《给排水工程仪表与控制》第二版思考题与习题答案.docx
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《给排水工程仪表与控制》第二版思考题与习题答案
《给排水工程仪表与控制》第二版思考题与习题答案
第一章
1.自动控制系统的作用是什么?
与人工控制系统有什么共同点?
有什么差别?
2.自动控制
系统有哪些基本组成部分?
各部分的作用是什么?
答:
一个自动控制系统只要由以下基本见构成:
①整定文件:
也称给定文件,给出了被控量
应取的值②测量元件:
检测被控量的大小③比较文件:
用来得到给定值与被控量之间的误差
④放大元件:
用来将误差信号放大,用以驱动执行机构⑤执行元件:
用来执行控制命令,推
动被控对象⑥校正元件:
用来改善系统的动静性能⑦能源元件:
用来提供控制系统所需的能
量。
3.自动控制系统由哪些形式?
答:
(1)闭环控制;
(2)开环控制;(3)复合控制。
4.方块图和传递函数有什么作用?
答:
方块图和传递函数是自动化理论的重要基础。
通过方块图可以直接看出各环节的联系,
及环节对信号的传递过程;而传递函数可以用来描述环节或自动控制系统的特性,将输入----
输出关系一目了然表示出来。
5..分析各种典型环节的动态特性极其特点。
①比例环节也称放大环节,特点是当输入信号变化时输出信号会同时以一定的比例复现输入
信号的变化。
传递函数:
G(s)=k(k为放大系数),Y(s)=KX(s),y(t)=kx(t)。
②一阶
环节也称一阶惯性环节,当输入信号做阶跃变化后,输出信号立刻以最大速度开始变化,曲
线斜率最大,而后变化速度开始放慢,并越来越慢,最后达到一个新的稳定状态。
传递函数:
G(s)=k/Ts+1,X(s)=A/S(xu=A)。
③积分环节:
只要有输入信号存在,输出信号就一直等速的
增加或减小,随着时间而积累变化。
传递函数:
G(s)=k/b*sY(s)=kX(s)/TiSy(t)=k/Ti∫x(t)dt。
④微分环节:
微分作用的输出变化与微分相同和输入信号的变化速度成比例而与输入信号大
小无关,即输入信号变化速度愈快,微分时间越长,微分环节输出信号也愈大。
传递函数:
G(s)=Td*S,Y(s)=Td*S*X(s),y(t)=Td*dx(t)/dt。
⑤纯滞后环节:
当输入信号产生一个阶跃
变化时,他的输出信号即不是立刻反应输入信号的变化,也不是慢慢的反应,而是要经过一
段纯滞后时间以后才等量的复现输入信号的变化。
传递函数:
G(s)=e﹣zs,Y(s)=e﹣
zs*X(s)y(t)=x(t-τ)。
6.评价自动控制系统的过渡过程有哪些基本指标?
答:
评价自动控制系统的过渡过程基本指标有:
(1)最大偏差A;
(2)过渡时间ts;(3)余差C;
(4)衰减比;(5))振荡周期Tp.7.有哪些常用控制方式?
答:
常用控制方式有:
(1)位式控制;
(2)比例控制;(3)比例积分控制;(4)比例积分微分控制。
9.逻辑代数有哪些基本运算?
有哪些基本性质?
答:
逻辑代数基本运算有:
(1)单变量运算:
‘非’函数,‘是’函数;
(2)双变量(多变量)运算:
‘与’
函数,‘或’函数。
基本性质为:
置换律、结合律。
14.智能控制系统的基本功能和特点是什么?
答:
智能控制系统的基本功能是:
(1)容错性;
(2)多模态性;(3)全局性;(4)混合模型和混
合计算;(5)学习和联想记忆能力;(6)动态自适应性;(7)组织协调能力。
特点:
第二章
1、检测仪器有哪些基本部分组成?
各有什么作用?
答:
检测仪器的基本组成部分有传感器、变换器、显示器以及连接它们的传输通道。
传感
器的作用:
感受到被检测参数的变化,直接从对象中提取被检测参数的信息,并转换成一相
应的输出信号。
变换机的作用:
将传感器的输出信号进行远距离传送、放大、线性变化货转
变成统一的信号,供给显示器等。
显示器的作用:
想观察者显示被检测数值的大小。
传输通
道的作用:
连接仪表的各个环节,给各环节的输入和输出提供通道。
2、检测仪表的性能指标是什么?
简述重要性能指标。
答:
仪表的性能指标是评价仪表性能的好坏、质量优劣的重要依据,它也是正确选择和使用
仪表,以达准确检测之目的所必须的具备和了解的知识。
详见
P71-77。
3、水质自动监测站点如何选择?
答:
在主要污染部分的上游设对照子站,监测本区域污染前的水质状况;在主要污染部分设
立污染监测子站,监测本地区货城市对河流的污染程度,并追踪污染情况的变化;在主要污
染区的下游,设立水质自净情况监测子站,检查水的自净情况以及带给下游的污染物程度。
详见P108-109
4、PH测量的基本方法和原理是什么?
答:
PH测量的基本方法:
电极电位法。
原理是:
PH计其主体是一个精密电位计,将电极
插在被测溶液中,组成一个电化学原电池,通过测量原电池的电动势并直接用pH值表示出
来。
酸度计种类繁多,但其结构均由电极系统和高阻抗的电子管或晶体管直流毫伏计两部分
组成。
电极与待测溶液组成原电池,以毫伏计测量电极间的电位差,电位差经放大电路放大
后,由电流表或数码管显示。
5、溶解氧测量的基本方法和原理是什么?
答:
碘量法:
在水中加入硫酸锰和碱性碘化钾,水中的溶解氧将二价的锰氧化成四价锰,并
生成氢氧化物沉淀。
加酸后,沉淀溶解,四价锰又可氧化碘离子而释放出与溶解氧量相当的
游离碘。
以淀粉为指示剂,用硫代硫酸钠标准溶液滴定释放出的碘,可计算出溶解氧含量。
高
锰酸钾法:
用高锰酸钾氧化亚铁离子,消除干扰,过量的高锰酸钾用草酸钠溶液除去,生成
的高价铁离子用氟化钾掩蔽。
叠氮化钠修正法:
叠氮化钠在酸性条件下将亚硝酸根分解破坏。
膜电极法:
氧敏感膜电极浸没在电解质溶液中的两个金属电极和氧选择性半透膜组成。
氧半
透膜只允许透过半透膜和其他气体,而几乎完全阻挡水和溶解性固体。
透过膜的氧在阴极上
还原,产生的扩散电流与水样中氧的浓度成正比,将浓度信号变成电信号,由电流计读出。
电
导测定法:
利用非导电元素或化合物与溶解氧反应产生能导电的离子,如氧化氮气与溶解氧
生成硝酸根离子,增加电导率,即可求得溶解氧含量。
7、浊度测量的基本方法和原理是什么?
答:
浊度测量的基本方法:
透光测定法,散色光测定法,透射光和散射光比较测定法,表面
散射光法。
原理都是光电光度法。
8、生化需氧量测量的基本方法和原理是什么?
答:
生化需氧量(BOD)测量的基本方法:
五天培养法、检压法、库伦法、微生物电极法
等。
五天培养法:
水样经过稀释后,在(20±1℃)条件下培养5天,求出培养前后水样中
溶解氧含量,二者的差值记为BOD5。
如果水样的五日生化需氧量未超过7mg/L,则不必进
行稀释,可直接测定。
检压法:
将水样置于装有一个以CO2吸收剂小池的密闭培养瓶中,当水样中的有机物被微
生物氧化分解时,消耗的溶解氧则由气体管中的氧气补充,产生的CO2又被吸收池中的吸
收剂吸收,结果导致密闭系统的压力降低,用压力计测出的压力降低值来求出水样中的BOD
值,在实际测量中,先用葡萄糖—谷氨酸标准溶液校正压力计,即可从压力计中直接读出水
样的BOD值。
9、化学需氧量(COD)测量的基本方法和原理是什么?
答:
基本方法有:
重铬酸钾法,碱性高锰酸钾法,酸性高锰酸钾法
重铬酸钾法:
水在酸性溶液中加热回流2h,一定量的重铬酸钾氧化水中的还原物质,过量
的重铬酸钾以试亚铁灵为指示剂,用硫酸亚铁铵标准溶液滴定。
酸性高锰酸钾法:
水样在酸性条件下,加入高锰酸钾溶液,使水中有机物被氧化,剩余的高
锰酸钾以草酸回滴,然后根据实际消耗的高猛酸钾计算出化学耗氧量。
碱性高锰酸钾法:
在碱性溶液中,高锰酸钾氧化水中的还原性物质,酸化后,加入过量的草
酸钠溶液,再用高锰酸钾溶液滴定至微红色。
10、紫外(UV)吸收测量的基本方法和原理是什么?
答:
测定方法:
分光光度法,原理:
选一定波长的光照射被测物质溶液,测其吸光度,再依
据吸光度计算出被测组份的含量。
11.流量测量仪表有哪些类型?
在给水排水工程中常用的有哪些?
答:
1.节流流量计,2.容积流量计,3.面积流量计,4.叶轮流量计,5.电磁流量计,6.超声波
流量计,7.量热式流量计,8.毕托管,9.层流流量计,10.动压流量计,11.质量流量计,12.
流体震动流量计,13.激光多普勒流量计。
在给水排水常用的有压差流量计,超声流量计,
浮子流量计,明渠流量计,电磁流量计。
12.超声波流量计的基本原理是什么?
超声波流量计有什么特点?
答:
原理:
超声波流量计是通过检测流体流动时对超声束的作用,以测量体积流量的的仪
表。
特点:
超声流量计可作非接触测量。
夹装式换能器超声流量计可无需停流截管安装,
只要在即设管道外部安装换能器即可。
这是超声流量计在工业用流量仪表中具有的独特优点,
因此可作移动性测量,适用于管网流动状况评估测定超声波流量计为无流动阻挠测量,无额
外压力损失。
超声波流量计适用于大型圆形管道和矩形管道,且原理上不受管径限制,其造
价基本上与管径无关。
对于大型管道带来方便,在无法实现实流试验的情况下是优先考虑的
选择方案。
超声流量计可测量非导电性液体,在无阻挠流量测量方面是对电磁流量计的一种
补充。
14.可编程控制器的基本组成?
答:
硬件组成:
1.中央处理单元,2.存储器,3.输入输出单元,4.通信接口,5.智能接口模
块,6.编程装置,7.电源,8.其他外部设备。
软件组成:
系统程序和用户程序。
15.PLC控
制系统与电器控制系统比较有什么特点?
答:
1.可靠性高抗干扰能力强,2.编程简单实用方便,3.功能完善通用性强,4.设计安装简
单维护方便,5.体积小重量轻能耗低。
16.PLC的性能指标是什么?
有哪些发展趋势?
答:
PLC的性能指标:
1.存储容量,2.I/O点数,3.扫描速度,4.指令的功能与数量,5.内部
元件的种类与数量,6.特殊功能单元,7.课扩展能力。
发展趋势:
1.向高速度、大容量方向
发展,2.向超大型、超小型两个方向发展,3.PLC大力开发智能模块,加强联网通信能力,
4.增强外部故障的检测与处理能力,5.编程语言多样化。
17.给水排水工程自动化常用的执行设备有哪些类?
各有什么作用?
答:
各种泵与各种
阀门。
泵取水排水,阀门控制流量
18.往复泵与离心泵的工作特性、调节特性有什么差别?
各有什么特点
?
答:
(1)往复泵的瞬时流量取决于活塞面积与活塞瞬时运动速度之积,由于活塞运动瞬时
速度的不断变化,使得它的流量不均匀,
但是在一段时间内输送的液体量却是固定的,
仅取
决于活塞面积、冲程和往复频率。
往复泵可用旁路阀调节流量,泵的送液量不变,
只是让部
分被压出的液体返回贮池,使主管中的流量发生变化。
流量调节也可以采用改变电机转速,
从而改变柱塞往复运行速度的方式或冲程长度,
即调节行程百分比的方式进行。
这两种方式
都易于实现自动化控制。
(2)离心泵:
对应不同的转速,有不同的水泵特性曲线,各种转
速下的水泵特性曲线组成一个特性曲线族;
在不同转速的水泵特性曲线之间,
存在效率相等
的相似工况点,将这些等效率点连成线,则构成等效率曲线及等效率曲线族
19.离心泵的
阀门调节与变速调节有那些差别?
答:
变速调节改变水泵的特性曲线,阀门调节则是改变管路特性曲线。
变速调节是一种节能
的调节方式,阀门调节时一种耗能的调节方式。
20.调节阀与电磁阀的作用是各是什么?
答:
在各类阀门中,电磁阀起对管路的通断控制作用,相当于管路开关;调节阀起流量的调
节作用,改变调节阀的开启度就可以改变通过的流量。
21.调节阀有哪些常见类型?
何为调节阀的理想特性与工作特性?
答:
按阀体与流通介质的关系可将调节阀分为直通式和隔膜式,按阀门控制信号的种类可分
为气动与电动调节阀。
在阀前后压差恒定时得到的流量特性称为理想流量特性,在实际应用
中,阀前后的压差即在调节阀上的压力降都是随流量变化的,此时的流量特性就是工作流量
特性。
第三章
1.对水泵及管理系统调节的意义是什么?
答:
管道系统是给水排水工程的重要组成部分,水泵更是极为常见的给水排水设备。
以给水
工程为例,输配水管网担负着输送、分配水的任务,它的造价占给水系统总造价的主要部分;
管道系统往往是由水泵加压供水的有压系统,与水泵及水泵站的关系密切,它的运行费用在
给水系统运行费用构成中占第一位。
采取技术措施,合理地调节水泵、管道系统工况,保证
用户的用水要求,并最大限度地节约能耗、降低费用,是十分重要而有意义的工作。
2.水泵工况调节有哪些类型?
答:
(1)通过水泵出水口管路上的阀门来改变管路特性,实现水泵工况点的调节;
(2)改
变水泵的转速,从而改变水泵的特性曲线,实现水泵工况点的调节。
3.双位控制系统的优缺点有哪些?
答:
优点:
高效节能;延长设备使用寿命;功能齐全。
缺点:
精度低,水压波动较大。
4.水泵的调速术有那些?
常用的有那些?
答:
(1)串级调速;
(2)液力耦合器调速;(3)变频调速。
常用的是变频调速。
5.变频调速的原理与特点是什么?
答:
原理:
它通过改变水泵工作电源频率的方式改变水泵的转速。
特点:
调节精度高;可
以实现水泵的“软启动”。
6.何为水泵的“软启动”?
答:
水泵从低频电源开始运转,即由低速下逐渐升速,直至达到预定工况,而不是按照常规
一启动就迅速达到额定转速。
7.
恒压给水系统的压力控制点有哪些设置方式,各有什么特点?
答:
方式设置:
(1)将控制点设在最不利点处,直接按最不利点水压进行工况调节;
(2)
将控制点设于水泵出口,按该点的水压进行工况调节,间接地保证最不利点的水压稳定。
特
点:
扬程浪费,工程管理方便
8.
气压给水系统中,气压罐的安装位置对系统的工作特性有什么影响?
9.
污水泵站组合运行有什么意义?
答:
在污水提升泵站中,使用微机控制变速与定速水泵组合运行,可以保持进水位的稳定,
降低能耗,提高自动化程度。
10.给水监控与调度系统的基本功能与常见组成方式是什么?
答:
基本功能:
(1)集中监控与控制;
(2)预测咨询系统;(3)设备管理与运转台账;(4)
管路台账;(5)管网计算与工况分析。
组成方式:
自主控制子系统、管网事故处理子系统、设备管理子系统、预测子系统等。
11.自动控制系统可以采取哪些抗干扰措施?
答:
(1)供电电源;
(2)信号传输;(3)所有I/O信号(开关量信号)均经光电隔离设施;(4)
配电箱、工作台等电气设备外壳均接保护地,计算机系统采用一点接地、系统浮空措施,控
制共模干扰;(5)计算机系统的稳压电源具有过压、欠压和过流保护能力;前置机掉电,
数据能持续保存24h,系统掉电数据存贮时间<10min;(6)软件设计按工艺条件划分模块,
并有数据纠错、虑错和改错技术。
第四章
1混凝控制的目的与意义是什么?
目的:
是水中的混浊物质聚结形成具有一定力度及表面特性的絮凝体,为沉淀或过滤去除创
造良好的条件。
意义:
在保证效果的前提下,节约混凝剂消耗,是降低净水成本的重要措施,经济意义十分
重大。
2混凝控制技术有哪些类型?
经典目测法烧杯试验法模拟滤池法数学模型法胶体电荷控制法
3数学模型混凝控制技术的特点是什么?
数学模型是如何建立的?
数学模型法是以若干原水水质,水量参数为变量,建立其与投药量之间的相关函数,即数学模型,计算机系统自动采集参数数据,并按此模型自动控制投药。
数学模型的建立包括两方面的内容:
一,模型参数的选取,这往往要综合多年的生产经验、
混凝试验、数学统计检验以及参数的可测性等因素确定;二,模型中各项系数的确定,,这
可以根据多年的运行资料,有统计分析确定,也可以对长期烧杯实验的结果进行统计分析确
定,然后再生产上加以修正。
4流动电流混凝控制技术的特点是什么?
其基本组成是什么?
特点:
单因子控制小滞后
系统中间参数控制基本组成:
检测,控制,执行三大部分5流动电流的基本原理和检
测原理是什么?
流动电流参数有哪些基本特性?
基本原理:
指在外力作用下,液体相对于
固体表面流动而产生的电场的现象。
检测原理:
1966年,GERDES发明了活塞式“流动电流检测器”,可以用于检测水样中胶体
粒子的荷电特性。
检测器由检测水样的传感器和检测信号的放大处理器两部分构成。
传感器
主要由圆形检测室、活塞和环形电极组成,活塞和检测室内壁之间的缝隙构成一个环形毛细
空间。
当活塞在电机驱动下作往复运动时,水样中的微粒附着在“环形毛细管”壁上形成一个
微粒“膜,”水流的运动带动微粒“膜”扩散层中反离子运动,从而在“环形毛细管”的表面产生交
变电流,此电流由检测室两端的环形电极收集并经放大处理后输出。
基本特性:
表征水中
胶体杂质表面电荷特性。
6透光率脉动的产生与检测仪的原理是什么?
如果悬浮液是连续流动的,并且每次被检测的体积相同,则在该体积内的颗粒数目由于同样
原因也随机变化,且遵循泊松分布。
在连续式浊度仪中,样品体积内颗粒数目的随机变化会
导致浊度的脉动。
当悬浮液连续流过时,光束内的真实颗粒数将在平均颗粒数V的周围随机变化,透射光强
度也产生相应的脉动。
对于很小的样品体积,因为颗粒数量的变化,有可能得到明显的透射
光强度脉动。
7高浊度水混凝控制有哪些技术?
各有什么特点?
泥沙颗粒比表面积法所用仪器设备比较复杂,检测时间长,难于实现在线自动控制。
数
学模型法需要大量实验数据,通过数理统计方法求出,另外计算公式也属于经验公式,控
制起来会有偏差。
透光脉动絮凝检测技术的应用可以利用透光脉动絮凝检测装置检测其絮凝情况并控制
投药量,从而成为新的高浊度水絮凝控制方法。
8絮体影像混凝投药控制技术有什么特
点?
沉淀水浊度与原水混凝后形成的絮凝体特征和沉淀情况有关,絮体形成得越好,沉淀越充分,
沉淀水浊度越低。
絮体粒径增加时,体积质量相应减小。
絮体的大小、形状可以反映在絮体图像上,通过分析絮体的图像,可以得到一个与沉淀水浊
度相关性很好的参量
9对比分析现有混凝投药控制技术各有什么优缺点?
经验目测法正在各种先进的技术所取代,烧杯实验法也不适于工业过程的连续控制二只宜作
为实验室评价的一种手段。
模拟滤池法是适用于一些特定场合的有一定发展前途的方法。
数学模型法是投药控制技术上的一个重要进展,能迅速响应原水水质及水量参数的变化,滞后小,但可靠性差。
流动电流法则以检测的连续性而独具特色,加之其系统的简单性与应用的
灵活性、可靠性等特点,在国内外已获成功的应用,为混凝投药控制技术的发展展现了光明
的前景
10混凝投药智能复合控制技术特点是什么?
水处理加药过程控制的最终目标,
是通过对原水水质水量参数的分析,
在线实时改变药剂的
投加量,使出水满足各项水质指标,
即通过不同的控制方法或控制算法,
建立起怨谁参数与
投药量之间的关系。
由于絮凝过程是一个复杂的物理、
化学过程,其复杂性不仅仅表现在高
维性上,更多的则是表现在系统信息的模糊性、不确定性
、偶然性和不完全性上,目前还
很难通过对其化学反应机理的研究,
准确地建立过程的数学模型。
人工智能的逻辑推理、启
发式知识、专家系统等正是解决难以建立精确数学模型的控制问题的最为有力的工具,
将其
应用于非线性混凝投药控制系统的动态建模和辨识可不受非线性类型的限制。
11
沉淀池
控制主要有哪些内容?
沉淀池的运行控制主要是,
主要是沉淀池的排泥的控制。
12沉淀池排泥控制有哪些方法?
按池底积泥集聚程度控制
按沉淀池的进水浊度、出水浊度,建立积泥量数学模型,
计算积
泥量达到一定程度后自动排泥,并决定排泥历时
根据生产运行经验,确定合理的排泥周
期、排泥历时,进行定时排泥
。
13滤池控制的基本内容是什么?
滤池的自动控制基本上包括过滤、反冲洗两个方面,其中以反冲洗为主,由于各种滤池的构
造、原理、反冲洗方式等不同,控制内容与方法也有差别。
14滤池反冲洗的开始与结束各有哪些控制参数?
如何应用这些参数实施控制?
开始:
率后
水浊度监控
滤池水头损失监控
定时控制结束:
反冲洗浊度监控
定时控制
上述滤池反冲洗的开始与结束的控制方式可以交叉组合应用,也可以将几种方式共同应用,
当其中的条件之一达到时,即应当开始或结束反冲洗。
另外,控制系统还应具有随时人工指
令强制反冲洗的功能。
反冲洗进行的方式有采用各种滤池连续顺序进行的,
也有采用各格滤池分别按各自的条件控
制、独立进行反冲洗的。
一般在生产上不允许多格滤池连续顺序进行的,
在控制系统上应当
采取相应的限制措施。
15氯气的投加控制系统如何组成?
有哪些控制形式?
根据负压投加的原理,真空加氯系统由气液分离器、真空调节器、加氯机、取样泵、与氯分
析仪、水射器、楼率检测仪等组成。
流量比例前馈控制
余氯反馈控制
复合循环控制
其他控制方式
16
供水企业监视控制
和数据采集系统的总体结构是什么?
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