杭电过程控制2013复习(1).doc

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10062813复习资料LPF搜集

1.一个过程控制系统主要由被控对象、检测元件、变送器、调节器和调节阀等几部分组成。

4.如图所示，为某造纸厂网前箱的温度控制系统。

纸浆用泵从储槽送至混合器，在混合器内用蒸汽加热至72℃左右，经过立筛、圆筛除去杂质后送到网前箱，再去铜网脱水。

为了保证纸张质量，工艺要求网前箱温度保持在61℃左右，为了达到此控制要求，设计了如图所示的温度-温度串级控制系统。

要求：

（1）将图中的控制流程图补充完整；

（2）指出该串级系统的主被控变量、副被控变量及控制量分别是什么；

（3）画出该系统的结构框图；

（4）指出控制阀的气开、气关型式；

（5）确定主、副控制器的正、反作用。

5.在石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气体的热量，使裂解气体的温度下降到规定的数值上。

图中所示的是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。

被冷却的物料时乙烯裂解气，其温度要求控制在（15±1.5）℃。

如果温度太高，冷却后的的气体会包含过多的水分，对生产造成有害影响；如果温度太低，乙烯裂解气会产生结晶析出，堵塞管道。

（1）指出系统中被控对象、被控变量和控制量各是什么？

（2）画出该控制系统的结构框图

（1）在丙烯冷却器温度控制系统中，被控对象为丙烯冷却器；被控变量为乙烯裂解气的出口温度；操纵变量为气态丙烯的流量。

（2）该系统方块图如图所示。

6.图示为一列管式换热器。

工艺要求出口物料温度保持恒定。

经分析如果保持物料入口流量和蒸汽流量基本恒定，则温度的波动将会减小到工艺允许的误差范围之内。

现分别设计了物料入口流量和蒸汽流量两个控制系统，以保持出口物料温度恒定。

（1）试画出对出口物料温度的控制系统方块图；

（2）指出该系统是开环控制系统还是闭环控制系统，并说明理由。

答：

（1）控制系统方块图如图所示。

（2）控制系统为开环控制系统。

从方块图可以看出，对物料入口流量和蒸汽流量均为闭环控制系统；而对于出口物料温度，未经过测量变送环节反馈到系统输入端，没有形成闭环系统。

7.用蒸汽加热的贮槽加热器，进料量Q1稳定，而Q1的初始温度T1有较大波动，生产工艺要求槽内物料温度T恒定。

Q2为下一工艺的负荷，要求Q2的温度为T。

试设计一过程控制系统，并画出控制系统框图。

解：

应用前馈－反馈控制系统对冷物料进行前馈补偿控制、对被控参数：

出口热物料进行反馈控制。

系统控制流程图如下图所示。

控制系统组成框图：

8.干燥器的流程图如下图所示，干燥器采用夹套加热和真空抽吸并行的方式来干燥物料。

夹套内通入的是经列管式加热器加热后的热水，加热器采用的是饱和蒸汽。

为了提高干燥速度，应有较高的温度θ，但θ过高会使物料的物性发生变化，这是不允许的，因此要求对干燥温度θ进行严格的控制。

（在此系统中蒸汽流量对热水温度的影响比冷水流量要大。

）

（1）汽压力波动是主要干扰，应采用何种控制方案，为什么？

（2）水流量波动是主要干扰，应采用何种控制方案，为什么？

（3）水流量和蒸汽压力都经常波动，应采用何种控制方案，为什么？

画出控制流程图；

（4）画出方块图，确定阀门的气开气关形式和控制器的正反作用。

答：

（1）应采用干燥温度与蒸汽流量的串级控制系统。

采用蒸汽流量为副变量，当蒸汽压力有所波动，引起蒸汽流量变化，马上由副回路及时克服，减少或者消除蒸汽压力波动对主变量θ的影响，提高控制质量。

（2）如果冷水流量波动是主要干扰，应采用干燥温度与冷水流量的串级控制系统。

选择冷水流量为副变量，及时克服冷水流量波动对干燥温度的影响。

（3）如果冷水流量和蒸汽压力都经常波动，由于它们都会影响加热器的热水出口温度，这时可以选择干燥温度和热水温度的串级控制系统，干燥温度为主变量，热水温度为副变量。

在此系统中，蒸汽流量和冷水流量都可以作为调节变量，考虑到蒸汽流量的变化对热水温度的影响较大，故选择蒸汽流量为调节变量。

构成的流程图如图所示。

方块图如图所示：

为了防止干燥温度过高，应选择气开阀门

副对象特性为“＋”，所以副控制器为反作用控制器；

主对象特性为“＋”，所以主控制器为反作用控制器。

9.如图示为锅炉汽包液位调节系统，试回答以下问题：

（1）如果采用简单控制系统则会出现“虚假液位”现象，这是为什么？

（2）试设计双冲量控制系统实现控制，画出流程图；

（3）确定阀门的气开气关形式；

（4）确定控制器的正反作用。

答：

（1）在锅炉汽包液位控制系统中，在燃料量不变的情况下，若蒸汽负荷突然有较大幅度的增加，由于汽包内蒸汽压力瞬时下降，汽包内的沸腾突然加剧，水中的汽泡迅速增多，将水位抬高，形成了虚假的水位上升现象，这种升高的液位并不代表汽包贮液量的真实情况，故称之为虚假液位。

（2）采用双冲量控制系统，引入蒸汽流量的前馈控制，使蒸汽负荷变化时首先由前馈控制系统克服，从而减少液位的波动。

流程图如下：

（3）在气源中断时，从安全角度，应该开大阀门，使给水进入防止锅炉烧干，因此选择气关阀；

（4）由于阀门为气关阀，对象特性为“＋”，所以控制器为正作用控制器。

10.如图所示的氨冷器，用液氨冷却铜液，要求出口铜液温度恒定。

为保证氨冷器内有一定的汽化空间，避免液氨带入冰机造成事故，采用温度――液位串级控制。

（1）此串级控制系统的主副被控变量各是什么？

（2）试设计一温度—液位串级控制系统完成该控制方案（即将图示的氨冷器控制系统示意图补充完整）；

（3）试画出温度—液位串级控制系统的方块图；

（5）确定气动调节阀的气开气关形式，并说明原因；

（6）确定主副调节器的正反作用。

答：

（1）主被控变量为铜液出口温度，副被控变量为液位。

（2）串级控制系统的示意图如下所示：

（3）方块图如下所示：

（4）当气源中断时，为了确保氨冷器内有一定的汽化空间，应该选择气开调节阀；液位控制器作用方向的确定：

（5）当液位升高时，应该关小调节阀，调节阀为气开阀，故液位控制器为反作用；

（6）温度控制器作用方向的确定：

温度对象为“－”作用方向，依据使系统称为负反馈的原则，温度控制器应该为正作用。

11.某精馏塔塔顶控制方案如图所示,试分析回答

12.有附图所示反应器，反应器温度是用冷却水控制的。

（1）如果主要扰动是冷却水阀前压力有波动，应组成怎样的串级控制系统回路？

画出控制方案。

（2）画出采用串级控制系统时的流程图。

并设控制阀是气开式，那么，两个控制器分别应选正作用还是反作用，为什么？

（3）如果控制阀为气关式，两个控制器的正反作用是否需要改变？

（1）组成温度和压力的串级控制系统回路。

（2）串级控制系统的流程图。

副控制器应选反作用，主控制器应选正作用

（3）如果控制阀为气关式，副控制器改为正作用，主控制器正反作用不变。

13.已知某换热器被控变量是出口温度θ，操纵变量是蒸汽流量Q。

在蒸汽流量作阶跃变化时，出口温度响应曲线如图所示。

该过程通常可以近似作为一阶滞后环节来处理。

试估算该控制通道的特性参数K、T、τ，写出该控制通道的动态方程。

若调节器为PI，试进行参数整定。

14.某聚合反应釜内进行放热反应，釜温过高会发生事故，为此采用夹套水冷却。

由于釜温控制要求较高，且冷却水压力、温度波动较大，故设置控制系统如图所示。

（1）这是什么类型的控制系统？

试画出其方块图，说明其主变量和副变量是什么？

（2）选择调节阀的气开、气关型式；

（3）选择调节器的正、反作用；

（4）如主要干扰是冷却水的温度波动，试简述其控制过程；

答：

（1）这是串级控制系统。

主变量是是釜内温度Ø1，副变量是夹套内温度Ø2。

其方块如图所示。

（2）为了在气源中断时保证冷却水继续供应，以防止釜温过高，故调节阀应采用气关阀，为“－”方向。

（3）主调节器T1C的作用方向可以这样来确定：

由于主、副变量（θ1、θ2）增加时，都要求冷却水的调节阀开大，因此主调节器应为“反”作用。

副调节器T2C的作用方向可按简单（单回路）控制系统的原则来确定。

由于冷却水流量增加时，夹套温度θ2是下降的，即副对象为“－”方向。

已知调节阀为气关阀，“－”方向，故调节阀T2C应为“反”作用。

（4）如主要干扰是冷却水温度波动，整个串级控制系统的工作过程是这样的：

设冷却水的温度升高，则夹套内的温度θ2升高，由于T2C为反作用，故其输出降低，因而气关阀的阀门开大，冷却水流量增加以及时克服冷却水温度变化对夹套温度θ2的影响，因而减少以致消除冷却水温度波动对釜内温度θ1的影响，提高了控制质量。

15.在某生产过程中，冷物料通过加热炉对其进行加热，热物料温度必须满足生产工艺要求，故设计图所示温度控制系统流程图，画出控制框图，指出被控过程、被控参数和控制参数。

确定调节阀的气开、气关形式和调节器控制规律及其正、反作用方式。

解：

系统方框图：

被控过程为加热炉；被控参数是热物料的温度；控制参数为燃料的流量。

根据生产安全原则，当系统出现故障时应该停止输送燃料，调节阀应选用气开式。

即无气时调节阀关闭。

控制器的正反作用的选择应该在根据工艺要求，调节器应为负作用。