化工儀表及自動化作業(yè)參考答案

1、第一章自動控制系統(tǒng)基本概念1.什么是化工自動化？它有什么重要意義？答:在化工設(shè)備上，配備上一些自動化裝置，代替操作人員的部分直接勞動，使生產(chǎn)在不同程度上自動地進行，這種用自動化裝置來管理化工生產(chǎn)過程的辦法，稱為化工自動化。實現(xiàn)化工自動化，能加快生產(chǎn)速度、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、減輕勞動強度、保證生產(chǎn)安全，為逐步地消滅體力勞動和腦力勞動之間的差別創(chuàng)造條件。2.化工自動化主要包括哪些內(nèi)容？答:化工生產(chǎn)過程自動化，一般包括自動檢測、

2、自動操縱、自動保護和自動控制等方面的內(nèi)容。3.自動控制系統(tǒng)怎樣構(gòu)成？各組成環(huán)節(jié)起什么作用？答:自動控制系統(tǒng)主要由兩大部分組成。一部分是起控制作用的全套自動化裝置，對于常規(guī)儀表來說，它包括檢測元件及變送器、控制器、執(zhí)行器等；另一部分是受自動化裝置控制的被控對象。在自動控制系統(tǒng)中，檢測元件檢測元件及變送器用來感受被控變量的變化并將它轉(zhuǎn)換成一種特定的信號(如氣壓信號或電壓、電流信號等)。控制器將檢測元件及變送器送來的測量信號與工藝上需要保持的

3、設(shè)定值信號進行比較得出偏差，根據(jù)偏差的大小及變化趨勢，按預(yù)先設(shè)計好的控制規(guī)律進行運算后，將運算結(jié)果用特定的信號(如氣壓信號或電流信號)發(fā)送給執(zhí)行器執(zhí)行器能自動地根據(jù)控制器送來的信號值相應(yīng)地改變流人(或流出)被控變量的物料量或能量，克服擾動的影響，最終實現(xiàn)控制要求。什么叫操縱變量？受控制器操縱的，用以克服干擾的影響，使被控變量保持設(shè)定值的物料量或能量。（或：具體實現(xiàn)控制作用的變量叫做操縱變量）4.閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)有什么不同？答自

4、動控制系統(tǒng)按其基本結(jié)構(gòu)形式可分為閉環(huán)自動控制系統(tǒng)和開環(huán)自動控制系統(tǒng)。閉環(huán)自動控制是指控制器與被控對象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系的自動控制。如圖11(a)即是一個閉環(huán)自動控制。圖中控制器接受檢測元件及變送器送來的測量信號，并與設(shè)定值相比較得到偏差信號，再根據(jù)偏差的大小和方向，調(diào)整蒸汽閥門的開度，改變蒸汽流量，使熱物料出口溫度回到設(shè)定值上。從圖11(b)所示的控制系統(tǒng)方塊圖可以清楚看出，操縱變量(蒸汽流量)通過被控對象去影響被控變量，而被

5、控變量又通過自動控制裝置去影響操縱變量。從信號傳遞關(guān)系上看，構(gòu)成了一個閉合回路。(a)(b)圖11閉環(huán)自動控制基本結(jié)構(gòu)開環(huán)控制系統(tǒng)是指控制器與被控對象之間只有順向控制而沒有反向聯(lián)系的自動控制系統(tǒng)。即操縱變量通過被控對象去影響被控變量，但被控變量并不通過自動控制裝置去影響操縱變量。從信號傳遞關(guān)系上看，未構(gòu)成閉合回路。開環(huán)控制系統(tǒng)分為兩種，一種按設(shè)定值進行控制，如圖12(a)所示。這種控制方式的操縱變量(蒸汽流量)與設(shè)定值保持一定的函數(shù)關(guān)系

6、，當(dāng)設(shè)定值變化時，操縱變量隨其變化進而改變被控變量。另一種是按擾動進行控制，即所謂前饋控制系統(tǒng)，如圖12(b)所示。這種控制方式是通過對擾動信號的測量，根據(jù)其變化情況產(chǎn)生相應(yīng)控制作用，進而改變被控變量。制藥過程控制原理與儀表第2頁第二節(jié)例題分析1.在石油化工生產(chǎn)過程中，常常利用液態(tài)丙烯汽化吸收裂解氣體的熱量，使裂解氣體的溫度下降到規(guī)定的數(shù)值上。圖19是一個簡化的丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)。被冷卻的物料是乙烯裂解氣，其溫度要求控制在(151.

7、5)℃。如果溫度太高，冷卻后的氣體會包含過多的水分，對生產(chǎn)造成有害影響；如果溫度太低，乙烯裂解氣會產(chǎn)生結(jié)晶析出，堵塞管道。圖19丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)示意圖(1)指出系統(tǒng)中被控對象、被控變量和操縱變量各是什么？(2)試畫出該控制系統(tǒng)的組成方塊圖。(3)試比較圖19及它的方塊圖，說明操縱變量的信號流向與物料的實際流動方向不同。解(1)在丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)中，被控對象為丙烯冷卻器；被控變量為乙烯裂解氣的出口溫度；操縱變量為氣態(tài)丙烯的流量

8、。(2)該系統(tǒng)方塊圖如圖110所示。圖110丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)方塊圖注：θ為乙烯裂解氣的出口溫度；θsp為乙烯裂解氣的出口溫度設(shè)定值(3)在圖19中，氣態(tài)丙烯的流向是由丙烯冷卻器流出。而在方塊圖中，氣態(tài)丙烯作為操縱變量，其信號的流向是指向丙烯冷卻器的。2.某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定的操作溫度為(90010)℃。考慮安全因素，控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過80℃?，F(xiàn)設(shè)計的溫度定值控制系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如圖113所