第3章 思考题与习题
1．基本练习题
（1）在过程控制中，哪些仪表是属于过程控制仪表？在过程控制系统中，大多数调节器是电动的，而执行器多数是气动的，这是为什么？气动单元组合仪表与电动单元组合仪表各单元之间的标准统一信号又是如何规定的？
答：
1）在过程控制中，过程控制仪表有：调节器、电/气转换器、执行器、安全栅等。 2）调节器选电动的因为电源的问题容易解决，作用距离长，一般情况下不受限制；调节精度高，还可以实现微机化。执行器多数是气动的，因为执行器直接与控制介质接触，常常在高温、高压、深冷、高粘度、易结晶、闪蒸、汽蚀、易爆等恶劣条件下工作，选气动的执行器就没有电压电流信号，不会产生火花，这样可以保证安全生产和避免严重事故的发生。
3）气动仪表的输入输出模拟信号统一使用0.02~0.1MPa 的模拟气压信号。电动仪表的输入输出模拟信号有直流电流、直流电压、交流电流和交流电压四种。各国都以直流电流和直流电压作为统一标准信号。过程控制系统的模拟直流电流信号为4~20mA DC，负载250 Ω ；模拟直流电压信号为1~5V DC。
（2）某比例积分调节器的输入、输出范围均为4~20mADC，若设??100%、T1?2min，稳态时其输出为6mA；若在某一时刻输入阶跃增加1mA，试求经过4min后调节器的输出。
答：
由比例积分公式（3-1）所示：
y??1?1e?edt ?? （3-1）P?T1??依题意：p?1?100%，即Kp =1, e＝1； Kp稳态时：y0＝6mA， 4min后：
y?y0?1?1?e?P??T1??edt??0?41?6?1?(1??4)2?9mA
（3）简述DDZ-Ⅲ型全刻度指示调节器的基本组成、工作状态以及开关S1~S2的作用。
第3 章过程控制仪表92
答：
1）调节器由控制单元和指示单元组成。控制单元包括输入电路、PD与PI电路、输出电路、软手动与硬手动操作电路；指示单元包括输入信号指示电路和给定信号指示电路。
2）工作状态：自动、软手动、硬手动三种。
3）S1~S2为自动、软手动、硬手动联动切换开关。
（4）图3-1所示输入电路的输入/输出关系为Vo1?2(Vs?Vi)，试问：推导这一关系的假设条件有哪些？当输入导线电阻不可忽略时，还有上述关系吗？请证明你的结论。
图3-1 输入电路图
答：
假设运算放大器是理想的即输入阻抗无穷大，T点和F点同电位，VT?VF。 当输入导线电阻不可忽略时：
?1?VF??V01?VB?V-V0?VF?2? （3-2）
? iF?
R?rR?rR?r0-VTVS?VTVT?VB （3-3） ??R?rR?rR?rVT?VF，依然可以得到原结论V01?2(Vs?Vi)
（5）什么叫无平衡无扰动切换？全刻度指示调节器是怎样保证由自动到软于动、由软手动到硬手动、再由硬手动到软手动、由软手动到自动之间的无扰切换的？
答：
在无平衡是非平衡状态下切换不产生干扰的状态，状态转换无冲击。
因为全刻度指示调节器中有PID电路，用CM和CI两个电容保证。当调节器由“软手动”切向“硬手动”时其输出值将由原来某一数值跳跃到硬手动电位器RPH所确定的数值，这将会使内部过程产生内部绕动。如要这一过程是无扰动的话，必须在切换之前就先调整电位器RPH的位置，使其与调节器的瞬时输出一致。换句话说，就是先平衡在切换，方可保证输出无扰动。当调节器由“硬手动”切向“软手动”时，由于切换后的积分器具有保持特性，即能保证切换前的硬手动输出状态，故由硬手动切换软手动时。无需“平衡”即可做到输出无扰动。
（6）调节器的正、反作用是如何规定的？
第3 章过程控制仪表92
答：
若调节器输出随反馈值输入的增加而增加，称为正作用调节器，反之为反作用调节器。 正作用：偏差=测量值-给定值； 反作用：偏差=给定值-测量值。
（7）数字式控制器有哪些主要特点？简述其硬件的基本构成。 答：
1）数字式控制器的主要特点：采用了模拟仪表与计算机一体的设计方法，使数字式控制器的外形结构、面板布置、操作方式等保留了模拟调节器的特征；与模拟调节器相比具有更丰富的运算控制功能；具有数据通信功能，便于系统扩展；可靠性高具有自诊断功能，维护方便。
2）数字式控制器的硬件电路由主机电路，过程输入通道、过程输出通道、人/机联系部件、通信部件等。
（8）SLPC数字式调节器的模块指令有几种主要类型？它们的操作都与什么有关？试举一例加以说明。
答：
1）SLPC可编程调节器的功能模块指令可分为四种类型，即信号输入指令LD、信号输出指令ST、结束指令END和各种功能指令。
2）所有指令都与五个运算寄存器S1~S5有关。
3）如加法运算的实现。加法运算的实现过程如图3-2所示。图中S1~S5的初始状态分别为A、B、C、D、E。
图3-2加法运算的实现过程
加法运算程序为 LD X1；读取X1数据 LD X2；读取X2数据 + ；对X1、X2求和 STY1；将结果存入Y1； END ；运算结束
（9）执行器由哪几部分组成？它在过程控制中起什么作用？常用的电动执行器与气动执行器有何特点？
第3 章过程控制仪表92
答：
1）执行器由执行机构和调节机构（调节阀）两部分组成。在过程控制系统中，他接受调节器输出的控制信号，并转换成直线位移或角位移来改变调节阀的流通面积，以控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制。
2）特点：气动执行器具有结构简单、工作可靠、价格便宜、维护方便、防火防爆的等优点，电动执行器优点是能源取用方便。信号传输速度快和便于远传，缺点就是结构复杂。价格贵，适用于防爆要求不高或缺乏气源的场所。
（10）简述电动执行机构的组成及各部分的工作原理。 答：
主要由伺服放大器和执行器两大部分组成，电动执行器是电动单元组合仪表中的执行单元，以伺服电动机为动力的位置伺服机构。电动执行器接受调节器来的0~10mA或4~20MA的直流信号，将其线性地转换成0~900的机构转角或直线位置位移，用以操作风门、挡板、阀门等调节机构，以实现自动调节。
（11）什么叫气开式执行器和气关式执行器？它们是怎样组合的？试举两例分别说明它们的使用。
答：
1）所谓“气开”，是指当前气压信号p>0.02MPa时，阀由关闭状态逐渐打开；“气关”则相反，即指当前气压信号p>0.02MPa时，阀由全开状态逐渐关闭。
2）组合如表3-1所示：
表3-1 执行器组合表
执行机构作用方式 正 正 反 反 阀体作用方式 正 反 正 反 执行器气开、气关形式 气关 气开 气开 气关 3）举例：一般加热器选用“气开”式，这样当控制信号中断时，执行器处于关闭状态，停止加热，使设备不会因为温度过高发生事故或危险。
又如，锅炉进水的执行器则应选用“气关”式，即当控制信号中断时，执行器处于打开状态，保证有水进入锅炉，不致产生烧干或爆炸事故。
（12）在过程控制系统中，为什么要使用电-气转换器？试简述其工作原理。 答：
1）由于气动执行器有一系列优点，绝大多数使用使用电动调节仪表的系统也是用气动执行器，为使气动执行器能够接受电动调节器的控制信号，必须把调节器输出的标准电流信号转换为20~100kPa的标准气压信号。这个过程由电气转换器完成。
2）工作原理：它是按力平衡原理设计和工作的。在其内部有一线圈，当调节器（变送器）的电流信号送入线圈后，由于内部永久磁铁的作用，使线圈和杠杆产生位移，带动
《过程控制与自动化仪表(第3版)》第3章 思考题与习题
