化工自动化.docx

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化工自动化

化工自动化

[填空题]

1什么是化工自动化？

它有什么重要意义？

参考答案：

在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。

意义：

（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品质量和产量。

（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。

（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力。

（4）改变劳动方式，提高工人文化水平，为逐步消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。

[填空题]

2闭环控制系统和开环控制系统有什么不同？

参考答案：

（1）闭环控制有反馈环节，通过反馈系统是系统的精确度提高，响应时间缩短，适合于对系统的响应时间，稳定性要求高的系统。

（2）开环控制没有反馈环节，系统的稳定性不高，响应时间相对来说很长，精确度不高，使用于对系统稳定性精确度要求不高的简单的系统。

[填空题]

3什么是管道及仪表流程图？

参考答案：

管道及仪表流程图是自控设计的文字代号、图形符号在工艺流程图上描述生产过程控制的原理图，是控制系统设计、施工中采用的一种图示方式。

[填空题]

4在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？

参考答案：

（1）测量变送装置的作用是：

测量液位的高低转化为一种特定的、统一的输出信号；

（2）控制器的作用是：

接受变送器送来的信号与工艺需要保持的液位高度相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号发送出去；

（3）执行器的作用：

能自动根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。

[填空题]

5什么是干扰作用？

什么是控制作用？

是说明两者关系。

参考答案：

干扰作用是指除操纵变量以外的各种因素引起被控变量偏离给定值的作用；控制作用是通过对被控变量的测量得到测量值，使其与给定值比较，得出偏差信号。

这个信号按一定规律计算出控制信号来改变操纵变变量克服干扰作用。

两者关系是控制作用的一部分职能就是减小或消除干扰对被控变量的影响。

[填空题]

6按给定值形式不同，自动控制系统可分为哪几类？

参考答案：

（1）定制控制系统：

给定值恒定的控制系统。

（2）随动控制系统（自动跟踪系统）：

给定值随机变化的系统。

（3）程序控制系统：

给定值按一定时间程序变化的系统。

[填空题]

7什么是控制系统的静态与动态？

为甚么说研究控制系统的动态比研究其静态更为重要？

参考答案：

在自动化领域中，把被控变量不随时间变化的平衡状态称为系统的静态，而把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。

其原因为：

在生产过程中，干扰是客观存在的，是不可避免的。

[填空题]

8为什么生产上经常要求控制系统的过渡过程具有衰减震荡形式？

参考答案：

因为衰减震荡过程能够较快地使系统达到稳定状态。

[填空题]

9什么是对象特性？

为什么要研究对象特性？

参考答案：

对象特性就是的对象的输出、输入关系。

研究对象的特性，就是用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系。

当采用自动化装置组成自动控制系统时，首先也必须深入了解对象的特性，了解它的内在规律，才能根据工艺对控制质量的要求，设计合理的控制系统，选择合适的被控变量和操纵变量，选用合适的测量元件及控制器。

在控制系统投入运行时，也要根据对象特性选择合适的控制器参数（也称控制器参数的工程整定），使系统正常地运行。

被控对象的特性对自动控制系统的控制质量的影响很大，所以必须对其深入研究。

[填空题]

10建立对象的数学模型有哪两类主要方法？

参考答案：

（1）非参量模型：

采用曲线或数据表格来表示。

（2）参量模型：

采用数学方程式来表示。

[填空题]

11何谓系统辨识和参数估计？

参考答案：

应用对象的输人输出的实测数据来确定其数学模型的结构和参数，通常称为系统辨识。

在已知对象数学模型结构的基础上，通过实测数据来确定其中的某些参数，称为参数估计。

[填空题]

12反应对象特性的参数有哪些？

各有什么物理意义？

他们对自动控制系统有什么影响？

参考答案：

描述对象特性的参数有放大系数K、时间常数T、滞后时间г。

物理意义：

K：

反应的是对象处于稳定状态下的输出变化量和输入变化量之间的关系。

T：

系统在受到阶跃输入作用后输出达到稳定值的63.2%所需时间。

系统受到输入作用后，输出保持初始速度变化，达到稳定值所需时间。

г：

是纯滞后时间гo和容量滞后гc的总和纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。

容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过一定阻力而引起的。

影响：

对于控制通道。

K大，操纵变量的变化对被控变量的影响就大，即控制作用对扰动的补偿能力强，余差也小；K小，控制作用的影响不显著，被控变量变化缓慢，但K太大，会使控制作用对被控变量的影响国强，使系统稳定性下降在相同的控制作用下，时间常数T大，则被控变量的变化比较缓慢，但过渡过程时间较长。

若T小，则被控变量变化速度块，T太大或太小，在控制上都将存在一定困难，因此需根据实际情况适中考虑。

由于г的存在使控制作用总是落后于被控变量的变化，造成被控变量的最大偏差增大，控制质量下降。

因此，应尽量减小滞后时间г。

对于扰动通道，K大对控制不利，会使最大偏差增大，K小，对控制变量不会产生多大影响。

T大扰动作用比较平缓，被控变量变化较平稳，对象较易控制纯滞后不影响控制系统的品质，容量滞后的存在，使阶跃扰动的影响趋于缓和，被控变量的变化相应也缓和一些。

因此，对系统有利。

[填空题]

13对象的纯滞后和容量滞后各是什么原因造成的？

对控制过程有什么影响？

参考答案：

对象的纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。

在控制通道，如果存在纯滞后，会使控制作用不及时，造成被控变量的最大偏差增加，控制质量下降，稳定性降低。

在扰动通道，如果存在纯滞后，相当于将扰动推迟一段时间才进入系统，并不影响控制系统的控制品质。

对象的容量滞后一般是由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。

容量滞后增加，会使对象的时间常数T增加。

在控制通道，T大，会使控制作用对被控变量的影响来得慢，系统稳定性降低。

T小，会使控制作用对被控变量的影响来得快，系统的控制质量有所提高，但时间常数不能太大或太小，且各环节的时间常数要适当匹配，否则都会影响控制质量。

在扰动通道，如果容量滞后增加，扰动作用对被控变量的影响比较平稳，一般是有利于控制的。

[填空题]

14什么叫测量过程？

参考答案：

测量过程实际上都是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。

[填空题]

15何谓仪表的相对百分误差和允许的相对百分误差？

参考答案：

（1）相对百分误差：

绝对误差折合成仪表测量范围的百分数，δ=∆max/（测量范围上限值-测量范围下限值）×100%。

（2）允许的相对百分误差：

在规定的正常情况下允许的相对百分误差的最大值，δ允=±仪表允许的最大绝对误差值/（测量范围上限值-测量范围下限值）×100%。

（3）变差：

在同一被测参数值下，正反行程间仪表指示值的最大绝对差值与仪表量程之比的百分数。

变差=最大绝对差值/（测量范围上限值-测量范围下限值）×100%。

（4）灵敏度：

仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量之比值，S=∆α/∆x。

（5）线性度：

实际测得的输入-输出特性曲线（称为校准曲线）与理论直线之间的最大偏差与测量仪表量程之比的百分数，δf=∆fmax/仪表量程×100%。

[填空题]

16为什么一般工业上的压力计做成测表压或真空度，而不做成测绝对压力的形式？

参考答案：

因为各种工艺设备和测量仪表是处于大气之中，本生就承受着大气压力。

[填空题]

17作为感受压力的弹性元件有哪几种？

各有什么特点？

参考答案：

（1）弹簧管式弹性元件：

测压范围宽。

（2）薄膜式弹性元件：

压力作用下能产生变形。

（3）波纹管式弹性元件：

易于变形，位移很大。

[填空题]

18霍尔片式压力传感器是如何利用霍尔效应实现压力测量的？

参考答案：

选定了霍尔元件，并使电流保持恒定，则在非均匀磁场中，霍尔元件所处的位置不同，所感受到的磁感应强度也不同，这样就可以得到与位移成比例的霍尔电势，实现位移-电势的线性转换。

[填空题]

19电容式压力传感器的工作原理是什么？

有何特点？

参考答案：

当差动电容传感器的中间弹性膜片两边压力不等时，膜片变形，膜片两边电容器的电容量变化，利用电压器电桥将电容量的变化转换为电桥输出电压的变化，从而反应膜片两边压力的差异（压差）。

输出信号与压差成正比，适用范围广，结构简单、过载能力好、可靠性好、测量精度高、体积小、重量轻、使用方便。

[填空题]

20简述智能型变送器的组成和特点。

参考答案：

（1）传感器、微处理器、存储器及模数、数模转换器。

（2）特点是可进行远程通信。

利用手持通信器，可对现场变送器进行各种运行参数的选择和标定；其精确度高，使用与维护方便。

通过编译各种程序，使变送器具有自修正、自补偿、自诊断及错误方式告警等多种功能，提高了变送器的精确度，简化了调整、校准与维护过程，促使变送器与计算机、控制系统直接对话。

[填空题]

21为什么测量仪表的测量范围要根据测量大小来选取？

选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有何问题？

参考答案：

（1）为了延长仪表使用寿命，避免弹性元件因受力过大而损坏，压力计的上限值应高于工艺生产中可能的最大压力值，但必须考虑实际测量时的误差，仪表的量程不宜选得过大。

（2）由于仪表的基本误差Δm由其精确度等级和量程决定，在整个仪表测量范围内其值是一定的，选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值会增大测量误差。

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[填空题]

22什么叫节流现象？

流体经节流装置时为什么会产生静压差？

参考答案：

（1）流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象。

（2）流体经节流装置时，由于节流装置前后流体截面的改变，造成流体流速的改变，从而产生节流装置的压力差。

[填空题]

23双位控制规律是怎样的？

有何优缺点？

参考答案：

双位控制的动作规律是当测量值大于给定值时，控制器的输出最大（或最小），而当测量值小于给定值时，则输出值为最小（或最大），即控制器只有两个输出值，相应的控制机构只有开和关两个极限位置。

结构简单、成本较低、易于实现。

（1）对于具有比例控制规律的控制器，其输出信号p与输入信号e之间成比例关系，即p=Kp×e。

（2）控制过程结束后，新稳态值与给定值之间的差值就叫余差。

（3）产生余差的原因：

比例控制器的输出信号p与输入偏差e之间成比例关系：

p=Kp×e为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。

[填空题]

24比例控制器的比例度对控制过程有什么影响？

选择比例度要注意什么问题？

参考答案：

（1）控制器的比例度δ越小，它的放大倍数Kp就越大，它将偏差放大的能力越强，控制力也越强，反之亦然，比例控制作用能力的强弱通过调整比例度δ实现。

（2）为了减小余差，就要增大放大系数Kp（即减小比例度δ），但这会使系统稳定性变差。

比例度越大，过滤过程曲线越平稳，但余差也越大；比例度越小，则过滤曲线越振荡。

工艺生产通常要求比较平稳而余差又不太大的过程，一般地说，若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，控制器的比例度可以选的小些，以提