文档介绍：过程控制工程综合练****题
2015/06/25
1 •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。
（1）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；
（2）选择控制阀的气开/气关形式，并解释选择的原因；
（3）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
II怕

2•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 ~ 400C。
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、t ;
0 10 20 30 40 50 60 70 90 90
图2针对控制器PC21设定值变化的过程阶跃响应
若TC11采用PID控制器，试整定其PID参数心 Ti、Td。
控制器类型
Kc
Ti
Td
入取值
P
「Y T、
IK人"九丿
oO
0
k = 0
PI
丫 T 、 —1
IK
T
0
5^ — T
PID
门丫 T '
1 II
IK人宀丿
T
t/2
人=
基于对象特性参数的PID整定法
02
3•根据工艺过程的要求，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
13 = 4 K （I2「4） mA。
（1）试获得K值与实际流量比F1/F2之间的函数关系；
（2）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。
水
F2
图3溶液稀释过程的比值控制
4所示，图中加法器的运算式为
I。二C0 C1IL C2IS - C3IW，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。
（1）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；
（2）选择LC 41的正反作用与系数Ci、C2、C3的符号，以构成负反馈系统，并说明你的选择原理；
（3）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，取两输入中的较小者；“HS”模块表示高选器，大者。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 -5 T/hr、O TOO T/hr,流量仪测量输出RFm、RAm的范围均为0 TOO
(%)；乘法器输出为KFAX 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。
PC

22
图5锅炉空燃比逻