过程控制练习题（带答案） 2(1)

练习题

一、 填空题

1．定比值控制系统包括：（开环比值控制系统 ）、（ 单闭环比值控制系统）和（双闭环比值控制系统 ）。

2．控制阀的开闭形式有（气开 ）和（气关 ）。

3．对于对象容量滞后大和干扰较多时，可引入辅助变量构成（ 串级）控制系统，使等效对象时间常数（减少 ），提高串级控制系统的工作频率。

4．测量滞后包括测量环节的（ 容量滞后）和信号测量过程的（纯滞后 ）。 5．锅炉汽包水位常用控制方案为：（单冲量水位控制系统 ）、（双冲量控制系统 ）、（三冲量控制系统 ）。

6．泵可分为（ 容积式）和（离心式 ）两类，其控制方案主要有：（出口直接节流）、 （调节泵的转速）、（调节旁路流量）。 7．精馏塔的控制目标是，在保证产品质量合格的前提下，使塔的总收益最大或总成本 最小。具体对一个精馏塔来说，需从四个方面考虑，设置必要的控制系统，分别是： 物料平衡控制、（ 能量平衡控制）、（约束条件控制 ）和（质量控制 ）。 1. 前馈控制系统的主要结构形式包括：单纯的前馈控制系统、（前馈反馈控制系统 ）和（多变量前馈控制系统 ）。

2. 反馈控制系统是具有被控变量负反馈的闭环回路，它是按着（偏差 ）进行控制的； 前馈控制系统是按（扰动）进行的开环控制系统。 3. 选择性控制系统的类型包括：（ 开关型 ）、（连续型 ）和（混合型 ）。 4. 常用控制阀的特性为（ 线性）、（快开 ）、（对数 ）、和（ 抛物线）特性。 5. 阀位控制系统就是在综合考虑操纵变量的（快速性 ）、（经济性 ）、（合理性 ）、和（有效性 ）基础上发展起来的一种控制系统。 6. 压缩机的控制方案主要有：（调速 ）、（旁路 ）和节流。

7. 化学反应器在石油、化工生产中占有很重要的地位，对它的控制一般有四个方面， 分别是：物料平衡控制、（能量平衡控制 ）、（质量控制 ）和（约束条件控制 ）。

二、 简答题

1．说明生产过程中软保护措施与硬保护措施的区别。

答：所谓生产的软保护措施，就是当生产短期内处于不正常情况时，无须像硬保护措施那 样硬性使设备停车，而是通过一个特定设计的自动选择性控制系统，以适当改变控制方式来达 到自动保护生产的目的。这样就可以减少由于停车而带来的巨大经济损失。而硬保护措施将使 得生产设备停车。

2．前馈控制主要应用在什么场合？ 答：前馈控制主要用于下列场合：

(1)干扰幅值大而频繁，对被控变量影响剧烈，单纯反馈控制达不到要求时； (2)主要干扰是可测不可控的变量；

(3)对象的控制通道滞后大，反馈控制不及时，控制质量差时，可采用前馈一反馈控制 系统，以提高控制质量。

3．怎样选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律?

答：串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量，对主变量要求较高，一般不允

许有余差，所以主控制器一般选择比例积分控制规律，当对象滞后较大时，也可引入适当的微 分作用。

串级控制系统中对副变量的要求不严。在控制过程中，副变量是不断跟随主控制器的输出 变化而变化的，所以副控制器一般采用比例控制规律就行了，必要时引入适当的积分作用，而 微分作用一般是不需要的。

4．简述均匀控制系统的控制方案。

答：以液位与流量的均匀控制为例，其控制方案有简单均匀控制与串级均匀控制两种。 从结构上来讲，简单均匀控制与一般的液位控制系统一样，串级均匀控制与一般的液位

-流量串级控制系统一样。其区别在于均匀控制与一般的控制系统目的不一样。之所以能够使 两个变量间的关系得到协调，是通过控制器参数整定来实现的。均匀控制系统中的控制器一般 都采用纯比例作用，且比例度很大，必要时才引入少量的积分作用。

5． 分程控制系统的主要应用场合有哪些?

答：分程控制系统的应用场合主要有：(1)用于扩大控制阀的可调范围，改善控制品质； (2)用于控制两种不同的介质流量，以满足工艺生产的要求，(3)用作生产安全的防护措施。

1. 积分饱和的危害是什么? 有哪几种主要的抗积分饱和措施?

答：当控制器处于积分饱和状态时，它的输出将达到最大或最小的极限值，该极限值已 超出执行器的有效输入信号范围，所以当有控制信号来的时候控制器就无法及时响应，必须等待其退出积分饱和才能响应， 这样会对系统的工作带来严重的后果，甚至会造成事故。 抗积分饱和的主要方法有限幅法、外反馈法和积分切除法。

2. 前馈控制与反馈控制的主要区别有哪些? 答：前馈控制与反馈控制的主要区别有以下：

反馈控制 前馈控制

1） 控制的依据 被控变量的偏差 干扰量的大小 2） 检测的信号 被控变量 干扰量

3） 控制作用发生的时间 偏差出现后 偏差出现前 4） 系统结构 闭环控制 开环控制 5） 控制质量 有差控制 无差控制 6） 控制器 通用PID 专用控制器

7） 经济性和可靠性 一种系统可克服多种干扰 对每一种都要有一个控制系统

3. 什么叫比值控制系统?其类型有哪些？

答：实现两个或两个以上的参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。通 常为流量比值控制系统，用来保持两种物料的流量保持一定的比值关系。 类型有：开环比值、单闭环和双闭环，以及变比值控制等。

4. 串级控制系统中副变量应如何选择?

答：串级控制系统中副变量的选择原则是： (1)主、副变量间应有一定的内在联系，副变量的变化应在很大程度上能影响主变量的 变化； (2)通过对副变量的选择，使所构成的副回路能包含系统的主要干扰；

(3)在可能的情况下，应使副回路包含更多的主要干扰，但副变量又不能离主变量太近；

(4)副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配，以防“共振”的发生

5. 什么是多冲量控制系统? 主要应用场合是什么？

所谓多冲量控制系统，是指在控制系统中，有多个变量信号，经过一定的运算后，共 同控制一只执行器，以使某个被控的工艺变量有较高的控制质量。

多冲量控制系统这个名称主要在锅炉的给水系统控制中应用比较广泛。

三、 分析题

1、图示为某管式加热炉原油出口温度分程控制系统，两分程阀分别设置在瓦斯气和燃料油 管线上。工艺要求优先使用瓦斯气供热，只有瓦斯气量不足以提供所需热量时，才打开 燃料油控制阀作为补充。根据上述要求确定：

1）A、B两控制阀的开闭形式及每个阀的工作信号段（假定分程点为0.06MPa）； 2）确定控制器的正、反作用；

3）画出该系统的方块图，并简述该系统的工作原理。

解：1）A、B 均为气开式

A：0.02~0.06MPa；B：0.06~0.10MPa 2）控制器为“反作用” 3）系统方块图

工作原理：（1）当出口温度高于设定温度时，仅A阀打开工作，B关闭； （2）当出口温度低于设定温度时，A 和B 阀同时工作。

2、图示为油品储罐N2 封分程控制系统。其工作原理为：1）向油罐注油时，排空气； 2）从油罐抽油时，放氮气。根据已知内容确定： 1）控制阀A和B的类型，确定控制器的正、反作用； 2）控制阀A和B的分程区域；

3）画出该系统的方块图，并简述该系统的工作原理。

解：1）控制阀A应选气开阀，则控制器应为反作用，B 阀应选气闭。

2）分程区域：为了保证安全，不使贮罐压力过高，能源中断时氮气阀A应该关闭，放空 阀B 打开，所以B阀应在小信号段，A 阀在高信号段。 3）系统方块图

工作原理：A阀（充N2）采用气开式，B 阀（放空）为气闭式，控制器为反作用。 （1）向油罐注油时P↑→PC↓（<0.06MPa） →A阀全关、B阀开→P↓； （2）从油罐抽油时P↓→PC↑（>0.06MPa）→B 阀全关、A 阀开→P↑。

四、 计算题

1、某前馈-串级控制系统如图所示。已知：

要求：1）汇出该系统的方块图；2）计算前馈控制器的数学模型。 解：1）系统方块图

2）前馈控制器的数学模型

2、在甲烷转化反应中，为了保证甲烷的转化率，就必须保持天然气、水蒸汽和空气之

间成一定的比值（1：3：1.4）。工艺生产中最大负荷为：水蒸气流量的最大值Fsmax=31100 m3/h；空气流量的最大值Famax=14000 m3/h ；天然气流量的最大值Fnmax=11000 m3/h。 现采用差压法测量流量，未经开方运算，系统组成如图示：

1） 说明控制系统的类型； 2） 画出系统方框图； 3） 分别计算比值系数。

解：1）控制系统的类型：两个双闭环比值控制系统的混合（2 分） 2）系统方块图（5 分）

（方块图中F1、F2、F3 分别为天然气、水蒸汽和空气）

五、 综合题

1、下图为锅炉设备主要工艺流程图，

其任务是根据生产负荷的需要，供应一定压力或

温度的蒸汽，同时使得锅炉在安全、经济的条件下运行。试分析：

1）锅炉设备需要哪些主要的控制系统，说明各个系统的被控变量和控制变量； 2）为汽包水位设计一个双冲量控制系统，画出其原理图。 答：1）主要控制系统：（12 分）

（1）锅炉汽包水位控制：汽包水位作为被控变量，给水流量作为操纵变量。 （2）锅炉燃烧系统的控制：

被控变量：蒸汽压力（负荷），烟气成方（经济燃烧指标）和炉膛负压； 操纵变量：燃料量、送风量、引风量。 （3）过热蒸汽系统的控制：

被控变量为过热蒸汽温度，操作变量为减温器的喷水量； （4）锅炉水处理过程的控制：

一般采用离子交换树脂对水进行软化处理；另外采用蒸汽加热进行除氧处理。 2）双冲量控制系统原理图（8分）

2、加热炉设备的主要任务是根据生产需要，将工艺介质加热到一定温度。试说明： 1）设置燃油加热炉的安全联锁保护系统的作用是什么？

2）可能产生事故的原因是什么？相对应的安全联锁保护系统有哪些？并说明软硬保护。 3）为燃油加热炉安全联锁保护控制系统，画出其原理图。

4）确定控制阀的气开气关型式、温度控制器的正反作用形式和选择器的高低选择型式。 答：

1）设置燃油加热炉的安全联锁保护系统的作用是为安全生产、防止事故。 2）燃油加热炉可能出现如下事故：

①工艺介质流量过小或中断，切断燃料油（工艺介质流量检测联锁保护系统FT102）； ②燃料油压力过低会回火（燃料油流量检测联锁保护系统FT101）； ③燃料油压力过高会脱火（燃料油压力过高选择性控制系统PT101）； ④某种原因灭火（火焰监视器检测联锁保护系统BS101）； ⑤雾化蒸汽压力过低或中断，造成燃料油雾化不良无法燃烧（雾化蒸汽压力检测联锁保护系统PT102）。

其中：（PT101）为软保护措施，其它均为硬保护措施。 3）

TT TPC L加热炉 FT PT FT BS PT FSPS燃料油 雾化蒸汽

4）控制阀选择：当气源中断时，应切断燃料，控制阀应关闭，故选气开型。 温度控制器选择：温度增高时，应减小燃料，控制信号减小，故反作用。 选择器的高低选择：低值选择器。

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