为高炉炉顶压力，透平静叶的开度为副变量。主控制器的输出是副控制器的给定，而副控制器的输出直接送到电液伺服阀。在该串级控制系统中，主环是一个定值控制系统，而副回路是一个随动系统。对于本系统采取串级控制思路有如下好处：首先，从TRT系统的串级调节方框图上可以看出，由于副回路的存在，改善了对象（高炉炉

过程控制系统及仪表王再英等课后答案(全)

第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？解答：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？解答：稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？解答：单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ；过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A ；超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数σ； 1100%() y y σ=?∞ 残余偏差C ：过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y （∞）与设定值之间的偏差C 称为残余偏差，简称残差；

过程控制工程孙洪程答案

过程控制工程孙洪程答案【篇一：过程控制工程教学大纲】 xt>过程控制工程（process control engineering）课程性质：专业主干课适用专业：机电一体化技术学时分配：课程总学时：60学时其中理论课学时：60学时；实验课学时：0学时；先行课程情况：先行课：高等数学、单片机原理与应用、自动控制原理、传感器技术等；教材：孙洪程，李大宇，翁维勤编著．《过程控制工程》．北京：高等教育出版社， 2013 年12月重印参考书目：1、邵裕燊．过程控制工程．北京：机械工业出版社 2、何衍庆，俞金寿，蒋慰孙．工业生产过程控制．北京：化学工业出版社一、课程的目的与任务过程控制工程是机电一体化技术专业开设的主干课之一，主要研究工业生产过程中应用比较成熟的控制系统。随着现代工业的迅速发展，对工业过程的要求也越来越高，用于工业过程控制的自动化装置也迅速发展，因此对工业过程控制的要求也随之提高。作为研究工业过程控制系统组成，基本控制规律，以及工业过程控制系统的设计，投运的课程-----过程控制工程也越来越受到重视，并使得该课程成为自动化相关专业的一门重要的专业课程。本课程的任务是：使学生通过本课程的学习，获得工业过程控制系统的基本理论、基本知识和基本技能，掌握测量与变送器、执行器、智能控制仪表、以及工业生产过程中的一些具体设备等自动化装置的原理与使用方法，掌握基本过程控制系统设计的方法与控制器参数的整定方法，从而为从事与本课程有关的的技术工作打下一定的基础。二、课程的基本要求本课程采用传统的课堂讲授模式，在课堂安排上，做到精讲教学内容和学生课外自学、阅读相结合，使学生了解重点、认识难点，突出重点、剖析难点，掌握重点、化解难点，提高学生解决问题能力；引导学生课前预习、课后复习，加深对其基础知识的巩固和对前沿领域的了解。

过程控制系统方案设计

过程控制仪表与系统题目：工业含硫废气控制系统方案设计学院：信息科学与工程学院专业班级：测控技术与仪器1503班学号： 7 学生姓名：王哲教师：李飞

工业含硫废气控制系统方案设计摘要：许多化工厂在厂区内燃料燃烧和生产工艺过程中都会产生各种含有污染的有害气体，其中含硫的气体对环境造成的污染尤为严重。因此对含硫废气正确合理的处理至关重要。在我国工业含硫废气一般多采用焚烧工艺，经焚烧炉焚烧，使污染性气体转换成安全物质。经方案论证后，本设计采用双闭环串级控制系统，控制目标温度在600-800℃设定尾气焚烧炉炉温波动范围不超过±30℃。该控制系统中运用PID算法，传感器将检测到的模拟信号送到变送器，变送器输出4～20mA的电流信号。将变送器输出的标准信号送入控制器中，控制器通过分析比较所测参数与预设参数之后输出控制信号，执行器根据传送过来的信号进行变化，最终达到对系统温度的控制。关键词：双闭环串级控制系统；炉温控制；流量控制；变送器 1 引言含硫废气与加氢反应器出口过程器被加热至270-320℃左右与外补富氢气混合后进入加氢反应器在加氢催化剂的作用下转化为H2S。加氢反应为放热反应，离开反应器的尾气-换热器换冷却后进入冷凝塔。废气在冷凝塔中利用循环机冷水来降温。70℃冷凝水自冷凝塔底部流出，经济冷泵加压后经急冷水冷却器用循环水冷却至40℃，循环至冷却塔顶。部分急冷水经急冷水过滤器过滤后返回急冷水泵入口。尾气中的水蒸气被冷凝，产生的酸性水由急冷水泵送至酸性水处理处。为防止酸性水对设备的腐蚀，需向急冷水中注入氨根据ph值大小决定注入氨的量。冷凝后的尾气离开冷凝塔进入回收塔，用30%的甲基二乙醇胺溶液吸收废气中的硫化氢，同时吸收部分二氧化碳。吸收塔底富液用富液泵送至溶剂再生部分统一处理。从塔顶出来的净化气经尾气分液罐分液后进入焚烧炉燃烧，有燃料气流量控制炉膛温度；废气中残留的硫化氢几乎全转化成二氧化硫，最后再对二氧化硫进行处理。焚烧炉要控制温度在600-800℃，保证尾气可以充分燃烧，对环境和人的健康都没有危害。温度控制系统可采用的方法有双闭环串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统、前馈-反馈控制系统、分程控制系统等。

过程控制工程基础习题及答案

西南科技大学成教学院德阳教学点《自动化仪表与过程控制》练习题及参考答案班级：姓名：学号：成绩：一、填空题 1、过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送等环节组成。 2、仪表的精度等级又称准确度级，通常用引用误差作为判断仪表精度等级的尺度。 3、过程控制系统动态质量指标主要有衰减比n 、超调量σ和过渡过程时间s t；静态质量指标有稳态误差e ss 。 4、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。 5、根据使用的能源不同，调节阀可分为气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀三大类。 6、过程数学模型的求取方法一般有机理建模、试验建模和混合建模。 7、积分作用的优点是可消除稳态误差(余差)，但引入积分作用会使系统稳定性下降。 8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为单闭环比值控制、双闭环比值控制和变比值控制三种。 9、Smith预估补偿原理是预先估计出被控过程的数学模型，然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的纯滞后进行补偿。 10、随着控制通道的增益K0的增加，控制作用增强，克服干扰的能力最大，系统的余差减小，最大偏差减小。 11、从理论上讲，干扰通道存在纯滞后，不影响系统的控制质量。 12、建立过程对象模型的方法有机理建模和系统辨识与参数估计。

13、控制系统对检测变送环节的基本要求是准确、迅速和可靠。 14、控制阀的选择包括结构材质的选择、口径的选择、流量特性的选择和正反作用的选择。 15、防积分饱和的措施有对控制器的输出限幅、限制控制器积分部分的输出和积分切除法。 16、如果对象扰动通道增益f K 增加，扰动作用增强，系统的余差增大，最大偏差增大。 17、在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是通过旁路控制。二、名词解释题 1、衰减比答：衰减比n 定义为：衰减比是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。为保证系统足够的稳定程度，一般取衰减比为4:1～10:1。 2、自衡过程答：当扰动发生后，无须外加任何控制作用，过程能够自发地趋于新的平衡状态的性质称为自衡性。称该类被控过程为自衡过程。 3、分布式控制系统答：分布式控制系统DCS ，又称为集散控制系统，一种操作显示集中、 2 1B B n

过程控制工程2-4章答案(孙洪程著)

第二章思考题及习题与单回路系统相比，串级控制系统有些什么特点答：串级控制方案具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。因此，串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好。(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为什么说串级控制系统主控制器的正、反作用只取决于主对象放大倍数的符号，而与其他环节无关答：主控制器的正、反作用要根据主环所包括的各个环节的情况来确定。主环内包括有主控制器、副回路、主对象和主变送器。控制器正、反作用设置正确的副回路可将它视为一放大倍数为“正”的环节来看待。这样，只要根据主对象与主变送器放大倍数的符号及整个主环开环放大倍数的符号为“负”的要求。即Sign{G 01(s )}Sign{G 02’(s )}Sign{G m1(s )}Sign{G c1(s )}=-1就可以确定主控制器的正、反作用。实际上主变送器放大倍数符号一般情况下都是“正”的，再考虑副回路视为一放大倍数为“正”的环节，因此主控制器的正、反作用实际上只取决于主对象放大倍数的符号。当主对象放大倍数符号为“正”时，主控制器应选“负”作用；反之，当主对象放大倍数符号为“负”时，主控制器应选正作用。串级控制系统的一步整定法依据是什么答：一步整定法的依据是：在串级控制系统中一般来说，主变量是工艺的主要操作指标，直接关系到产品的质量，因此对它要求比较严格。而副变量的设立主要是为了提高主变量的控制质量，对副变量本身没有很高的要求，允许它在一定范围内变化，因此在整定时不必将过多的精力放在副环上，只要主变量达到规定的质量指标要求即可。此外对于一个具体的串级控制系统来说，在一定范围内主、副控制器的放大倍数是可以互相匹配的，只要主、副控制器的放大倍数K c1与K c1的乘积等于K s (K s 为主变量呈4：1衰减振荡时的控制器比例放大倍数)，系统就能产生4：1衰减过程(下面的分析中可以进一步证明)。虽然按照经验一次放上的副控制器参数不一定合适，但可通过调整主控制器放大倍数来进行补偿，结果仍然可使主变量呈4：1衰减。试证明串级控制系统中，当干扰作用在副环时，只要主、副控制器其中之一有积分作用就能保证主变量无余差。而当干扰作用于主环时，只有主控制器有积分作用时才能保证主变量无余差。答：从串级控制系统结构图中可以看出： 1. 当干扰作用在副环时，副环在干扰下的输出可如下计算：令并假定f (t )为单位阶跃干扰，则F (s)=1/s ，运用终值定理可得： )( ) 1()( )(220202 02m m V V K S G s T K S G K S G =+= =；；

集散控制系统工程设计

合肥学院HEFEI UNIVERSITY 集散控制系统的工程设计班级： 10 姓名：学号： 10 指导教师：完成时间：

集散控制系统的工程设计现代科学技术领域中，计算机技术和自动化技术被认为是发展较快的两个分支，工业自动化根据生产过程的特点可分为过程控制和制造工业自动化及自动化测量系统。过程控制自动化是以流程工业为对象，流程工业自动化控制一般采用集散控制系统(DCS)。一、DCS控制系统介绍集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。 DCS的工程设计主要有12项内容，按先后顺序排列如下：方案论证，DCS 评估，DCS询价，技术谈判，合同签订，开工会议，系统设计，组态编程，安装调试，现场投运，整理文件，工程验收。 1.1集散控制系统的组成 1、现场控制级又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。在DCS系统中，这一级别的功能就是服从上位机发来的命令，同时向上位机反馈执行的情况。至于它与上位机交流，就是通过模拟信号或者现场总线的数字信号。由于模拟信号在传递的过程或多或少存在一些失真或者受到干扰，所以目前流行的是通过现场总线来进行DCS信号的传递。

过程控制系统课程设计

步进式加热炉控制系统设计一、步进式加热炉工艺流程 1. 步进式加热炉简介 ⑴步进式加热炉步进式加热炉是一种靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。炉子有固定炉底和步进炉底，或者有固定梁和步进梁。前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。轧钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成。步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。（2）步进式炉的几种类型步进式炉从炉子构造上分目前有：单面供热步进式炉、两面供热步进式炉、钢料可以翻转的步进式炉、交替步进式炉、炉底分段的步进式炉等等。单面供热步进式炉也称步进底式炉，钢料放置在耐火材料炉底或铺设在炉底上的钢枕上。钢坯吸热主要来自上部炉膛，由于一面受热，这种炉子的炉底强度较低。它适用于加热薄板坯、小断面方坯或有特殊要求的场合。两面供热步进式炉也称步进梁式炉，活动梁和固定梁上都安设有能将钢坏架空的炉底水管。在钢坯的上部炉膛和下部炉膛都设置烧嘴，因此炉底强度较高，适用于产量很高的板坯或带钢轧前加热。钢坯可以翻转的步进式炉是每走一步炉内钢料可以翻转某一角度，步进梁和固定梁都带有锯齿形耐热钢钢枕，这是加热钢管的步进式炉，每走一步钢管可以在锯齿形钢枕上滚动一小段距离，使受热条件较差的底面逐步翻转到上面，以求加热均匀。交替步进式炉则有两套步进机构交替动作。运送过程中，钢坯不必上升和下降，振动较小，底面不会被划伤，表面质量较好炉底分段的步进式炉的加热段和预热段可以分开动作。例如预热段每走一步，加热段可以

走两步或两步以上。这种构造是专门为易脱碳钢的加热而设计的。钢坯在预热段放置较密，可以得到正常的预热作用，在加热段钢坯前进较快，达到快速加热，以减少脱碳。（3）步进式炉的优缺点步进式炉是借机械将炉内钢坯托着一步一步前进，因此钢坯与钢坯还不必紧挨着，其间距可根据需要加以改变。原始的步进式炉只用于加热推钢机无法推进的落板坯或异形坯，随着轧机的大型化和连续化，推钢式炉已不能满足轧机产量和质量的要求。在这种情况下，近十年来造价较高的步进式炉得到了快速发展，其结构也日趋完善。步进式炉具有以下特点：（1）炉子长度不受钢坯厚度的限制，不会拱钢，炉子可以建得很长，目前有些炉子已接近60 米长，一个步进式炉可以代替1.5—2 个推钢式炉。（2）操作上灵活性较大，可以通过改变装料间隙调节钢坯加热时间，且更换品种方便。（3）炉内钢料易于清空，减少停炉时清除炉内钢料的时间。（4）钢坯在炉内不与水管摩擦，不会造成通过轧制还不能消除的伤痕。（5）水管黑印小，即能得到尺寸准确的轧材。（6）两面加热步进式炉可以不要实底均热段，因此加热能力比推钢式炉稍大。（7）没有出料滑坡，减少了由于滑坡高差作用而吸入炉内的冷空气。（8）钢坯有侧面加热，这样可实现三面或四面加热，因此加热时间短，钢坯氧化少。（ 9）生产能耗大幅度降低,从炼钢连铸后开始全连续的直接生产。（ 10）产量大幅度提高,在100* 104t/a 以上。（ 11）生产自动化水平非常高，原加热炉的控制系统大都是单回路仪表和继电器逻辑控制系统，传动系统也大多是模拟量控制式供电装置，现在的加热炉的控制系统大多数都具有二级过程控制系统和三级生产管理系统，传动系统都是全数字化的直流或交流供电装置。步进式炉的缺点是炉底机械设备庞大，维护和检修都较复杂，炉子造价太高。两面供热的步进式炉炉底水管较多，热损失大。单面供热的步进式炉虽然无水冷热损失，但产量较低。因此，尽管步进式炉有很多优点，仅由于它造价太高，目前在中小型厂全面推广还不适宜。

过程控制系统与仪表习题答案第二章

第2章思考题与习题 2-1 某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据：标准表读数/℃ 0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃ 201 402 604 806 1001 求：1）该表最大绝对误差； 2）该表精度； 3）如果工艺允许最大测量误差为±5℃，该表是否能用？ 2-2 一台压力表量程为0～10MPa ，经校验有以下测量结果：标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa 正行程 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 求：1）变差； 2）基本误差； 3）该表是否符合1.0级精度？ 2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa ，精度等级为1.0级。试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa 时，标准压力计上读数为5.08MPa ，试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度，为什么？解答： 1）基本误差δ= 100% ? 最大绝对误差?max ＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa 时的基本误差：% 8.0%10010 508.5=?-=δ 0.8％<1％，所以符合1.0级表。

2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题？解答： 1） 2） 2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为 1) 1.0级，0～250mA 2）2.5级，0～75mA 现要测量50mA 的直流电流，从准确性、经济性考虑哪块表更合适？解答：分析它们的最大误差： 1）?max ＝250×1％＝2.5mA ；% 5%10050 5.2±=?± =δ 2）?max ＝75×2.5％＝1.875mA ；% 75.3%10050 875.1±=?±=δ 选择2.5级，0～75mA 的表。 2-11 某DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为200～1000℃，输出为4～20mA 。当变送器输出电流为10mA 时，对应的被测温度是多少？解答： 10 4 202001000T =--； T=500C ?。 2-12 试简述弹簧管压力计的工作原理。现有某工艺要求压力范围为1.2±0.05MPa ，可选用的弹簧管压力计精度有1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五个等级，可选用的量程规格有0～1.6MPa 、0～2.5MPa 和0～4MPa 。请说明选用何种精度和量程（见附录E ）的弹簧管压力计最合适？解答： 1）工作原理： 2）根据题意：压力范围为1.2＋0.5 MPa ，即允许的最大绝对误差?max ＝0.05

过程控制系统试题(卷)

过程控制系统试题一一、选择题（10×3分） 1、过程控制系统由几大部分组成，它们是：( c ) A.传感器、变送器、执行器 B.控制器、检测装置、执行机构、调节阀门 C. 控制器、检测装置、执行器、被控对象 D. 控制器、检测装置、执行器 2、在过程控制系统过渡过程的质量指标中, ( A )反映控制系统稳定程度的指标 A.超调量 B.衰减比 C.最大偏差 D.振荡周期 3、下面对过程的控制质量没有影响的是: ( D ) A .控制通道放大倍数K O B.扰动通道放大倍数K f C.扰动通道时间常数 D.扰动通道纯滞后时间 4、在对象特性中，( )是静特性。 A. 放大系数Κ B. 时间常数T C.滞后时间τ D.传递函数 5、选择调节参数应尽量使调节通道的( ) A.功率比较大 B.放大系数适当大 C.时间常数适当小 D.滞后时间尽量小 6、在简单控制系统中，接受偏差信号的环节是( )。 A .变送器 B. 控制器, C. 控制阀 D. 被控对象 7、下列说法正确的是( )。 A. 微分时间越长，微分作用越弱； B. 微分时间越长，微分作用越强； C. 积分时间越长，积分时间越弱； D. 积分时间越长，积分时间越强。 8、调节阀按其使用能源不同可分为( )三种。 A．电动B．液动C．气动D．压动 9、打开与控制阀并联的旁路阀，会使可调比(A)。 A.变小 B.变大 C.不变 D. 为零 10、串级控制系统主、副对象的时间常数之比，T01/T02＝( )为好，主、副回路恰能发挥其优越性，确保系统高质量的运行。 A. 3～10 B. 2～8 C. 1～4 D. 1～2 二、判断题（10×2分） 1、过程控制系统中，需要控制的工艺设备(塔、容器、贮糟等)、机器称为被控对象。( ) 2、调节阀的结构形式的选择首先要考虑价格因素。( ) 3、当生产不允许被调参数波动时，选用衰减振荡形式过渡过程为宜。( ) 4、临界比例度法是在纯比例运行下进行的。通过试验，得到临界比例度δK和临界周期T K，然后根据经验总结出来的关系，求出调节器各参数值。( ) 5、一般来说，测量变送环节的作用方向总是正的。( ) 6、均匀控制系统单从结构上看与简单控制是不同的。( ) 7、采取分程控制通常可以提高控制阀的可调比。( ) 8、积分饱和通常不影响控制系统品质。( ) 9、干扰进入调节系统的位置离调节阀越近，离测量元件越远，调节质量越好。( ) 10、串级调节系统要求对主参数和副参数均应保证实现无差控制。( ) 三、简答题（4×5分）

过程控制系统的基本内容

关于过程控制系统中基本变量的检测问题前言在过程控制系统中，对于不同的工艺对象，尽管有各种各样的变量，最基本的变量总离不开：流量，压力，温度，液位。这四个变量是过程控制系统的基本变量，良好深入地掌握基本变量的控制问题，成为过程控制系统工程师必须具备的基础理论。 1.流量控制图1所示是一个液体流量稳定供应系统，它是流量控制最普通的构成形式。这里，流量传感器使用孔板a 。当流体流过孔板时，孔板前后产生差压，由流体理论可知，该孔板差压的平方根与流过孔板的流量成线性正比关系。 F = β√⊿P 式中，β是一个与流体物理性质有关的系数。采用差压变送器b ，把对应于孔板差压的流量F变换成标准电信号4—20mA，送到流量调节指示器c ，调节器按照流量设定值SV，对流量进行“积分+比率”运算，即PI调节，并经由电/气转换器e ，把运算出来的操作电信号4—20mA，变换成气压信号0.2—1kg/cm2，送到流量调节阀d 。由于流量调节阀具有输入气压与阀门开度成线性关系的制造特性，即输入气压0.2—1kg/cm2对应开度0—100%，因此从孔板检测差压到调节阀调节流量，构成整个线性系统。关于调节阀，在制造特性上，还有更复杂的内容。以下的三种特性是选择调节阀时必须确定的问题。这些特性的选取，不仅关系到调节器的调节方向，而且关系到在故障发生时，工艺对象应该投向哪个方向的安全位置。 a)FC动作特性（Failure Close） FC动作具有输入气压0.2—1kg/cm2对应开度0—100%的特性。并且当输入气压异常消失时，阀板在自身弹簧的作用下，恢复到全关位置。这种特性的调节阀，通常应用在烧嘴的燃气管路上。 b)FO动作特性（Failure Open） FO动作具有输入气压0.2—1kg/cm2对应开度100%—0的特性。并且当输入气压异常消失时，阀板在自身弹簧的作用下，恢复到全开位置。这种特性的调节阀，通常应用在冷却水管路上。 c)FL动作特性（Failure Lock） FL动作具有输入气压0.2—1kg/cm2对应开度0—100%的特性。并且当输入气压异常消失时，阀板被锁定在当前位置不动，直到下一次操作气压回到故障前的操作值后，才被解锁重新恢复调节动作。这种特性的调节阀，往往用在特定的工艺对象上。 2.压力控制关于压力控制，现以蒸馏塔为例进行说明。蒸馏塔通常是用来对物质的组分进行分离。这种分离，不是针对物质的成分进行直接提炼，而是利用各组分的沸点温度不同，进行分馏。为此，在一定温度下，使蒸馏塔顶部的压力，维持在目标组分的蒸汽压力值，就可以把目标组分分离出来。进一步讲，蒸馏塔顶部的气体被冷凝器冷却以后，根据不同的组分，会出现不同的物理状态：第一类组分：该组分一旦被蒸发气化以后，即使被冷却器深度冷却，也不再凝缩成液体，这类组分可归类为”轻质燃气”。第二类组分：该组分被蒸发气化以后，被冷却器冷却后，可以再重新凝缩为液体。正常情况下，它们