流體控制工程

《流體控制工程》的內容包括流體控制的各個要素：流體運動的動態特性，用於流體控制的傳感器，流體控制機械——調節閥、泵和風機，電氣控制的基本知識和技術手段，變頻調速技術，可編程控制器，現場總線控制系統，以及流體控制工程方案中的若干實例和實際問題。《流體控制工程》把流體控制的各個技術要素，放置在控制系統發展史的背景下論述，抓住信號傳輸標準的發展和演變這一主線，以控制系統的基本結構為框架，將各個技術要素貫穿起來，闡明技術發展的脈絡，指出技術發展的方向。

《流體控制工程》可作為熱能動力、流體機械、石油化工等專業的本科教材，同時對於相關領域，特別是核工程與核技術的工程技術人員也有很大參考價值。

第1章 流體控制概論……………………1

1.1 流體控制的基本原理……………………1

1.2 本書的內容安排……………………2

1.3 控制系統概述……………………2

1.3.1 控制系統的分類……………………2

1.3.2 控制系統的基本組成……………………3

1.3.3 測量方法和測量裝置……………………4

1.3.4 控制方法和運算處理裝置……………………5

1.3.5 控制的執行方法和執行裝置……………………7

1.3.6 控制系統各要素的關係……………………7

1.3.7 控制系統的人機界面……………………8

1.4 控制系統的發展……………………9

1.4.1 控制系統的發展歷史……………………9

1.4.2 儀表控制系統的基本概念……………………10

1.4.3 早期的儀表控制系統———基地式儀表……………………13

1.4.4 近代儀表控制系統———單元式組合儀表……………………13

1.4.5 數字式單迴路調節器SLC ……………………15

1.4.6 計算機控制系統……………………16

1.4.7 控制系統從模擬技術向數字技術的演進……………………17

1.4.8 分佈式控制系統的產生及其特點……………………19

1.4.9 現場總線控制系統的產生及控制系統的全面數字化……………………21

第2章 流體控制機械……………………24

2.1 調節閥的組成及分類……………………24

2.2 傳統的閥……………………26

2.2.1 閥的類型……………………26

2.2.2 閥芯結構……………………30

2.3 執行機構……………………32

2.3.1 氣動執行機構……………………32

2.3.2 電動執行機構……………………35

2.4 數字閥……………………39

2.4.1 工作原理和結構……………………39

2.4.2 數字閥的特點……………………40

2.5 調節閥的流量係數……………………42

2.5.1 流量係數的定義及其物理意義……………………42

2.5.2 流量係數計算公式……………………43

2.6 調節閥結構特性和流量特性……………………48

2.6.1 調節閥的結構特性……………………48

2.6.2 調節閥的流量特性……………………50

2.7 調節閥的選型……………………55

2.7.1 閥的選擇……………………56

2.7.2 執行機構的選擇……………………56

2.7.3 調節閥作用方式的選擇……………………58

2.7.4 調節閥流量特性的選擇……………………59

2.7.5 調節閥口徑的確定……………………61

2.8 泵和風機……………………64

2.8.1 泵與風機主要的控制參數……………………64

2.8.2 通用性能曲線……………………66

2.8.3 泵與風機的變速調節……………………67

2.8.4 泵與風機變速的實現形式……………………68

第3章 交流變頻調速……………………69

3.1 交流調速的基本類型……………………69

3.1.1 交流異步電動機調速方式……………………69

3.1.2 異步電動機調速系統分類……………………69

3.1.3 交流同步電動機調速系統的基本類型……………………70

3.1.4 變頻調速的現實意義……………………70

3.2 變頻調速的概念……………………70

3.2.1 轉速與頻率的關係……………………70

3.2.2 實現變頻調速的必要條件……………………71

3.2.3 高水平的控制是變頻調速的基礎……………………71

3.3 變頻變壓調速的基本控制方式……………………71

3.3.1 電動機要求主磁通不變的原因……………………71

3.3.2 保持Eg/f1 為常數的控制方式……………………72

3.3.3 保持U1/f1=常數的控制方式……………………72

3.3.4 恆功率控制方式……………………73

3.4 變頻器的分類……………………74

3.4.1 按變流環節不同分類……………………74

3.4.2 按直流電路的濾波方式分類……………………77

3.4.3 按電壓的調製方式分類……………………78

3.4.4 按控制方式分類……………………82

3.4.5 按輸入電流的相數分類……………………83

3.5 變頻器的基本結構……………………84

3.5.1 變頻器的主電路……………………84

3.5.2 變頻器的控制電路……………………85

3.6 變頻器功能綜述……………………87

3.6.1 頻率給定功能……………………88

3.6.2 控制方式的選擇功能……………………88

3.6.3 升速和降速功能……………………89

3.6.4 變頻器的控制功能……………………91

3.6.5 變頻器的保護功能……………………91

3.6.6 變頻器的功能預置……………………92

3.7 MICROMASTER440變頻器……………………93

3.7.1 MM440通用型變頻器的特點……………………93

3.7.2 MM440變頻器的電路結構……………………94

3.7.3 MM440變頻器與電源和電動機的連接……………………97

第4章 可編程控制器……………………99

4.1 可編程序控制器概述……………………99

4.1.1 PLC的產生……………………99

4.1.2 PLC的定義……………………100

4.1.3 PLC的特點……………………100

4.1.4 PLC的應用領域……………………101

4.1.5 PLC的分類……………………102

4.1.6 PLC的主要技術指標……………………103

4.1.7 PLC的發展階段……………………104

4.1.8 PLC的發展趨勢……………………105

4.2 PLC的基本組成……………………106

4.2.1 PLC的基本組成部分……………………106

4.2.2 PLC系統的等效電路……………………110

4.2.3 PLC與繼電器控制系統的區別……………………111

4.3 PLC的工作原理……………………112

4.3.1 PLC的工作方式與運行框圖……………………112

4.3.2 PLC的工作過程……………………113

4.3.3 PLC對輸入/輸出的處理原則……………………115

4.4 PLC的軟件……………………115

4.4.1 軟件的分類……………………115

4.4.2 應用軟件的編程語言……………………116

4.5 PLC控制系統的設計……………………118

4.5.1 PLC控制系統的設計原則與選用依據……………………118

4.5.2 PLC控制系統的設計步驟……………………118

4.6 S7-300系列PLC的硬件……………………121

4.6.1 S7-300系列PLC的組成部件……………………121

4.6.2 S7-300的系統結構……………………122

4.6.3 尋址……………………123

4.7 STEP7編程……………………124

4.7.1 STEP7的程序結構……………………124

4.7.2 數據類型……………………127

4.7.3 符號編址……………………130

4.7.4 STEP7指令系統簡介……………………131

第5章 現場總線控制系統……………………136

5.1 現場總線的含義和產生……………………136

5.1.1 現場總線的含義……………………136

5.1.2 現場總線的產生……………………137

5.2 FCS的含義和產生……………………140

5.2.1 FCS的含義……………………141

5.2.2 FCS的產生……………………141

5.2.3 FCS的變革……………………143

5.3 FCS的特點和優點……………………144

5.3.1 系統的分散性……………………144

5.3.2 系統的開放性……………………145

5.3.3 產品的互操作性……………………145

5.3.4 環境的適應性……………………145

5.3.5 使用的經濟性……………………145

5.3.6 維護的簡易性……………………145

5.3.7 系統的可靠性……………………146

5.4 FCS的體系結構……………………146

5.4.1 FCS的層次結構……………………146

5.4.2 FCS的硬件結構……………………147

5.4.3 FCS的軟件結構……………………148

5.4.4 FCS的網絡結構……………………149

5.5 現場總線的設備……………………149

5.5.1 現場總線儀表……………………150

5.5.2 現場總線輔助設備……………………151

5.5.3 現場總線接口……………………151

5.6 現場總線儀表的應用塊……………………151

5.6.1 現場總線儀表的資源塊……………………152

5.6.2 現場總線儀表的變換塊……………………152

5.6.3 現場總線儀表的功能塊……………………153

5.7 現場總線控制迴路的構成……………………155

5.7.1 簡單控制迴路的構成……………………155

5.7.2 複雜控制迴路的構成……………………156

參考文獻……………………158 ^{[1]  [2]}