1.一个过程控制系统主要由被控对象、检测元件、变送器、调节器和调节阀等几部分组成。

4.如图所示，为某造纸厂网前箱的温度控制系统。纸浆用泵从储槽送至混合器，在混合器内用蒸汽加热至72℃左右，经过立筛、圆筛除去杂质后送到网前箱，再去铜网脱水。为了保证纸张质量，工艺要求网前箱温度保持在61℃左右，为了达到此控制要求，设计了如图所示的温度-温度串级控制系统。要求： （1）将图中的控制流程图补充完整；

（2）指出该串级系统的主被控变量、副被控变量及控制量分别是什么； （3）画出该系统的结构框图；

（4）指出控制阀的气开、气关型式； （5）确定主、副控制器的正、反作用。

5.在石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气体的热量，使裂解气体的温度下降到规定的数值上。图中所示的是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。被冷却的物料时乙烯裂解气，其温度要求控制在(15±1.5)℃。如果温度太高，冷却后的的气体会包含过多的水分，对生产造成有害影响；如果温度太低，乙烯裂解气会产生结晶析出，堵塞管道。 （1）指出系统中被控对象、被控变量和控制量各是什么？ （2）画出该控制系统的结构框图

(1)在丙烯冷却器温度控制系统中，被控对象为丙烯冷却器；被控变量为乙烯裂解气的出口温度；操纵变量为气态丙烯的流量。 (2)该系统方块图如图所示。

6.图示为一列管式换热器。工艺要求出口物料温度保持恒定。经分析如果保持物料入口流量和蒸汽流量基本恒定，则温度的波动将会减小到工艺允许的误差范围之内。现分别设计了物料入口流量和蒸汽流量两个控制系统，以保持出口物料温度恒定。

（1）试画出对出口物料温度的控制系统方块图；

（2）指出该系统是开环控制系统还是闭环控制系统，并说明理由。 答：（1）控制系统方块图如图所示。

（2）控制系统为开环控制系统。从方块图可以看出，对物料入口流量和蒸汽流量均为闭环控制系统；而对于出口物料温度，未经过测量变送环节反馈到系统输入端，没有形成闭环系统。

7. 用蒸汽加热的贮槽加热器，进料量Q1稳定，而Q1的初始温度T1有较大波动，生产工艺要求槽内物料温度T恒定。Q2为下一工艺的负荷，要求Q2的温度为T。试设计一过程控制系统，并画出控制系统框图。

解：应用前馈－反馈控制系统对冷物料进行前馈补偿控制、对被控参数：出口热物料进行反馈控制。系统控制流程图如下图所示。

控制系统组成框图：

8.干燥器的流程图如下图所示，干燥器采用夹套加热和真空抽吸并行的方式来干燥物料。夹套内通入的是经列管式加热器加热后的热水，加热器采用的是饱和蒸汽。为了提高干燥速度，应有较高的温度θ，但θ过高会使物料的物性发生变化，这是不允许的，因此要求对干燥温度θ进行严格的控制。（在此系统中蒸汽流量对热水温度的影响比冷水流量要大。） （1）汽压力波动是主要干扰，应采用何种控制方案，为什么？ （2）水流量波动是主要干扰，应采用何种控制方案，为什么？

（3）水流量和蒸汽压力都经常波动，应采用何种控制方案，为什么？画出控制流程图； （4）画出方块图，确定阀门的气开气关形式和控制器的正反作用。

答：（1）应采用干燥温度与蒸汽流量的串级控制系统。采用蒸汽流量为副变量，当蒸汽压力有所波动，引起蒸汽流量变化，马上由副回路及时克服，减少或者消除蒸汽压力波动对主变量θ的影响，提高控制质量。

（2）如果冷水流量波动是主要干扰，应采用干燥温度与冷水流量的串级控制系统。选择冷水流量为副变量，及时克服冷水流量波动对干燥温度的影响。

（3）如果冷水流量和蒸汽压力都经常波动，由于它们都会影响加热器的热水出口温度，这时可以选择干燥温度和热水温度的串级控制系统，干燥温度为主变量，热水温度为副变量。在此系统中，蒸汽流量和冷水流量都可以作为调节变量，考虑到蒸汽流量的变化对热水温度

的影响较大，故选择蒸汽流量为调节变量。构成的流程图如图所示。

方块图如图所示：

为了防止干燥温度过高，应选择气开阀门 副对象特性为“＋”，所以副控制器为反作用控制器； 主对象特性为“＋”，所以主控制器为反作用控制器。

9.如图示为锅炉汽包液位调节系统，试回答以下问题：

（1）如果采用简单控制系统则会出现“虚假液位”现象，这是为什么？ （2）试设计双冲量控制系统实现控制，画出流程图； （3）确定阀门的气开气关形式； （4）确定控制器的正反作用。

答：

（1）在锅炉汽包液位控制系统中，在燃料量不变的情况下，若蒸汽负荷突然有较大幅度的增加，由于汽包内蒸汽压力瞬时下降，汽包内的沸腾突然加剧，水中的汽泡迅速增多，将水位抬高，形成了虚假的水位上升现象，这种升高的液位并不代表汽包贮液量的真实情况，故称之为虚假液位。

（2）采用双冲量控制系统，引入蒸汽流量的前馈控制，使蒸汽负荷变化时首先由前馈控制

系统克服，从而减少液位的波动。流程图如下：

（3）在气源中断时，从安全角度，应该开大阀门，使给水进入防止锅炉烧干，因此选择气关阀；

（4）由于阀门为气关阀，对象特性为“＋”，所以控制器为正作用控制器。

10.如图所示的氨冷器，用液氨冷却铜液，要求出口铜液温度恒定。为保证氨冷器内有一定的汽化空间，避免液氨带入冰机造成事故，采用温度――液位串级控制。 （1）此串级控制系统的主副被控变量各是什么？

（2）试设计一温度—液位串级控制系统完成该控制方案（即将图示的氨冷器控制系统示意图补充完整）；

（3）试画出温度—液位串级控制系统的方块图；

（5）确定气动调节阀的气开气关形式，并说明原因； （6）确定主副调节器的正反作用。

气关

答：

（1）主被控变量为铜液出口温度，副被控变量为液位。 （2）串级控制系统的示意图如下所示：

（3）方块图如下所示：

（4）当气源中断时，为了确保氨冷器内有一定的汽化空间，应该选择气开调节阀；液位控制器作用方向的确定：

（5）当液位升高时，应该关小调节阀，调节阀为气开阀，故液位控制器为反作用；

（6）温度控制器作用方向的确定：温度对象为“－”作用方向，依据使系统称为负反馈的原则，温度控制器应该为正作用。

11.某精馏塔塔顶控制方案如图所示,试分析回答

12. 有附图所示反应器，反应器温度是用冷却水控制的。

（1）如果主要扰动是冷却水阀前压力有波动，应组成怎样的串级控制系统回路？画出控制

10062813复习资料

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方案。

（2）画出采用串级控制系统时的流程图。并设控制阀是气开式，那么，两个控制器分别应选正作用还是反作用，为什么？

（3）如果控制阀为气关式，两个控制器的正反作用是否需要改变？

（1（2副控制器应选反作用，主控制器应选正作用

（3）如果控制阀为气关式，副控制器改为正作用，主控制器正反作用不变。

13.已知某换热器被控变量是出口温度θ，操纵变量是蒸汽流量Q。在蒸汽流量作阶跃变化时，出口温度响应曲线如图所示。该过程通常可以近似作为一阶滞后环节来处理。试估算该控制通道的特性参数K、T、τ，写出该控制通道的动态方程。若调节器为PI，试进行参数整定。

14.某聚合反应釜内进行放热反应，釜温过高会发生事故，为此采用夹套水冷却。由于釜温控制要求较高，且冷却水压力、温度波动较大，故设置控制系统如图所示。

（1）这是什么类型的控制系统？试画出其方块图，说明其主变量和副变量是什么？ （2）选择调节阀的气开、气关型式； （

3）选择调节器的正、反作用；

（4）如主要干扰是冷却水的温度波动，试简述其控制过程； 答：

（1）这是串级控制系统。主变量是是釜内温度Ø1，副变量是夹套内温度Ø2。其方块如图所示。

（2）为了在气源中断时保证冷却水继续供应，以防止釜温过高，故调节阀应采用气关阀，为“－”方向。

（3）主调节器T1C的作用方向可以这样来确定：由于主、副变量（θ1、θ2）增加时，都要求冷却水的调节阀开大，因此主调节器应为“反”作用。

副调节器T2C的作用方向可按简单（单回路）控制系统的原则来确定。由于冷却水流量增加时，夹套温度θ2是下降的，即副对象为“－”方向。已知调节阀为气关阀，“－”方向，故调节阀T2C应为“反”作用。

（4）如主要干扰是冷却水温度波动，整个串级控制系统的工作过程是这样的：设冷却水的温度升高，则夹套内的温度θ2升高，由于T2C为反作用，故其输出降低，因而气关阀的阀门开大，冷却水流量增加以及时克服冷却水温度变化对夹套温度θ2的影响，因而减少以致消除冷却水温度波动对釜内温度θ1的影响，提高了控制质量。

15.在某生产过程中，冷物料通过加热炉对其进行加热，热物料温度必须满足生产工艺要求，故设计图所示温度控制系统流程图，画出控制框图，指出被控过程、被控参数和控制参数。确定调节阀的气开、气关形式和调节器控制规律及其正、反作用方式。

解：系统方框图：

被控过程为加热炉；被控参数是热物料的温度；控制参数为燃料的流量。

根据生产安全原则，当系统出现故障时应该停止输送燃料，调节阀应选用气开式。即无气时调节阀关闭。

控制器的正反作用的选择应该在根据工艺要求，调节器应为负作用。