1、化工总控工技师（化工电气仪表与自动化知识）模拟试卷 1及答案与解析 1 什么叫分散控制系统 ?它有什么特点 ? 2 如何从测量、变送仪表角度提高调节系统的调节质量 ? 3 热工仪表及控制装置的评级原则有哪些 ? 4 气动阀门定位器有哪些作用 ? 5 比例、积分、微分三种调节规律的作用各是什么 ?其调整原则是什么 ? 6 串级调节系统有哪些特点 ?火电厂有哪些系统常采用串级调节 ? 7 一个调节系统在试投时应进行哪些动态试验 ? 8 为什么串级调节系统的调节品质比单回路调节系统好 ? 9 为什么工 业自动化仪表多采用直流信号制 ? 10 气动执行机构有何特点 ? 11 对气动仪表的气源有哪些要求
2、 ? 12 与模拟调节相比，数字调节系统有什么特点 ? 13 采用计算机的控制系统为什么要有阀位反馈信号 ? 14 比例积分调节器和比例微分调节器各有何特点 ? 15 检修自动化仪表时，一般应注意哪些问题 ? 16 在现场整定调节器参数时应注意哪些问题 ? 17 差压变送器在测量不同介质的差压时应注意哪些问题 ? 18 试述气动仪表中阻容环节的作用。 19 什么是调节系统的衰减曲线整定法 ?什么叫稳定边界整定法 ? 20 试分析 PI调节器比例带对调节过程的影响。 21 一个调节系统投入自动时，运行人员反映有时好用，有时又不好用，这是什么原因 ? 22 怎样选择调节系统中变送器的量程 ? 23
3、 试述投入调节系统的一般步骤。 24 阀门定位器在调节阀控制中起何作用 ? 25 自动调节正常工作的前提条件是什么 ?试说明之。 26 检测信号波动有何害处 ?应如何消除 ? 27 怎样调整调节器的上、下限限幅值 ? 28 在设计一个调节系统时应考虑哪些安全保护才能保证系统安全运行 ? 化工总控工技师（化工电气仪表与自动化知识）模拟试卷 1答案与解析 1 【正确答案】 分散控制系统又称总体分散型控制系统，它是以微处理机为核心的分散型直接控制装置。它的控制功能分散 (以微处理机为中心构成子系统 )，管理集中 (用计算机管理 )。它与集中控制系统比较有以下特点： 可靠性高 (即危险分散 )。以微处
4、理机为核心的微型机比中小型计算机的可靠性高，即使一部分系统故障也不会影响全局，当管理计算机故障时，各子系统仍能进行独立的控制。 系统结构合理 (即结构分散 )。系统的输入、输出数据预先通过子系统处理或选择，数据 传输量减小，减轻了微型机的负荷，提高了控制速度。 由于信息量减小，使编程简单，修改、变动都很方便。 由于控制功能分散，子系统可靠性提高，对管理计算机的要求可以降低，对微型机的要求也可以降低。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 2 【正确答案】 (1)要正确选择变送器的量程及零点。 (2)减小测量误差： 减小测量元件与变送器间连线引起的附加误差。对于电阻温度计，采用三线制连接方式，
5、对热电偶要正确选用补偿导线。 减小传输信号线路混入的噪声干扰，强电和弱电信号线分开，动力线与信号线分开，采 用屏蔽线，合理接地等。 合理选择测点位置。 (3)用补偿方法克服测量元件的非线性误差，如热电偶、氧化锆检测元件都存在非线性误差，可用补偿法使其线性化。 (4)减小测量滞后，可在变送器后串接一只微分器，或采用微分先行的调节器。对气动仪表，若管路较长，可增加一台气动继动器，以提高气动信号的传输功率，减小信号的传输滞后。 (5)减小信号波动。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 3 【正确答案】 热工仪表及控制装置应结合机组检修，与主设备同时进行定级。 热工仪表及控制装置必须消除缺陷，并经
6、验收 评定后方可按标准升级。 仪表测量系统各点校验误差不应大于系统综合误差；主蒸汽温度表、压力常用点的校验误差，应小于系统综合误差的 1/2。 热工自动调节设备的投入累计时间占主设备运行时间的 80以上方可列入统计设备；热工自动保护设备应能随主设备同时投入运行。 热工调节系统的调节质量应符合试生产期及大修后热工仪表及控制装置考核指标的要求。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 4 【正确答案】 气动阀门定位器接受调节器的输出信号，并将信号放大后去控制气动执行器；同时它又接受阀杆位移量的负反馈 作用。所以说，定位器和执行器组成了一个闭环回路，使执行器的性能大为改善。其主要作用如下： 消除执行
7、器薄膜和弹簧的不稳定性及各可动部分的干摩擦影响，提高了调节阀的精确度和可靠性，实现准确定位。 增大执行器的输出功率，减小调节信号的传递滞后，加快阀杆移动速度。 改变调节阀的流量特性。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 5 【正确答案】 比例调节规律的作用是，偏差一出现就能及时调节，但调节作用同偏差量是成比例的，调节终了会产生静态偏差 (简称静差 )。积分调节规律的作用是：只要有偏差，就有调节作 用，直到偏差为零，因此它能消除偏差。但积分作用过强，又会使调节作用过强，引起被调参数超调，甚至产生振荡。微分调节规律的作用是，根据偏差的变化速度进行调节，因此能提前给出较大的调节作用，大大减小了系
8、统的动态偏差量及调节过程时间。但微分作用过强，又会使调节作用过强，引起系统超调和振荡。这三种调节规律的调整原则是：就每一种调节规律而言，在满足生产要求的情况下，比例作用应强一些，积分作用应强一些，微分作用也应强一些。当同时采用这三种调节规律时，三种调节作用都应适当减弱，且微分时间一般取积分时间的 1/4 1/3。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 6 【正确答案】 由两个调节器串联作用来使被调量恢复到等于给定值的系统，称为串级调节系统。它的特点是： 系统中有两个凋节器和两个变送器。 系统中至少有两个调节回路，一个称为主回路 (外回路 )，一个称为副回路 (内回路 )。主回路中的调节器为主
9、调节器，副回路中的调节器为副调节器。 主回路一般是定值调节，且主调节器的输出作为副调节器的给定值，因此副回路是随动调节。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 7 【正确答案】 动态试验一般有调节阀门特性试验、 调节对象飞升特性测试及扰动试验。前两项试验在试投前进行；试投时的扰动试验，主要是检验调节品质及进一步修改参数。 扰动试验的项目一般有： 给定值扰动； 内部扰动 (调节量扰动 )； 外部扰动 (负荷扰动 )。通过这几种扰动，观察和记录被调量的变化情况，根据超调量、过程时间、衰减率等来修改调节器的整定参数。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 8 【正确答案】 串级调节与单回路调节相
10、比，多了一个副调节回路。调节系统的主要干扰都包括在副调节回路中，因此，副调节回路能及时发现并消除干扰对主调节参数的影响 ，提高调节品质。串级调节中，主、副调节器总的放大系数 (主、副调节器放大系数的乘积 )可整定得比单回路调节系统大，因此提高了系统的响应速度和抗干扰能力，也就有利于改善调节品质。串级调节系统中，副回路的调节对象特性变化对整个系统的影响不大，如许多系统利用流量 (或差压 )围绕调节阀门或挡板组成副回路，可以克服调节机构的滞后和非线性的影响。而当主调节器参数操作条件变化或负荷变化时，主调节器又能自动改变副调节器的给定值，提高了系统的适应能力。因此，串级调节的品质要比单回路调节好。
11、【知识模块】 化工电气仪表与自动化 知识 9 【正确答案】 工业自动化仪表的输入 /输出信号多采用直流信号，其优点有： 在仪表的信号传输过程中，直流信号不受交流感应的影响，容易解决仪表抗干扰的问题。 直流信号不受传输线路电感、电容的影响，不存在相位移问题，因而接线简单。 直流信号便于模 /数和数 /模转换，因而仪表便于同数据处理设备、电子计算机等连接。 直流信号容易获得基准电压，如调节器的给定值等。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 10 【正确答案】 气动执行机构的特点有： 接受连续的气信号，输出直线位移 (加电 /气转 换装置后，也可以接受连续的电信号 )，有的配上摇臂后，可输出角位
12、移。 有正、反作用功能。 移动速度大，但负载增加时速度会变慢。 输出力与操作压力有关。 可靠性高，但气源中断后阀门不能保持 (加保位阀后可以保持 )。 不便实现分段控制和程序控制。 检修维护简单，对环境的适应性好。 输出功率较大。 具有防爆功能。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 11 【正确答案】 对气动仪表气源的要求有以下几点： (1)气源应能满足气动仪表及执行机构要求的压力，一般气动仪表为 0 14MPa，气动活塞式 执行机构为 0 40 5MPa。 (2)由于气动仪表比较精密，其中喷嘴和节流孔较多，且它们的通径又较小，所以对气源的纯度要求较高，这主要应注意以下几个方面： 固态杂质
13、。大气中灰尘或管道中的锈垢，其颗粒直径一般不得大于 20m；对于射流元件，该直径不得大于 5m。 油。油来自空气压缩机汽缸的润滑油，所以应该用无油空气压缩机。若使用有油的空气压缩机，其空气中的含油量不得大于 15mg/m3。 腐蚀性气体。空气压缩机吸入的空气中不得含有 SO2、 H2S、 HCl、 NH4、 Cl2等腐蚀性气体，如不能避开，应先经洗气 预处理装置将吸入空气进行预处理。 水分。必须严格限制气源湿度，以防在供气管道及仪表气路内结露或结冰。一般可将气源的压力露点控制在比环境最低温度还低 5 10 的范围内。 (3)发电厂生产是连续的，所以气源也不能中断。在空气压缩机突然停运后，必须依
14、靠贮气罐提供气源。将设备投资、安装场地以及空气压缩机重新启动的时间等因素综合考虑，一般贮气罐可按供气来设计。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 12 【正确答案】 数字调节应用了微处理机等先进技术，它具有信息存储、逻辑判断、精确、快速计算等特点。具体 讲，有以下几点： 从速度和精确度来看，模拟调节达不到的调节质量，数字调节系统比较容易达到。由于数字调节具有分时操作的功能，所以一台数字调节器可以代替多台模拟调节器，如现在生产的多回路数字调节器、多回路工业控制机等。 数字调节系统具有记忆和判断功能，在环境和生产过程的参数变化时，能及时作出判断，选择最合理、最有利的方案和对策，这是模拟调节做不
15、到的。 在某些生产过程中，对象的纯滞后时间很长，采用模拟调节效果不好，而采用数字调节则可以避开纯滞后的影响，取得较好的调节质量。 对某些参数间相互干扰 (或称耦合较 紧密 )，被调量不易直接测试，需要用计算才能间接得出指标的对象，只有采用数字调节才能满足生产过程的要求。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 13 【正确答案】 阀位信号最能反映计算机控制系统的输出及其动作情况，而计算机的输出与阀位有时又不完全相同 (在手操位置时 )，把阀位信号反馈到计算机，形成了一个小的闭环回路，其主要用途有：作为计算机控制系统的跟踪信号。计算机控制系统与一般的调节系统一样，都有手操作作为后备，由手动操作切
16、向计算机控制时，阀位和计算机输出不一定相同，为了减少切换时的干扰，必须使计 算机输出跟踪阀位，所以要有阀位反馈信号。作为计算机控制系统的保护信号。计算机控制系统的优点之一是逻辑功能强。引入阀位反馈信号，可以根据阀位设置上下限报警，以监视阀位回路或计算机输出，根据阀位，作为程控切换的依据等保护功能。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 14 【正确答案】 比例积分调节器能消除调节系统的偏差，实现无差调节。但从频率特性分析，它提供给调节系统的相角是滞后角 (一 90)，因此使回路的操作周期(两次调节之间的时间间隔 )增长，降低了调节系统的响应速度。比例微分调节器的作用则相反，从频率特性分析，它
17、提供给调节系统的相角是超前角 (90)，因此能缩短回路的操作周期，增加调节系统的响应速度。综合比例积分和比例微分调节的特点，可以构成比例积分微分调节器具 (PID)。它是一种比较理想的工业调节器，既能及时地调节，以能实现无偏差，又对滞后及惯性较大的调节对象 (如 温度 )具有较好的调节质量。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 15 【正确答案】 必须有明确的检修项目及质量要求。 通电前，必须进行外观和绝缘性能检查，确认合格后方可通电。 通电后，应检查变压器、电机、晶体管、集成电路等是否过热，转动部分是否有杂音。若发现异常现象，应立即切断电源，查明原因。 检修时应熟悉本机电路原理和线路，应
18、尽量利用仪器和图纸资料，按一定程序检查电源、整流滤波回路、晶体管等元件的工作参数及电压波形。未查明原因前，不要乱拆乱卸，更不要轻易烫下元件。要从故障现象中分析可 能产生故障的原因，找出故障点。 更换晶体管时，应防止电烙铁温度过高而损坏元件，更换场效应管和集成电路元件时，电烙铁应接地，或切断电源后用余热进行焊接。 拆卸零件、元器件和导线时，应标上记号。更换元件后，焊点应光滑、整洁，线路应整齐美观，标志正确，并做好相应的记录。 应尽量避免仪表的输出回路开路，并避免仪表在有输入信号时停电。检修后的仪表必须进行校验，并按有关规定验收。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 16 【正确答案】 整定调
19、节器参数是一项十分细致的工作，既要知道调节器参数对生产过程 的影响，又要经常观察生产过程运行情况，做到不影响生产，又要把调节器参数整定好。 一般应注意以下几个问题： 用各种方法得到的整定参数值都是一个范围，一定要根据生产实际情况进行现场修改。 整定调节器参数最好在生产过程工况比较稳定时进行，除了适当地人为给予扰动外，最好通过较长期地观察生产过程自然的扰动来修改调节器参数 (最好接一只快速记录表 )。 人为施加扰动，一般有内扰、外扰和给定值扰动三种。给定值扰动对生产过程影响较大，一定要控制其扰动量，内扰和外扰时也要注意扰动量大小。施加一次扰动后，一定要等待一段时间， 观察被调参数的变化情况，在未
20、弄清情况时，不要急于加第二次扰动。 对于 PID调节器，要考虑参数间的相互干扰。按整定方法得到的调节器参数值不是调节器参数的实际刻度值，要用调节器相互干扰系数加以修正后才是实际刻度值。 整定参数时，要考虑调节对象和调节机构的非线性因素。若非线性严重，整定参数要设置得保守一些。 整定时，要考虑生产过程的运行工况。一般讲，调节器参数的适应范围是经常运行的工况。若运行工况变化很大时，调节器参数就不适应了。这不是调节器参数未整定好，而是参数适应范围有限，要解决这一问题需采用自适应控制 。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 17 【正确答案】 测量蒸汽流量时，一般应装冷凝器，以保证导压管中充满凝结
21、水并具有恒定和相等的液柱高度。 测量水流量时，一般可不装冷凝器。但当水温超过 150 且差压变送器内敏感元件位移量较大时，为减小差压变化时正、负压管内因水温不同造成的附加误差，仍应装设冷凝器。 测量黏性或具有腐蚀性的介质流量时，应在一次门后加装隔离容器。 测量带隔离容器、介质和煤气系统的流量时，不应装设排污门。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 18 【正确答 案】 气动仪表中的阻容环节，为气阻与气容的组合。气阻相当于电子线路的电阻，在气动管路中作为节流元件，起阻碍气体流动的作用。气容为具有一定容量的气室，相当于电子线路的电容。气动阻容环节相当于电子线路中的 RC环节，通常作为仪表的反馈
22、环节，以获得比例、积分、微分等调节规律及其他运算规律。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 19 【正确答案】 将系统看做纯比例作用下的一个闭合自动调节系统，如果逐步减小调节器的比例带，当出现 4： 1的衰减过程时，确定 4： 1衰减比例带和 4： 1衰减操作周期，然后按照经验公式 计算出各个具体参数，这叫衰减曲线整定法。按纯比例调节作用，先求出衰减比为 1： 1(稳定边界 )的比例带和周期，再按经验公式求其他参数称为稳定边界整定法。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 20 【正确答案】 增大比例带可减少调节过程的振荡，但会增加被调量的动态偏差，减小比例带可减少被调量的动态偏差，但会
23、使调节过程更趋振荡。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 21 【正确答案】 出现这种情况的主要原因是：调节器的参数设置不当；运行工况变化较大；阀门特性变化以及运行操作人员投自动时处 理不当。调节器的整定参数直接影响调节系统的调节质量，参数设置不当，调节质量会变差，甚至无法满足生产的要求。调节系统参数一般按正常工况设置，适应范围有限，当工况变化较大时，调节对象特性变化也较大，原有的整定参数就不能适应，调节质量变差，所以运行人员反映自动不好用，这是正常的，要解决这一问题，需要增加调节器的自适应功能。阀门特性变化相当于调节对象特性 (包括阀门在内的广义调节对象特性 )变化，原有的整定参数也就不
24、能适应，影响了调节质量。运行人员投自动时，一般不太注意系统的偏差 (特别是无偏差表的调节器或操作器 )，尽管 系统设计有跟踪，切换时是无扰的，但如果投入时偏差较大，调节器输出就变化较大 (相当于给定值扰动 )，阀位也变化较大，造成不安全的感觉。有时虽然注意了偏差，觉得偏差较大，又调整给定值去接近测量值，使偏差减小。这实际上又是一个较大的定值扰动，使阀位变化较大，又造成不安全感觉。正确的做法是，投自动时应在偏差较小的情况下进行，投入自动后不要随意改变给定值 (给定值是生产工艺确定的 )，即使要改变，变化量也不要太大。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 22 【正确答案】 调节系统中变送器量
25、程的选择直接影响系统 的控制精确度。例如，对主蒸汽温度调节系统，温度变送器测量范围选择 0 500 (量程 500 )和400 500 (量程 100 )的效果差别就很大，后者的灵敏度可提高 5倍，相应的控制精确度也大大提高。量程的选择，要考虑到测量元件和变送器的滞后，也要考虑调节对象和执行机构的特性以及系统所要求的控制精确度。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 23 【正确答案】 投入调节系统前必须充分做好准备工作，最好能配备快速记录仪，记录主参数、调节器输出、阀位信号、介质流量及主要扰动参数。 将调节器参数设置得比 较保守一些，即比例带大一些，积分时间大一些，微分时间小一些。 在生产
26、过程参数比较稳定的情况下 (若偏离给定值较多，可以进行手动操作 )，即主参数、阀位、介质流量、干扰等比较稳定的情况下，将手动操作切到自动调节。 投入自动后，要观察调节器输出、阀位、介质流量、主参数的变化情况。一般情况下，由于参数设置保守，不会有大的动作，若投入自动后变化很大，应立即切除并进行检查。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 24 【正确答案】 阀门定位器一般有以下 8个作用： 用于对调节质量要求高的重要调节系统，以提高 调节阀的定位精确及可靠性。 用于阀门两端压差大 (Ap1MPa)的场合。通过提高气源压力增大执行机构的输出力，以克服流体对阀芯产生的不平衡力，减小行程误差。 当被
27、调介质为高温、高压、低温、有毒、易燃、易爆时，为了防止对外泄漏，往往将填料压得很紧，因此阀杆与填料间的摩擦力较大，此时用定位器可克服时滞。 被调介质为黏性流体可含有固体悬浮物时，用定位器可以克服介质对阀杆移动的阻力。 用大口径 (Dg 100mm)的调节阀，以增大执行机构的输出推力。 当调节器与执行器距离在 60m以上时，用定位器可克服控制信 号的传递滞后，改善阀门的动作反应速度。 用来改善调节阀的流量特性。 一个调节器控制两个执行器实行分程控制时，可用两个定位器，分别接受低输入信号和高输入信号，则一个执行器低程动作，另一个高程动作，即构成了分程调节。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识
28、25 【正确答案】 自动调节系统正常工作的前提条件是系统必须稳定。一个系统，如果原来处于稳定工况，由于某种原因受到内部的或外部的扰动作用而使系统的输出被迫离开原来的稳定工况，当扰动作用消失后，经过一段时间，系统的输出趋近于原来的稳定工况或趋近于 一个新的平衡工况，则系统是稳定的。若经过一段时间后，系统的输出随时间不断增大，直至饱和，则此系统是不稳定的。假若系统在干扰消失后，呈现等幅振荡，则称系统在稳定边界，这实际上也属于不稳定的。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 26 【正确答案】 检测信号 (如液位、差压、风压 )波动，必然会引起变送器输出信号波动。这一方面使调节系统频繁动作，影响调
29、节质量；另一方面，电动执行器也容易过热，执行机构的机构部分磨损，阀门泄漏。因此，必须消除检测信号的波动。消除检测信号波动的常见方法是采用阻尼装置。阻尼装 置可以放在变送器之前，也可以放在变送器之后。放在变送器之后，常用 RC阻尼和电气阻尼器。 RC阻尼受变送器回路阻抗的限制，电阻 R不能太大。最好的阻尼是采用电气阻尼器，在变送器之前，常用机械阻尼器，即增大取样管路的容积 (如采用气容 )，增大取样管路的阻力。在变送器之前装设阻尼装置，其阻尼效果欠佳，一般采用机构阻尼和电气阻尼相结合的办法，可取得较好的阻尼效果。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 27 【正确答案】 一般分实验室调整和现场
30、调整。 实验室调整。在调整上、下限限幅值之前，先校验调节器的其他 参数，如比例带、积分时间、跟踪误差等。当这些参数合格后，方可进行调节器的上、下限限幅值调整。不加输入信号，将调节器置于反作用位置，积分时间置于 ，微分时间置于零，比例带小于 100，调整给定值旋钮 (或比例带电位器 )使调节器输出为零，然后调整下限限幅电位器，使调节器输出为下限限幅值。同理，再调整给定值旋钮(或比例带电位器 )，使调节器输出为 100 (最大 )，然后调整上限限幅电位器，使调节器输出为上限限幅值。 现场调整。现场安装的调节器主通道和辅助通道一般都接有信号，不宜用停掉这些信号来调整上、下限限幅值，可利 用调节器在手
31、动情况下跟踪阀位这一特点来调整上、下限限幅值。手动操作操作器，阀位为零，调节器输出也为零，然后调整下限限幅电位器，使调节器输出为下限限幅值。同理，再手操操作器，使阀位为100，调节器输出也为 100 (最大 )，然后调整上限限幅电位器，调节器输出为上限限幅值。当现场不允许阀位开度大幅度变化时，仍可以利用给定值旋钮或比例带电位器，按实验室的方法进行调整。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识 28 【正确答案】 设计调节系统时应考虑的安全保护措施有： 系统应有手动、自动双向无扰切换的功 能。 系统应有报警功能，如参数越限报警、仪表故障报警。对重要参数，可采用双重或三重变送器。 系统应考虑调节器输出限幅、抗积分饱和等功能。 系统应有断电、断信号报警并能保持执行机构位置不动的功能。有条件时，最好能使调节器自动切换到手动操作位置。对气动系统，应有断气源、断气信号等保护，如采用气动保位阀 (阀门定位器 )，应根据工艺系统合理选用气开、气关型调节阀。 对一些重要系统，还应考虑对调节速度的限制 (如采用变化率限制器，大小值选择器等 )；同时将保护、报警系统等统一考虑，使之成为一个完整的系统。 另外， 对于比较复杂的系统，如机组功率调节系统 (协调控制系统 )等，除了调节回路外，还应考虑方式切换时的相互跟踪、无扰切换和严密的逻辑控制问题。 【知识模块】 化工电气仪表与自动化知识
