过程控制例题1.docx

例题1-2：锅炉化工、炼油等企业中常见的主要设备。汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。水位过高，会使蒸汽带液，降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备。而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。因此，必须对汽包水位进行严格的控制。下图是一锅炉汽包水位控制示意图，要求：
1）指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量各是什么？
2）画出该控制系统的方块图；

解： （1）
被控对象：锅炉汽包；
被控变量：锅炉汽包的水位；
操纵变量：锅炉给水量；
扰 动 量：冷水温度、压力、蒸汽压力、流量、燃烧状况等
(2)锅炉汽包水位控制系统方块图：

例题3-1：若被测介质的实际温度为500℃，仪表的指示值为495℃，仪表的量程为0～1000℃，试确定绝对误差、相对误差、折合误差和对仪表的读数的修正值。
解: 绝对误差: △= X指－ X0 = 495－500=－5℃
仪表读数的修正值: C= X0 － X指 = 5 ℃
相对误差: y=△/X0 = 5/500×100% = 1%
引用误差: δ=△max/ （x上 －x 下）= 0.5%
例题3-6 为什么热电偶测温要进行冷端温度补偿？
由于工业上的常用的各种热电偶的温度—热电势关系曲线是在冷端温度保持0℃的情况下得到的，而且与其配套使用仪表也是根据这仪关系曲线进行刻度的。而实践测量时，冷端温度往往高于0℃，且是不断变化的，从而使测量结果产生误差。所以使热电偶冷端的温度保持0℃，或进行一定的修正得到准确的测量结果的做法称为冷端温度补偿。
⑵ 冷端温度补偿的方法
① 恒温法：冷端温度保持恒温的方法。如冰点法（0℃）适合实验 室。如图3-25
② 修正法：适合实验 室或临时测量。
如冷端温度不是0℃，而是t1℃，测得的热电势为E（t， t1 ），则实际温度下的热电势E（t， 0 ）按下式修正： E（t， 0 ）= E（t， t1 ）+ E（t1 ，0）
▲注意：由于热电势与温度之间的关系不是线性的，当自由端温度不是0℃时，将测得的热电势对应的温度值加上自由端的温度值并不等于实际的被测温度值。
③校正仪表零点法
就是把仪表的指针调整到相当于室温的数值上。由于室温在不断变化，故适合于要求不太高的场合。
④ 补偿电桥法：适合工业生产的连续测量就是利用不平衡电桥（也叫补偿电桥或冷端温度补偿器）产生的电势，来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。如图3-26
⑤ 补偿热电偶法
就是设置补偿热电偶使多支热电偶的冷端温度保持恒定。一般补偿热电偶的工作端置于恒温器中t0，其冷端与多支热电偶的冷端接在温度为t1的接线盒中，则测温仪表的指示值E（t，t0）所对应的温度，不受接线盒处温度t1的影响。
例题2-9：如图1-5所示的夹套反应器温度控制系统图
1）指出该系统中主被控对象、副被控对象、主被控变量、副被控变量、操纵变量、扰动变量各是什么？2）画出该控制系统的方块图，并确定各个环节的正反作用方向；
3）当蒸汽负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制。

解（1）
主被控对象 ：反应器；
副被控对象 ：夹套
主被控变量：反应器内的温度T1；
副被控变量：夹套内的温度T2；
操 纵 变 量：蒸汽流量；
主扰动量f1：反应器物料进口的温度、压力、流量，
副扰动量f2：蒸汽的压力、流量、温度
3）当蒸汽负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制。
当蒸汽负荷突然增加，反应器内的温度T1将升高，此时温度检测变送器TT1将信号送给主控制器TC1， e1增大，主控制器输出u1减小，即副控制器的给定值减小，副控制器的输入偏差e2增大，副控制器的输出信号u2减小，控制阀开度减小，即操纵变量m减小，夹套内的蒸汽温度T2下降，从而反应器内的温度T1也会随之下降。

例题2-10： 如图所示为聚合釜温度控制系统，冷却水通入夹套内，以移走聚合反应所产生的热量。试问：
（1）这是一个什么类型的控制系统？试画出它的方块图。
（2）如果聚合温度不允许过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、气关形式。
（3）确定主、副控制器的正、反作用。
（4）简述当冷却水压力变化时的控制过程。
（5）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进？
（6）如果选择夹套内的温度作为副变量构成串级控制系统，试画出它的方块图，并确定主、副控制器的正、反方向。
2）如果聚合温度不允许过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、气关形式。 答： 气关型
（3）确定主、副控制器的正、反作用。
副控制器按单回路方法确定为：FC为正作用
主控制器TC的作用方向的确定：由于副变量F增加时，要求冷却水控制阀关小，而主变量T1升高时，又要求冷却水控制阀开大，即主、副变量同方向变化时，要求操纵变量的变化方向是相反的，所以主控制器应为“正”作用方向。
（4）简述当冷却水压力变化时的控制过程。
如主要干扰是冷却水压力波动，整个串级控制系统的工作过程是这样的：设冷却水压力增加，则冷却水流量增加，FC的输出u2增加，控制阀将关小，即操纵变量冷却水的流量减小，副回路的调节作用，克服了冷却水压力的增加对流量的影响，从而减少对主变量温度的影响。
5）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进？
应采用以聚合温度为主变量，夹套温度为副变量的串级控制系统。
（6）如果选择夹套内的温度作为副变量构成串级控制系统，试画出它的方块图，并确定主、副控制器的正、反方向。
副控制器按单回路方法确定为： “反”作用方向
主控制器正、反确定原则：主、副变量同方向变化，都要求操纵变量冷却水的流量同方向变化，所以主控制器为“反”作用方向。