2022化工仪表及自动化作业参考答案(1).docx

化工仪表及自动化作业参考答案 第一章自动控制系统基本概念 1.什么是化学自动化？它的意义是什么？ 答: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。 实现化工自动化可以加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量，降低劳动 强度，保证生产安全，为逐步消除体力劳动和脑力劳动的差异创造条件。 2.化工自动化主要包括哪些内容？ 答：化工生产过程自动化一般包括自动检测、自动操作、自动保护和自动控制。 3. 自动控制系统怎样构成？各组成环节起什么作用？ 答：自动控制系统主要由两部分组成。其中一部分是一套完整的控制自动化装置。对 于常规仪器，它包括检测元件、变送器、控制器、执行器等；另一部分是由自动化装置控 制的被控对象。 在自动控制系统中，检测元件及变送器用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特 定的信号(如气压信号或电压、电流信号等)。控制器将检测元件及变送器送来的测量信号 与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先 设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号(如气压信号或电流信号)发送给 执行器,执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流人(或流出)被控变量的物 料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。 什么是操纵变量？ 受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。 （或：具体实现控制作用的变量叫做操纵变量） 4.闭环控制系统和开环控制系统的区别是什么？ 答自动控制系统按其基本结构形式可分为闭环自动控制系统和开环自动控制系统。 闭环自动控制是指控制器与被控对象之间具有正向控制和反向连接的自动控制。如图 1-1（a）所示，它是一个闭环自动控制。在图中，控制器接收检测元件和变送器发送的测 量信号，将其与设定值进行比较，得到偏差信号，然后根据偏差的大小和方向调整蒸汽阀 的开度，改变蒸汽流量，使热料出口温度回到设定值。从图 1-1（b）所示的控制系统框图 可以清楚地看出，控制变量（蒸汽流量）通过受控对象影响受控变量，受控变量通过自动 控制装置影响控制变量。从信号传输关系的角度来看，它构成了一个闭环。 (a)(b) 图 1-1 闭环自动控制的基本结构 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系 统。即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通过自动控制装置去影响 操纵变量。从信号传递关系上看，未构成闭合回路。 有两个开环控制系统。一个根据设定值进行控制，如图 1-2（a）所示。该控制模式的 控制变量（蒸汽流量）与设定值保持一定的函数关系。当设定值改变时，控制变量随之改 变，然后改变控制变量。另一种是根据扰动进行控制，即所谓的前馈控制系统，如图 1-2 （b）所示。这种控制方法是测量干扰信号，根据其变化产生相应的控制效果，然后改变 控制变量。 制药过程控制原理与仪表 （a） 设定值控制的开环系统（b）扰动控制的开环系统 图 1-2 开环控制系统基本结构 开环控制系统不能自动检测控制变量的变化，也不能判断控制变量的校正效果是否适 合实际需要。 5.什么是反馈？什么是正反馈和负反馈？ 答：将系统（或链路）的输出信号直接或通过某些链路返回输入端的方法称为反馈。 反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号为两者之差，这种反馈叫做负反馈； 反之为正反馈。 6.根据设定值的形式，闭环控制系统可分为哪些类型？ 在闭环控制系统中，按照设定值的不同形式又可分为： (1)定值控制系统； (2)随动控 制系统； (3)程序控制系统。 7.控制系统的静态和动态是什么？ 答:在自动化领域内，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为控制系统的静态。 在这种状态下，自动控制系统的输人(设定值和干扰)及输出(被控变量)都保持不变，系统 内各组成环节都不改变其原来的状态，它们输人、输出信号的变化率为零。而此时生产仍 在进行，物料和能量仍然有进有出。因此，静态反映的是相对平衡状态。 系统的动力学是一种不平衡状态，其中受控变量随时间变化。当处于初始相对平衡状 态的系统受到干扰影响时，其平衡状态被破坏，被控变量偏离设定值，此时控制器会改变 初始状态，产生相应的控制效果，改变控制变量，克服干扰的影响，努力恢复平衡状态。 从扰动的发生到控制，直到系统重新建立平衡，在此期间，整个系统处于变化状态。 9.控 制系统运行的基本要求是什么？ 答: 自动控制系统的基本要求是系统运行必须是稳定的，并应保证满足一定的精度要 求或某些规定的性能指标，但最基本的要求是稳定的，也就是说系统投人运行后，被控变 量不致失控而发散。 10.在阶跃扰动作用下，自动控制系统过渡过程