过程控制工程 练习题.doc

过程控制工程综合练****题
2012/05/26
某一管式加热炉的控制系统如图1所示,被控变量为工艺介质出口温度T;P为控制阀后的燃气压力,而Ps为燃气气源压力(系统主要干扰之一);Tm与Pm分别表示T、 P的测量信号; u 为控制阀的开度; Psp、Tsp分别表示控制器TC11、PC21 的设定值。
试描述该控制系统完整的方块图,并注明每一模块的输入输出信号;
选择控制阀的气开/气关形式,并解释选择的原因;
确定控制器PC21、TC11的正反作用,以构成负反馈控制系统。
图1 管式加热炉工艺介质出口温度控制系统
考虑上述温度控制系统,当控制器PC21为“自动”、控制器TC11为“手动”时,对于PC21的设定值阶跃变化,对应的过程响应曲线如图2所示。假设压力变送器PT ~ MPa;而温度变送器TT 11的量程为200 ~ 400℃。
试指出温度控制器TC11对应的广义被控对象的输入输出信号;
计算该广义对象的特征参数K、T、τ;
若TC11采用PID 控制器,试整定其PID 参数Kc、Ti、Td。
基于对象特性参数的PID整定法
控制器类型
Kc
Ti
Td
λ取值
P
0
PI
T
0
PID
T
图2 针对控制器PC21设定值变化的过程阶跃响应
,需要用水将NaOH溶液稀释,对应的控制系统如图3所示。假设NaOH溶液质量流量计FT31的仪表量程为0 ~ 30 T/hr,而FT32的仪表量程为0 ~ 120 T/hr,而且两流量计均为线性DDZ-III仪表,输出信号为 4 ~ 20 mA DC。另外,K 为某一比值计算单元,其输入输出满足以下关系
。
试获得K值与实际流量比F1/F2之间的函数关系;
假设NaOH溶液的质量浓度为20%,需要将其浓度稀释成5%。试确定K值。若F1的变化范围为10 ~ 20T/hr,试计算I2 与 I3 的变化范围。
图3 溶液稀释过程的比值控制
4. 某一锅炉汽包水位的三冲量控制系统如题图4所示,图中加法器的运算式为,其中IL为液位调节器LC 41的输出,IS为经开方后的蒸汽质量流量测量值,IW为经开方后的给水质量流量测量值(假设IL、IS、IW的单位均为百分量%,取值范围0 ~ 100)。为确保锅炉安全,给水阀选用气关阀。
试画出该系统的完整方块图,并注明每一模块的输入输出信号;
选择LC 41的正反作用与系数C1、C2、C3的符号,以构成负反馈系统,并说明你的选择原理;
若蒸汽流量仪表FT 32的量程范围为0 ~ 20 T/hr,给水流量仪表FT 33的量程范围为0 ~ 25 T/hr。假设给水阀为线性阀,其开度的最大变化范围为 0 ~ 100 %。对于调节阀开度的变化,对应的水量变化量为KV = (T/hr)/ %。为实现对蒸汽量的理想静态前馈控制,试确定系数C2、C3应满足的关系。
图4 锅炉汽包水位三冲量控制系统
5. 某一锅炉的空燃比逻辑比值控制方案如图5所示,()()分别表示流量控制器FC23(FC24)的给定值与过程值,;“LS”模块表示低选器,;“HS”模块表示高选器,。假设燃料量与空气量的检测仪表FT23、 FT24均为质量流量仪,且仪表量程分别为0 – 5T/hr、0 – 100T/hr,流量仪测量输出RFm、RAm的范围均为0 – 100%; 乘法器输出为KFA×RAm,其中KFA为无因次的乘法系数。假设工艺过程所希望的空气/燃料质量比为18:1。试回答:
KFA如何设定,以满足工艺要求?
该系统采用蒸汽压力变送器PT 22来反映产汽与用汽的平衡关系,试确定压力控制器PC 22的正反作用,以构成负反馈控制系统。
假设该系统初态为稳定状态,当蒸汽用量增加或减少时,试描述该系统的自动控制过程。
图5 锅炉空燃比逻辑比值控制方案
6. 某一换热器如图6所示,要求采用蒸汽流量RV 控制工艺介质的出口温度 T2。试依据下列情况设计相应的控制方案,并给出带控制的流程图。
情况#1:工艺介质流量RF与蒸汽入口压力PV均比较稳定;
情况#2:RF 稳定,而 PV 变化频繁;
情况#3:RF 变化频繁,而PV 比较稳定;
情况#4:RF 与PV 均变化频繁。
图6 换热器被控对象
,控制目标为维持工艺介质出口温度T的恒定,操作变量为液氨的流量Ra,目前采用如图7所示的单回路控制方案。操作经验表明该方案存在一定的危险性:当工艺介质入口温度过高时,