第8章 过程控制系统的组成与特点
《自动化仪表》习题答案解析
第1章（P15）（1）简述过程控制的特点。
Q:1）系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；2）被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；3）控制方案丰富多彩,控制要求越来越高；4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制;5)定值控制是过程控制的主要形式。
（2）什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。
Q：1）过程控制是生产过程自动化的简称。
它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分.过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。
2）组成框图：（3）)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
1）模拟仪表的信号:气动0。
02~0。
1MPa、电动Ⅲ型：4～20mADC或1~5V DC.2)数字式仪表的信号：无统一标准.（4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示.Q：是串级控制系统。
方块图：（5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？Q：1）最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。
2）略（8）通常过程控制系统可分为哪几种类型?试举例说明。
Q：1）按结构不同,分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈—反馈复合控制系统;按设定值不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统.2)略（10)只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？Q:1)不是这样。
2）比如对安全火花型防爆仪表,还有安全等级方面的考虑等。
（11）构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？Q：1）是.2）这是构成安全火花型防爆系统的一个条件.2、综合练习题（1）简述图1-11所示系统的工作原理，画出控制系统的框图并写明每一框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
自动化仪表及过程控制
第一章绪论本章提要1.过程控制系统的基本概念2.过程控制的发展概况3.过程控制系统的组成4.过程控制的特点及分类5.衡量过程控制系统的质量指标授课内容第一节过程控制的发展概况1.基本概念过程控制系统-----指自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位成分、粘度、湿度以及PH值(氢离子浓度)等这样一些过程变量时的系统。
(P3) 过程控制-----指工业部门生产过程的自动化。
(P3)2.过程控制的重要性z进入90年代以来自动化技术发展很快，是重要的高科技技术。
过程控制是自动化技术的重要组成部分。
在现代工业生产过程自动化电过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。
3.过程控制的发展概况z19世纪40年代前后(手工阶段)：手工操作状态，凭经验人工控制生产过程，劳动生产率很低。
z19世纪50年代前后(仪表化与局部自动化阶段)：过程控制发展的第一个阶段，一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。
主要特点：检测和控制仪表-----采用基地式仪表和部分单元组合仪表(多数是气动仪表)；过程控制系统结构------单输入、单输出系统；被控参数------温度、压力、流量和液位参数；控制目的------保持这些参数的稳定，消除或者减少对生产过程的主要扰动；理论-----频率法和根轨迹法的经典控制理论，解决单输入单输出的定值控制系统的分析和综合问题。
z19世纪60年代(综合自动化阶段)：过程控制发展的第二个阶段，工厂企业实现车间或大型装置的集中控制。
主要特点：检测和控制仪表-----采用单元组合仪表(气动、电动)和组装仪表，计算机控制系统的应用，实现直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC)；过程控制系统结构------多变量系统，各种复杂控制系统，如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统；控制目的------提高控制质量或实现特殊要求；理论-----除经典控制理论，现代控制理论开始应用。
08第八章 计算机集散控制系统
但是集中型计算机控制存在三个主要问题：
①.集中的脆弱性:集中控制使危险也集中， 一旦计算机系统发生故障，将导致生产过程 的全面瘫痪； ②.计算机的负荷：由于计算机控制回路多， 计算机的负荷过重，导致控制性能降低； ③ .系统开发周期和人才利用：由于计算机 控制的应用面越来越广，计算机控制系统的 规模和复杂性越来越大，造成开发周期增加， 人力资源难以组织。
进入20世纪70年代后，随着大规模集成电路 的问世，微处理器诞生，以及控制技术﹑显示 技术﹑计算机技术﹑通信技术等进一步发展， 产生了新型的计算机控制系统——集散控制系 统，它按控制功能或按区域分散配置若干个控 制站，每个控制站可控制几个﹑十几个或几十 个回路，从而实现了控制功能分散，使得危险 也得以分散。系统中使用多台屏幕显示器进行 监视﹑操作和管理，系统中各控制站通过完全 双重化的数据通信系统连接起来。
这一阶段的代表产品有美国Honeywell公 司的TDC2000，它是一个具有许多微处理器的 分级控制系统，以分散的控制设备来适应分散 的过程对象，并将它们通过数据高速公路与基 于CRT的操作站相连接，互相协调，实现对工 业过程的控制和监视，达到掌握全局的目的。 系统克服了集中型计算机控制系统的致命弱点， 实现了控制系统的功能分散﹑负荷分散，从而 危险也分散。这个阶段比较著名的产品还有 Bailey公司的NetWork90，Foxboro公司的 Spectrum，日本横河的CENTUM 等。
1975年，美国 Honeywell公司首次向世界 范围推出TDC2000系统，随之世界各大仪表制 造公司也推出各自的集散控制系统，从而使过 程控制进入集散控制系统时期。集散控制系统 的发展大体可分为三个阶段，每个阶段的技术 重点表现如下：
第一阶段：1975～1980年， 以微处理器 为基础的过程控制单元，实现多种控制功能算 法，并实现分散控制：采用带显示器的操作站， 与过程控制单元分离，实现集中监视﹑集中操 作﹑信息综合管理；采用较先进的冗余通信系 统﹑用同轴电缆做传输媒质，实现控制单元与 操作站的通信。
过程控制系统与仪表习题答案
过程控制系统与仪表习题与思考题解答第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。
《过程控制系统》课程介绍与教学大纲
《过程控制系统》课程简介课程编号：06024012课程名称：过程控制系统/ Process Control System学分：2.5学时：40 （课内实验：4 上机：课外实践：）适用专业：自动化专业建议修读学期：7开课单位：测控技术与仪器系先修课程：《自动控制原理》《自动检测技术》等考核方式与成绩评定标准：考试，成绩=期末成绩（70%） +平时成绩（30%）教材与主要参考书目：《过程控制系统》（第二版）方康玲主编武汉理工大学出版社2007.2《过程控制工程》，蒋慰孙、俞金寿编著，中国石化出版社，1999《过程控制系统及工程》，翁维勤、周庆海编，化学工业出版社，1996《过程控制工程》，孙洪程等编，高等教育出版社，2006《工业生产过程控制》，何衍庆等编，化学工业出版社，2004内容概述：中文：过程控制和运动控制是自动控制技术的两个重要分支。
本课程主要介绍了过程控制的基本概念、组成以及简单过程控制、复杂过程控制系统的基本原理、系统设计技术以及应用技术等。
在介绍每一种控制策略的同时，都给出了其在不同实际场合下的具体应用实例。
英文：Process control and motion control are the two important branch of automation control technology. This course mainly introduce the basic concept of process control, constitution and the basic principle, system design technology, and application technology of process control. At the same time, concrete examples are given to introduce the different control strategy applied in practice.《过程控制系统》教学大纲课程编号：06024012课程名称：过程控制系统/ Process Control System学分：2.5学时：40 (课内实验：4 上机：课外实践： )适用专业：自动化专业建议修读学期：7一、课程性质、目的与任务本课程是自动化专业必修课。
过程控制习题与答案
过程控制习题与答案(总10页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第1章绪论思考题与习题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：控制器，被控对象，执行机构，检测变送装置。
1-3简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、设定（给定）值和偏差的含义解答：被控对象自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。
被控变量被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。
操纵变量受控制器操纵的，用以克服扰动的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。
扰动量除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。
设定值被控变量的预定值。
偏差被控变量的设定值与实际值之差。
1-4按照设定值的不同形式, 过程控制系统可分为哪几类解答：按照设定值的不同形式又可分为:1．定值控制系统定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统.定值控制系统的作用是克服扰动对被控变量的影响,使被控变量最终回到设定值或其附近.以后无特殊说明控制系统均指定值控制系统而言.2.随动控制系统随动控制系统的设定值是不断变化的.随动控制系统的作用是使被控变量能够尽快地,准确无误地跟踪设定值的变化而变化3.程序控制系统程序控制系统的设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即设定值按一定的时间程序变化。
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为什么说研究控制系统的动态比其静态更有意义解答：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。
过程控制系统第1章-过程控制系统概述课件
2.自动化仪表的发展
自动化仪表是一种“信息机器”，其主要功能是信息形式的转换 和表达，将输入信号转换成输出信号。信号可以按时间域或频 率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字 量形式。自动化仪表的发展一直适应着工业的需要，经历了自 力式、基地式、单元组合式、智能式和总线式几个发展阶段。 按照工作能源的不同，单元组合仪表还可分为电动单元组合仪 表(DDZ)和气动单元组合仪表(QDZ)两大类，它们都经历了Ⅰ型、 Ⅱ型、Ⅲ型3个阶段。智能仪表就是在普通的模拟仪表基础上增 加微处理器电路而形成的仪表。这里所谓的“智能”，是指现场 仪表具有普通模拟仪表拥有的信号变换、补偿、驱动等常规功 能以外，还具有一定的拟人智能的特性或功能，例如自适应、 自学习、自校正、自诊断和自组织等。
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1.传递函数
图1-13 环节的输入-输出关系
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2.框图变换 (1)框图的基本元素 (2)框图运算法则 (3)复杂框图的化简及应用
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2.框图变换
图1-14 简单控制系统框图
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(1)框图的基本元素 构成控制系统框图的基本元素包括信息、分支点、汇合点和 环节。 1)信息 2)分支点 3)汇合点 4)环节
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1.控制理论的发展
自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学，它的发展 初期是以反馈理论为基础的自动调节原理。根据自动控制技术 发展的不同阶段，自动控制理论相应经历了从经典控制理论、 现代控制理论，到控制论、信息论、系统论等学科交叉的若干 发展阶段。 经典控制理论是指在20世纪40年代到50年代末期所形成的理论 体系，它主要是研究单输入单输出(SISO)线性定常系统的分析 和设计，其理论基础是描述系统输入-输出关系的传递函数，解 决SISO系统的稳定性问题。
控制仪表复习
答:输出变化量是0.25V。
2 5.说明积分增益和微分增益的物理意义。他们的大小对控制器的
输出有什么影响？
答：积分增益K
的物理意义是：
I
在阶跃信号作用下，PI控制器输出变化的最终值与初始值之比：
KI
y () y(0)
，K
越大越接近理想积分，消除静差的能力越强。
两端，见图2 4，这样两导线电阻的压降UCM1和UCM2均成 无扰动切换。
为输入电路的共模电压信号，由于差动放大器对共模信号
有很强的抑制能力，因此，这两个附加电压不会影响运算
电路的精度。
第三章
3-11 气动仪表的基本元件有哪些？说明喷嘴挡板机构和放大器的作用原理。
答：（1）表的基本元件：气阻、气容、弹性元件、喷嘴-挡板机构和功率放大器等。
U03 () K K Pmin Imin
1 0.05%（不考虑漂移、积分电容漏 0.2 104
电的影响，此时MAX 2mV, P27）； 控制器指标给出的控制精度为： 0.5% （考虑漂移、积分电容漏电
等因素影响，此时MAX 20mV）。 不能消除偏差，因为KI ，CI漏电。
注：正常使用时，K I
又如exiaiict5表示ii类本质安全型ia等级c级t5组其设备适用于所有气体级别引燃温度不低于t5100c爆炸性气体蒸汽的燈按最大试验安全间隙倾在规定的标准试验条件下火焰不能饰的最大间隙称为最旭验2按最小点燃电流比分级在规定的标准试验条件下调节最小点燃电流以甲烷的最小点燃电流为标准定为10其它物质的最小点燃电流与之比较得出最小点燃电流比micr为
ymax
ym
。此
in
时
比例
过程控制系统
图0.1 锅炉汽包示意图
图0.1所示是工业生产中常见的锅炉汽 包示意图。
锅炉是生产蒸汽的设备，几乎是工业生
产中不可缺少的设备。保持锅炉汽包内的液 （水）位高度在规定范围内是非常重要的， 若水位过低，则会影响产汽量，且锅炉易烧 干而发生事故；若水位过高，生产的蒸汽含 水量高，不仅会影响蒸汽质量，还可能溢出 水。这些都是危险的。因此对汽包液位严加 控制是保证锅炉正常生产必不可少的措施。 其液位是一个重要的工艺参数。
自动化技术的前驱，可以追溯到我国古代，如指南车的出现。 至于工业上的应用，一般以瓦特的蒸汽机调速器作为正式起点。 工业自动化的萌芽是与工业革命同时开始的，这时的自动化装置 是机械式的，而且是自力型的。随着电动、液动和气动这些动力 源的应用，电动、液动和气动的控制装置开创了新的控制手段。
有人把直到20世纪30年代末这段时期的控制理论称为第一代 控制理论。第一代控制理论分析的主要问题是稳定性，主要的数 学方法是微分方程解析方法。这时候的系统（包括过程控制系统） 是简单控制系统，仪表是基地式、大尺寸的，满足当时的需要
绪论
生产过程自动化，一般是指石油、化工、冶金、炼焦、造纸、建 材、陶瓷及电力发电等工业生产中连续的或按一定程序周期进行的生产 过程的自动控制。电力拖动及电机运转等过程的自动控制一般不包括在 内。凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进 行的自动控制通称为过程控制。过程控制是自动控制学科的一个重要分 支
过程控制系统可分为常规仪表过程控制系统与计算机过程控 制系统两大类。前者在生产过程自动化中应用最早，已有六十余 年的发展历史，这是本书要介绍的主要内容。后者是自20世纪70 年代发展起来的以计算机为核心的控制系统，这部分内容将在 《计算机过程控制》课程中予以专门介绍，因此不再纳入本书的 讨论范围。
过程控制工程考点解析
过程控制工程考点解析第一章1.什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪些？过程控制系统通常是指工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度、和PH等这样的一些过程变量的系统。
基本分类方法（1）按过程控制系统的结构特点分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈控制系统（2）按给定值信号的特点分为定值控制系统、程序控制系统、随动控制系统。
2.试说明书中图1-2b供氧量控制系统框图中被控“过程”包含哪些管道设备以及图中各符号的含义。
过程：节流装置到氧气流量调节阀之间的管道设备。
x(t)代表设定值；e(t)表示偏差信号；u(t)表示控制器控制作用信号；q(t)表示调节阀的流量信号；f(t)过程受到的干扰信号；y(t)过程的输出信号；z(t)测量信号3. 在过程控制中，为什么要由系统控制流程图画出其框图。
为了更清楚地表示控制系统各环节的组成、特性和相互间的信号联系,这样也便宜其他人员的理解第二章2-2.什么是过程通道？什么是过程的控制通道和扰动通道？它的数学模型是否相同？问题一：被控过程输入量与输出量之间的信号联系称为过程通道。
问题二：过程的控制通道：控制作用与被控量之间的信号联系。
过程的扰动通道：扰动作用与被控量之间的信号联系。
问题三：他们的数学模型不一样，因为过程通道、控制通道和扰动通道所表示的环节不是同一个。
2-6. 如图所示液位过程的输入量为Q1，流出量为Q2，Q3，液位h为被控参数，C为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻，要求：（1）列出过程的微分方程组；（2）画出过程的方框图。
（3）求过程的传递函数W0（S）＝H（S）/Q1（S）；答：（1）（2）（3）2-8.略。
2-11.为什么大多数过程控制的数学模型可用一阶、二阶、一阶加滞后和二阶加滞后环节之一来近似描述？有何理论依据？2-24.采用分度号K的热电偶测量炉温为800℃，其冷端温度为0℃求其热电势E( t,t0) ？2-43.数据采集系统的基本组成部分有哪些？它们分别实现哪些功能？数据采集系统由传感器、信号调理电路、数据采集电路三部分组成。