1、过程控制工程期末复习题 一、 （每空 1 分）填空题： 1、对于一个比例积分微分（PID）控制器来说，积分时间越小则积分作用越 ；微分时间越小， 则微分作用越 。 2、三种常用的均匀控制方案包括 、 、 。 3、常规 PID 控制器中的 P 指 作用、I 指 作用、 D 指 作用。 4、用于输送流体和提高流体压头的机械设备统称为流体输送设备，其中输送液体并提高其压头的 机械称为 ，而输送气体并提高其压头的机械称为 。 5、工程上常用的几种整定 PID 控制器参数的方法是 、 、 、 。 6、请举出我们曾经学过的三种复杂控制系统： 、 、 。 7、比值系统控制系统从结构上可分为四种，分别是开环比
2、值控制系统、 、 、 四种。 8、调节阀的固有流量特性主要有 、 、 、 四种。 9、比值系统控制系统从结构上可分为四种，分别是开环比值控制系统、 、 、 四种。 10、单回路控制系统一般由 、 、 、 四个环节组 成 11、常见的传热设备有 、 、 等。 12、要消除系统的稳态误差，通常选用 控制器。 13、用来评价控制系统性能优劣的阶跃响应曲线性能指标分别是 、 、 、振荡频率和 回复时间等。 14、工程上进行 PID 控制器参数整定时，随动系统的控制品质要求衰减比为 ，定值系统中 控制品质要求衰减比为 。 15、常见的传热设备有 、 、 等。 16、精馏装置一般由 、 、 、 等设备组成
3、。精馏塔产品质量指标选择有直接产 品质量指标和 两类。 二、选择题（10 分，每小题 2 分） 1、成分、温度调节系统的调节规律，通常选用（ ） 。 A. PI B. PD C. PID 2、 自动控制系统中控制器正、反作用的确定是根据（ ） 。 A实现闭环回路的正反馈。 B实现闭环回路的负反馈。 C系统放大倍数恰到好处 D生产的安全性。 3、单纯的前馈调节是一种能对（ ）进行补偿的调节系统。 A 测量与给定之间的偏差 B 被调量的变化 C 干扰量的变化 4、分程控制系统常要加装（ ）来达到分程的目的。 A调节器 B.变送器 C.阀门定位器 5、在某一分离异丁烷与正丁烷的精馏塔中，微小的压力波
4、动也会影响温度的变化，同时压力波动 引起的各板上温度变化的方向是一致的，此时应选择（ ）作为间接质量指标进行控制。 A灵敏板温度 B.温差 C.双温差 6、如果甲乙两个广义调节对象的动态特性完全相同（如均为二阶对象） ，甲采用 PI 作用调节器， 乙采用 P 作用调节器。当比例带的数值完全相同时，甲，乙两系统的振荡程度相比 A. 甲系统振荡程度比乙系统剧烈。 B. 乙系统振荡程度比甲系统剧烈。 C. 甲、乙两系统的振荡程度相同。 7、 定值控制系统是（ ）环调节，单纯的前馈控制系统是（ ）环调节。 A开，闭 B闭，开 C开，开 D闭，闭 8、在选择性控制系统中防积分饱合一般采用（ ）方法。 A
5、限幅法 B外反馈法 C积分切除法 9、控制系统在纯比例作用下已整定好，加入积分作用后，为保证原稳定度，此时应将比例度（ ） 。 A.增大 B.减小 C.不变 10、在某一分离甲苯二甲苯的精馏塔中，微小的压力波动也会影响温度的变化，同时压力波动引 起的各板上温度变化的方向是一致的，此时应选择（ ）作为间接质量指标进行控制。 A灵敏板温度 B.温差 C.双温差 三、简答题（每题 5 分） 1、在一个串级控制系统中，原来选用 30 的气开阀，后来因为负荷减小，改用 20 口径，同时 改用气关阀。问： （1）主、副控制器的正、反作用是否需要改变？如需要，应如何改变？ （2）主、副控制器的比例度和积分时
6、间是否需要改变？如需要，又如何改变？ 2、为什么要考虑控制器的正、反作用选择？ 3、什么是分程控制系统？主要应用在什么场合？ 4、离心式压缩机防喘振控制方案有哪几种？各适用什么场合？ 5、什么是锅炉汽包水位的三冲量控制系统？为什么要引入三冲量进行控制？ 6、什么是控制器的参数整定？工程上常用的控制器参数整定有几种方法？ 7、什么是锅炉系统中汽包水位的“虚假液位”现象？说出两种能够克服虚假液位影响的控制方 案。8、什么是控制器的积分饱和现象？产生积分饱和的条件是什么？ 9、什么是离心式压缩机的喘振？ 10、前馈与反馈控制系统相比有什么不同？ 11、什么是选择性控制系统？设计选择性控制系统时要考虑
7、哪些问题？ 12、均匀控制系统的目的和特点是什么？（5 分） 13、汽包水位的虚假液位现象是怎么回事？采用何种控制方案能够克服虚假液位的影响？（5 分） 14、往复泵的流量控制方案有哪些？各有什么优缺点？（5 分） 15、什么叫比值控制系统？ （4 分） 16、前馈控制具有什么特点？为什么采用前馈-反馈复合系统将能较大地改善系统的控制品质？ （4 分） 四、 （15 分）如图 1 所示单容水槽，其进口流量来自上一工序，不可控，控制目标是保证水槽的液 位恒定。 1、试对该对象设计一简单控制系统，画出系统的控制流程图（10 分） 2、分别指出系统的受控变量、操作变量和主要扰动变量（5 分） 进口流
8、量 图 1 五、 （15 分）计算题 工艺要求两流体的流量比为 F2/F1=1/1.2，其中 F1 为和 F2 是体积流量。F 1 的流量不可控，仪表 量程是 03200Nm 3/h，F 2 的流量可调，仪表量程是 02400Nm 3/h。试画出控制流程图，并计算比 值系数 K 六、 （20 分）精馏塔是化工、炼油生产中应用极为广泛的传热传质设备，其目的是将混合物中的各 组分分离，达到规定的纯度。试问 1、精馏装置一般由哪些设备组成？画出精馏塔的物料流程图（5 分） 2、精馏塔可选的操纵变量是哪些？（5 分） 3、以精馏段指标为受控变量，设计一种精馏塔的基本控制方案，并画出控制流程图。 （10
9、 分） 七、 （15 分）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 2 所示。问： 1、这是什么类型的控制系统？试画出其方框图，说明主变量和副变量分别是什么？（5 分） 2、选择控制阀的气开、气关型式。 （2 分） 出口流量 3、确定控制器的正反作用。 （3 分） 4、如果干扰是冷却水的温度波动和进料温度波动时，试简述其控制过程。 （5 分） 图 2 八、 （15 分）计算题 如图 3 所示为一单闭环比值控制系统。主物料 A 的流量 经差压变送器、开方器后的信号送AQ 往除法器，与副物料流量 的信
10、号相除，除法器的输出为 ，设系统采用的是 DDZ-型仪BQ BI 表， ， ，工艺要求两流量的比值为 。hmQA/50 3axhm/403ax 5.0ABK 1、 计算流量控制器 FC 的比值系数 应设定为多少？（ 5 分）K 2、 画出上述系统的方块图。 （5 分） 3、 如控制阀选定为气关型，试确定控制器 FC 的正反作用（ 5 分） 开方器 开方器 FC 比值设定 KAQBQAIBI 图 3 九、 （15 分）某精馏塔的控制方案如图 4 所示。 1、试分析该控制方案由哪些控制系统组成？（5 分） 2、指出各个控制系统的操纵变量和受控变量分别是什么？（5 分） 3、请判断该控制方案是物料平
11、衡控制还是能量平衡控制？是按照精馏段指标进行控制还是按照 提馏段指标进行控制？（5 分） 精 馏 塔 进料 F LC LC FC TC D B LR FC PC 图 4 十、 （10 分）请举出一种你在生产或生活中所见到的控制系统的例子，并运用过程控制工程中所学 到的知识对该控制系统的设计和实施进行分析和说明。内容包括： （1）过程的工艺，控制的要求， （2）控制方案的设计 （3）控制器控制规律的选择 （4）用到的自控设备 （5）其它相关的内容 十一、 （15 分） 如图 5 所示为一蒸汽加热器温度控制系统。 （1）指出该系统中的受控变量、操纵变量、受控对象分别是什么？（3 分） （2）该系统
12、可能的干扰有哪些？（2 分） （3）画出该系统的控制系统方框图。 （5 分） （4）如果被加热物料过热易分解时，试确定控制阀的气开、气关型式和控制器的正、反作用。 （5 分） TC 冷物料 热物料 蒸汽 冷凝水 图 5 蒸汽加热器的温度控制 十二、 （15 分）计算题 在含碱废水的处理过程中，往往采用加酸中和的方法，使得处理后的废水的 PH 值为 7。现有 一工业含碱废水处理流程，工艺流程如图 6 所示。工艺要求 F2/F1=1/1.2，其中 F1 为含碱废水的 体积流量，F2 为酸液的体积流量。含碱废水的流量不可控，仪表量程是 03600Nm3/h，酸液的流 量可调，仪表量程是 02400N
13、m3/h。 1、 试设计一比值控制系统以满足上述工艺要求，并画出该系统的控制流程图和方框图。 （5 分） 2、 计算比值系数 K。 （5 分） 3、 主物料和从物料分别是什么？（2 分） 4、 简述当主物料变化时，系统的控制过程。 （3 分） F1 F2 酸液含碱废水 中和池 图 6 十三、 （15 分）如图 7 所示液体储罐，其进口流量不可控，出口流量可控，控制目标是保证储罐的 液位恒定。 1、试对该对象设计一简单控制系统，画出系统的控制原理方框图（5 分） ； 2、分别指出系统的受控变量、操纵变量和主要扰动变量（5 分） ； 3、假定出口调节阀为气开阀，试确定控制器的正反作用（5 分） 。
14、 图 7 十四、 （20 分）如图 8 所示加热炉被加热物料出口温度与燃料油压力的串级控制系统，工艺安全条 件是：一旦发生重大事故，立即切断燃料油的供应。试确定： 1）画出该串级控制系统的方框图；（5 分） 2）调节阀的气开、气关形式；（5 分） 3）主、副调节器的正反作用。 （10 分） 加 热 炉 被加热物料进口 PCPT 被加热物料出口 TT TC 燃料油 图 8 十五、 （15 分）在离心泵的流量控制中，往往采用直接节流的方案。试问： 1、在直接节流法中的调节阀一般是装在离心泵的入口还是出口？分析其原因（10 分） 。 2、给出直接节流法控制离心泵流量的控制流程图（5 分） 十六、 （
15、15 分）压缩机吸入罐压力与压缩机入口流量选择性控制系统如图 9 所示。为防止吸入罐压 力过低导致吸入罐被吸瘪，又防止压缩机流量过低而产生喘振的双重目的，试确定 1、系统中气体返回控制阀的开、闭形式（5 分） 2、控制器的正、反作用（5 分） 3、选择器的类型（5 分） 出口流量 图 9 十七、 （15 分）图 10 所示为一燃料气混合罐，罐内压力需要控制。一般情况下，通过改变甲烷流 出量 QA 来维持罐内压力。当罐内压力降低到 QA =0 时仍不能使其回升时，则需要调整来自燃料 气发生罐的流量 QA ，以维持罐内压力达到规定值。 1、设计一控制系统，以满足上述工艺要求。画出系统的控制流程图。
16、 （5 分） 2、罐内的压力不允许过高，请选择控制阀的气开、气关型式。 （5 分） 3、确定控制器的正反作用，和各控制阀的工作信号区间。 （5 分） QA QB 图 10 燃料气混合罐 十八、 （15 分）在石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯气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 11 是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。被冷却的物料是乙烯 裂解气，其温度要求控制在（151.5）。 1、指出系统中的受控对象、受控变量和操纵变量各是什么？（5 分） 2、试画出该控制系统的方框图。 （5 分） 3、试分析当乙烯裂解气的流量突然增大时，该温度控制系统是如何实现温度控制的？
17、（5 分） 丙烯冷却器 气态丙烯 液态丙烯 乙烯裂解气 图 11 十九、 （20 分）如图 12 所示使用燃料气的加热炉，其工艺流程是燃料气在加热炉中燃烧，使被加 热物料加热到一定的出口温度，控制的主要目标是使被加热物料的出口温度保持恒定，同时还要防 止阀后压力过高，试设计一选择性控制系统以满足上述控制要求。 1、画出该选择性控制系统的控制流程图；（10 分） 2、确定调节阀的气开、气关形式；（5 分） 3、确定调节器的正反作用和选择器的类型。 （5 分） 加 热 炉被加热物料进口 被加热物料出口 燃料气 图 12 二十、 （20 分）某精馏塔采用提馏段温控的方案，以再沸器加热蒸汽量作为操纵变
18、量，提馏段工艺 流程图见图 13。工艺上进料量经常波动，且是不可控的。为了提高控制质量，请设计一控制方案， 使之能及时克服进料量波动这一干扰对塔底质量指标的影响，又能够消除其它干扰对塔底温度的影 响，使塔底温度控制在一定数值上。 1、画出该控制方案的控制流程图和方框图（10 分） 2、试确定控制阀的气开、气关形式（5 分） 3、试确定控制器的正反作用（5 分） 精 馏 塔 进料 F 图 13 二十一、 （15 分）图 14 所示系统中，采用蒸汽加热物料。该过程的热量衡算式可表示为 201)(GCip 式中， 和 分别为被加热介质和蒸汽的质量流量， 和 分别为被加热介质的进口温度和出1G2 i0
19、 口温度， 为被加热介质的比热容， 为蒸汽的冷凝潜热。请回答下列问题：pC 1、主要扰动为 时，应选何种控制阀特性 ? （5 分）i 2、主要扰动为 G1 时，应选何种控制阀特性 ? （5 分） 3、设定值经常变动时，应选择何种控制阀特性？ （5 分） 物料 加热蒸汽 G1, i G2 冷凝水 G1,o 图 14 二十二、PH 值中和过程的稳态特性大体如图 15 所示。采用 PID 控制规律时在某些工作点的控制质 量不佳。问： （1）能否通过控制阀的流量特性选择来解决？为什么？ （2）选用非线性控制规律行不行？ 图 15 PH 值中和过程 二十三、 （15 分）精馏塔是化工、炼油生产中应用极为
20、广泛的传热传质设备，其目的是将混合物中 的各组分分离，达到规定的纯度。试问 1、精馏装置一般由哪些设备组成？画出精馏塔的物料流程图（5 分） 2、以精馏段指标为受控变量，设计一种精馏塔的基本控制方案，并画出控制流程图。 （5 分） 3、如果工艺上进料量经常波动，且是不可控的。为了提高控制质量，请增加一控制方案，使之 能及时克服进料量波动这一干扰对塔顶质量指标的影响。 （5 分） 二十四、 （10 分）图 16 为一管式加热炉，工艺要求用天然气做为燃料，使原料油出口温度保持恒 定。如果工艺上燃料气的热值经常波动，且对原料油出口温度控制要求很高。 （1）试设计一个控制系统，并画出该控制系统的控制流
21、程图（5 分） （2）画出该控制系统的方框图（3 分） （3）该控制系统在工程实施时应注意哪些问题（2 分） 原料油 天然气 图 16 二十五、 （20 分）已知某大型锅炉汽包水位控制系统如图 17 所示，所产生的蒸汽作为工艺生产中 的热源。试问： 1、该系统属于何种类型的控制系统？分析该控制系统的特点。 （10 分） 2、确定调节阀的气开、气关形式（5 分） 3、确定控制器 LC 和 FC 的正反作用（ 5 分） LT LC FT FC FT 给水 蒸汽 汽包 图 17 二十六、 （15 分）图 18 所示为甲苯-二甲苯精馏塔控制流程图。 1、试简述图中各控制系统的作用（7 分） 2、图 2
22、 中是按精馏段指标进行控制的方案，试简述按精馏段指标进行控制的方案适用于哪些情 况？（3 分） 3、如果工艺上进料量经常波动，且是不可控的。为了提高控制质量，请增加一控制方案，使之 能及时克服进料量波动这一干扰对塔顶质量指标的影响。 （5 分） 精 馏 塔 进料 F LC LC FC TC D B LR 图 18 过程控制工程期末复习题答案 一、 （每空 1 分） 1、强，弱 2、简单均匀控制，串级均匀控制，双冲量均匀控制 3、比例，积分，微分 4、泵，风机和压缩机 5、经验法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法 6、串级，前馈，比值，均匀，分程，选择性任选三个 7、单闭环比值控制系统、双闭
23、环比值控制系统、变比值控制系统 8、线性型、等百分比（或对数）型、抛物线型、快开型 9、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统 10、控制器、控制阀、受控对象、测量变送器 11、换热器、加热炉、锅炉（再沸器、冷凝器、加热器等） 12、比例积分（PI）控制 13、衰减比、超调量与最大动态偏差、余差 14、10：1，4：1 15、换热器、加热炉、锅炉、再沸器、冷凝器、加热器中任选三种 16、精馏塔塔身、冷凝器、再沸器、回流罐 、间接产品质量指标 二、 （10 分）选择题 1、C 2、B 3、C 4、C 5、B 6、A 7、B 8、B 9、A 10、B 三、 （每题 5 分） 1、
24、（1）副控制器的正反作用改变，而主控制器的正反作用不改变。 （2）调节阀口径由 30 变为 20，则调节阀的静态增益 Kv 减小，为保证副回路的控制品质不变，则 应该减小副控制器的比例度，积分时间不需要改变。由于主控制器对副回路中副对象、副回路控制 阀具有鲁棒性，所以主控制器的比例度和积分时间不需要改变。 2、保证整个闭环构成一个负反馈。 3、分程控制是指用一个控制器来控制两个或两个以上的控制阀，每个控制阀工作在控制器的某个 信号区间。 主要应用场合： （1） 用于扩大调节阀的可调范围 （2） 用于控制两种不同的工艺介质，以满足工艺生产的要求 （3） 用于生产安全的防护措施 4、固定极限流量法
25、和可变极限流量法。 固定极限流量法：可靠性高，投资少，适用于固定流量的场合 可变极限流量法：适用于压缩机负荷经常波动的场合。 5、所谓三冲量控制是指锅炉汽包液位控制系统中，分别引入汽包液位、蒸汽流量和给水流量三个 信号，经过一定运算后，共同控制一只控制阀。 引入三冲量控制是因为汽包液位是系统的受控变量，是保证锅炉正常运行的必要指标。而锅 炉的汽包液位存在严重的虚假液位情况，单纯根据汽包水位进行控制会导致汽包液位波动严重，控 制效果差，甚至会影响事故。而这个虚假液位现象与锅炉的给水流量和蒸汽流量密切相关，引入蒸 汽流量信号可以及时克服蒸汽流量波动对汽包水位的影响，并有效克服虚假液位引起的控制系统
26、的 误动作。引入给水流量信号可以及时克服给水压力变化对汽包液位的影响。 6、控制器的参数整定是指根据已定的控制方案，通过参数调整来确定控制器的最佳参数值，以使 系统获得好的控制质量。 经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法 7、一般水位特性，蒸气流量提高，导致水位下降。但汽包水位特殊，蒸气流量提高，饱和水迅速 汽化，水容积增大，水位上升。与一般水位动态特性叠加，表现为水位先升后降，称为“虚假液位” 。这种反相变化特性给控制带来困难，可以采用双冲量和三冲量控制。 8、对于具有积分作用的控制器，只要被调量与设定值之间存在偏差，其输出会不停地变化，如果 由于某种原因导致偏差无法消除，则经过
27、一段时间调节器的输出将进入深度饱和状态，是为积分饱 和现象。 产生的条件（1）控制器有积分作用。 （2）控制器输入偏差长期存在。 9、当压缩机的负荷降低到一定程度，气体的排出量会出现强烈的振荡，因而机身也发生剧烈振动， 这种现象称为喘振。 10、 前馈控制系统基于干扰调节，更及时，但对受控变量是开环控制，而且一种前馈控制系统只 能克服一种干扰；反馈控制系统基于偏差调节，对受控变量是闭环控制，能够克服各种干扰。 11、 凡是在控制系统中引入选择器的就称为选择性控制系统。 设计选择性控制系统时要考虑：正常控制的参数、极限保护参数、操作变量；调节阀的气 开、气关形式；控制器的正反作用；选择器的类型等
28、。 12、均匀控制的目的是实现前后设备在供求关系上达到相互协调，统筹兼顾（3 分） 均匀控制的特点是（1）反映前后供求矛盾的两个变量都是变化的，且变化是缓慢的 （2）两个变量的变化均应保持在允许的范围内（2 分） 13、一般水位特性，蒸气流量提高，导致水位下降。但汽包水位特殊，蒸气流量提高，意味着汽包 水位下降，饱和水迅速汽化，水容积增大，水位上升。与一般水位动态特性叠加，表现为水位 先升后降，称为“虚假液位” 。 （3 分） 这种反向变化特性给控制带来困难，可以采用双冲量或三冲量控制。 （2 分） 14、 （1）改变原动机的转速 （2）改变往复泵的冲程，方案复杂， 不宜实施 （3）改变出口旁
29、路阀的开度。方案简单，但总的机械效率低，经济性差。 15、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。 （4 分） 16、前馈控制的特点（2 分） （1）基于不变性原理，比反馈控制及时、有效 （2）前馈是开环控制 （3）前馈控制规律随对象特性的不同而不同 （4）一种前馈只能克服一种干扰 为什么采用前馈反馈的复合控制系统可以大大提高控制系统的品质（2 分） （1）从前馈控制角度，由于反馈，减轻了对前馈控制模型的精度要求，并可对未做前馈补偿 的干扰进行校正 （2）从反馈角度，前馈控制事先起了一个粗调的作用，大大减少了反馈的负担 四、 （15 分） 1、控制流程图如下（10 分） 进口流量
30、LT LC 2、受控变量：水槽液位； 操作变量：水槽的出口流量 扰动变量：进口流量 （5 分） 五、因为 F1 的流量是不可控的，选择 F1 为主动量，选择 F2 作为从动量，设计的单闭环比值控制 系统的控制流程图如下（10 分） F1 F1T F2T F2C K F2 F1max=3600N m3/h, F2max=2400N m3/h, K1(F 2/F1)*（ F1max/ F2max）（1/1.2 ）*（3200/2400 ）=1.11（5 分） 六、 （20 分） 1、精馏装置一般由精馏塔塔身、冷凝器、再沸器、回流罐等设备组成。物料流程图如下图所示。 （5 分） 精 馏 塔 冷凝器
31、回流罐 再沸器 进料 F 溜出液 釜液 蒸汽 2、精馏塔的可选操纵变量一般为：馏出液采出量、釜液采出量、回流量、再沸器加热蒸汽量、冷 凝器冷剂量。 （5 分） 3、一种参考的控制方案如下：（10 分） 精 馏 塔 进料 TT TC LC LC FC 七、 （15 分） 1、串级控制系统。方框图如下，主变量为釜内温度，副变量为夹套温度。 （5 分） T1C 控制阀 夹套 温度测量变送 1 + 釜内温度 扰动 1 T2C 反应釜 温度测量变送 2 扰动 2 + （2）为了保证气源中断时冷却水继续供应，以防止釜温过高，选择气关阀。 （2 分） （3）调节阀为反作用，副对象为反作用，所以副控制器选择反
32、作用。主对象为正作用，副回路等 效环节为正作用，所以主控制器选择反作用。 （3 分） （4）假设冷却水温度升高，则夹套内温度升高，由于 T2C 反作用，则控制器输出降低，气关型阀 门开大，冷却水流量增加以克服冷却水温度变化对夹套温度的影响，从而减少了冷却水温度波动对 釜内温度的影响，提高了控制品质。 当干扰是进料温度时，考虑使釜内温度升高的情况，则由于 T1C 反作用，则 T1C 减小，则 T2C 的设定值降低，T 2C 的输出降低，控制阀开大，冷却水流量增加，使釜内温度降低。 （5 分） 八、 （15 分） 1、 （5 分） ， ；4)20(maxAQI 4)20(maxBQI 625.0.
33、1*54maxBAABQIK 2、方框图如下（5 分） FC 控制阀 流量测量变送 副流量对象 除法器 流量测量变送 + - QB QA K 3、正作用。 （5 分） 九、 1、塔顶温度控制系统，塔压控制系统，塔顶贮槽液位控制系统，进料流量控制系统，塔釜液位控 制系统，加热蒸汽流量控制系统；（5 分） 2、各系统的操纵变量、受控变量分别是 塔顶温度，回流量 塔压 冷凝器冷剂流量 贮槽液位 塔顶采出液流量 进料流量 进料流量 塔釜液位 塔底采出液流量 加热蒸汽量 加热蒸汽流量 3、能量平衡控制，精馏段指标控制。 （5 分） 十、要求学生能够灵活运用过程控制工程课程中所讲授的知识来对某一实际过程控
34、制系统进行简单 的分析和设计，考察学生对基本知识的掌握程度。 （10 分） 十一、 （1）受控变量：被加热物料出口温度；操纵变量：加热蒸汽流量；受控对象：蒸汽加热器（3 分） （2）干扰：加热蒸汽压力；被加热物料的流量、温度、成分、环境温度等（2 分） （3）控制系统方框图如下：（5 分） 温度控制 器 控制阀 蒸汽加热器 温度测量变送环节 + 受控变量偏差 扰动 给定值 控制变量 操纵变量 （4）选择气开阀；控制器为反作用；（5 分） 十二（15 分） 1、 设计的单闭环比值控制系统的控制流程图如下（5 分） F1 F1T F2T F2C K F2 控制器 控制阀 测量变送 副流量对象比值器
35、 测量变送 + - Q2 2、 F1max=3600N m3/h, F2max=2400N m3/h, K1(F 2/F1)*（ F1max/ F2max）（1/1.2 ）*（3600/2400 ）=1.25（5 分） 3、 因为 F1 的流量是不可控的，选择 F1 为主物料，选择 F2 作为从物料。 （2 分） 4、当主物料增加时，通过比值器，使得从物料流量控制器的给定值发生变化，使从物料的流量 也发生变化，从而保证两种物料之间的比值关系。 （3 分） 十三、 （15 分）： 1、 （5 分）： 控制器 控制阀 受控对象 测量变送环节 + 控制变量 操作变量 受控变量 测量值 偏差 扰动变量
36、 SP 2、 （5 分）： 受控变量：储罐液位（2 分） 操作变量：储罐的出口流量（2 分） 扰动变量：进口流量（2 分） 3、出口流量增加，液位下降，对象反作用，调节阀为气开阀，所以控制器选正作用（5 分） 。 十四、1、控制系统方框图如下：（5 分） 2、调节阀为气开阀（5 分） 3、压力控制器取反作用，温度控制器取反作用（5 分） 。 十五、1、装在离心泵的出口。因为调节阀装在泵的入口，调节阀会产生较大的压降，导致离心泵 入口压力过低，使液体部分汽化，使得泵丧失排送能力，这叫气缚。或者汽化后的蒸汽在离心泵出 口又急剧的冷凝，会对离心泵的叶轮和机壳产生较大的冲蚀，从而损坏离心泵，这叫气蚀。
37、这两种 情况都会影响离心泵的正常工作，所以调节阀一般装在泵的入口。 （10 分） 2控制流程图如下： 温度控制 器 控制阀 压力对象 温度测量变送环节 + 受控变量 扰动 1 压力控制 器 温度对象 压力测量变送环节 扰动 2 + FC 优点：方案简单易行。 缺点：小流量的时候，总的机械效率过低。 （5 分） 十六、 1、气关阀，失气时全开，避免压力过低和喘振 2、PC 为正作用，FC 为正作用 3、为低选器 十七、 （15 分） 1、 可设计一分程控制系统来满足上述要求，控制流程图如下 PC 2、阀 A 为气关阀，阀 B 为气开阀 3、PC 为反作用，A 阀工作在 0.02-0.06Mpa
38、区间，B 阀工作在 0.06-0.1Mpa 区间 二十五、 （20 分） 1、该系统为三冲量控制系统。三个冲量分别为汽包水位、给水流量、蒸汽流量。 （5 分） 从结构上说，它实质上是前馈串级控制系统。液位控制器 LC 与流量控制器 FC 构成串级控制。 蒸汽流量的波动是引起汽包水位变化的一个因素，是干扰作用，将蒸汽流量作为前馈信号引入计 算单元改变 FC 的设定值，这是按干扰量进行控制的，是前馈作用。 （5 分） 2、当产生的蒸汽作为工艺生产的热源时，调节阀选为气关阀。 （5 分） 3、FC 为正作用，LC 为反作用。 （5 分） 十八、 （15 分） 1、受控对象：丙烯冷却器； （2 分）
39、受控变量：乙烯裂解气的出口温度；（1 分） 操纵变量：气态丙烯流量（2 分） 2、 该温度控制系统方框图如下：（5 分） 控制器 控制阀 丙烯冷却器 测量变送环节 + 偏差 扰动sp 图中： 为乙烯裂解气的出口温度； 为乙烯裂解气的出口温度设定值。sp 3、当乙烯裂解气的流量突然增大，会导致乙烯裂解气的出口温度增大。则控制器输入偏差增 大，控制器根据偏差的大小产生控制作用来开大控制阀开度，增加气态丙烯的流量，使冷却器 内蒸汽压减小，丙烯的汽化温度降低，冷热两种流体的传热平均温差增加，使得传热量增加， 降低乙烯裂解气的出口温度，使之恢复到设定值。 （5 分） 十九、 （20 分） 1、控制流程图
40、如下：（10 分） 加 热 炉被加热物料进口 PCPT 被加热物料出口 TT TC LS 燃料气 2、从安全角度考虑，选择调节阀为气开阀。 （5 分） 3、根据对控制器正反作用的分析，有 P C 控制器为反作用控制器， TC 为反作用控制器。 （4 分） 为了在阀后压力过高（PC 的输出很低）的条件下能够选择 PC 控制器进行控制，则选择低选器 （1 分） 二十、 （20 分） 1、采用前馈反馈控制（根据塔釜温度进行反馈控制，根据进料量进行前馈控制） ，控制流程图如 下：（5 分） 精 馏 塔 进料 F FfC TC 或采用如下前馈串级控制方案 精 馏 塔 进料 F FfC TC FT FC
41、控制系统方框图如下：（5 分） TC 控制阀 精馏塔提馏段 温度测量 + T 进料扰动 再沸器 流量测量FfC + +温度 给定 2、选择气关阀， （提馏段温度控制，对塔釜采出液纯度要求较高，失气时控制阀打开，加大加热蒸 汽量，使得釜液大量汽化返回到塔釜，确保塔釜采出液的纯度） 。 （5 分） 3、TC 控制器选择正作用。 （ 5 分） 二十一（15 分）： ，则 控制通道增益ioGc12 12Gcdo （1） 主要扰动为 时，受控对象控制通道增益与 无关，为常数，所以选线性阀i i （2） 主要扰动为 时， 增大， 减小，为保证 不变（定值控制） ，则必须增大 ，受控10o 2G 对象的控制
42、通道增益随 的增加而减小，希望控制阀的增益随着 的增大而增大，所以2 选择对数阀（增益随流量的增大而增大） 。 （3） 受控对象控制通道增益为 ，不随 的变化而变化。当设定值经常变化时，12Gcdo2 应选择线性阀。 二十二 （1）不可以通过调节阀的流量特性选择来解决。 因为过程的稳态增益随着加碱量的变化规律是先增大，然后逐渐降低，存在一个拐点，而 所有流量特性的调节阀的增益都是随着流量而单调变化（对数阀随流量增加而降低，快开阀随流量 增加而减小） ，没有一种阀可完全补偿 PH 中和过程的非线性。 （2）根据图中曲线的特点，可以选择非线性控制规律，分段线性化，可分成三段。 二十三（15 分）
43、1、精馏装置一般由精馏塔塔身、冷凝器、再沸器、回流罐等设备组成。物料流程图如下图所示。 （5 分） 2、一种参考的能量平衡控制方案如图（5 分） 精 馏 塔 冷凝器 回流罐 再沸器 进料 F 溜出液 釜液 蒸汽 精 馏 塔 进料 TC LC LC FC 3、增加进料量对塔顶温度的前馈控制，控制方案如下图（5 分） 精 馏 塔 进料 TC Gf 二十四、 （10 分） （1） 设计一原料油出口温度对炉膛温度的串级控制系统，控制流程图如下（5 分）： 加 热 炉原料油 T2CT 2T T1T T1C 燃料气 （2） 控制方框图如下（3 分）： T1C 控制阀 炉膛 出口温度测量变送 + 出口温度
44、扰动 1 T2C 主对象 炉膛温度测量变送 扰动 2 + （3） （2 分） 炉膛温度测点的选择，应具有代表性，反应快 为了保护设备，炉膛温度不应有较大波动，参数整定时，副控制器不应整定的过于灵敏。 炉膛测温元件及保护套管材料必须耐高温 二十五、 （20 分） 1、该系统为三冲量控制系统。三个冲量分别为汽包水位、给水流量、蒸汽流量。 （5 分） 从结构上说，它实质上是前馈串级控制系统。液位控制器 LC 与流量控制器 FC 构成串级控制。 蒸汽流量的波动是引起汽包水位变化的一个因素，是干扰作用，将蒸汽流量作为前馈信号引入计 算单元改变 FC 的设定值，这是按干扰量进行控制的，是前馈作用。 （5
45、分） 2、当产生的蒸汽作为工艺生产的热源时，调节阀选为气关阀。 （5 分） 3、FC 为正作用，LC 为反作用。 （5 分） 二十六、 （15 分） TC 控制阀 压力对象 温度测量变送 + 出口温度 扰动 1 PC 温度对象 压力测量变送 扰动 2 + 1、该系统是温差控制的方案。 塔顶根据温差控制回流量 LR，采用温差控制是因为在甲苯二甲苯的精馏塔中，塔顶和塔底产品 的相对挥发度差值较小，压力变化对温度的影响要比成分变化对温度的影响大，即此时微小的压力 变化也会影响成分与温度之间的关系，由于压力对各层塔板上温度的影响的方向和大小基本是一致， 此时可以分别在塔顶和灵敏板测取温度，然后取这两个温度的差值作为受控变量，则压力对温度变 化的影响就基本被消除了。 塔顶回流罐液位控制和塔釜液位控制是为了保证回流罐和塔釜有一定的蓄液量而设置的。这两个系 统可保证整个塔的物料平衡。 再沸器加热蒸汽量的定值控制系统，是为了能有恒定的蒸汽量返回到精馏塔，以保证精馏过程中的 能量需求。 （7 分） 2、 （1）适用于塔顶产品纯度要求比塔底高的情况 （2）气相进料的情况 （3）塔底、提馏段塔板上的温度不能很好的反映产品成分变化时。 （3 分） 3、设计一针对进料量的前馈控制系统，在图 2 的基础上增加一前馈控制回路。 （5 分）
