2.自動控制系統(tǒng)的基本概念更新日期：2021-05-07
87一套用DDZ-Ⅱ型單元組合儀表構成的溫度控制系統(tǒng)，設它是用改變加熱蒸汽量來調節(jié)的，方塊圖如圖2-3所示
①請說明x、z、e、f、y所表示的專業(yè)術語是什么？
②氣動薄膜調節(jié)閥環(huán)節(jié)的輸入、輸出各是什么物理量？
③設工藝要求溫度保持在150℃±3℃。當系統(tǒng)在某一幅值的階躍擾動作用下，系統(tǒng)在調節(jié)的整個過程中，記錄儀表反映出溫度(z值)某一瞬間的***超量是3 ℃，沒有超過工藝要求。問實際的溫度(y值)變化是否也符合工藝要求？實際***超調量比3℃大還是？為什么？
④當系統(tǒng)過渡過程結束后，記錄儀上所記下的溫度值能否代表實際溫度？
答：
①x是給定值、z是測量值（溫度）、e是偏差(e=x-z)，f是干擾、y為被調參數（溫度）的真實值。
②氣動薄膜調節(jié)閥輸入p是20-100kPa氣信號，輸出q是調節(jié)參數蒸汽流量。
③實際溫度變化超調量大于3℃，超過工藝要求。由于溫度測量的一次元件是慣性時間圈套的滯后環(huán)節(jié)，因而調節(jié)動態(tài)過程瞬時的測量值與真實值是不一樣的，***偏差及超調量實際值要大于測量值 。
④當系統(tǒng)過渡過程結束后，靜態(tài)測量值能代表真實值，因此記錄儀上的記錄值是實際溫度值。
88試分析如圖2-4所示酒精蒸餾塔塔頂溫度控制方案，以塔頂溫度作為被調參數是否合理？
由相律關系
自由度數(f)=組分數(c)+相數(p)-2
因為酒精蒸餾塔內進行酒精與水的分離組分數為2(即酒精和水兩組分)，且相數為2（呈氣、液兩相）
所以
自由度數=2+2-2=2
由所求得F=2來看，似乎應該控制兩個參數才合理。但是由圖可知，冷凝罐上部通大氣，因此實際上已恒定了冷凝罐與蒸餾塔的壓力，客觀上塔壓已被控制，因此用塔頂溫度作為被調參數是合理的。
89圖2-5各控制方案是否合理？理由如何？
圖2-5（b）合理。因為有旁通閥和泵出口壓力控制系統(tǒng)使往復泵可以在其出口直接節(jié)流。
圖2-5（c）不合理。壓力檢測點不對，為保證閥前燃油壓力穩(wěn)定，會使燃油量變化較大，無法使爐溫穩(wěn)定，應將油壓點移至閥后，測燒嘴的背壓。
圖2-5（d）合理。根據被冷卻介質（出口）溫度調節(jié)氨冷器氨氣側的蒸發(fā)壓力，而蒸發(fā)壓力又對應一定的蒸發(fā)溫度，所以調節(jié)NH3排出量實際上調整了氨冷器內氨蒸發(fā)側的溫度，使傳熱溫差得到調整，即可達到調節(jié)出口溫度的目的。
圖2-5（e）不合理。塔釜為恒定加熱量。當受某種擾動使釜溫上升時，氣開閥將開大，放出一部分重組分物料，塔釜物料的減少，使塔內溫度上升更快，從而構成一個正反饋系統(tǒng)，不能正常工作，降溫亦如此。
圖2-5（f）不合理。汽液混合進料不能采用這種溫度控制。因為當改變加熱蒸汽量時進料的溫度并不變化，只是汽液比發(fā)生了變化。應改為熱焓控制，控制進塔物料的熱量。
90氣體脫硫裝置的PRC-203與PRC-204（自控流程如圖2-6）不能同時投入自控，其原因是什么？怎樣改進？
不能同時投自控，原因是：①從流程圖可看出，塔205中部壓力與容208壓力是關聯(lián)的，任一個壓力變化，另一個壓力即跟著變化；
②兩者選用的都是壓力控制系統(tǒng)，反應速度都較快，互相干擾較大。
改進措施：容208的壓力實際上代表著塔205的壓力，故塔205的壓力不需要再控制而改用塔頂溫度調節(jié)進換202的蒸汽量，使兩個調節(jié)回路的響應速度變成一快一慢，減少互相干擾。改進后的自控流程如圖2-7所示。
91圖2-8的自動控制系統(tǒng)錯在哪里？
有人為解決造氣工段入爐蒸汽壓力不穩(wěn)的問題，提出圖2-8所示的方案。理由是壓力自動控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)壓，蒸汽緩沖罐也有穩(wěn)壓作用，圖中方案兩者兼而有之，可以解決蒸汽穩(wěn)壓問題。安裝以后投入運行，結果適得其反。請問這個方案錯在哪里？
答：因為進氣工段的蒸汽經截止閥以后，有一路經過蒸汽緩沖罐進到入爐蒸汽總管，調節(jié)閥的動作根本控制不了八爐蒸汽總管的流量 ，也就控制不了入爐蒸汽總管的壓力。
92用變送器的輸出直接控制調節(jié)閥，能否起調節(jié)作用？
這要視控制要求而定。
所謂控制，指的是把被調參數控制在某個給定值上，因此系統(tǒng)中要有調節(jié)器，使被調參數和給定值 在調節(jié)器內進行比較，如果兩者不等，調節(jié)器的輸出就去調節(jié)閥門開度。但若變送器直接控制調節(jié)閥，那就沒法給定，也不能按要求的控制規(guī)律去調節(jié)閥門開度，因此不能把被調參數控制在所需值上，而只能圍繞某個不可調的值上下波動。如果變送器的量程可調，則波動可約束在某個范圍，這對要求不高的控制系統(tǒng)，有時也能滿足要求。
93鍋爐除氧器的水溫控制，除了用溫度控制系統(tǒng)外，是否可以用其他方法控制？
除氧器里的水溫隨蒸汽的加熱變化慣性很大，這樣就給自動控制帶來了滯后現(xiàn)象，水溫不能實現(xiàn)理想的自動控制，使除氧效果不好，故直接影響鍋爐用水的水質標準。考慮到蒸汽的壓力和溫度有一對應關系，可以采用控制除氧器里的蒸汽壓力來控制除氧器的水溫，這樣就克服了滯后現(xiàn)象，除氧后的水質完全達到了鍋爐的用水標準。
其他類似的溫度調節(jié)也可以用壓力來進行間接控制。
94鍋爐自控風量調節(jié)系統(tǒng)（圖2-9），由于暫缺風量變送器，系統(tǒng)為開環(huán)控制，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，試問用何種簡單方法使開環(huán)變成閉環(huán)？
將執(zhí)行器的位置反饋電流延伸到調節(jié)器作為調節(jié)器的電流外給定，使系統(tǒng)構成閉環(huán)。這樣做的好處是：由于風量的大小與閥門的開度有關，閉環(huán)之后，把閥門的開度信號反饋至調節(jié)器，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到提高。
95控制系統(tǒng)中調節(jié)器確定正、反作用的依據什么？單參數控制系統(tǒng)中調節(jié)器的正反作用應怎樣選擇？
前一問的依據是實現(xiàn)閉環(huán)回路的負反饋。
對后一問先做兩條規(guī)定：
、贇忾_調節(jié)閥為+Ａ，氣閉調節(jié)閥為-Ａ；
②調節(jié)閥開大，被調參數上升為+Ｂ，下降為-Ｂ，則
Ａ·Ｂ＝＂+＂調節(jié)器選反作用
。·Ｂ＝＂一＂調節(jié)器選正作用
圖2-10所示被調參數是液位，閥為氣開為+A，閥開大，液位下隆為一B，則（+A）·（一B）=“一”，調節(jié)器選正作用。
96圖2-11例中，控制系統(tǒng)中的調節(jié)器應該選用正作用方式，還是反作用方式？
圖2-11(a)選定調節(jié)器為正作用
圖2-11(b) 選定調節(jié)器為反作用
圖2-11(c) 選定調節(jié)器為反作用
圖2-11(d) 選定調節(jié)器為正作用
圖2-11(e) 選定調節(jié)器為反作用
97請判定圖2-12所示溫度控制系統(tǒng)中，當工況為以下情況時，調節(jié)閥和調節(jié)器選擇什么樣的作用形式。
① 當物料為溫度過低時易析出結晶顆粒的介質、調節(jié)介質為過熱蒸汽時；
②當物料為溫度過高時易結焦或分解的介質、調節(jié)介質為過熱蒸汽時；
③當物料為溫度過低時易析出結晶顆粒的介質、調節(jié)介質為待加熱的軟化水時；
④當物料為溫度過高時易結焦或分解的介質、調節(jié)介質為待加熱的軟化水時。
答：
①氣閉調節(jié)閥、正作用調節(jié)器；
②氣開調節(jié)閥、反作用調節(jié)器；
③氣開調節(jié)閥、正作用調節(jié)器；
④氣閉調節(jié)閥、反作用調節(jié)器；
98圖2-13所示為加熱爐溫度控制系統(tǒng)。根據工藝要求，出現(xiàn)故障時爐子應當熄火。試說明調節(jié)閥的氣開、氣閉形式，調節(jié)器的正、反作用方式怎么選擇？并簡述調節(jié)系統(tǒng)的動作過程。
故障情況下，氣源壓力為零，應切斷燃料以確保護爐子熄火。故要求調節(jié)閥為氣開式，氣源中時關閉。
當爐溫增高時，要求燃料量減少，即減小調節(jié)閥開度。由于是氣開閥，所以要求調節(jié)器輸出減小，應選用反作用調節(jié)器。
調節(jié)系統(tǒng)的動作過程如下：
進料↓→溫度↑→調節(jié)器輸出↓→調節(jié)閥開度↓→燃料量↓→爐溫↓
反之，由于各種原因引起爐溫↓→調節(jié)器輸出↑→調節(jié)閥開度↑→燃料量↑→爐溫↑
99圖2-14(a)為一蒸汽加熱器，它的主要作用是對工藝介質加熱，要求此介質也口溫度恒定。
①怎樣選擇被調參數和調節(jié)參數組成調節(jié)回路（直接用圖例符號在圖上標明即可），并畫出方塊圖？
②如何決定調節(jié)閥的氣開、氣閉形式和調節(jié)器的正、反作用？
③當被加熱的流體為熱敏介質時，應選擇怎樣的調節(jié)方案為好？
答：
①選擇被調參數和調節(jié)參數如圖2-14(b)所示，方塊圖表示如圖2-14(c)所示。
②對一非熱敏介質或易結晶介質應選氣閉式，調節(jié)器的作用方向應是正作用的。
③對于熱敏介質，為防止局部過熱而汽化，調節(jié)參數不宜為蒸汽而應選冷凝水為好，即將調節(jié)閥裝于冷凝水管線上。
100圖2-15所示為一液面調節(jié)回路，工藝要求故障情況下送出的氣體中也不許帶有液體。怎樣選取調節(jié)閥氣開、氣閉形式和調節(jié)器的正、反作用？這一調節(jié)回路的工作過程怎樣？
因工藝要求故障情況下送出的氣體不許帶液，故當氣源壓力為零時，閥門應打開，所以調節(jié)閥是氣閉式。當液位升高時，要求調節(jié)閥開度增大，由于所選的是氣閉調節(jié)閥，故要求調節(jié)器輸出減少，調節(jié)器是反作用。
其工作過程如下：
液位↑→液位變送器輸出↑→調節(jié)器輸出↓→調節(jié)閥開度↑→液體輸出↑→液位↓。
101簡要說明各類常見調節(jié)系統(tǒng)的特點怎樣？相應如何選擇調節(jié)閥的流量特性？
