化工仪表及自动化 课后 答案 第5版 厉玉鸣(史上最全版本)

题7-15图 锅炉气包液位控制系统

解 该控制系统的方块图如下图所示。

题解7-15图 锅炉气包液位控制系统方块图

其中:被控对象是锅炉汽包;被控变量是锅炉汽包内液位;操纵变量是冷水流量;控制器是温度控制器LC。

控制阀应为气关型式;被控对象是“正”作用,控制器应为“正”作用。

当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时,汽包内液位下降,控制器LC输出信号减小,气关阀开度增大(关小),冷水流量增大。克服汽包内液位降低。

7-16 题7-16图所示为精馏塔温度控制系统的示意图,它通过控制进入再沸器的蒸汽量实现被控变量的稳定。试画出该控制系统的方块图,确定控制阀的气开气、关型式和控制器的正、反作用,并简述由于外界扰动使精馏塔温度升高时该系统的控制过程(此处假定精馏塔的温度不能太高)。

题7-16图 精馏塔温度控制系统

解 精馏塔温度控制系统的方块图如下图所示。

题解7-16 图精馏塔温度控制系统方块图

控制阀应为气开型式;被控对象是“正”作用,控制器应为“反”作用。

当外界扰动使精馏塔温度升高时,控制器TC输出减小,控制阀开度变小,蒸汽流量降低,精馏塔温度下降。

7-18 某控制系统采用DDZ-Ⅲ型控制器,用临界比例度法整定参数。已测得?k=30%、Tk=3min。试确定PI作用和PID作用时控制器的参数。

解 PI作用时控制器的比例度?=66%,积分时间TI=2.55min。

PID作用时控制器的比例度?=51%,积分时间TI=1.5min,微分时间TD=0.375min。

7-19 某控制系统用4:1衰减曲线法整定控制器的参数。已测得?s=50%、Ts=5min。试确定PI作用和

PID作用时控制器的参数。

解 PI作用时控制器的比例度?=60%,积分时间TI=2.5min。

PID作用时控制器的比例度?=40%,积分时间TI=1.5min,微分时间TD=0.5 min。

第8章 复杂控制系统

8-7 题8-7图所示为聚合釜温度控制系统。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)如果聚合釜的温度不允许过高,否则易发生事故,试确定控制阀的气开、气关型式; (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)如果选择夹套内的水温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、反作用。

题8-5图 聚合釜温度控制系统

解 (1)这是一个温度-流量串级控制系统,其方块图如下:

题解8-5图1 温度-流量串级控制系统的方块图

其中:主对象是聚合釜,主变量是聚合釜内的温度,主控制器是温度控制器TC;副对象是冷却水管道,副变量是冷却水流量,副控制器是流量控制器FC;操纵变量是冷却水流量。

(2)如果聚合釜的温度不允许过高,控制阀应为气关型式(“反”作用)。

(3)由于副变量就是操纵变量(冷却水流量)本身,所以副对象是“正”作用,因此副控制器FC为“正”作用。

当主变量(聚合釜内的温度)增加时,要使主变量减小,要求控制阀关小;副变量(冷却水流量)增加时,要使副变量减小,要求控制阀关大。因此主控制器TC应为“正”作用。

(4)当冷却水压力变化(如压力增大)时,在控制阀开度不变时,其流量增大,聚合釜温度会降低。首先,流量增大,副控制器FC输出信号增大(“正”作用),使气关阀门开度减小,减小冷却水流量;其次,聚合釜温度降低,主控制器TC输出减小(“正”作用),FC给定值减小,FC输出增大,进一步关小控制阀,减小冷却水流量。这样可以有效地控制因冷却水压力增大,导致其流量增大所造成的聚合釜内温度降低的影响。

(5)如果冷却水温度经常波动,则应选择冷却水温度作为副变量,构成温度-温度串级控制系统。如题解8-5图2所示。

题解8-5图2 聚合釜温度-冷却水温度串级控制系统

(6)如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统,其原理图如题解8-5图3所示。方块图如前所示,但其中的副对象是聚合釜夹套,副变量是夹套内的水温,副控制器是温度控制器T2C。副控制器T2C为“反”作用,主控制器T1C也为“反”作用。

题解8-5图3 聚合釜温度-夹套水温度串级控制系统 题8-9图 串级均匀控制系统

8-9 题8-9图是串级均匀控制系统示意图,试画出该系统的方块图,并分析这个方案与普通串级控制系统的异同点。如果控制阀选择为气开式,试确定LC和FC控制器的正、反作用。

解 控制系统的方块图(略)。该串级控制系统的副变量就是其操纵变量本身。 当控制阀选择为气开式时,LC应为“正”作用,FC应为“反”作用。

8-12 试简述题8-12图所示单闭环比值控制系统,在Q1和Q2分别有波动时控制系统的控制过程。

题8-12图 单闭环比值控制系统

解 当主流量Q1变化时,经变送器送至主控制器F1C(或其他计算装置)。FlC按预先设置好的比值使输出成比例地变化,也就是成比例地改变副流量控制器F2C的给定值,此时副流量闭环系统为一个随动控制系统,从而Q2跟随Q1变化,使得在新的工况下,流量比值K保持不变。当主流量没有变化而副流量由于自身干扰发生变化时,此副流量闭环系统相当于一个定值控制系统,通过控制克服干扰,使工艺要求的流量比值仍保持不变。

8-16 在题8-16图所示的控制系统中,被控变量为精馏塔塔底温度,控制手段是改变进入塔底再沸器的热剂流量,该系统采用2℃的气态丙烯作为热剂,在再沸器内释热后呈液态进入冷凝液贮罐。试分析:

(1)该系统是一个什么类型的控制系统?试画出其方块图;

(2)若贮罐中的液位不能过低,试确定调节阀的气开、气关型式及控制器的正、反作用型式; (3)简述系统的控制过程。

题8-16图 精馏塔控制系统

解 该控制系统是温度-流量串级控制与液位简单控制构成的选择性控制系统(串级选择性控制系统)。系统方块图如下图所示。

题解8-16图 串级选择性控制系统方块图

根据工艺要求,贮罐中的液位不能过低,则调节阀应为气开式。

液位控制器LC应为“正”作用;温度控制器为“反”作用;流量控制器为“反”作用。

正常工况下,为一温度-流量串级控制系统,气态丙烯流量(压力)的波动通过副回路及时得到克服。如塔釜温度升高,则TC输出减少,FC的输出减少,控制阀关小,减少丙烯流量,使温度下降,起到负反馈的作用。

异常工况下,贮罐液位过低,LC输出降低,被LS选中,这时实际上是一个液位的单回路控制系统。串级控制系统的FC被切断,处于开环状态。

第9章 典型设备控制方案

9-2 为了控制往复泵的出口流量,采用题9-2图所示的方案行吗?为什么?

题9-2图 往复泵的流量控制

解 这种控制方案不行。

往复泵的出口管道上不允许安装控制阀,因为往复泵活塞每往返一次,总有一定体积的流体排出。当在出口管线上节流时,压头H会大幅度增加。在一定的转速下,随着流量的减少压头急剧增加。因此,企图用改变出口管道阻力来改变出口流量,既达不到控制流量的目的,又极易导致泵体损坏。

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