过程装备控制技术和应用
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可编辑修改精选全文完整版1下列哪一项不是生产过程自动化包含的内容（D）A 自动检测系统B 自动控制系统C信号联锁系统D自动识别系统答案：D 生产过程自动化主要包含自动检测系统、信号联锁系统、自动操纵系统、自动控制系统2闭环控制系统是根据______B_____信号进行控制的。
A被控量B偏差C扰动D给定值3 下列关于串级控制系统说法错误的是（B）A 串级控制系统包含两个回路，主环和副环B 应使系统中主要干扰包含在主环内C应使非线性环节尽量包含在副环中D 当对象具有较大的纯滞后时，应使副环尽量少包含或不包含纯滞后4根据爆炸气体的分级和分组，下列气体最危险的是( D )A甲烷（ⅠT1）B丁烷（ⅡA T2）C异戊二烯（ⅡB T3）D硝酸乙酯（ⅡC T6）5对于PID调节器，I的作用是（ B ）AI的作用是减小动态偏差B I的作用是消除静态偏差CI的作用是消除动态偏差D I对静态偏差无作用6.关于工艺介质分路以下哪个是正确的DA.静态性能好B.响应快C.可以采用三通阀D以上都是7.继电器的作用有哪些DA控制B放大C保护和调节D以上都是8.电动仪表控制的特点（D）A．能源简单 B.防爆 C.可实现无滞后的远距离传送D以上都是9.在化学反应器的控制中，以下属于约束条件的是EA催化剂活性 B 温度压力 C 反应物配比 D 流速 E 以上都是10.不是精馏塔的控制特性是哪一个AA对象是线性，系统动态响应快B多输入，多输出，被控变量，操纵变量多C系统间关联D控制要求高，方案多一．选择题1.控制系统性能指标中的余差反映了系统的（B）A.稳定性B.准确性C.响应快慢2.偏差积分性能指标中对大偏差敏感的是（B）A.平方误差积分B.时间积平方误差积分C.绝对误差积分3.为防止锅炉生产中产生脱火现象应采用（A）控制A.选择B.比值C.串级4.当一台压缩机的出口压力不够时，应采用2台或以上的（B）A.并联B.串联C.没所谓5.过程控制的第一要求是（A）A.安全性B.经济性C.稳定性6.图示标志的含义是(C)A.自动安装B.集中盘面安装C.就地安装7.如图想要增加容器的真空度，阀门开度应（A）A.↑B.↓C.都可以8.下列属于串级控制的是（A）ACB9.如下图所示的换热器的控制系统流程图，操纵变量是（B）A.物料出口温度B.蒸汽流量C.换热量10.液氨蒸发器的单回路控制如下图，应用（C）控制系统实现待冷却物料温度控制并保证液氨不满罐A.串级B.比值C.选择1上图中a代表什么（A ）A 调节器B 执行器C 被控对象D测量元件及变送器2 下列哪个不是被控对象特性的参数（D ）A 放大系数B 时间常数C 滞后时间D 变量偏差3 反馈控制系统的控制依据是什么（C ）A干扰量的变化 B 被控变量 C 被控变量的偏差 D 干扰量的波动4 一下哪项不属于定比值控制系统（D ）A 开环比值控制系统B 单闭环比值控制系统C 双闭环比值控制系统D 双开环比值控制系统5 “一个执行器，两个控制器”是哪个控制系统的特点（B ）A 前馈控制系统B 串级控制系统C 比值控制系统D 选择性控制系统6 电动控制仪表中电流信号电动Ⅲ型仪表的电流为（C ）A 0--10mAB 10--20mAC 4—20mAD 0—20mA7 下图属于什么控制（D ）A 分程控制B 前馈控制C 分段控制D 串级控制8 “任何扰动对系统的影响均可消除”是哪个控制的优点（D ）A 前馈控制B 串级控制C 比值控制D 反馈控制9 实现均匀控制有几种方案（B ）A 2种B 3种C 4种D 5种10 下列哪个物质属于第Ⅰ类爆炸性物质（A ）A 矿井甲烷B 可燃蒸汽C 易燃纤维D 爆炸性气体过程装备控制技术及运用一、选择题。
过程装备控制技术及应用绪论
绪论
1、什么是自动化？我们在现实生活当中能够体会到的自 动化有哪些？
• 所谓自动化是使工艺参数保持在需要的值或者 状态上，或者使生产过程按照一定的程序或者 步骤运行，保证生产过程运行在最佳状态
最高目标
从控制的眼光来看
2、过程装备控制的目的： • 改善工作条件（尊重人权） • 降低生产成本（含最优控制与节能） • 提高产品产量与质量 • 提高工业生产的安全性。
5、控制技术的地位：
（1）控制技术是提高社会生产力的有力工具之一； （2）控制水平是衡量国家发达程度的重要标志；表现在：无 人化生产、优越的生产环境、优秀的产品质量„„
（3）“仪表、控制和自动化技术”决定现代企业的兴衰；
（4）（计算机）控制系统是现代工业生产的神经中枢。
6、控制技术与设备专业的关系
典型的工业生产过程＝生产工艺＋生产设备＋自动控制。 自控与设备的关系：互为补充，共同为工艺服务。
• 自控专业人员必须深入了解和熟悉生产工艺和设备 • 设备专业人员也必须掌握自动控制的本质 • 了解生产对象的基本特性及其对控制的影响；根据工艺 要求选择合理的自控方案； • 综合考虑工艺与自控双方面的因素，掌握准确的工艺条 件和数据； • 了解基本测控参数的测量原理、要求，便于确定合适的 测控参数、选择合适的测控点等。
7、控制技术的简要发展过程
包含： • 控制理论的发展 • 仪表的发展 • 控制系统（自动化装置）的发展
•• 应用计算机技术是控制技术近年来发展的显著 特点。 • 控制技术的目的集中于节能并获得最大的经济 利益。 • 硬件设备功能跟踪于控制技术发展而不断完善。 • 大力开发先进控制系统和应用技术 • 控制技术向多学科综合研究和应用方向发展。
大学过程装备控制技术及应用教案
大学过程装备控制技术及应用教案大学过程装备控制技术及应用教案一、课程名称大学过程装备控制技术及应用二、教学目标本门课程是一门面向化工、机械、材料等相关专业学生的，旨在培养学生的过程装备控制技术，使其能够掌握现代化工、机械、材料等领域中过程装备的运转方式，掌握常用的过程控制技术，并在实际工程中进行应用。
三、教学内容1. 过程装备控制概述2. 过程控制基础3. 过程控制器件与仪器4. 过程控制方法5. 通信方式与网络6. 工业过程控制应用实例四、教学方法1.讲授法通过教师的讲解、演示，介绍课程中的基础概念、基本理论和方法等。
2.实验法通过实验，经验化地掌握过程控制技术，在实验的过程中培养思考问题的能力。
3.案例分析法引导学生参与案例分析，加深对过程控制技术的理解。
五、教学资源1.教材本课程使用的教材为《过程控制技术及应用》。
2.实验设备本课程使用的实验设备为过程控制模拟实验箱、过程控制系统等。
六、考核方式：1.平时成绩包括课堂参与、作业情况等。
2.实验报告实验过程和结果的总结。
3.期末考试四大模块知识内容的综合考试。
七、参考文献1.丁松等，《过程控制技术及应用》，机械工业出版社2.张勇等，《过程控制技术与综合测试方法》，中国石化出版社3.钟颖，《工业自动化控制基础》，电子工业出版社八、教学总结通过本课程的学习，学生能够掌握现代化工、机械、材料等专业中常用的过程装备控制技术，培养学生独立思考和实践能力，为日后从事相关工作提供一定的基础。
同时，本课程也为学生自主学习以及后续职业规划提供了一个较好的基础。
过程装备控制技术及应用
过程装备控制技术及应用一、课程概要本课程是过程装备与控制工程专业的学科方向及核心专业课。
该课程系统讲授过程控制的基本概念和基础理论知识，过程设备测试技术，过程控制装置，计算机控制系统、典型过程控制系统应用等。
目的是使学生掌握控制系统的基本组成、结构及分类，掌握压力、温度、流量、液位和应力等参数的测量原理及方法，了解计算机测试系统的结构及工作原理，了解变送器、调节器和执行器的结构及原理，了解单回路控制系统和串级控制系统在流体输送设备上典型应用。
从而为后续的生产实习、专业实验、毕业环节以及毕业后从事过程装备的控制系统设计、维护和管理等工作奠定基础。
二、教学团队主讲教师一姚剑飞，北京化工大学机电工程学院副教授，硕士生导师。
2002年6月于北京化工大学机械工程及自动化专业本科毕业，并留校任教。
2008年6月于北京化工大学机械电子工程专业获得工学硕士学位。
2015年6月于北京化工大学动力工程及工程热物理专业获得工学博士学位。
现为北京化工大学机电工程学院过程装备与控制工程系专业实验室主任。
主要从事教学、科研工作。
主持和参与北京市自然基金、973项目及国家自然基金等多项科研项目。
主讲过程装备控制技术及应用、过程装备与控制工程专业实验等课程。
主讲教师二戴凌汉，北京化工大学机电工程学院高级工程师，硕士生导师。
1972年1月来北京化工学院工作。
1978年到1982年北京化工学院化工设备与机械专业本科学习。
主要从事本科教学和实验工作。
主讲过程装备控制技术等课程。
三、课程描述1.教学大纲及教案（新版教学大纲不用提供，我们有。
请各位老师提供教案（WORD或PDF）文档，参考附件1）2.课程录像（请各位老师提供课程录像）3.教学课件（请各位老师按课程章节提供教学课件（PPT或PDF版的PPT））。
过程装备控制技术及应用
过程装备控制是指在过程设备上，配上一些自动化装置以及合适的自动控制系统来代替操作人员的部分或全部直接劳动，使设计制造、装配、安装等在不同程度上自动的进行。
生产过程自动化系统所包含的内容：自动检测系统、信号连锁系统、自动操作系统、自动控制系统。
工业生产对过程装备控制的要求是多方面的，最终可概括为三项要求：安全性、经济性和稳定性。
安全性是指在整个生产过程中，确保人身和设备的安全，这是最重要也是最基本的要求。
控制系统的分类：1、按给定值的特点划分：定值控制系统，随动控制系统、程序控制系统2、按系统输出信号对操纵变量的影响：闭环控制、开环控制；3、按系统的复杂程度划分：简单控制系统、复杂控制系统；4、按系统克服干扰的方法：反馈控制、前馈控制、前馈-反馈控制系统。
控制系统的过渡过程：发散振荡过程、等幅振荡过程、衰减振荡过程、非振荡的单调过程。
控制系统的性能指标：1、一阶跃响应曲线形式表示的质量指标：最大偏差A(超调量σ)、衰减比n 、回复时间t s 、余差e(∞)、震荡周期T 。
2、偏差积分性能指标：平方误差积分指标（ISE ）j = e 2∞0(t )dt →min 、时间乘平方误差积分指标(ITSE)：J = te 2∞0(t )dt →min 、绝对误差积分指标(IAE):J = e (t ) dt →min ∞0、时间乘绝对误差积分指标(ITAE)J = t e (t ) dt →min ∞被控对象的特性，就是当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律（包括变化的大小、速度等）。
被控对象的特性参数有：放大系数K 、时间常数T 、滞后时间τ放大系数：是被控对象重新达到平衡的输出变化量与输入变化量之比。
对控制通道，放大系数适宜最好；对干扰通道越小越好。
时间常数：反应了被控对象受到输入作用后，输出变量达到新稳态值的快慢，他决定了整个动态过程的长短。
对控制通道，时间常数T 大，被控变量变化缓慢，时间常数小，被控变量变化速度快，不易控制，所以适宜最好。
过程装备控制技术及应用习题及参考答案
过程装备控制技术及应用习题及参考答案过程装备控制技术及应用习题及参考答案第一章控制系统的基本概念1、什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？请问：利用自动化装置去管理生产过程的方法称作生产过程自动化。
主要涵盖：①自动检测系统②信号变压系统③自动压低系统④自动控制系统。
2、自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？请问：一个自动控制系统主要存有两大部分共同组成：一部分就是起至掌控促进作用的全套自动控制装置，包含测量仪表，变送器，掌控仪表以及执行器等；另一部分就是自动控制装置掌控下的生产设备，即为被控对象。
自动控制系统常用的术语存有：被控变量y――被控对象内建议维持预设数值的工艺参数，即为须要掌控的工艺参数，例如锅炉汽包的水位，反应温度；取值值（或设定值）ys――对应于生产过程中被控变量的期望值；测量值ym――由检测原件获得的被控变量的实际值；压低变量（或控制变量）m――THF1于调节阀，用来消除阻碍影响，具体内容同时实现掌控促进作用的变量称作压低变量，就是调节阀的输入信号；阻碍f――引发被控变量偏移取值值的，除压低变量以外的各种因素；偏差信号（e）――被控变量的实际值与取值值之差，即e=ym-ys掌控信号u――控制器将偏差按一定规律排序获得的量。
3、什么就是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图存有什么相同？答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点成的表示控制系统组成和作用的图形。
其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。
采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。
而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。
过程装备控制技术及应用
量以外的各种因素。 ⑥偏差信号e：给定值与测量值的差。 ⑦控制信号u：控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
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1.4 控制系统的分类
定值控制系统 1. 按给定值特点划分随动控制系统
程序控制系统
①简单控制系统
a.只有一个简单的反馈回路，又称为单回路控制系统。 b.单输入——单输出的线性控制系统。
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②复杂控制系统 a. 系统中包含多个调节器，多个检测变送器或多个执行器。 b. 系统中存在有多个回路或者在系统中存在有多个输入信号
和多个输出信号。
夹 套 式 反 应 器
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①定值控制系统 定值控制系统的给定值是恒定不变的。
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②随动控制系统
随动控制系统的给定值是一个不断变化的信号，而且 这种变化不是预先定好的，即给定值得变化是随机的。
（1）用来精确地跟随或复现某个过程。其特点是输入为未知。 (2） 随动控制系统的任务是使被控量按同样规律变化并与输入信号的误
开环控制 ①闭环控制
系统输出信号的改变会返回影响操纵变量，即操纵变 量依赖于输出变量。
调节器根据被控变 量偏差信号的大小产生 相应的控制作用，改变 操纵变量，克服干扰作 用的影响。
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②开环控制
系统的操纵变量不受系统输出信号的影响。
一个工业控制系统，当 反馈回路断开，或处于人工手 动操作状态开环控制系统时， 就成为了开环控制系统。
工艺变量需要控制的生产设备或机器。
2.测量元件及变送器
过程装备控制技术及应用
• 按控制系统输出信号对操作变量分： • 闭环控制：系统的输出信号变化会返回影响操作变量 • 开环控制：系统的输出信号变化不能影响操作变量
• 按控制系统的复杂程度分
1）简单控制系统：只有一个简单的反馈回 路
• 2）复杂的控制系统：如炉温控制系统
+
TC1
+
TC2
调节阀 对象2 对象1
TT2
• 控制变量：执行器的输出信号，具体实现控制作用的变
量。
• 干扰f：除操纵变量以外引起被控变量偏离给定值的各种
因素
• 偏差信号：过程控制系统的输出值与给定值之差e=ys-
ym
• 控制信号：控制器将偏差按一定的规律计算得到的该环
节的输出量
1．4控制系统的分类：
• 按控制变量分：流量，压力， 液位，温度，成分 • 按调节器的控制规律分：比例，比例积分，比例微分 • 按给定值的特点分 • 定值控制系统：给定值恒定不变或允许的范围内波动 • 随动控制系统：给定值随时间变化且变化是随机的 • 程序控制系统：给定值不断变化，但变化是一个已知的
方向
• 传递函数：每一个环节输出信号与输出信
号之间的关系
• 相加点：用与多个信号相相加或相减 • 分支点：表示同一个信号不同的传递方向
• 被控变量：需要控制的工艺参数是被控制对象的输出也
是控制袭用的输出
• 给定值：是生产中被控对象的设定值 • 测量值Y0（当前值）：由检测元件得到的被控变量的实
际值
过程装备控制技术及应用
前言：社会产品有软件产品，硬件产品，流程 性材料产品。
创新技术包括：过程原理及技术创新，工艺流 程及技术创新，过程装备技术创新及过程控制
技术创新。
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一、一、填空题（25分）
1、1、工业生产对过程装备的基本要求是（）、（）和（）
等。
2、2、压差式流量计的核心部件是（），常见的节流装置有（）、
（）和（）等。
3、3、液位是指（），常用的液位计有（）、（）、（）等。
4、4、在PID调节器中，需要整定的参数为（）、（）和（）。
5、5、调节阀的选型主要包括（）、（）、（）和（）等
内容。
6、6、计算机在过程控制中的应用类型一般可分为（）、（）、
（）、（）等几种类型。
7、7、PLC的程序表达方式常采用（）、（）和（）等方法。
二、二、判断改正题（10分）
1、1、一单纯比例控制的液位对象，只要比例度选择的合适，系统就能跟踪
并最终稳定到设定值。
( )
2、2、自动调节系统中，滞后的存在总不利于调节的。
（）
3、3、时间常数越大，表示对象受干扰作用后，到达新稳态值所需的时间越
短。
（）
4、4、控制系统中直接产生控制作用的是控制信号。
（）
5、5、串联管路中，随S值下降，调节阀的等百分比流量特性畸变趋近于直
线特性。
三、三、简答题（20分）
1、1、何为调节器参数的工程整定法，并简述临界比例度法进行参数整定的
过程。
2、2、试简要分析计算机控制系统与常规模拟控制系统的异同点。
3、3、试简要分析本质安全防爆系统的防爆原理。
4、4、何为单容液位对象的自衡作用，并简要分析产生自衡作用的原因。
四、四、分析计算题（45分）
1、1、如图为一简单水槽液位控制系统，要求：（10分）
（1）（1）画出本控制系统方框图。
（2）（2）系统被控变量、控制变量和检测变送环节各是什么？
（3）（3）系统调节机构的输入、输出量各是什么，属哪种调节规律，并推导出调节规律的数学表达式。
2、2、聚合釜温度与流量的串级控制系统，如图所示，(10分)
（1）（1）画出控制系统方框图。
（2）（2）说明该系统的主、副对象，主、副变量，主、副调节器各是什么？
（3）（3）分析系统不采用简单温度控制而采用串级温度、流量控制的原因。
3、3、如图为一牛奶干燥过程流程图，要保证产品质量，需严格控制干燥器
的温度，试分析：（15分）
（1）（1）影响干燥器温度的因素有哪些？
（2）（2）合理选择系统控制变量，并说明原因。
（3）（3）画出控制系统方框图。
4、
用误差。
(2)(2)确定仪表的精度等级
题3图
标准答案
一、一、填空题（25×1）
1、1、安全性；经济性；稳定性
2、2、节流装置；孔板；喷嘴；文都利管
3、3、容器内液体介质液面的高低；浮力式；静压式；电容式；光纤式；
4、4、比例度；积分时间；微分时间
5、5、阀的口径选择；型式选择；固有流量特性选择；材质选择
6、6、直接数字控制系统；监督控制系统；分级控制系统；集散控制系统
7、7、梯形图；语句表；逻辑功能图
二、二、判断改正题（5×2）——判断1分，改正1分
1、1、错误。
单纯的比例控制不可能消除余差。
2、2、错误。
控制通道的滞后总是不利的，但干扰通道中的容量滞后可以缓
和干扰的影响，对控制系统有利。
3、3、错误。
时间常数越大，表示对象受干扰作用后，到达新稳态值所需的
时间越长。
4、4、错误。
控制系统中直接产生控制作用的是操纵变量。
5、5、正确。
三、三、简答题（4×5）
1、1、所谓的工程整定法，就是避开被控对象的特性和数学描述，在被控对
象运行时，直接在控制系统中，通过改变调节器参数，观察被控变量的过渡过程，来获取调节器参数的最佳数值。
临界比例度法整定参数的步骤是：首先将调节器的积分、微分作用全部去除，在纯比例作用调节比例度，直至得到等幅振荡的阶跃干扰过渡过程，此时的比例度和振荡周期称为临界比例度和临界周期，最后按照相应的经验公式计算出调节器各参数的整定数值。
临界比例度法参数整定是以闭环系统得到4:1衰减比，且有合适的超调量为目标的。
2、2、计算机直接控制系统与常规模拟控制系统的基本结构相同，有
关调节原理和调节过程也相同，都是基于“检测偏差、纠正偏差”的控制原理。
不同之处在于计算机控制系统中，控制器对控制对象的参数、状态信息的检测和控制结果的输出在时间上是断续的，对检测信号的分析计算是数字化的，而在模拟控制系统中则是连续的。
3、3、本质安全防爆型是指在正常和故障状态下，电路及设备产生的火花能
量都不足于引起爆炸的防爆类型。
它由两种场所、两种电路组成，即安装在危险场所的本质安全电路及安装在非危险场所的非本质安全电路，两者间采用防爆安全栅隔离。
仪表的防爆性能是靠电路设计来实现和保
证：采用低的工作电压和小的工作电流；用防爆安全栅将危险与非危险场所电路隔开；现场和控制室之间仪表的连接导线不得形成过大的分布电感和电容。
4、4、单容液位对象的自衡作用是指当输入变量发生变化破坏了被控对象的
平衡而引起输出变量变化时，在没有人为干预的情况下，被控对象的自身能重新恢复平衡的特性。
产生的原因主要是出口阀的流量特性，即在流出变化量很小的情况下，流出量与液位成正比关系，即：
s v R H
q =2
四、计算题
1、（1）——（3分）
（2）系统被控变量是水槽液位，控制变量是杠杆的位置移动，检测变送环节是浮球装置。
——（3分）
（3）系统调节机构的输入是液位偏差e ，输出量是阀门开度的变化，属于典
4分） 2、（1）串级控制系统方框图为：——（4分）
（2）系统的主对象是釜体对象，副对象是冷却水流量对象；主变量是釜内温度，副变量是冷却水流量；主控制器是温度控制器，副控制器是流量控制器。
——（3分）
（3）因系统控制的温度对象滞后较大，尤其是带有夹套传热，简单的单回路温度控制系统难以达到控制要求。
而采用串级控制，将主要干扰集中与副回路，可有效的克服干扰作用，提高控制质量。
——（3分）
3、（1）影响干燥器温度的主要因素有乳液流量、旁路空气流量、加热蒸汽量等。
——（5分）
（2）综合考虑通道的特性和工艺的可调整性，选择旁路空气流量为被控变量最为合适，其调节通道的滞后较小，调节的工艺性也最好。
——（5分）
（3）控制框图略——（5分）
4、(1)
测量的绝对误差为：△X= X- A0，得到各示值的绝对误差为：——（2分）△X1=0.1；△X2=-0.02；△X3=0.01；△X4=0.08；△X5=0.02；
测量的相对误差为：δ=△X/X*100%，其中X为约定真值，若用输入量代替，则为实际相对误差；若用示值代替，则为示值相对误差。
据此可得到各示值的实际相对误差为：——（2分）
δ1=10%、δ2=-1%、δ3=0.33%、δ4=2%、δ5=0.4%
示值相对误差分别为：
δ1=9.1%、δ2=-1.01%、δ3=0.2%、δ4=1.96%、δ5=0.398%
仪表的引用误差为：q=△X/S*100%，其中S为仪表量程，5A。
据此可得到各示值的引用误差为：——（2分）
q 1=2%、q
2
=-0.4%、q
3
=2%、q
4
=1.6%、q
5
=0.4%
(2)——（4分）
仪表的精度等级通常根据引用误差限来评定。
以上计算得到的各示值的引用误差，不应超出其精度等级所确定的引用误差限。
故有精度等级为2级。