过程装备控制技术及应用
过程装备控制技术及应用课后习题答案)
1. 过程装备的三项基本要求过程装备的三项基本要求：安全性、经济性和稳定性.A.安全性:指整个生产过程中确保人身和设备的安全B.经济性:指在生产同样质量和数量产品所消耗的能量和原材料最少，也就是要求生产成本低而效率高C.稳定性:指系统应具有抵抗外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力.2. 过程装备控制的主要参数：温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等.3. 流程工业四大参数：温度、压力、流量、液位（或物位）4. 控制系统的组成控制系统的组成:(1)被控对象 (2)测量元件和变送器 (3)调节器 (4)执行器5. 控制系统各参量及其作用:1.被控变量 y 指需要控制的工艺参数，它是被控对象的输出信号 2.给定值（或设定值) ys 对应于生产过程中被控变量的期望值 3.测量值 ym 由检测元件得到的被控变量的实际值 4.操纵变量（或控制变量）m 受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，它是调节阀的输出信号5.干扰（或外界扰动）f 引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素6.偏差信号 e 在理论上应该是被控变量的实际值与给定值之差7.控制信号u 控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
6. 控制系统的分类（1）控制系统的分类：按给定值 a 定值控制系统；随动控制系统；程序控制系统（2） b c 按输出信号的影响 a 闭环控制；b 开环控制（3）按系统克服干扰的方式 a 反馈控制系统；b 前馈控制系统；c 前馈-反馈控制系统7. 控制系统过度过程定义：从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值时起，调节器开始发挥作用，使被控变量回复到给定值附近范围内，然而这一回复并不是瞬间完成的，而是要经历一个过程，这个过程就是控制系统的过渡过程。
8. 阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点（1）发散振荡过程：这是一种不稳定的阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点：过渡过程，因此要尽量避免（2）等幅振荡过程：被控变量在某稳定值附近振荡，而振荡幅度恒定不变，这意味着系统在受到阶跃干扰作用后，就不能再稳定下来，一般不采用（3）衰减振荡过程：被控变量在稳定值附近上下波动，经过两三个周期就稳定下来，这是一种稳定的过渡过程（4）非振荡的过渡过程：是一个稳定的过渡过程，但与衰减振荡相比，其回复到平衡状态的速度慢，时间长，一般不采用。
过程装备控制技术及应用(1)
比较自动控制与人工控制：在自动控制系统中，测量仪表,控制 仪表，自动调节阀分别代表了人工控制中人的观察，思考和手动操 作，因而大大降低了人的劳动强度；同时由于仪表的信号测量、运 算、传输、动作速度远远高于人的观察，思考和操作过程，因此自 动控制可以满足信号变化速度快，控制要求高的场合 。 1.2.2 控制系统的组成 从上面锅炉汽包水位的自动控制系统中可以看出，一个自动控 制系统主要由两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制 系统，它包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部 分是自动控制装置下的生产设备，即被控对象如锅炉、反应器、换 热器等。图1－1（b）中，锅炉、差压便送器、调节器、执行器等 构成了一个完整的自动控制系统。系统各部分的作用如下。 被控对象 ：在自动控制系统中，工艺变量需要控制的生产设备 或机器称为被控对象，简称对象。在化工生产中，各种塔器、反应 器、泵、压缩机以及各种容器。贮罐、贮槽、甚至一段输送流体的 管道或复杂塔器（如精馏塔）的某一部分都可以是被控对象。图1 －1的锅炉即为汽包水位控制系统中的被控对象。
过程装备控制技术及应用
机械工程学院：冯小康
前
言
《过程装备控制技术及应用》课程是经全国高等学校化工类及 相关专业教学指导委员会化工装备教学指导组讨论决定，确定为 “过程装备与控制工程”专业的核心课程之一。本专业学生通过该 课程的学习，可以将过程机械、计算机自动测试、控制、自动化等 方面的知识有机地结合在一起，培养学生成为掌握多学科知识与技 能的复合型人才。
（3）自动操纵系统 ： 这是一种根据预先规定的程序，自动的 对生产设备进行某种周期性操作，极大地减轻操作人员的繁重或重 复性体力劳动的装备。例如，合成氨造气车间煤气发生炉的操作就 是按照程序自动地进行的，如自动进行吹气、上吹、下吹制气、吹 净等步骤，周期性地接通空气与水蒸气实现自动操纵。 （4）自动控制系统： 利用一些自动控制仪表及装置，对生产 过程中某些重要的工艺变量进行自动调节，使它们在受到外界干扰 影响偏离正常状态后，能够自动地重新回复到规定的范围内，从而 保证生产的正常进行。
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资料
y Ki
x Kf
8
上述分析表明，采用单个放大器的仪表具有如下特点： 在满足 KKf>>1 的条件时，仪表的输入输出关系仅取决
于输入部分的特性和反馈部分的特性。
此类仪表分析方法：
（1）分析依据：
y KiK x 1 KK f
y Ki x Kf
（2）划分三部分：输入、放大、反馈
（3）对各部分进行分析，重点分析输入部分和反馈部分
s
KITI s KD
20
调节器工作原理
➢输出电路：
I0
I0'
24V U f Rf
U03 Rf
➢指示电路:
I0
I
' 0
节器工作原理
➢手动操作
软手动：调节器的输出电流随手动输入时间而逐渐改变， 呈积分关系。 硬手动：调节器的输出电流随手动输入而立即改变，呈比例关 系。
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U01 2(Us Ui )
➢ 比例微分电路：
U02 (s)
a KD
1 1
TD s TD
U
01
(
s)
KD
19
调节器工作原理
➢比例积分电路：
CI [1 1 ]
U03(s) CM 1
Ts 1
U02 (s)
KITI s
➢Ⅲ型调节器传递函数
1 1 TD s
W (s) KPF 1
FTI s F 1 TD
数字控制器由以处理器（CPU）为核心构成的硬件电路 和由系统程序、用户程序构成的软件两大部分组成
其功能主要是由软件所决定
可以实现各种不同的控制功能
调节器工作原理
除上述基本功能外，为了提高控制器的性能，有的控制 器还增加了一些附加功能，如：输出限幅、输入报警、偏差 报警、停电对策等。
过程装备控制技术及应用习题及参考答案（精品pdf）
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？答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。
主要包含：①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统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？答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。
自动控制系统常用的术语有：被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度；给定值（或设定值）y s——对应于生产过程中被控变量的期望值；测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值；操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号；干扰f——引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m-y s控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
3.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？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、分支点构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
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。
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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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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））。