过程控制仪表试题解析：调节策略与系统安全

"17级过程控制仪表试卷A1，涉及过程控制仪表的理论与应用，包括调节器作用方式、信号传输方式、防爆措施、PI调节器参数计算、限幅问题、压力变送器工作原理、电动调节器与气动执行器配合、HART协议通信以及DCS系统特性等知识点。" 这篇试卷主要测试了学生对于过程控制仪表的专业理解，涵盖多个关键概念。以下是各题涉及的知识点详解： 1. 在易燃易爆场合，选用仪表需考虑防爆，电动仪表可能产生火花，因此应选用本质安全型仪表。信号传输宜采用两线制4-20mA，因为这种信号传输方式更稳定且能减少干扰。为了安全防爆，需在调节器与变送器、调节器与执行器之间加入隔离器。 2. 调节器的作用方式分为正作用和反作用。若蒸汽阀门开度固定，增加冷水流量会使水箱温度下降，此时调节器应为反作用，即偏差增大时，输出减小，以增加冷水流量。反之，如果固定冷水阀门开度，调节器则应为正作用，偏差增大时输出增大，增加蒸汽流量。 3. 对于PI调节器，根据题目描述可计算比例度和积分时间常数。已知初始输出5mA，输入偏差1mA，输出变化量为1mA，积分作用40秒后输出变化量为2mA。比例度为1/1，积分时间常数TI=40s。输入偏差为1mA时，最终输出响应为5mA+1mA+2mA=8mA。 4. 当输入端长期为负偏差，积分电容两端电压会持续上升直至达到电源电压，即规定电压。为避免积分饱和，通常会在电路中加入积分饱和限制或断积电路。 5. III型压力变送器的输出与输入关系遵循线性规律，4-20mA对应0-10MPa。4MPa时输出电流为(4-0)/(10-0)*(20-4)+4=12.8mA；10mA输出对应的压力为(10-0)/(20-4)*(10-0)=2.5MPa。电动调节器与气动执行器之间需加电气转换器，气开阀在无气源时应关闭，保证安全，气关阀在无气源时应打开，防止介质泄漏。 6. HART协议通信中，数字信号通过频率调制叠加在4-20mA模拟信号上，数字信号转为音频信号的过程是频率调制，而变送器接收并解析的过程是解调。 7. 功能模块间的连接通过软接线实现，即将信号与功能模块的软端子逻辑连接，这一过程称为组态或配置。 8. DCS系统（分散控制系统）的特点包括集中管理和分散控制，具有良好的冗余性、灵活性和可扩展性，以及友好的操作界面和强大的数据处理能力。 试题还涵盖了安全性和经济性在控制系统设计中的重要性，以及DCS系统对生产过程控制的稳定性、连续性要求。整个试卷全面检验了学生对过程控制仪表系统设计、分析和操作的理解。