控制仪表与计算机控制装置周泽魁化学工业出版社课后答案
第一章
1-1控制仪表和自动控制系统有什么关系？（P1自动控制系统和控制仪表）控制仪表与装置是实现生产过程自动化必不可少的工具。
为了提高控制系统的功能，还可以增加一些仪表，如显示器、手操器等。而为了改善控制质量还可以采用串级控制等其他更复杂的控制方案，显然，这将需要更多仪表。
实际所采用的仪表，可以是电动仪表，气动仪表等各种系列的仪表，也可以是各种控制装置，所有这些仪表或装置都属于控制仪表与装置范畴。显而易见，如果没有这些仪表或装置，就不可能实现自动控制。
1-3单元组合式控制仪表有哪些单元？各有哪些功能？（P2书上有各单元功能以及品种）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
变送单元：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。
转换单元：转换单元将电压、频率等电信号转换为标准统一信号，或者进行标准统一信号之间的转换，以使不同信号可以在同一控制系统中使用。
控制单元：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。
运算单元：它将几个标准统一信号进行加、减、乘、除、开方、平方等运算，适用于多种参数综合控制、比值控制、流量信号的温度压力补偿计算等。
显示单元：它对各种被测参数进行指示、记录、报警和积算，供人员监视控制系统和生产过程工况之用。
给定单元：它输出统一标准信号，作为被控制变量的给定值送到控制单元，实现定值控制。给定单元的输出也可以供给其他仪表作为参考基准值。
执行单元：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。
辅助单元：辅助单元是为了满足自动控制系统某些要求而增设的仪表，如操作器、阻尼器、限幅器、安全栅等。操作器用于手动操作，同时又起手动/自动的双向切换作用；阻尼器用于压力或流量等信号的平滑、阻尼；限幅器用于以限制信号的上下限值；安全栅用来将危险场所与非危险场所隔开，起安全防爆作用。
1-4何谓集散控制系统？他是如何构成的？（P3）
集散控制系统就是DCS系统。DCS系统是一种以微型计算机为核心的计算机控制装置。其基本特点是分散控制、集中管理。
构成：
控制站（下位机）——可由DCS系统的基本控制器（包括控制卡、信号输入/输出卡电源等）构成，也可以由PLC（包括CPU、I/O、电源等模块），或带有微处理器的数字式控制仪表构成。
操作站（上位机）——工业控制计算机、监视器、打印机、鼠标、键盘、通信网卡等。
过程通信网络
1-5何谓现场总线和现场总线控制系统？它们具有哪些优点？（P3）
现场总线：是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。
现场总线控制系统（FCS系统）是基于现场总线技术的一种新型计算机控制装置。其特点是现场控制和双向数字通信，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直接为双向数字通。
优点：全数字化、全分散式、可互操作、开放式以及现场设备状态可控。
1-6什么是信号制？控制系统仪表之间采用何种连接方式最佳？为什么？（P4）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。
控制系统仪表之间采用4～20mADC直流电流信号传送，现场变送器和控制室仪表之间采用串联连接方式。电流信号便于远距离传送，不仅节省电缆、布线方便，而且还便于使用安全栅，有利于安全防爆。
采用1～5VDC直流电压信号实现控制室内部仪表间联络。用电压信号传送的信息可以采用并联连接方式，使同一个电压信号为多个仪表所接收。在控制室内，各仪表之间的距离不远，适合采用1～5VDC直流电压作为仪表之间的互相联络信号；任何一个仪表拆离信号回路都不会影响其它仪表的运行；各个仪表既然并联在同一信号线上，当信号源负极接地时，各仪表内部电路对地有同样的电位，这不仅解决了接地问题，而且各仪表可以共用一个直流电源。
1-7防爆仪表与易燃易爆气体或蒸汽之间有何对应关系？iaIICT6和dIIBT3含义是什么？（P6）
防爆仪表的分级和分组，是与易燃易爆气体或蒸汽的分级和分组相对应的。仪表的防爆级别和组别，就是仪表能适应的某种爆炸性气体混合物的级别和组别，即对于教材表1-6中相应级、组之上方和左方的气体或蒸汽的混合物均可以防爆。
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
1-8怎样才能构成一个安全火花型防爆控制系统？
构成安全火花防爆系统要求：①在危险场所使用安全火花型防爆仪表；②在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅。（安全栅的作用是限制由控制室至现场的能量）另外还应注意安装和使用上：（1）必须正确地安装安全栅和布线；（2）安全火花型现场仪表在危险场所时，虽然允许打开表壳进行检查，但携带到现场的维修用的仪器仪表，如万用表等，也必须是安全火花型的仪表。
第二章
2-1控制器在自动控制系统中起什么作用？（P19）
控制器在控制系统中起控制作用。它将来自变送器的测量信号与给定值相减以得到偏差信号，然后对偏差信号按一定的控制规律进行运算，运算结果为控制信号，输出至执行器。2-2什么是偏差、正偏差和负偏差？什么是正作用控制器和反作用控制器？如何实现控制器的正反作用？（P19下面）
偏差△x：在研究控制器特性时，控制器的输入使被控变量（测量值）与给定值之差。
正偏差△x>0，负偏差△x<0。
△x>0，相应的△y>0，则该控制器称正作用控制器；△x>0，相应的△y<0，则该控制器称反作用控制器。
2-11何谓积分饱和？它对控制系统有何影响？如何防止产生积分饱和？（P25）具有积分作用的控制器在单方向偏差信号的长时间作用下，其输出达到输出范围上限值或下限值以后，积分作用将继续进行，从而使控制器脱离正常工作状态，这种现象称为积分饱和。
影响：积分饱和现象在控制系统中是十分有害的，如果控制器处于积分饱和状态，当偏差反向时，控制器输出不能及时改变，需要经过一段时间，即要到积分作用部分回复到正常
工作状态后才能对偏差做出正确的反应。这段等待时间使控制器暂时丧失了控制功能，从而造成了控制不及时，使控制品质变坏，甚至危及安全。
防止积分饱和的方法通常有两种：
①在控制器输出达到输出范围上限值或下限值时，暂时去掉积分作限值或下限值时，暂时去掉积分作用，如由比例积分作用变为纯比例作用；
②在控制器输出达到输出范围上限值或下限值时，使积分作用不继续增加，如在比例积分电路的输入端另加一个与偏差相反的信号。
2-12模拟式PID控制器有哪几种构成方式？各有什么特点？（P28不确定！）模拟式PID控制器的构成方式有：
单只放大器和微分电（气）路、积分电（气）路组成的PID结构形式；
两个或两个以上的P、PI和PD运算部件通过串联、并联或串联并联混合方式组成的PID 结构形式。
偏差型PID运算式——测量值Xm与给定值Xs相减后，得到偏差△x，然后对偏差△x进行比例、积分和微分的运算。缺点：对给定值的变化也进行PID运算。
微分先行PID运算式——先对测量值Xm进行微分运算，再与给定值Xs相减，然后再进行比例积分运算。优点：只对给定值的变化进行PI运算，避免了给定值变化产生的大幅度变化。
2-13数字式控制器PID运算式有哪几种？各有什么特点？（P29）
基本数字式PID运算式
位置型算式——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。
增量型算式——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。
速度型算式——输出是增量型算式的输出值与采样间隔时间T之比。本质上与增量型算式是相同的。
偏差系数型算式——是将增量型算式展开后合并同类项而得到的。但是看不出比例积分和微分作用，它只反映各次采样偏差对输出即控制作用的影响程度。本质上还是增量型。
改进型数字式PID运算式
不完全微分算式——微分作用采用实际微分作用。
微分先行PID算式
带不灵敏区的PID算式——在一定偏差范围内输出为0。
积分分离PID算式——在一定偏差范围内切除积分作用。
2-14控制器一般应具有哪些功能？这些功能是如何实现的？
偏差显示：控制器的输入电路接受测量信号和给定信号，两者相减，获得偏差信号，由偏差显示表显示偏差的大小和正负。
输出显示：控制器输出信号的大小由输出显示表显示。由于控制器的输出信号是控制调节阀的开度，即开度与输出信号有一一对应的关系，所以习惯上将输出显示表称为阀位表。阀位表不仅显示调节阀的开度，而且通过它还可以观察到控制系统受扰动影响后控制器的控制过程。
提供内给定信号及内、外给定的选择：当控制器用于单回路定值控制系统时，给定信号常由控制器内部提供，称作内给定信号。当控制器作为串级控制系统或者比值控制系统中的副控制器使用时，其给定信号来自控制器的外部，称作外给定信号。
正、反作用的选择：通过正反作用开关来选择。
手动操作与手动/自动双向切换：通过控制器的手动/自动双向切换开关实现。
2-19控制系统对自动与手动操作之间的切换有何要求？DDZ-III型调节器是如何满足这一要求的？（P47）
对控制系统来说，在进行自动与手动之间切换时，为了不对控制系统造成扰动（无扰动），要求调节阀位保持不变，即控制器的输出保持不变。而为了保持控制器输出的不变，在进行自动与手动之间切换时，最好不必对控制器进行任何预平衡操作（无平衡），这样使用才方便快捷。
DDZ-III——（1）自动→软手动、硬手动→软手动切换，均为无平衡扰动切换。（2）软手动→自动、硬手动→自动的切换，也为无平衡状态无扰动切换。（3）自动→硬手动、软手动→硬手动的切换，必须在切换前拨动硬手操拨盘，使它的刻度与调节器的输出电流相对应，即必须进行预平衡操作，才能做到无扰动切换。
2-24SLPC可编程调节器如何保证出故障时调节器仍能起遥控作用？在使用中应注意什么？(P65)
当CPU发生故障时，CPU的自检程序或WDT电路发出的故障输出信号FALL使电流输出电路被切换成保持状态，通过正面板上的扳键或按钮就可以在原有输出基础上进行软手动操作，增加或减少输出值。X1输入通道和电流输出通道的备用方式，使调节器在CPU出现故障后不会处于完全瘫痪的状态，操作人员可以借助备用方式进行遥控操作，保证生产照常进行。
因此在控制系统设计时，应考虑调节器这两个备用方式的合理使用。
2-25什么是功能模块？SLPC可编程调节器有哪些功能模块？
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。
SLPC的功能模块以指令形式提供：
1、信号读取指令LD——用于把输入输出等数据→S1。
2、信号存储指令ST——用于把S1中的数据→有关寄存器。
3、程序结束指令END——将控制无条件地转移出用户程序，结束本控制周期内的一切运算。
4、功能指令——完成各种指定功能
基本运算——+、-、×、÷等
带设备编号的运算——十段折线函数运算等
条件判断——上下限报警、逻辑运算、转移跳转等
寄存器移位——S寄存器交换、S寄存器循环移位
控制功能——BSC、CSC、SSC
2-26SLPC可编程调节器如何实现调节器所应具有的功能？
第三章
3-1变送器在自动控制系统中起什么作用？它有哪些类型？（P80）
变送器在自动检测和控制系统中的作用，是对各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位、成分等物理量进行检测，以供显示、记录或控制之用。无论是由模拟仪表构成的系统，还是由计算机控制装置构成的系统，变送器都是不可缺少的环节，获取精确可靠的过程参数值是进行控制的基础。
按照被测参数分类，变送器主要有差压变送器、压力变送器、温度变送器、液位变送器和流量变送器等。
3-2模拟式变送器由哪几部分构成？试述其工作原理。（P80）
模拟式变送器由模拟元器件构成，从构成原理来看，模拟式变送器由测量部分、放大器和反馈部分三部分组成。
工作原理：测量部分中包含检测元件，检测元件检测被测参数x，并将其转换成放大器可以接受的信号zi，zi可以是电压、电流、位移和作用力等信号，由变送器的类型决定；然
后由反馈部分把变送器的输
出信号y转换成反馈信号zf；
在方法七的输入端，zi与调零
及零点迁移信号z0的代数和
同zf进行比较，其差值ε由放
大器进行放大，并转换成统一
标准信号y输出。
3-3试述智能式变送器的构成原理。（P81）
智能式变送器由以微处理器（CPU）为核心构成的硬件电路和由系统程序、功能模块构成的软件两大部分组成。
智能式变送器硬件主要包括传感器组件（传感器和信号调理电路组成）、A/D转换器、微处理器、存储器（存放系统程序、功能模块和数据，还存有传感器特性、变送器的输入输出特性及变送器的识别数据）和通信电路等部分；采用HART协议通信方式的智能式变送器还包括D/A转换器。
智能式变送器软件分为系统程序和功能模块两类。
3-4某DDZ-III型差压变送器输入信号从20kPa变化到60kPa，输出信号相应从最小变化到最大。若输入信号从30kPa变化到40kPa，其输出应从多少变化到多少？
输出信号最小变化到最大是4~20mA
若输入信号从30kPa变化到40kPa，其输出应从8mA~12mA
3-5何谓变送器的量程调整、零点调整和零点迁移？试举例说明。（P83）量程调整使变送器的输出信号上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。
对模拟式变送器，通常是改变反馈部分的反馈系数Kf，Kf越大，量程越大；反之Kf 越小，量程越小。有些模拟式变送器还可以通过改变测量部分转换系数Ki来调整量程。对于数字式变送器，量程调整一般是通过组态实现的。
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。
对于模拟变送器，是通过改变加在放大器输入端上的调零信号z0的大小来实现；对于智能式变送器，也是通过组态来完成的。
3-7变送器为什么要进行非线性补偿？一般如何进行补偿？（P84）
变送器在使用时，总是希望其输出信号与被测参数之间成线性关系，但由于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，因此，为了使变送器的输出信号y 与被测参数x之间呈线性关系，必须进行非线性补偿。
补偿方式有两种：
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。
3-8什么是FSK信号？HART协议通信方式是如何实现的？（P86-87）
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。
实现方法：HART协议通信方式由微处理器、数模转换器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，原理图如下。
CPU输出的与被测参数成比例的数字信号，经AD421转换为4~20mA直流信号输出，同时CPU将需进行数字通信的二进制数字信号由串行口的发送端RX输出至HART通信模块调制为FSK信号，再经波形整形电路送至AD421叠加到4~20mA直流信号上；而由其他仪表（如手持通信器）或上位机加载在4~20mA直流信号上的FSK信号，经带通滤波器送至HART通信模块解调为二进制的数字信号，送至CPU串行口的接收端TX。
3-12简述电容式差压变送器工作原理。（P98）
电容式差压变送器的检测元件采用电容式压力传感器。输入差压△p作用于测量部分电容式压力传感器的中心感压膜片，从而使感压膜片（即可动电极）与两固定电极所组成的差动电容之电容量发生变化，此电容变化量由电容/电流转换电路转换成电流信号Id，Id和调零与零迁电路长生的调零信号Iz的代数和同反馈电路产生的反馈信号If进行比较，其差值送入放大器，经放大得到整机的输出信号Io。
3-13用电容式差压变送器测量流量，若测量范围为0～16m3/h。当流量为12m3/h时变送器的输出电流是多少？16mA
第四章
4-10安全栅有哪些作用？（P155）
安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表，其作用是：一方面保证信号是的正常传输：如把变送器检测来的信号送控制室仪表，把控制器产生的控制信号送给现场执行器等；另一方面控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或爆炸性混合物的点火能量以下，以确保系统的安全火花性能。
4-11说明齐纳式安全栅的工作原理。（P155）
齐纳式安全栅是基于齐纳二极管反向击穿特性来工作的。齐纳式安全栅原理图如下图所示，工作原理为：系统正常工作时，安全侧电压U1低于齐纳二极管的击穿电压U0，齐纳二极管（VZ）截止，安全栅不影响正常的工作电流。但现场发生事故，如短路，利用电阻R进行限流，避免进入危险场所的电流过大；当安全侧电压U1高于齐纳二极管的击穿电压U0时，齐纳二极管击穿，进入危险场所的电压被限制在U0上，同时安全侧电流急剧增大，快速熔断器FU很快熔断，从而将可能造成危险的高电压立即和现场断开，保证了现场的安全。
4-12说明检测端安全栅和操作端安全栅的构成及基本原理。（P155-P157）检测端安全栅由DC/AC转换器、整流滤波器、调制器、解调放大器、隔离变压器及限能器等组成。
其工作原理为：DC/AC变换器采用多谐振荡器电路，将24V DC供电电压转换为方波供电电压，然后由隔离变压器T1对供电通道进行隔离，经整流滤波为限能器和解调放大器提供工作电压，同时方波电压经调制器整流滤波转换成功24V DC电压，然后由限能器限压后为现场变送器提供工作电压。而现场变送器产生的4～20mA DC的测量信号经限能器限流后由调制器转换成交流信号，再由电流互感器T2隔离并耦合至解调放大器，解调放大器又将其恢复成4～20mADC（或1～5VDC）送给控制室显示仪表或调节仪表。
操作端安全栅由DC/AC转换器、调制器、隔离变压器、解调放大器、整流滤波器和限能器组成。工作原理为：操作端安全栅是将控制仪表送来的4～20mA DC信号由调制器利用DC/AC转换器提供的供电方波转换为交流方波信号，该信号由信号隔离变压器T2隔离后送至解调放大器，由解调放大器将此方波新华重新还原为4～20mA DC信号，经限能器送至现场。限能器作用是限流和限压，防止高电压或大电流进入现场。
第五章
5-1执行器在控制系统中起什么作用？气动调节阀和电动调节阀有哪些特点？（P160）
执行器在控制系统中的作用是接受来自控制器的控制信号，通过其本身开度的变化，从而达到控制流量的目的。
气动调节阀特点是结构简单、动作可靠稳定、输出力大、安装维修方便、价格便宜和防火防爆等优点，在工业生产中使用最广，特别是石油、化工等生产过程。缺点是响应时间大，信号不适于远传。
电动调节阀特点是动作较快，特别适于远距离的信号传送、能源获取方便等优点；缺点是价格较贵，一般只适用于防爆要求不高的场合。
5-2执行器由哪些部分构成？各起什么作用？（P160）
执行器由执行机构和调节机构（又称为调节阀）两个部分组成。
执行机构是执行器的推动装置，它根据输入控制信号的大小，产生相应的输出力F（或输出力矩M）和位移（直线位移l或角位移θ），推动调节机构动作。
调节机构是执行器的调节部分，在执行机构的作用下，调节机构的阀芯产生一定位移，即执行器的开度发生变化，从而直接调节从阀芯、阀座之间流过的被控介质的流量。
5-3何谓正作用执行器？执行器是如何实现正、反作用的？（P161）
执行器有正、反作用两种方式，当输入信号增大时，执行器的流通截面积增大，即流过执行器的流量增大，称为正作用；当输入信号增大时，流过执行器的流量减小，称为反作用。
气动调节阀的正反作用可通过执行机构和调节机构的正反作用的组合实现，通常，配用具有正反作用的调节机构时，调节阀采用正作用的执行机构，而通过改变调节机构的作用方式来实现调节阀的气开或气关；配用只具有正作用的调节机构时，调节阀通过改变执行机构的作用方式来实现调节阀的气开或气关。
对于电动调节阀，由于改变执行机构的控制器（伺服放大器）的作用方式非常方便，因此一般通过执行机构的作用方式实现调节阀的正反作用。
5-4气动执行机构有哪几种？它们各有什么优点？它们的工作原理和基本结构是什么？（P161）
气动执行机构有薄膜式、活塞式和长行程式三种类型。
薄膜式执行机构简单、动作可靠、维修方便、价格低廉，是最常用的一种执行机构；
活塞式执行机构允许操作压力可达500kPa，因此输出推力大，但价格较高；
长行程式执行机构的结构原理与活塞式执行机构基本相同，它具有行程长、输出力矩大的特点，直线位移为40~200mm，适用于输出角位移和力矩的场合。
（气动执行机构又可分为有弹簧和无弹簧两种。
有弹簧式气动执行机构较之无弹簧式气动执行机构输出推力小、价格低。有弹簧式薄膜执行机构又分为单弹簧和多弹簧两种，后者与前者相比，具有重量轻、高度小、结构紧凑、装校简便、输出力大等特点，被称为轻型或精小型气动执行机构。）
5-5电动执行机构的构成原理和基本结构是什么？伺服电机的转向和位置与输入信号有什么关系？（P163）
电动执行机构由伺服放大器、伺服电机、位置传送器和减速器四部分组成，其构成原理如图：
伺服电机的转向和位置与输入信号的关系：如输入电信号增加，则输入信号与反馈信号的差值为正极性，伺服放大器控制电动机正转；相反，输入电流信号减小，则差值信号为负，伺服放大器控制电动机反转，即电动机可根据输入信号与反馈信号差值的极性产生正转或反转，以带动调节机构进行开大或关小阀门。
5-7智能式电动执行机构是如何构成的？它们各有什么特点？(P166)
智能式电动机执行机构由伺服放大器、伺服电机、位置传送器和减速器四部分组成，其构成原理如图：
伺服放大器中采用了微处理器系统，所有控制功能均可通过编程实现，而且还具有数字通讯接口，从而具有HART协议或现场总线通信功能，成为现场总线控制系统中的一个节点。有的伺服放大器中还采用了变频技术，可以更有效地控制伺服电机的动作。
减速器采用新颖的传动结构，运行平稳、传动效率高、无爬行、摩擦小。
位置发送器采用了新技术和新方法，有的采用霍尔效应传感器，直接感应阀杆的纵向或旋转动作，实现了非接触式定位检测；有的采用特殊的电位器，电位器中装有球轴承和特种导电塑料材质做成的电阻薄片；有的采用磁阻效应的非接触式旋转角度传感器。
智能式执行机构的特点之一：可有软件计算的方法修正阀的固有特性，而不用修改阀芯。5-13什么叫气开阀？什么叫气关阀？根据什么原则选择调节阀的气开关型式？（P180）气开阀：在有信号压力输入时阀打开、无信号压力时阀全关。
气关阀：在有信号压力时阀关闭，无信号压力时阀全开。
气开、气关的选择要从工艺生产上的安全要求出发。考虑原则是：信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全，如阀门处于打开位置时危害性小，则应选用气关阀；反之则用气开阀。
5-16阀门定位器有什么作用？简述电/气阀门定位器、气动阀门定位器和智能式阀门定位器的工作原理。(P185)
阀门定位器是气动执行器的主要附件，具有以下作用：
①提高阀杆位置的线性度，克服阀杆的摩擦力，消除被控介质压力变化与高压差对阀位的影响，使阀门位置能按控制信号实现正确定位。
②增加执行机构的动作速度，改善控制系统的动态特性。
③可用0.2～1.0Kgf/cm2的标准信号压力去操作0.4～2.0Kgf/cm2的非标准信号压力的气动执行机构。
工作原理：
电/气阀门定位器——当信号电流通人到力矩马达1的电磁线圈时，它受永久磁钢作用后，对主杠杆2产生一个向左的力，使主杠杆绕支点16反时针方向偏转，挡板13靠近喷嘴15，挡板的位移经气动放大器14转换为压力信号pa引入到气动执行机构8的薄膜气室，因pa增加而使阀杆向下移动，并带动反馈杆9绕支点4偏转，反馈凸轮5也跟着逆时针方向偏转，通过滚轮10使副杠杆6绕支点7顺时针偏转，从而使反馈弹簧11拉伸，反馈弹簧对主杠杆2的拉力与信号电流Io通过力矩马达1作用到杠杆2的推力达到力矩平衡时，阀门定位器达到平衡状态。此时，一定的信号电流就对应于一定的阀杆位移，即对应于一定的阀门开度。
气动阀门定位器——当通如波纹管1的信号压力po增加时,使主杠杆2绕支点16偏转,挡板13靠近喷嘴15，喷嘴背压升高。此被压经放大器14放大后的压力pa引入到气动执行机构8的薄膜气室，因其压力增加而使阀杆向下移动，并带动反馈杆9绕凸轮支点4转动，反馈凸轮5也跟着做逆时针方向转动，通过滚轮10使副杠杆6绕支点7偏转，从而使反馈弹簧11拉伸，反馈弹簧对主杠杆2的拉力与信号压力p1通过波纹管1作用到杠杆2的推力达到力矩平衡时，阀门定位器达到平衡状态。此时，一定的信号压力就对应于一定的阀门位移，即对应于一定的阀门开度。调零弹簧12起零点调整作用；迁移弹簧3用于分程控制调整。
智能式阀门定位器——信号调理部分将输入信号和阀位反馈信号转换为微处理机所能接受的数字信号后送入微处理机；微处理机将这两个数字信号按照预先设定的特性关系进行比较，判断阀门开度是否与输入信号相对应，并输出控制电信号至电气转换控制部分；电气转换控制部分将这一信号转换为气压信号送至气动执行机构，推动调节机构动作；阀位检测反馈装置检测执行机构的阀杆位移并将其转换为电信号反馈到阀门定位器的信号调理部分。
第六章
6-1什么是计算机控制系统？它的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？
（P191-192）
计算机控制系统就是利用计算机实现工业生产过程的自动控制系统。
硬件组成：
主机系统——包括CPU，RAM，ROM，完成数据采集、控制决策和控制输出。
外部设备——按功能分为输入设备，输出设备和外存储器。最常用的输入设备是鼠标和键盘，用来输入程序、数据和操作命令；常用的输出设备是打印机、CRT等，它们以字符、
曲线、表格和图形等形式来反映生产工况和控制信息；常用的外存储器是磁盘等，它们兼有输入和输出两种功能，用来存放程序和数据。
系统总线——包括内部总线和外部总线。内部总线是计算机系统内部各组成部分进行信息传送的公共通道。外部总线是计算机控制装置与其他计算机系统、智能仪表及各种智能设备进行信息传送的公共通道。
过程输入输出设备——是计算机与生产过程之间信号传递和变换的连接通道。
6-2衡量系统硬件可靠性的指标通常有哪些？它们的含义分别是什么？(P194)衡量指标有：可靠度、平均无故障工作时间、平均故障修复时间。
可靠度——可靠度即是用概率来表示的零件、设备或系统的可靠程度。具体定义是：在规定的环境温度、湿度、振动和使用方法及维护措施等条件下，在规定的工作期限内，设备无故障地发挥规定功能（应具备的技术指标）的概率。
平均无故障工作时间MTBF、平均故障修复时间MTTR——MTBF指设备在相邻两次故障的间隔内正常工作的平均时间，MTTR指设备出现故障以后经过维修恢复并重新投入运行所需要的平均时间。
6-7计算机网络的常用拓扑有哪些？各有什么特点？（P203）
总线型网络——总线型结构由一条高速公用主干电缆即总线连接若干个结点构成网络。网络中所有的结点通过总线进行信息的传输。这种结构的特点是结构简单灵活，建网容易，使用方便，性能好。其缺点是主干总线对网络起决定性作用，总线故障将影响整个网络。总线型拓扑是使用最普遍的一种网络。
环形网络——环型拓扑由各结点首尾相连形成一个闭合环型线路。环型网络中的信息传送是单向的，即沿一个方向从一个结点传到另一个结点；每个结点需安装中继器，以接收、放大、发送信号。这种结构的特点是结构简单，建网容易，便于管理。其缺点是当结点过多时，将影响传输效率，不利于扩充。
星型网络——星型拓扑由中央结点集线器与各个结点连接组成。这种网络各结点必须通过中央结点才能实现通信。星型结构的特点是结构简单、建网容易，便于控制和管理。其缺点是中央结点负担较重，容易形成系统的“瓶颈”，线路的利用率也不高。
树形网络——树型拓扑是一种分级结构。在树型结构的网络中，任意两个结点之间不产生回路，每条通路都支持双向传输。这种结构的特点是扩充方便、灵活，成本低，易推广，适合于分主次或分等级的层次型管理系统。
网状网络——主要用于广域网，由于结点之间有多条线路相连，所以网络的可靠性较搞高。由于结构比较复杂，建设成本较高。
6-8网络协议为什么要分层？简述OSI/RM的分层体系及其信息流动过程。（P206-207）计算机通信会涉及不同地域的站点、不同厂家的硬件、不一致的通信规则，如果企图用一个协议来规定通信的全过程，该协议将会因极其杂乱而无法实施。因此，与处理企图的复杂系统一样，计算机网络体系的设计也此阿勇了层次化的方法。
6-9DTE和DCE的含义是什么？它们对应于哪些网络设备？(P208)
数据终端设备DTE是指由一定数据处理能力的发送、接收设备，如计算机、终端等。
数据电路连接设备DCE是数据通信设备或电路连接设备，如调制解调器等。
6-10虚电路和数据报有什么区别？
6-11通信子网和资源子网的功能是什么？各由哪些部分组成？（百度的）资源子网由主机系统、终端控制器、终端组成。也可以说成：资源子网包括各种与计算机和相关的硬件和软件。主要功能：负责数据处理，为用户提供透明的信息传输。
通信子网由网络节点、通信链路组成。也可以说成：通信子网是连接资源子网中各计算机资源并提供通信服务的连接服务。主要功能：为主机提供数据传输，实现信息交换。
6-13TCP协议和UDP协议的特点各是什么？（P214）
传送控制协议TCP是一个面向连接的协议，它可以为用户进程提供可靠的全双工字节流传输服务。它要为用户进程提供虚电路服务，并为数据传输的可靠性进行检查，还要采取流量控制措施，以避免快速发送方向低速接受方发送过多的报文而使接收方无法处理。目前，internet上绝大多数网络服务都使用TCP。
用户数据报协议UDP是一个不可靠的、无连接的协议。它提供灵活、高效的数据报传输。UDP在数据传输前不需要事先建立连接，也不需要排序和流量控制，UDP传输效率相当高，但要求底层网络比较可靠。
第八章
8-2DCS硬件体系主要包括哪几部分？
过程控制级：是DCS的最底层，与生产过程直接相连。过程控制级所采用的装置称为现场控制单元(FCU)，也有称过程控制单元、现场控制站、过程监测站、基本控制器、过程接口单元等，由安装在控制机柜内的标准化模件组装而成，实现DCS的分散控制功能。生产过程的各种参量由传感器接受并转换送给现场控制单元，完成信号的模/数转换和控制运算，去操作执行机构。
过程管理级：由工程师站、操作员站、管理计算机和显示装置组成直接完成对过程控制级的集中监视和管理，通常称为操作站。
生产管理级：是由功能强大的计算机来实现，没有更多的硬件构成。
经营管理级：是由功能强大的计算机来实现，没有更多的硬件构成。
8-3DCS的现场控制单元一般应具备哪些功能？
在DCS中，现场控制单元具有如下功能：
①完成来自变送器的信号的数据采集，有必要时，要对采集的信号进行校正、非线性补偿、单位换算、上下限报警以及累计量的计算等。
②将采集和通过运算得到的中间数据通过网络传送给操作站。
③通过其中的软件组态，对现场设备实施各种控制，包括反馈控制和顺序控制。
④一般现场控制单元还设置手动功能，以实施对生产过程的直接操作和控制。现场控制单元通常不配备CRT显示器和操作键盘，但可备有袖珍型现场操作器，或在前面板上装备小型开关和数字显示设备。
⑤现场控制单元具有很强的自治能力，可单独运行。
8-4DCS操作站的典型功能一般包括哪些方面？（P292）
显示功能、报警功能、操作功能、报表打印功能、组态和编程功能。
8-5DCS软件系统包括哪些部分？各部分的主要功能是什么？（P293）
DCS软件系统包括系统软件、应用软件、通信软件和组态软件。
系统软件为用户提供高可靠性实时运行平台和功能强大的开发工具。
应用软件应完成实时数据库、网络管理、日志生成、历史数据库管理、图形管理、历史数据趋势管理、记录报表生成与打印、人机接口控制、控制回路调节、参数列表、串行通信和各种组态等。
通信软件接收来自其它系统的通信数据，进行校验、分解数据包，并将数据发送到系统服务器；从系统服务器取得数据，按照协议组织数据包发送到其它计算机系统或进行远程发送。
组态软件为用户提供相当丰富的功能软件模块和功能软件包，控制工程师利用组态软件，将各种功能模块进行适当的“组装连接”（即组态），十分方便地生成满足控制系统要求的各种应用软件。
8-9简述JX-300X DCS的通信网络结构及其特点。
第九章重点：PROFIBUS-FF
9-1什么是现场总线和现场总线控制系统？（P316）
现场总线是顺应只能现场仪表而发展起来的一种开放型的数字通信技术，其发展的初衷是用数字通信代替4~20mA模拟传输技术，把数字通信网络延伸到工业过程现场。
现场总线控制系统，采用现场总线作为系统的底层控制网络，沟通生产过程中现场仪表、控制设备及其与更高控制管理层次之间的联系，相互间可以直接进行数字通信。
9-2现场总线的技术特征主要有哪些？请阐述一下FCS“全数字、全分散”的特点。（P318）技术特征：全数字化通信；开放型的互联网络；互操作性与互用性；现场设备的智能化；系统结构的高度分散性。
FCS“全数字、全分散”的特点：
9-3IEC61158现场总线国际标准主要由哪几个部分组成？各部分的特点是什么？（P319）IEC61158技术报告
ControlNet
PROFIBUS
P-Net
FF-HSE
SwiftNet
WorldFIP
InterBus
9-6简述FF现场总线的通信模拟以及H1总线协议的数据构成。（P324）
9-7现场总线终端器的作用是什么？（P332）
实现信号调制并防止信号失真和衰减。
9-9简述FF现场总线的网络拓扑。(P330)
FF现场总线的网络拓扑比较灵活，通常包括点型拓扑、总线型拓扑、菊花链型拓扑、树型拓扑以及多种拓扑组合在一起构成的混合型结构。其中总线型和树型拓扑在工程中使用较多。
9-11PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA的物理层有什么不同？它们是如何实现互连的？（P334）
控制仪表及装置复习要点及习题
概论思考题与习题 0-1 控制仪表与装置采用何种信号进行联络？电压信号传输和电流信号传输各有什么特点？使用在何种场合？ 0-2 说明现场仪表与控制室仪表之间的信号传输及供电方式。0～10mA的直流电流信号能否用于两线制传输方式？为什么？ 0-3 什么是本质安全型防爆仪表，如何构成本质安全防爆系统？ 0-4 安全栅有哪几种？它们是如何实现本质安全防爆的？ 第一章思考题与习题 1-1 说明P、PI、PD调节规律的特点以及这几种调节规律在控制系统中的作用。 1-2 调节器输入一阶跃信号，作用一段时间后突然消失。在上述情况下，分别画出P、PI、PD调节器的输出变化过程。如果输入一随时间线性增加的信号时，调节器的输出将作何变化？ 1-3 如何用频率特性描述调节器的调节规律？分别画出PI、PD、PID的对数幅频特性。 1-4 什么是比例度、积分时间和微分时间？如何测定这些变量？ 1-5 某P调节器的输入信号是4～20mA，输出信号为1～5Ｖ，当比例度δ=60%时，输入变化6mA所引起的输出变化量是多少？ 1-6 说明积分增益和微分增益的物理意义。它们的大小对调节器的输出有什么影响？ 1-7 什么是调节器的调节精度？实际PID调节器用于控制系统中，控制结果能否消除余差？为什么？ 1-8 某PID调节器（正作用）输入、输出信号均为4～20mA，调节器的初始值I i=I0=4mA，δ=200%，T I=T D=2min，K D=10。在t=0时输入ΔI i=2mA的阶跃信号，分别求取t=12s 时：（1）PI工况下的输出值；（2）PD工况下的输出值。 1-9 PID调节器的构成方式有哪几种？各有什么特点？ 1-10 基型调节器的输入电路为什么采用差动输入和电平移动的方式？偏差差动电平移动电路怎样消除导线电阻所引起的运算误差？ 1-11 在基型调节器的PD电路中，如何保证开关S从“断”位置切至“通”位置时输出信号保持不变？ 1-12 试分析基型调节器产生积分饱和现象的原因。若将调节器输出加以限幅，能否消除这一现象？为什么？应怎样解决？ 1-13 基型调节器的输出电路（参照图1-20）中，已知R1=R2=KR=30kΩ，R f=250Ω，试通过计算说明该电路对运算放大器共模输入电压的要求及负载电阻的范围。 1-14 基型调节器如何保证“自动”→“软手操”、“软手操”（或硬手操）→“自动”无平衡、无扰动的切换？ 1-15 积分反馈型限幅调节器和PI-P调节器是如何防止积分饱和的？ 1-16 简述前馈调节器和非线性调节器的构成原理。 1-17 偏差报警单元为什么要设置U b和U c？简述其工作原理。 1-18 输出限幅单元是如何实现限幅的？电路中的二极管起什么作用？ 第二章思考题与习题 2-1 变送器在总体结构上采用何种方法使输入信号与输出信号之间保持线性关系？ 2-2 何谓量程调整、零点调整合零点迁移，试举一例说明。 2-3 简述力平衡式差压变送器的结构和动作过程，并说明零点调整合零点迁移的方法。 2-4 力平衡式差压变送器是如何实现量程调整的？试分析矢量机构工作原理。 2-5 说明位移检测放大器的构成。该放大器如何将位移信号转换成输出电流的？ 2-6 以差压变送器为例说明“两线制”仪表的特点。
化工过程控制
化工过程控制 又称过程控制，是化工生产过程自动控制的简称。在50年代，曾采用化工自动化一词来概括化工生产过程的检测和控制两方面的内容，近年来倾向于将检测与控制分为两个概念。化工过程控制主要是研讨控制理论在化工生产过程中的应用，包括各种自动化系统的分析、设计和现场的实施、运行，而不包括纯理论的研究和仪表的设计、制造。需要着重指出的是，这里所述的化工过程属于学科性的广义化学工艺，而不是行政或部门的概念。所以，化工过程存在于化学工业、石油炼制工业、轻工、热电、食品、漂染、冶炼等许多工业部门。 化工过程控制是一门较新学科，在40年代以前，虽然生产过程中已采用自动化装置，但其设计和运行都是根据经验进行的，没有系统的理论指导。直至40年代中期，才开始把在电工中已较成熟的经典控制理论，初步应用到工业控制中来。50年代早期，在生产上出现高度集中控制的自动化装置。到60年代，高等院校化工系有较完整的教材，出现了控制系统的分析、设计和复杂的新型控制方案的文献资料，以及以计算机为控制工具，利用现代控制理论，进行多变量优化性质的设计的研究论文和学术报告。但是，由于当时计算机的投资大，可靠性差，没有在生产上发挥计算机控制的作用。直到70年代后期，微型计算机问世，在经济性和可靠性方面都有很大进展，在生产上发挥巨大的作用。同时，计算机善长于逻辑判断、程序时序性的工作，因此除控制外，信号报警、生产调度、安全管理、自动开停等都可纳入计算机程序。 控制的特点化工过程控制与一般化工方法最大的区别是动态和反馈。 动态在过程控制中把各种工艺衡算所依据的平衡状态称稳态。但是，实际生产总是在稳态附近波动而变化的。当生产达到稳态时，一个干扰出现后，被控制的变量就会偏离稳态，然后在控制作用下又逐步回至稳态，这个偏离了稳态又回复到稳态的过程称动态过程。在很多情况下，回复过程是振荡式的，可以回到原来起始的稳态，也可以回到另一个新的稳态。多数控制系统的质量指标都是直接从这一动态过程曲线出发而制定的。很多工艺设备的设计也是按可能出现的最大偏离的动态条件进行，而不能都按稳态计算进行。生产中出现的控制措施不力、操作裕度有限等，往往是由于设计依据不当所造成的。 反馈自动控制的成功和发展关键在于信息的反馈。在一个控制系统中，当控制器采取控制措施后，如果能够把控制效果的信息送回到控制器进行比较，以决定下一步如何进行校正。这种将控制效果信息送回到控制器的概念称反馈；这种信息通路称反馈回路。有反馈回路的称闭环控制系统；否则称开环控制系统。采用反馈是提高控制质量的关键措施，改变反馈的大小、形式或规律，对控制质量有不同的影响，甚至可以将不可控的非稳定系统改进为控制质量颇佳的稳定系统。所以称反馈是控制系统的心脏。 控制理论过程控制理论有经典控制理论和现代控制理论两种。经典控制理论是以线性常系数微分方程描述系统为出发点而发展起来的。一般以获得振荡的动态过程为原则,并规定动态过程的一些特征为质量指标:如动态过程中超过新稳态值的量为超调量；偏离原稳态值的最大偏离量为最大偏差；连续两次偏差峰值之比为衰减比；偏差衰减到最大量的95％所需的时间为过渡时间；若振荡后达到的稳态值与开始时的不相同，两个稳态值的差就称余差。由于这些指标不能直接表达为描述系统微分方程的组成部分，这一理论不能按数学方法直接设计理想的控制系统，需要一个凑试过程。但是，这种方法可以较严格地分析系统的控制质量。从线性常系数微分方程式的性质出发，得到两种分析方法：即根轨迹法和频率法。前者是按特征根随控制强度变化的轨迹进行评价的方法；后者应用输入为正弦波时，稳定后输出也是同频正弦波的性质，用输入和输出幅值比及相位差来评价动
化工过程控制及仪表复习
《化工过程控制及仪表》复习 1 考核范围 前六章，加上第七章的串级控制系统，以仪表与系统为考核重点。 2 题型 1、填空题（20分） 基本上都是来自于书上的原话，填写空出来的字眼，要求看前多看书，只要对书本熟悉就能填出来。 2、选择题（20分） 选题遍布整个考核范围，提供50个选择题供大家复习学习。 3、简答题（40分） 以基本概念与基本原理为主，提供20个供大家复习学习。 4、综合分析题（20分） 考核对控制系统的综合分析和解决问题的能力，第六章的简单控制系统为重点。 3 选择题复习资料 1、一台PID三作用式控制器，如果将比例度调到100%，积分时间调到最大（∞），微分时间调到零，则此时调节器的作用为：（） A PI B PD C P D PID 2、过渡过程常出现如下几种形式： ①非振荡衰减过程②衰减振荡过程③等幅振荡过程④发散振荡过程⑤非振荡发散过程 其中，属于稳定过程的有（）。 A ①③ B ②④ C ③⑤ D ①②
3、雷达跟踪系统属于（）。 A 定值控制系统 B 随动控制系统 C 程序控制系统 D 前馈控制系统 4、下列控制系统中，（）是开环控制。 A 定值控制系统 B 随动控制系统 C 前馈控制系统 D 程序控制系统 5、下列参数（）不属于过程特性参数。 A 放大系数K B 时间常数T C 滞后时间τ D 积分时间T i 6、下述名词中，（）不是过渡过程的品质指标。 A 最大偏差 B 余差 C 偏差 D 过渡时间 7、当阀前后的压差较大，并允许有较大泄漏量时，选择下面哪种阀较为合适。（） A 直通单座调节阀 B 直通双座调节阀 C 隔膜调节阀 D 三通调节阀 8、在自动控制系统中，（）变量一般是生产过程中需要控制的变量。 A 操纵变量 B 被控变量 C 干扰变量 D 中间变量 9、如果被控过程的变化小，仪表指针移动量很大，则该仪表的（） A 精确度高 B 精确度低 C 灵敏度高 D 灵敏度低 10、某二阶系统采用了PID控制方法，若比例度低于了临界比例度，系统将出现（） A 衰减振荡 B 等幅振荡 C 发散振荡 D 不振荡 11、微分作用具有“超前调节”的特点，所以它可以用来克服（） A 纯滞后 B 调节通道的时间常数过大 C 干扰通道的时间常数过大 D 调节通道的放大倍数过小 12、自动控制系统在运行过程中，由于种种原因使对象特性改变了，并由此导致过渡过程曲线变差了，为了获得较好的过渡曲线，通常采用的解决方法是（） A 重新整定调节器的参数 B 更换调节器 C 重新设计控制系统 D 要求工艺做调整 13、检测仪表的品质指标为（）
控制仪表及装置——考试复习题
简答题5X8=40分 第1章概论 1. 一个简单的闭环调节系统中至少应包含哪几个环节？P1 输入环节；输出环节；反馈环节等 2. 过程控制仪表与装置的分类有哪几种形式？ P2 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？ P2 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.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。 5. 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。 6. 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。 7. 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。 8. 现场总线控制系统的特征？ P3 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。 9. 信号制是指什么？P3-4 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。 10. 制定信号制的目的是什么？P3-4 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。 11. 气动仪表的信号标准？P3-4 现场与控制室仪表之间宜采用直流电流信号。 14. 直流电流信号有哪些优缺点？P4-5 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：
过程控制系统与仪表 习题答案 王再英
过程控制系统与仪表王再英刘淮霞陈毅静编著 习题与思考题解答 机械工业出版社
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统?
解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。 1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？ 解答： 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达 到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静 止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1
过程控制仪表和装置考试试卷
一、填空题（每题2分，共20分） （1）控制仪表防爆措施主要有隔爆型和本质安全性。 （2）智能仪表的能源信号是24V ，标准传输信号是4~20mA 。电Ⅲ仪表的能源信号是24V ，标准传输信号是4~20mA （3）电气转换器是将4~20MA 信号转换为0.02~0.1MP 信号的设备。 （4）在PID控制器中，比例度越大系统越稳定；积分时间越短，积分作用越强；微分时间越长，微分作用越强。 （5）手动操作是由手动操作电路实现的，手动操作电路是在比例积分电路的基础上附加软手动操作电路和硬手动操作电路来实现的。 （6）DDZ-Ⅲ型控制器有自动（A）、软手动（M）、硬手动(H) 三种工作状态。 （7）执行器按所驱动的能源来分，有电动执行器、气动执行器、液动执行器三大类。 （8）常用的安全栅有：齐纳式安全栅和变压器隔离式安全栅。 （9）气动阀门定位器是按力矩平衡原理工作的，具有精确定位的功能的作用。 （10）电气阀门定位器是按力矩平衡原理工作的，即具有电器转换器的作用，又具有精确定位的功能的作用。 二、名词解释(每题4分，共20分) （1）流量系数C 流量系数C：流量系数C的定义为:在控制阀全开, 阀两端压差为100kPa, 流体密度为1g/cm3时，流经控制阀的流体流量(以m3/h 表示)。 （2）“虚短” “虚短”；差模输入电压为零，即Ud＝0； （3）“虚断” “虚断”；输入端输入电流为零，即ii＝0。 （4）控制规律： 控制规律，就是指控制器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律 （5）反作用执行机构 反作用执行机构:当来自控制器或阀门定位器的信号压力增大时，阀杆向下动作的叫正作用执行机构(ZMA 型)；当信号压力增大时，阀杆向上动作的叫反作用执行机构(ZMB 型)。 三、简答题(每题8分，共40分) 1、试述热电偶温度变送器的工作原理。 热电偶温度变送器与热电偶配合使用，可以把温度信号转换为4～20mA、1～5V的标准信号。它由量程单元和放大单元两部分组成，如图2.30所示。 热电偶温度变送器的放大单元包括放大器和直流/交流/直流变换器两部分，放大器由集成运算放大器，功率放大器、隔离输出和隔离反馈电路组成，后者有变换器和整流、滤波、稳压电路组成。放大单元的作用是将量程单元送来的毫伏信号进行电压放大和功率放大，输出统一的直流电流信号Io（4～20mA）和直流电压信号VO（1～5V）。同时，输出电流又经隔离反馈转换成反馈电压信号Vf，送至量程单元。热电偶温度变送器的量程单元原理电路如图2.34所示，它由信号输入回路①，零点调整及冷端补偿回路②，以及非线性反馈回路③等部分组成。
现代化工仪表及化工自动化的过程控制
现代化工仪表及化工自动化的过程控制 關键词：化工仪表;化工自动化;过程控制 化工产业是我国一个重要的产业，是拉动国民经济发展方面具有突出作用。其中化工仪表是化工产业生产中非常关键的一个生产设备，其使用性能与功能的发挥会对化工生产效率产生极大影响。但是在现阶段化工自动化过程控制实践中还存在一些有待改进之处，为了更好地提升化工自动化过程控制质量，有效助力化工产业转型升级，必须要对现代化工仪表以及化工自动化过程控制形成深刻认知。 1 现代化工仪表的类型 化工仪表实际上就是为了满足化工生产活动有序开展所涉及到的众多类型的仪表，不同种类的化工仪表之间相互配合来共同保障化工生产活动有序开展，如可以用于化工生产过程控制，检测产品质量与使用性能等等。而在当前的化工产业发展过程中，现代化工仪表可以测量流量、温度、物位、压力等众多参数。根据使用性能与功能的不同，当前化工产业中所用的现代化工仪表主要包括如下几类：其一，根据仪表功能的不同，可以将工业仪表划分为在线分析仪表、检测仪表与控制仪表三种类型;根据检测参数的不同，可以将现代化工仪表分成测量温度、压力、流量、物位等不同参数的仪表。但是在使用化工仪表期间，针对那些不适合工作人员直接进行操作的危险化工生产作业，需要借助自动化技术来对整个运行状态进行过程控制，力求更好保障各项化工生产工作有序开展。 2 化工自动化的主要过程控制功能 2.1 编程控制功能 随着化工自动化技术的迅猛发展，其不仅给化工产业发展带来了极大影响，同样有效地促进了现代化工仪表发展。其中对化工仪表最大的一个影响就是编程控制功能，即在生产现代化工仪表期间可以基于先进的自动化技术与计算机软件系统来对仪表的使用性能进行改
过程控制系统与仪表习题答案汇总
第1章过程控制 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解：1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：由被控过程和过程检测控制仪表（包括测量元件，变送器，调节器和执行器）两部分组成。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动 态特性？ 解： 稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到 一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在 各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解：单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A ； 超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数σ；1 100%() y y σ= ?∞ 残余偏差C ： 过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y （∞）与设定值之间的偏差C 称为残余偏差，简称残差；
浅谈智能化仪表在化工过程控制中的应用
浅谈智能化仪表在化工过程控制中的应用 发表时间：2018-01-07T10:10:14.710Z 来源：《基层建设》2017年第29期作者：王冬[导读] 摘要：在市场经济快速发展的背景下，我国的化工工业可以加快了发展的步伐，智能化仪表在我国化工生产企业中的应用范围越来越广，仪表本身在化学工业中就是重要的组成部分，其自动化程度越高，工作效率就会快速实现提升，对化学工业的发展和进步产生了进一步的推动作用。 天津渤化永利化工股份有限公司天津 300451 摘要：在市场经济快速发展的背景下，我国的化工工业可以加快了发展的步伐，智能化仪表在我国化工生产企业中的应用范围越来越广，仪表本身在化学工业中就是重要的组成部分，其自动化程度越高，工作效率就会快速实现提升，对化学工业的发展和进步产生了进一步的推动作用。仪表自动化应用于工业方面，可以对化工工业的科学技术水平提升以及生产效率的提升产生强大的促进作用。 关键词：化工控制；智能化仪表；有效运用引言 随着现代化工业的飞跃发展，生产装置的规模不断扩大，生产技术及工艺过程愈趋复杂，对实现过程自动化的控制系统相应地提出了更高的要求，仪表具备了“思考”能力，也就是我们所说的智能。现在我国大、中、小型企业以及广大乡、镇企业依据不同的生产实际和需求，气动仪表、电动仪表、模拟仪表、数字仪表及各种智能化仪表，计算机等都在进行使用。智能化仪表在化工生产中的应用极大地推动着我国的现代化建设事业的发展。 1智能化仪表的发展 三十年代出现了模拟仪表，并逐步应用到过程控制中。它经历了基地式、单元组合式（I型、n型、l型）和组装式等几个发展阶段。由于工艺设备的进步对仪表的要求越来越苛刻，常规模拟仪表的使用并不那么完善，在生产过程的协调和管理方面暴露出了它的局限性。五十年代末期，为克服模拟仪表的局限性，产生了计算机集中控制。它可把几十个、甚至几百个控制回路以及上千个过程变量的显示和操作集中在一起，在这方面虽然取得了一定成果，但它本身亦存在着重要弱点。六十年后半期，随着半导体和集成电路的进一步发展，一大批的自动化装置应运而生，它们就是各种调节器、执行器、变送器、检测元件，以及其他各种有关的装置等。在生产的工艺设备上和操作中，它们与生产设备一起构成了各种各样的自动化控制系统，起到“脑”、“眼”、“手”的作用。七十年代以来，仪表和自动化技术又有了迅猛的发展，新技术、新产品层出不穷，气动Ⅱ型、Ⅲ型仪表、电动Ⅱ型、Ⅲ型仪表相继投入使用，多功能组装式仪表也投入运行，特别是微型计算机的发展在化工自动化技术工具中发挥了巨大作用。后来出现了以微处理器为基础的过程控制仪表——集中分散型控制系统，把自动化技术推到了一个更高的水平。 2智能化仪表使用过程中存在的缺陷 2.1智能化仪表的使用性能不够安全 智能化仪表的正常运行是依靠其内置构建微型计算机的工作，针对各种生产生产数据进行相应的处理。这样在电脑病毒十分猖狂的网络环境中，仪表装置内的计算机储存的资料极易受到病毒的入侵，进而出现信息泄漏风险。或是出现竞争对手利用不正当手段窃取生产信息，以及不法分子生产信息的曝光等。虽然智能化仪表的利用可以为化工工业生产效率进行有效提升，但是也带来了相应的危险因素。通常情况下，智能化仪表的操作人员需要具备基本的专业操作能力，否则非专业人员的操作十分容易出现操作失误，造成数据丢失的情况，严重阻碍了化工生产进程，导致企业出现严重的经济损失。 2.2安装成本高 智能化仪表在化工工业中的应用虽然可以极大的提升化工生产效率，最大程度的节省工业生产时间，但是其安装和使用的成本较高，其在施工过程中会带来相应的资金投入，才能保证其正常的运行和使用。这就意味着企业必须具备良好的物质基础，投入大量的资金才能实现自动化生产。也就是说，化工企业需要具备强大的资金能力才能实现仪表的智能化。很多公司都想借助智能仪表来实现自身升级，但是在各个方面都需要投入相应的资金，必然会在一段时间内为企业造成经济负担。 2.3数据传输功能中会出现一定的阻碍 在智能化仪表于化工工业生产范围的进一步扩大，将会极大提升其使用效率，仪表中的计算次数以及处理次数也会相应的增加，数据的积累不断增多，会引发数据传输受到阻碍。曾有研究表明，在多台计算机同时使用处理中，传输的数据数量增加，但是整体数据传输效率会严重降低。 3智能化仪表的应用 3.1在记忆功能方面的应用 传统仪表要进行记忆和信息的储存，就要通过采用逻辑电路和时序电路，信息没有记忆方面的功能，但是智能化仪表解决了传统仪表的这个缺点。智能化仪表在对计算机通电并进行操作以后，计算机就可以对信息进行存储保留。 3.2在计算功能方面的应用 之前的仪表对数运输的精准度不太高，因为通常都是使用模拟电路来进行对数运输。一般情况下，模拟算法都会存在一定局限性，对数运输都不是很准确。但是自从智能化仪表运用数字电路控制，一些复杂和精确方面的运算都可以进行操作了。 3.3在网络化功能方面的应用 想要完成各种不同形式的网络化测量，可以把一些不同任务的仪表和计算机联合起来，也可以让多个用户一块来进行监控。比如，在距离较远的两个地方，每个部门的技术和质量监控人员可以对统一生产运输进行检测控制，不需要亲自到达现场，他们可以更好地建立数据库，对数据进行收集。 3.4智能化仪表具有可编程性 所谓的硬件软化指的是计算机的软件进入仪表，取代大多数的硬件逻辑电路。将软件移到仪器仪表里，不仅可以简化硬件结构，还可以取代以往常规的逻辑电路。在对电路进行控制应用的过程中，软件的编程控制是一个相对比较复杂的过程，接口芯片位控特征还是比较简单的，但如果带上硬件的话，对定时电路和一个复杂功能的控制就会比较麻烦。 3.5仪表能够有效地处理数据
《过程控制仪表与装置》实验指导书
《过程控制仪表与装置》实验指导书 指导书 姓名 学号 班级 成绩 日期
目录 1.《过程控制实训装置》使用说明及注意事项 3 2.《过程控制实训装置》系统原理与工艺说明 4 3.供水流量及压力控制回路实验 8 4.上水箱液位控制回路实验 10 5. 中间水箱温度回路实验 12
一．《过程控制实训装置》使用说明及注意事项 1、安全注意事项 1）上机实训前必须认真仔细阅读实验指导书。 2）严禁散落长发、衣冠不整操作设备。 3）安装设备时注意不要损坏各种阀件及气动元件。 4）请勿使用损坏的插座或电缆，以免发生触电及火灾。 5）安装时请在清洁平坦的位置，以防发生意外事故。 6）请使用额定电压，以防发生意外事故。 7）必须使用带有接地端子的多功能插座,确认主要插座的接地端子有没有漏电，导电。 8）为了防止机械的差错或故障，请不要在控制器和电磁阀附近放置磁性物品。 9）设备的安装或移动时，请切断电源。 2、使用注意事项 1）长时间不使用设备时请切断电源。 2）在光线直射, 灰尘, 震动, 冲击严重的场所请勿使用。 3）在湿度较大或容易溅到水的场所, 以及导电器械, 易燃性物品附近请勿使用。 4）请勿用湿手触摸电源插头.防止触电或火灾。 5）用户在任意分解, 修理, 改造下无法享有正常的保修权利。 6）注意切勿将手以及衣物夹进电机或气缸操作部位。
二．《过程控制实训装置》系统原理与工艺说明 1、系统方案综述及特点 本系统主要有控制柜（内含GE-FANUC标准PAC-3i系统、电源系统、控制面板）、控制对象（过程控制实训装置）两大部分组成。真正模拟了工业现场环境。它实现了温度、流量、液位、压力4个基本模拟量的单独或配合实验，和触摸屏可选择性监控等功能。同时也用到数字量方面的基本知识。这样，学生在这里不仅能学到新的知识，如ifix组态软件、触摸屏的运用等，还能得到前面所学知识的复习和巩固，它是一套综合性的实训设备。 2、系统构成示意图 为了方便学生实验和实训，并根据学校反馈信息，我们将各个部分的安装位置布置如下图： 我们针对系统构成示意图做个简单的说明： 前面说到：成套过程控制系统分成控制对象和控制柜两大部分。控制柜内含GE-FANUC标准PAC-3i系统、电源系统、控制面板等，它就相当于实际工业现场的配电室；控制对象内有模拟现场的水塔，还有工业级仪表、各种阀类等显示和执行部件，我们可以把它看成是真正的现场，各个终端实时数据都能在这里采集，方便学生观察于操作。另外，通过上位机组态，我们可以监控现场
化工仪表自动化现状及改进措施
化工仪表自动化现状及改进措施 1 化工仪表自动化的控制原理与构成 自动控制目标的实现，是以人为调控为基础上逐渐达成的，自动控制的观念模仿了人工对设备的操作流程。比如，在对某储罐液位调控过程中，若应用人工操作方法，就需目测储罐中液体的高度，在大脑中将所观察到的液位高度和生产工艺相关标准进行对照分析，若观察发现储罐的液位超过限定数值，则需通过手动方式将储罐输出阀门的开度向上调节，反之将输出阀门的开度调小，进而使储罐的液位高度符合相关规范要求。 2 化工仪表自动化现状 在仪表组成的支持下，化工仪表分为如下型式。 2.1 单元组合式 单元组合式仪表设备主要是能够满足通用需求，其以信号进行连接，实现各单元模块的搭建工作。 2.2 基地式 基地式仪表主要针对一定范围内测量的需要来设计，在基地式仪表设备当中配备了标尺，能够将测量的结构反映出来。但是这种仪表不能够实现有效通用性。 2.3 组件组装式 组件组装式仪表主要借助电路和电子元件的运用，将相应设备插件进行打造，根据实际使用的需求建立仪表类型。当下，在计算机系统的支持下，组件组装式仪表是首选的仪表类型。 现今化工仪表的优势也是多方面的。一方面化工仪表具有记忆功能、在传统仪表的基础支持下，其主要以时序和逻辑电路实现功能的搭配，在实际应用当中，对某一时刻的动作及时记忆，在开展下一状态之后，取代之前的信息。给予这种特性，采用计算机信息技术可以对不同的状态信息及时储存，对信息进行科学的分析处理。另一方面，
化工仪表具有可编程的功能，在计算机控制技术的支持下，自动化仪表中的逻辑电力部件被先进的计算机软件替换，通过控制功能的不断完善，在实际的软件编程中工作变得更加简洁、方便。 3 化工仪表自动化改进措施 3.1 强化测量精度 强化测量精度可以采用复杂的控制功能。将现代化微型计算机技术应用到化工仪表自动化控制当中，有效提高测量的速度和精度，在多次测量后取平均值，提升仪表测量的精度。根据测量的要求不同，可以多测量几次，精确平均值。在自动化仪表的应用下，以计算机控制系统作为支持应用计算机硬件和计算机相关软件实现复杂控制功能的自动化，进而满足化工生产的实际需要。 3.2 强化自动化技术 3.2.1 自动记忆 自动记忆的操作功能是化工仪表自动化技术的特色之一。在中国的传统工业应用中，时序电路和逻辑电路是主要选择，但设置状态的存储器仅限于操作空间，并且不能保证操作的稳定性。自动化仪表技术通过将计算机芯片和其他设备集成到自动化仪器中，扩大了操作空间的容量，突破了操作空间的限制，促进了化学工业的稳定发展，从而解决了这一问题。 3.2.2 软件编程控制功能 软件编程控制功能是自动化仪表技术的优势。它采用先进的软件管理形式来控制各种仪器，并通过应用软件编程的功能取代传统的定时控制，从而简化了化学仪器的硬件结构，降低了由于电路故障导致的化学仪器的稳定性。 3.2.3 网络化控制 网路化的控制功能通过计算机技术和网络先进技术的结合，将自动化的化工仪表完成网络整体化，在神经网络和自动模式识别的支持下，完成自动化化工仪表的联想和使用自动化，进而实现工业应用仪器的网络化，对生产中的各项数据进行自动检测、转换，加快数据处
化工仪表及自动化实验
化工仪表及自动化实验 化工仪表及自动化实验 主编: 何京敏 中国矿业大学化工学院 过程装备与控制工程实验室 二零一零年十一月
目录 实验一化工仪表认识实验 (3) 实验二DCS认识实验 (5) 实验三、单容水箱液位PID整定实验 (9) 附录：实验二“天塔之光”参考程序 (12)
实验一化工仪表认识实验 实验项目性质：演示性 实验计划学时：2 一、实验原理 化工仪表通称为工业自动化仪表或过程检测控制仪表，用于化工过程控制。是对化工过程工艺参数实现检测和控制的自动化技术工具，能够准确而及时地检测出各种工艺参数的变化，并控制其中的主要参数，保持在给定的数值或规律，从而有效地进行生产操作和实现生产过程自动化。 化工仪表按功能可分为检测仪表、在线分析仪表和控制仪表。①检测仪表，或称化工测量仪表。用以检测、记录和显示化工过程参数的变化，实现对生产过程的监视和向控制系统提供信息。如温度、压力、流量和液位等。②在线分析仪表，主要用以检测、记录和显示化工过程特性参数（如浓度、酸度、密度等）和组分的变化，是监视和控制生产过程的直接信息。③控制仪表（又称控制器或调节仪表），用以按一定精度将化工过程参数保持在规定范围之内，或使参数按一定规律变化，从而实现对生产过程的控制。 化工仪表从过去单参数检测发展到综合控制系统装置，从模拟式仪表发展到数字式、计算机式的智能化仪表。仪表基础元器件正在向高精度、高灵敏度、高稳定性、大功率、低噪音、耐高温、耐腐蚀、长寿命、小型化、微型化方向发展。仪表的结构向模件化、灵巧化等方向发展；正在加强红外、激光、光导纤维、微波、热辐射、晶体超声、振弦、核磁共振、流体动力等多种新技术、新材料和新工艺向检测及传感器领域的渗透。以应用微型计算机技术为核心，以现代控制理论和信息论为指导，与各种新兴技术如半导体、光导纤维、激光、生化、超导及新材料等相结合，将使化工仪表进入多学科发展的新阶段。 一、实验目的 1．初步了解《化工仪表及自动化》课程所研究的各种常用的结构、类型、特点及应用。 2．了解常用传感器的结构特点及应用。 3．了解常用智能仪表的结构特点及应用。 4．了解常用电动调节阀的结构特点及应用。 5．增强对化工仪表的结构及化工过程控制的感性认识。 二、实验设备 AE2000A高级过程控制实验装置、常用传感器及仪表。 三、实验方法 学生们通过对实验指导书的学习及“实验装置”中的各种仪表的展示，实验教学人员的介绍，答疑及同学的观察去认识化工常用仪表的基本结构和原理，使理论与实际对应起来，从而增强同学对化工仪表的感性认识。并通过展示的传感器与变送、控制仪表和和执行机构等，使学生们清楚知道化工过程控制的基本组成要素—化工仪表。
控制仪表与装置实验报告
实验报告 实验名称：电容式压力变送器校验实验院系：自动化系 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 实验日期：
一．实验目的 1.熟悉 1151 电容式差压变送器的结构原理和技术指标； 2.掌握此型号变送器的调试、检验和操作方法。 二．实验设备 1.XY1151DP3E电容式变送器（最小量程 0~1.3kpa,最大量程 0~7.5kpa, 输出信号 4-20mA ） 1台 2.数字式压力计 CPC20001台 3.手操压力泵（-25~25kpa）1台 4.毫安表1块 三．实验步骤 1.实验接线 按图 3-1 接线，数字压力计即可测压力，又能提供24V 直流电源。 电源 - 信号端子位于电气壳体内的接线侧，接线时，可将铭牌上标有“接线侧”那边盖子拧开，上部端子是电源信号端子，下部端子为测试端子，注意不要把电源 - 信号线接到测试端，否则会烧坏二极管。24VDC是通过信号线送的变送器的。 2.零点及满量程调整： 零点和满量程调整螺钉位于电气壳体内的铭牌后面，移开铭牌即可进行调校， 顺时针转动调整螺钉使变送器的输出表大。 （ 1）零点调整： 由手操压力泵向电容式变送器高压腔轻轻加压，低压腔通大气，注意所加压力不应超过变送器的最大量程（此型号变送器量程是0—7.5KPa），向变送器压力室输入零点所对应的差压1KPa，看变送器的输出是否是4mA，若不是，调整零点螺钉使输出为 4mA。 （2）满量程调整： 由手操压力泵轻轻加压，向变送器压力室输入满量程所对应的差压5KPa，看 变送器的输出，是否是20mA，若不是调整量程螺钉使输出为20mA。
注意，零点调整不影响量程，但量程调整会影响零点，调整量程影响零点的量，为量程调整量的 1/5 。所以量程和零点须反复调整，直到符合要求为止。 3. 线性度校验： 下限差压为 ，上限差压为 ，测量量程为 将相当于量程的 0%，25%，50%，75%，100%的压力依次送入变送器，从输出电流 表看变送器的输出电流，其误差应在精度范围之内（变送器的精度等级是 0.2 级）。上下行程分别校验，数据表格如下所示： 表 3-1 输入压力（ KPa ） 输出电流（ mA ） 上行程 理论值 示值 绝对误差 1.01 4.00 4.00 0.00 2.04 8.00 8.02 0.02 3.01 1 12.01 0.01 12.00 4.02 16.00 15.99 0.01 5.00 20.00 20.00 0.00 表 3-2 输入压力（ KPa ） 输出电流（ mA ） 下行程 理论值 示值 绝对误差 4.99 20.00 20.01 0.01 4.00 16.00 16.02 0.02 3.01 12.00 12.01 0.01 2.00 8.00 8.00 0.00 1.00 4.00 3.98 0.02 四．数据分析 1. 误差分析：由于此变送器的精度等级是 0.2 级，量程范围是 4`20mA ，所以绝对误差应小于等于 0.032mA ，由表 3-1 、3-2 可知，本次实验所用变送 器经零点及满量程调节所得输出电流数据绝对误差均 <0.03mA ，误差符合要求。 2. 线性度分析：理论线性度满足下图， 输出电流 /mA 16 4 输入压力 /KPa O 1 5 上行程的最大绝对误差为 0.02 ≤0.032 ，下行程的最大绝对误差为 0.02 ≤ 0.032 ，在平均分配的不同点上均未超出误差限制，所以可认为该变送器线性度良好。 3. 实验误差原因分析：
控制仪表及装置教案
青岛科技大学教师授课教案 课程名称控制仪表及装置 课程性质专业课（必修） 授课教师单宝明 教师职称讲师 授课对象自动化031-5 授课时数40学时（34+6） 教学日期2006年2月 所用教材《控制仪表及装置》 吴勤勤化学工业出版社 2002年第二版 授课方式课堂教学
控制仪表及装置教案2006 青岛科技大学授课教案应该覆盖如下内容： 本单元或章节的教学目的与要求 授课主要内容 重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）主要外语词汇 辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示数等）复习思考题 参考教材（资料）
第一章概述 第1章概论 学习目的和要求：掌握控制仪表的基本特点和分类，信号制和传输方法，仪表的分析方法。 重点、难点：信号制和信号传输，仪表电路分析方法 外语词汇：process control（过程控制）, process industries(过程工业)controlling instrument,direct digital control(DDC,直接数字控制)，supervisory system(监控系统)，distributed control system(DCS，集散控制系统或分布式控制系统)，fieldbus(现场总线)，CIMS—computer integrated manufacturing systems(计算机集成制造系统)， CIPS-- computer integrated process systems 参考资料：周泽魁主编《控制仪表与计算机控制装置》化学工业出版社 2002 何离庆主编《过程控制系统与装置》重庆大学出版社 2003 张永德《过程控制装置》，北京化学工业出版社，2000 李新光等编著《过程检测技术》机械工业出版社，2004 侯志林《过程控制与自动化仪表》，机械工业出版社，2002年1月 授课内容： ?过程控制系统概述 ?过程控制仪表与装置总体概述 ?自动控制系统和过程控制仪表 ?过程控制仪表与装置的分类及特点 ?信号制 ?仪表防爆的基本知识 ?仪表的分析方法 ? 1.1过程控制系统概述 1.1.1过程控制系统及其特点 过程控制的定义? 过程控制的参数? 过程控制的特点? 1.1.2过程控制系统发展概况 生产过程自动化的发展大体划分为几个阶段。
(完整版)过程控制系统与仪表习题答案第二章
第2章 思考题与习题 2-1 某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据： 标准表读数/℃ 0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃ 201 402 604 806 1001 2）该表精度； 3）如果工艺允许最大测量误差为±5℃，该表是否能用？ 2-2 一台压力表量程为0～10MPa ，经校验有以下测量结果： 标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa 正行程 0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 2）基本误差； 3）该表是否符合1.0级精度？ 2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa ，精度等级为1.0级。试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa 时，标准压力计上读数为5.08MPa ，试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度，为什么？ 解答： 1）基本误差δ= 100%? 最大绝对误差?max ＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa 时的基本误差：%8.0%10010 5 08.5=?-=δ 0.8％<1％ ，所以符合1.0级表。
2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题？ 解答： 1） 2） 2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为 1) 1.0级，0～250mA 2）2.5级，0～75mA 现要测量50mA 的直流电流，从准确性、经济性考虑哪块表更合适？ 解答： 分析它们的最大误差： 1）?max ＝250×1％＝2.5mA ；%5%10050 5 .2±=?± =δ 2）?max ＝75×2.5％＝1.875mA ；%75.3%10050 875 .1±=?±=δ 选择2.5级，0～75mA 的表。 2-11 某DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为200～1000℃，输出为4～20mA 。当变送器输出电流为10mA 时，对应的被测温度是多少？ 解答： 10 4202001000T =--； T=500C ?。 2-12 试简述弹簧管压力计的工作原理。现有某工艺要求压力范围为1.2±0.05MPa ，可选用的弹簧管压力计精度有1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五个等级，可选用的量程规格有0～1.6MPa 、0～2.5MPa 和0～4MPa 。请说明选用何种精度和量程（见附录E ）的弹簧管压力计最合适？ 解答： 1）工作原理： 2）根据题意：压力范围为1.2＋0.5 MPa ，即允许的最大绝对误差?max ＝0.05