控制仪表与计算机控制技术解读.docx
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控制仪表与计算机控制技术解读
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控制仪表练习题
1.一个简单的闭环调节系统中至少应包含哪几个环节？
检测变送环节；调节控制环节；输出执行环节；
2.过程控制仪表与装置的分类有哪几种？
按能源形式分类:
可分为电动、气动、液动和机械式等。
工业上普遍使用电动和气动控制仪表；
按信号类型分类:
分为模拟式和数字式两大类；按结构形式分类:
单元组合式控制仪表,基地式
控制仪表,集散型计算机控制系统,现场总线控制系统。
3.过程控制仪表与装置按能源形式分类可分为哪几种？
目前工业上普遍使用的是哪两种？
过程控制仪表与装置按能源形式分类可分为电动、气动、液动和机械式等。
工业上普遍使用电
动和气动控制仪表。
4.过程控制仪表与装置按信号类型分类分为哪几种？
过程控制仪表与装置按信号类型分类分为模拟式和数字式两大类。
5.模拟式控制仪表的特征有哪些？
这类仪表大多线路较简单，操作方便，使用灵活，价格较低；其传输信号为连续变化的模拟量。
6.数字式控制仪表的特征有哪些？
其传输信号为断续变化的数字量，可以进行各种数字运算和逻辑判断，功能完善性，能优越，
能解决模拟式控制仪表难以解决的问题。
7.过程控制仪表与装置按结构形式分类有哪几种形式？
单元组合式控制仪表；基地式控制仪表；集散型计算机控制系统；现场总线控制系统
8.单元组合式控制仪表的特征有哪些？
各个仪表是能够实现一定功能的独立单元；各个仪表之间用统一的标准信号进行联系，将各种
独立仪表进行不同的组合，可以构成适用于各种不同场合的自动检测或控制系统。
9.单元组合仪表分为哪些单元？
在计算机控制系统中仍使用哪些单元组合仪表？
单元组合仪表分为八类：
变送单元执行单元
控制单元转换单元
运算单元显示单元
给定单元辅助单元
计算机控制系统中仍使用的单元组合仪表有：
控制单元转换单元
运算单元显示单元
给定单元辅助单元
10.变送单元的作用是什么？
它能将各种被测参数，如温度、压力、流量、液位等变换成相应的标准统一信号传送到接收仪
表，以供指示、记录或控制。
11.控制单元的作用是什么？
将来自变送单元的测量信号与给定信号进行比较，按照偏差给出控制信号，去控制执行器的动
作。
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12.执行单元的作用是什么？
它按照调节器输出的控制信号或手动操作信号，操作执行元件，改变控制变量的大小。
13.常用的执行单元的有哪些？
角行程电动执行器、直行程电动执行器和气动薄膜调节阀等。
14.基地式控制仪表的特征是什么？
基地式控制仪表相当于把单元组合仪表的几个单元组合在一起，构成一个仪表；通常以指示，
记录仪表为主体；其控制信号输出一般为开关量，也可以是标准统一信号；也有在数字式变送
器或执行器附带的数字式转换器中带有调节器功能。
15.集散型控制系统的特征是什么？
以微型计算机为核心，其基本特点是分散控制、集中管理；可以实现单元组合仪表中除了变送
和执行单元之外的所有功能。
16.集散型控制系统的基本特点是什么？
分散控制，集中控制
17.集散型控制系统的组成及各部分的作用？
控制站：
完成数据采集、处理及控制的作用。
操作站：
完成生产过程信息的集中显示、操作和管理。
过程通讯网络：
用于实现操作站与控制站的连接，完成信息、控制命令等传输。
18.现场总线控制系统的特征？
其特征为：
现场控制和双向数字通讯，即将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场设备中，
实现现场控制，而现场设备与控制室内的仪表或装置之间为双向数字通讯。
19.信号制是指什么？
信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。
20.制定信号制的目的是什么？
达到通用性和相互兼容性的要求，以便不同系列或不同厂家生产的仪表能够共同使用在同一控
制系统中，实现系统的功能。
21.气动仪表的信号标准？
气动仪表的信号标准即启动仪表的下限值和上限值：
下限上限
20kPa（0.2Kgf/cm2）100kPa（1Kgf/cm2）
22.电动仪表的信号标准？
序号电流信号负载电阻
１４－２０mA２５０－７５０欧
２０－１０mA０－１０００欧
０－３０００欧
23.现场与控制室仪表之间宜采用什么信号？
现场与控制室仪表之间宜采用直流电流信号。
24.直流电流信号有哪些优缺点？
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优点：
a、直流比交流干扰少b、直流信号对负载的要求简单c、电流比电压更利于远传信息缺点：
a、多个仪表接收同一电流信息，它们必须串联b、任何一个仪表在拆离信号回路之前首先要把
该仪表的两个输入端短接，否则其它仪表将会因电流中断而失去信号c、仪表无公共接地点，
须浮空工作。
25.控制室内部仪表之间宜采用什么信号？
控制室内部仪表之间宜采用直流电压信号。
26.直流电压信号有哪些优缺点？
优点：
a、任何一个仪表拆离信号回路都不会影响其它仪表的运行。
b、各个仪表具有公共接地点，可以共用一个直流电源。
缺点：
其接收仪表的输入阻抗要足够高
27.控制系统仪表之间典型联接方式是什么？
Io：
发送仪表的输出电流
Ro：
发送仪表的输出电阻
Ri：
接收仪表的输入电阻
R：
电流⁄电压转换电阻，Io=4～20mA
时R取250Ω。
28.按照国标GB3836.1规定，防爆电气设备分为哪两大类？
I类：
煤矿井下用电气设备II类：
工厂用电气设备
29.防爆仪表依据什么进行分组？
防爆仪表根据最大试验安全间隙dmax或最小点燃电流的比值MICR进行分组。
30.仪表的最高表面温度是怎样定的？
仪表的最高表面温度=实测最高表面温度-实测时环境温度+规定最高环境温度
31.II类防爆仪表主要采用哪两种防爆措施？
“i”代表什么型防爆仪表？
“d”代表什么
型防爆仪表？
II类防爆仪表主要采用隔爆型防爆措施和本质安全型防爆措施“i”代表本质安全型防爆仪表
“d”代表隔爆型防爆仪表。
32.过程控制仪表常见的防爆等级有哪些？
iaIICT5（iaIICT6）和dIIBT3二种。
33.iaIICT6的含义是什么？
dIIBT3的含义是什么？
iaIICT6表示II类本质安全型ia等级C级T6组；dIIBT3表示II类隔爆型B级T3组。
34.隔爆型防爆仪表的特点是什么？
仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内
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35.隔爆型防爆仪表的防爆措施有哪些？
a、采用耐压80～100N/cm2以上的表壳
b、表壳外部的温升不得超过由易爆性气体或蒸汽的引燃温度所规定的数值
c、表壳接合面的缝隙宽度及深度，应根据它的容积和易爆性气体的级别采用规定的数值等
36.隔爆型防爆仪表使用中应注意什么？
若揭开仪表表壳，将失去了防爆性能；长期使用会逐渐降低防爆性能
37.安全火花型防爆仪表所采取的措施主要有哪些？
a、仪表采用低工作电压和小工作电流。
b、在线路设计上，对处于危险场所的电路，选择适当大小的电阻、电容和电感参数，使其只产
生安全火花；同时在较大的电容、电感回路中并联双重化二极管以消除不安全火花。
38.要使整个测量或控制系统的防爆性能符合安全火花防爆要求，必须满足什么条件？
a、在危险场所使用安全火花型防爆仪表b、在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅
39.要真正实现安全火花防爆，必须做到哪几点？
a、必须正确的安装安全栅和布线
b、携带到现场的维修用的仪器仪表必须是安全火花型的仪表
40.从仪表整体结构上看，模拟式控制仪表的两种构成形式是什么？
a、仪表整机采用单个放大器，其放大器可由若干放大器或不同的放大器串联而成。
b、整机由数目不等的运算放大器电路以不同形式组装而成。
41.采用单个放大器的仪表分析方法的特点？
a、在满足KKf>>1的条件时，仪表的输出与输入关系仅取决于输入部分的特性和反馈部分的特
性。
b、在满足KKf>>1的条件时，放大器的净输入e趋向于零（e→0）。
42.采用运算放大器的仪表分析方法特点？
a、输入电阻Ri=∞；
b、输出电阻Ro=0；
c、开环电压增益Ko=∞；
d、失调及其漂移为零。
两条重要的结论：
1〉差模输入电压为零，即Vd=0或VT=VF；
2〉输入端输入电流为零，即IbT=0,IbF=0;
43.仪表中常用的运算放大器电路有哪四种？
a、反相端输入b、同相端输入c、差动输入d、电压跟随器
44.反相端输入运算放大器电路特点？
a、输出电压与输入电压成正比，其比例系数为R2/R1；
b、输出与输入极性相反；
c、反相端不接地，但VF=0，故称反相端为“虚地”；
d、输入电阻约等于输入回路电阻R1；
e、输入回路电流Ii，全部流经反馈回路，即If=Ii。
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45.同相输入运算放大器电路特点？
a、输出电压与输入电压成正比，其比例系数为（1+R2/R1）；
b、输出与输入极性相同；
c、同相端和反相端存在共模电压VC=Vi；
d、输入电阻等于运算放大起本身的共模输入电阻，其值很大，通常为1～500M。
46.差动输入运算放大器电路特点？
a、在满足电阻匹配条件时，差动输入放大器电路的输出电压仅仅取决于两个输入电压之
差（ViT-ViF），即这种电路只放大差动信号，不放大共模信号，且与差动信号Vid成正比，比
例系数为R2/R1。
输出电压与差动信号极性相同。
在仪表线路中，往往取R1=R3、R2=R4，形
成所谓对称差动运放电路。
b、运算放大器输入端存在共模电压
47.电压跟随器特点？
输入电阻高；输出电阻低。
它在仪表电路应用中，起隔离作用。
48.仪表的分析步骤？
a、了解仪表的作用和结构框图。
b、按照结构框图将整机线路划分成相应的部分。
c、根据信号
的传递方向，对各部分逐一进行分析。
d、综合仪表的整机特性
49.在仪表线路中，一般都采用多少伏单电源供电？
出于仪表总体设计的需要、便于仪表的安装以及变送器采用二线制等原因，在仪表线路中，一
般都采用+24V伏单电源供电。
第2章调节器
50.何为调节器的调节规律？
调节器的调节规律就是调节器的输出信号随输入信号（偏差）变化的规律。
这个规律常常称为调
节器的特性。
51.在分析调节器特性时，调节器的输入和输出各指什么？
输入是被控变量与给定值之差即偏差△x，输出是输出信号的变化量△y。
52.对于调节器，何为正偏差？
何为负偏差？
△x＞0称正偏差△x＜0称负偏差。
53.何为正作用调节器？
何为反作用调节器？
△x＞0相应的△y＞0,称为正作用调节器△x＞0相应的△y＜0,称为反作用调节器。
54.调节规律的五种表示方法是什么？
a、微分方程表示法b、传递函数表示法c、频率特性表示法d、图示法离e、散化表示法
55.调节器的基本调节规律有哪些？
a、比例控制规律b、比例积分控制规律c、比例微分控制规律d、比例积分微分控制规律
56.比例调节规律的特点？
a、比例控制作用及时迅速b、控制量的输出会发生变化不是原来的数值c、存在残余偏差——
余差
57.积分作用的特点？
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积分作用的输出与偏差对时间的积分成比例关系。
积分作用具有“慢慢来”的特性
58.如何防止积分饱和？
a、在控制器输出达到输出范围上限值或下限值时，暂时去掉积分作用。
b、在控制器输出达到
输出范围上限值或下限值时，使积分作用输出不继续增加。
59.微分作用的特点？
输入偏差变化的速度越大，则微分作用的输出越大，然而对于一个固定不变的偏差不管这个偏
差有多大，微分作用的输出总是零。
60.推导数字式调节器的位置型PID算式。
理想的PID微分方程为：
对式中的连续积分项和微分项进行如下离散化处理
对于积分项用下式近似
对于微分项用下式近似
式中,∆t是两次采样的间隔时间,即两次采样周期sT;n,n-1位采样时间序号.
于是可得离散化后的理想PID控制规律算式为：
位置型PID算式输出与实际调节阀的阀位相对应其算式为：
增量型PID算式输出为两个采样周期PID输出值之差
第n-1次采样时的控制器输出为
所以增量型PID算式为：
61.位置型PID算式的特点？
输出与实际调节阀的阀位相对应；便于计算机运算的实现但计算繁琐、占用的计算机内存很大,
计算错误或输出错误时，会造成调节阀开度错误，致使控制出错。
62.推导数字式调节器的增量型PID算式。
见第60题
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63.增量型PID算式的特点？
输出为两个采样周期PID输出值之差；计算机运算所需的内存较小、计算也相对简单，出现故
障不会造成大的影响，易于系统手动和自动间的无扰动切换。
64.数字式调节器构成原理？
1.以微处理器（CPU）为核心构成的硬件电路部分；2.系统程序和用户程序构成的软件部分。
65.数字式调节器的硬件电路组成？
数字式调节器的硬件电路由主机电路、过程输入通道、过程输出通道、人机接口电路及通信接
口电路等部分组成。
66.数字式调节器主机电路的作用？
完成数据传递、算术逻辑运算、转移控制等功能。
67.数字式调节器I／O接口电路的作用？
I/O接口是CPU同过程输入、输出通道等进行数据交换的器件，它有并行接口和串行接口两种。
68.数字式调节器过程输入通道电路有哪些？
数字式调节器过程输入通道电路有模拟量输入通道、开关量输入通道。
69.数字式调节器过程输出通道电路有哪些？
数字式调节器过程输出通道电路有模拟量输出通道、开关量输出通道
70.数字式调节器人／机联系部件电路的作用？
用以显示或修改输入、输出数据、PID参数和其他参数；提供人机交互的通路，使控制器可
以通过按钮或键盘识别操作员输入的命令，操作员通过指示灯、显示器等也可以看到控制器执
行的过程和结果。
（本题答案书上没有，为本人自编）
71.数字式调节器通信接口电路的作用？
通信接口将欲发送的数据转换成标准通信格式的数字信号，经发送电路送至通信线路（数
据通道）上；同时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号，将其转换成能被计算机接受的
数据。
72.数字式调节器的软件构成有哪些？
系统程序和用户程序。
73.数字式调节器的系统程序的作用是什么？
系统程序通常由监控程序和功能模块两部分组成。
监控程序使调节器各硬件电路能正常工作并实现所规定的功能，同时完成各组成部分之间
的管理。
其主要完成的任务有：
・系统初始化・中断管理・自诊断处理・键处理・定时处理・通信
处理・掉电处理・运行状态控制
功能模块提供了各种功能，用户可以选择所需要的功能模块以构成用户程序，使调节器实
现用户所规定的功能。
调节器提供的功能模块主要有：
・数据传送・高值选择和低值选择・PID运
算・上限幅和上限幅・四则运算・折线逼近法函数运算・逻辑运算・一阶惯性滞后处理・开平方运
算・纯滞后处理・取绝对值运算・移动平均值运算・脉冲输入计数与积算脉冲输出・控制方式切换
74.数字式调节器的用户程序的作用是什么？
使调节器完成预定的控制与运算功能。
使用者编制程序实际上是完成功能模块的连接，也
即组态工作。
75.数字式调节器的特点？
・运算控制功能强・通过软件实现所需功能・带有自诊断功能・带有数字通讯功能・具有和
模拟调节器相同的外特性・保持常规模拟式调节器的操作方式
76.什么是SLPC可编程调节器？
SLPC可编程调节器是一种有代表性的、功能较为齐全的可编程调节器，其功能有：
基本
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PID、串级、选择、非线性、采样PI、批量PID等控制功能。
并具有自整定功能，可使PID参
数实现最佳整定。
用户只需使用简单的编程语言，即可编制各种控制与运算程序，使调节器具
有规定的控制运算功能
。
77.SLPC可编程调节器的运算寄存器及工作方式？
SLPC中对应于RAM存储器的各个不同单元，定义了不同名称的寄存器：
X
n
和Y
n
寄存器：
输入和输出寄存器。
A
n
和B
n
寄存器：
专用寄存器。
FL
n
寄存器：
专用状态寄存器。
D
n
寄存器：
数据寄存器。
K
n
寄存器：
常数寄存器。
P
n
寄存器：
键盘可修改数据寄存器。
S
1~5
寄存器：
运算寄存器。
这五个运算寄存器以堆栈方式工作。
图2-1运算寄存器结构示意图及工作原理
78.SLPC可_____________编程调节器的基本控制指令BSC的应用编程。
参照书本P70~P72例题
79.变送器的作用？
在自动检测和调节系统中，将各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位、成分等物理量
转换成统一的标准信号，以供显示、记录或调节之用。
80.变送器按照被测参数分类有？
差压变送器、压力变送器、液位变送器、流量变送器、温度变送器等
本资料由赵贤成、赵敏、崔晋整理完成
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81.模拟式变送器的构成原理及结构图？
模拟式变送器组成部分：
测量部分、放大器、反馈部分、零点调整和零点迁移。
结构图
如3-1所示
图3-1模拟式变送器结构图
82.模拟式变送器的输入输出关系曲线和关系式？
83.数字式变送器的构成原理？
智能式变送器由硬件和软件两部分构成。
智能式变送器的硬件构成：
图3-3智能式变送器的硬件构成框图
智能式变送器软件构成：
A/D采样程序量程转换程序
工程量变换程序滤波程序
误差校正程序D/A输出程序
通讯程序辅助功能程序
智能式变送器还配置有手持终端。
84.数字式（智能式）变送器的构成原理及结构图？
本资料由赵贤成、赵敏、崔晋整理完成
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参照上题
85.数字式变送器软件部分包括？
参照上题
86．变送器的量程调整？
87.变送器的零点调整和零点迁移？
使变送器的输出信号下限值y
mia
与测量范围的下限值x
mia
相对应，在x
mia
=0时，称为零
点调整，在x
min
≠0时，称为零点迁移。
零点调整使变送器的测量起始点为零。
零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值：
当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移；当测量的起始点由零变为某一负值，
称为负迁移。
图3-5变送器零点迁移前后输入输出特性
模拟式变送器的零点调整和零点迁移方法：
图3-4变送器量程调节前后输入输出特性
本资料由赵贤成、赵敏、崔晋整理完成
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由ff
i
K
xz
K
y=K+0
知改变放大器输入端上的调零信号z
0
。
智能式变送器的零点调整和零点迁移方法：
由软件实现。
88.如何提高仪表的测量精度？
零点迁移+量程调整可以提高仪表的测量精度。
89.电容式差压变送器线性化的原因？
原因：
传感器组件的输出信号与被测参数之间往往存在着非线性关系。
90.模拟式变送器非线性补偿方法有哪二种？
1.使反馈部分与传感器组件具有相同的非线性特性
2.使测量部分与传感器组件具有相反的非线性特性
91.模拟式变送器信号传输方式有哪二种？
二线制和四线制
92.何为四线制？
何为二线制？
四线制：
供电电源和输出信号分别用二根导线传输
二线制：
二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号
图3-6二线制和四线制变送器
93.二线制优点？
节省连接电缆、有利于安全防爆和抗干扰。
94.使用二线制的条件？
变送器的工作电流：
（）minII4mA0≤
变送器的工作电压：
（）minmaxmax≤-+γTLVEIR0
变送器的最小有效功率:
P0min
（E
min
-I
0min
R
Lmax
）
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95.智能式变送器的信号传输方式？
智能式变送器采用双向全数字量传输信号，即现场总线通信方式；目前广泛采用一种过
渡方式，即在一条通信线缆中同时传输4~20mAADC电流信号和数字信号，这种方式被称
为HART协议通信方式。
96.何为HART通讯协议？
HART是数字式仪表实现数字通讯的一种协议。
具有HART通讯协议的变送器可以在一对电缆上同时传输4~20mA.DC.的模拟信号和数字
信号。
HART通讯协议是采用国际标准化组织（ISO）的开放式系统互连（OSI）参考模型，简化
引用其中的三层而制定的。
物理层、数据链路层、应用层
97.什么是FSK信号？
HART信号传输是基于Bell202通讯标准，在4~20mA.DC.基础上叠加幅度为±0.5mA
的不同频率的正弦调制波作为数字信号。
这种类型的数字信号称为频移键控（FSK）信号。
图3-7HART数字通信信号
98.HART通讯协议的物理层定义什么内容？
规定了信号的传输方法和传输介质。
99.HART通讯协议的传输介质及传输距离关系？
HART协议的物理层规定传输介质为电缆线。
单芯带屏蔽双绞电缆，传输距离可达3000米。
多芯带屏蔽双绞电缆，传输距离可达1500米。
非屏蔽电缆，适用于短距离数据传送。
100.HART协议的数据链路层定义什么内容？
规定了数据帧的格式和数据通信规程。
101．HART协议的数据帧格式定义什么内容？
数据帧由链路同步信息、寻址信息、用户信息及校验和组成。
图3-8数据帧基本格式
102.HART协议的数据通信规程？
数据通信规程：
本资料由赵贤成、赵敏、崔晋整理完成
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HART协议按主/从方式通信，这意味着只有在主站呼叫时，现场设备（从站）才传送信
息。
在一个HART网络中，允许有主、副两个主站与一个从设备通信。
为主的主站：
可以是DCS、PLC、基于PC机的监控系统。
副主站：
可以是手持编程终端。
在不影响主站通信的情况下，可在任何位置与从设备通信。
103.HART协议可有哪三种通信模式？
HART协议规定有三种通信命令。
通用命令：
适用于所有符合HART协议的现场仪表。
通用操作命令：
适用于大部分符合HART协议的现场仪表。
特殊命令：
各制造厂的产品自己所特有的命令。
104.HART协议的应用层定义什么内容？
规定了通讯命令的内容。
105.HART协议以什么方式通信？
HART协___________议通信方式由微处理器、数据转换器AD421、HART通信模块、波形整形电路和
带通滤波器组成的电路实现，原理框图如下。
图3-9HART协议通信方式的实现方法
106.HART协议规定的三种通信命令是什么？
通用命令通用操作命令特殊命令
107.HART协议通信方式的实现方法？
（结合给出的图说明各部分的作用）
参照上题
108.HART通讯模块的作用？
HART通讯模块实现二进制的数字信号与FSK信号之间的相互转换。
109.HART通讯模块的工作过程？
（结合给出的图说明各部分的作用）
本资料由赵贤成、赵敏、崔晋整理完成
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110.差压变送器的作用？
用来将差压、流量、液位等被测参数转换为标准的统一信号，以实现对这些参数的显示、
记录或自动控制。
111.差压变送器按照检测元件分类有？
膜盒式差压变送器电容式差压变送器扩散硅式差压变送器振弦式差压变送器电感
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