流體控制工程

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(nèi)容安排……………………2

1.3 控制系統(tǒng)概述……………………2

1.3.1 控制系統(tǒng)的分類……………………2

1.3.2 控制系統(tǒng)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(zhí)行方法和執(zhí)行裝置……………………7

1.3.6 控制系統(tǒng)各要素的關(guān)系……………………7

1.3.7 控制系統(tǒng)的人機界面……………………8

1.4 控制系統(tǒng)的發(fā)展……………………9

1.4.1 控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史……………………9

1.4.2 儀表控制系統(tǒng)的基本概念……………………10

1.4.3 早期的儀表控制系統(tǒng)———基地式儀表……………………13

1.4.4 近代儀表控制系統(tǒng)———單元式組合儀表……………………13

1.4.5 數(shù)字式單回路調(diào)節(jié)器SLC ……………………15

1.4.6 計算機控制系統(tǒng)……………………16

1.4.7 控制系統(tǒng)從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的演進……………………17

1.4.8 分布式控制系統(tǒng)的產(chǎn)生及其特點……………………19

1.4.9 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的產(chǎn)生及控制系統(tǒng)的全面數(shù)字化……………………21

第2章 流體控制機械……………………24

2.1 調(diào)節(jié)閥的組成及分類……………………24

2.2 傳統(tǒng)的閥……………………26

2.2.1 閥的類型……………………26

2.2.2 閥芯結(jié)構(gòu)……………………30

2.3 執(zhí)行機構(gòu)……………………32

2.3.1 氣動執(zhí)行機構(gòu)……………………32

2.3.2 電動執(zhí)行機構(gòu)……………………35

2.4 數(shù)字閥……………………39

2.4.1 工作原理和結(jié)構(gòu)……………………39

2.4.2 數(shù)字閥的特點……………………40

2.5 調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)……………………42

2.5.1 流量系數(shù)的定義及其物理意義……………………42

2.5.2 流量系數(shù)計算公式……………………43

2.6 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性和流量特性……………………48

2.6.1 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性……………………48

2.6.2 調(diào)節(jié)閥的流量特性……………………50

2.7 調(diào)節(jié)閥的選型……………………55

2.7.1 閥的選擇……………………56

2.7.2 執(zhí)行機構(gòu)的選擇……………………56

2.7.3 調(diào)節(jié)閥作用方式的選擇……………………58

2.7.4 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇……………………59

2.7.5 調(diào)節(jié)閥口徑的確定……………………61

2.8 泵和風(fēng)機……………………64

2.8.1 泵與風(fēng)機主要的控制參數(shù)……………………64

2.8.2 通用性能曲線……………………66

2.8.3 泵與風(fēng)機的變速調(diào)節(jié)……………………67

2.8.4 泵與風(fēng)機變速的實現(xiàn)形式……………………68

第3章 交流變頻調(diào)速……………………69

3.1 交流調(diào)速的基本類型……………………69

3.1.1 交流異步電動機調(diào)速方式……………………69

3.1.2 異步電動機調(diào)速系統(tǒng)分類……………………69

3.1.3 交流同步電動機調(diào)速系統(tǒng)的基本類型……………………70

3.1.4 變頻調(diào)速的現(xiàn)實意義……………………70

3.2 變頻調(diào)速的概念……………………70

3.2.1 轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系……………………70

3.2.2 實現(xiàn)變頻調(diào)速的必要條件……………………71

3.2.3 高水平的控制是變頻調(diào)速的基礎(chǔ)……………………71

3.3 變頻變壓調(diào)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(shù)的控制方式……………………72

3.3.3 保持U1/f1=常數(shù)的控制方式……………………72

3.3.4 恒功率控制方式……………………73

3.4 變頻器的分類……………………74

3.4.1 按變流環(huán)節(jié)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(diào)制方式分類……………………78

3.4.4 按控制方式分類……………………82

3.4.5 按輸入電流的相數(shù)分類……………………83

3.5 變頻器的基本結(jié)構(gòu)……………………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(yù)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(jié)構(gòu)……………………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(chǎn)生……………………99

4.1.2 PLC的定義……………………100

4.1.3 PLC的特點……………………100

4.1.4 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域……………………101

4.1.5 PLC的分類……………………102

4.1.6 PLC的主要技術(shù)指標(biāo)……………………103

4.1.7 PLC的發(fā)展階段……………………104

4.1.8 PLC的發(fā)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(tǒng)的等效電路……………………110

4.2.3 PLC與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)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(yīng)用軟件的編程語言……………………116

4.5 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計……………………118

4.5.1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計原則與選用依據(jù)……………………118

4.5.2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)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(tǒng)結(jié)構(gòu)……………………122

4.6.3 尋址……………………123

4.7 STEP7編程……………………124

4.7.1 STEP7的程序結(jié)構(gòu)……………………124

4.7.2 數(shù)據(jù)類型……………………127

4.7.3 符號編址……………………130

4.7.4 STEP7指令系統(tǒng)簡介……………………131

第5章 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)……………………136

5.1 現(xiàn)場總線的含義和產(chǎn)生……………………136

5.1.1 現(xiàn)場總線的含義……………………136

5.1.2 現(xiàn)場總線的產(chǎn)生……………………137

5.2 FCS的含義和產(chǎn)生……………………140

5.2.1 FCS的含義……………………141

5.2.2 FCS的產(chǎn)生……………………141

5.2.3 FCS的變革……………………143

5.3 FCS的特點和優(yōu)點……………………144

5.3.1 系統(tǒng)的分散性……………………144

5.3.2 系統(tǒng)的開放性……………………145

5.3.3 產(chǎn)品的互操作性……………………145

5.3.4 環(huán)境的適應(yīng)性……………………145

5.3.5 使用的經(jīng)濟性……………………145

5.3.6 維護的簡易性……………………145

5.3.7 系統(tǒng)的可靠性……………………146

5.4 FCS的體系結(jié)構(gòu)……………………146

5.4.1 FCS的層次結(jié)構(gòu)……………………146

5.4.2 FCS的硬件結(jié)構(gòu)……………………147

5.4.3 FCS的軟件結(jié)構(gòu)……………………148

5.4.4 FCS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)……………………149

5.5 現(xiàn)場總線的設(shè)備……………………149

5.5.1 現(xiàn)場總線儀表……………………150

5.5.2 現(xiàn)場總線輔助設(shè)備……………………151

5.5.3 現(xiàn)場總線接口……………………151

5.6 現(xiàn)場總線儀表的應(yīng)用塊……………………151

5.6.1 現(xiàn)場總線儀表的資源塊……………………152

5.6.2 現(xiàn)場總線儀表的變換塊……………………152

5.6.3 現(xiàn)場總線儀表的功能塊……………………153

5.7 現(xiàn)場總線控制回路的構(gòu)成……………………155

5.7.1 簡單控制回路的構(gòu)成……………………155

5.7.2 復(fù)雜控制回路的構(gòu)成……………………156

參考文獻……………………158" 2100433B

《流體控制工程》的內(nèi)容包括流體控制的各個要素：流體運動的動態(tài)特性，用于流體控制的傳感器，流體控制機械——調(diào)節(jié)閥、泵和風(fēng)機，電氣控制的基本知識和技術(shù)手段，變頻調(diào)速技術(shù)，可編程控制器，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，以及流體控制工程方案中的若干實例和實際問題?！读黧w控制工程》把流體控制的各個技術(shù)要素，放置在控制系統(tǒng)發(fā)展史的背景下論述，抓住信號傳輸標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展和演變這一主線，以控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為框架，將各個技術(shù)要素貫穿起來，闡明技術(shù)發(fā)展的脈絡(luò)，指出技術(shù)發(fā)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(yè)的本科教材，同時對于相關(guān)領(lǐng)域，特別是核工程與核技術(shù)的工程技術(shù)人員也有很大參考價值。

控制工程出版發(fā)行

據(jù)2018年9月20日中國知網(wǎng)顯示，《控制工程》共出版文獻6897篇。

據(jù)2018年9月20日萬方數(shù)據(jù)知識服務(wù)平臺顯示，《控制工程》載文量為4454篇。

控制工程收錄情況

《控制工程》被俄羅斯《文摘雜志》（AJ）、美國《劍橋科學(xué)文摘》、英國《科學(xué)文摘》（SA）、CSCD中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫（2017-2018年度）、中國科技論文、中國科學(xué)文獻、中國學(xué)術(shù)期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫、北京大學(xué)《中文核心期刊要目總覽》（2008、2011、2014）等收錄。

控制工程影響因子

據(jù)2018年9月20日中國知網(wǎng)顯示，《控制工程》總被下載1102558次、總被引41781次、（2017版）復(fù)合影響因子為1.038、（2017版）綜合影響因子為0.717。

據(jù)2018年9月20日萬方數(shù)據(jù)知識服務(wù)平臺顯示，《控制工程》被引量為27181次，下載量為185841次；據(jù)2015年中國期刊引證報告（擴刊版）數(shù)據(jù)顯示，《控制工程》影響因子為0.75，在全部統(tǒng)計源期刊（6735種）中排第1725名，在自動化技術(shù)與計算機技術(shù)（94種）中排第21名。

控制工程形象標(biāo)識

圖中左側(cè)為該期刊標(biāo)識，由刊名英文簡稱CE組成的圖案，藍色的E被紅色的C包圍，文字為該刊的中文名，英文是該刊的英文名。

控制工程辦刊宗旨

《控制工程》努力跟蹤中國國內(nèi)外自動化領(lǐng)域的最新發(fā)展方向，積極構(gòu)建高等院校、科研院所與工業(yè)界在自動化領(lǐng)域交流與合作的平臺，大力推介自動化學(xué)科高技術(shù)的最新研發(fā)成果，促進中國控制工程科學(xué)技術(shù)的深入發(fā)展。

控制工程碩士概念

控制工程碩士屬于工程碩士的一個研究領(lǐng)域，全稱Master Of Control Engineering ,工程碩士領(lǐng)域代碼為085210。主要培養(yǎng)掌握現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)理論、方法和技術(shù)，具有從事現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防自動化設(shè)備中控制系統(tǒng)和裝置研究、設(shè)計、開發(fā)、管理、維修的高級工程技術(shù)人才，能夠憑借現(xiàn)有的經(jīng)驗解決實際工作中發(fā)生的問題?？刂乒こ痰难芯款I(lǐng)域以控制論、信息論、系統(tǒng)論為基礎(chǔ)。與機械工程碩士、計算機技術(shù)工程碩士、儀器儀表工程碩士、電氣工程碩士、電子與通信工程碩士研究的領(lǐng)域密切相關(guān)。

一 控制工程碩士的主要研究方向

控制工程是區(qū)別于控制科學(xué)與控制理論（“雙控”）的專碩專業(yè)，專業(yè)方向一般包括模式識別與智能控制、嵌入式系統(tǒng)控制與設(shè)計、機器人控制技術(shù)、系統(tǒng)工程、檢測技術(shù)與自動化裝置、導(dǎo)航制導(dǎo)與控制等控制領(lǐng)域的方向。

1.控制工程碩士的基礎(chǔ)課程主要有：自然辯證法、科學(xué)社會主義理論、外國語、工程數(shù)學(xué)。

2.控制工程碩士的技術(shù)基礎(chǔ)課程主要有：線性系統(tǒng)理論、非線性控制理論、大系統(tǒng)理論、人工智能、最優(yōu)控制理等。

3.控制工程碩士的專業(yè)課程主要有：傳感器與自動檢測技術(shù)、自動測試與故障診斷、工業(yè)機器人、計算機控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)集成、控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計與仿真。也可根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)的不同由學(xué)院自行確定。