本書講述了開關(guān)量控制系統(tǒng)的特點及組成裝置，著重說明了電、液、氣動能源驅(qū)動的開關(guān)量執(zhí)行設(shè)備。敘述了開關(guān)量控制系統(tǒng)在順序控制和保護應用時所涉及的兩個理論基礎(chǔ)。歸納出分析和設(shè)計順序控制的系統(tǒng)化方法。
開關(guān)量控制的應用在我們周圍和工業(yè)生產(chǎn)中無處不在。許多高校特別是理工科院校已經(jīng)把開關(guān)量控制課程列為專業(yè)必修課程。但各校的課程教學內(nèi)容和目標卻不盡相同，這種情況是由這門課程的特點決定的。開關(guān)量控制首先是一門交叉學科，涉及基礎(chǔ)知識、專業(yè)內(nèi)容多，基礎(chǔ)理論有邏輯代數(shù)、系統(tǒng)可靠性理論，專業(yè)基礎(chǔ)知識有電氣邏輯與機電控制、可編程邏輯控制原理與應用、程序結(jié)構(gòu)及編程。密切相關(guān)內(nèi)容有控制裝置與儀表、液壓傳動及應用背景的工藝原理和設(shè)備。其次開關(guān)量控制的應用目的性很強，不同生產(chǎn)領(lǐng)域、不同專業(yè)對設(shè)備要求、控制技術(shù)要求都有差異。另外，開關(guān)量控制的理論及應用理論基礎(chǔ)薄弱，與其應用的指導作用不相適應。
開關(guān)量控制中順序控制和自動保護在應用中存在共性的一面，但也有不同之處。其一是它們的應用目的不同。開關(guān)量控制應用是以管理生產(chǎn)過程為目的，進行順序控制系統(tǒng)的組織；自動保護是以保證生產(chǎn)過程安全為目的，對保護系統(tǒng)的可靠性有較高要求。其二是依據(jù)的理論有所不同。雖然開關(guān)量控制依據(jù)的理論基礎(chǔ)是邏輯代數(shù)和方程解析，但對保護系統(tǒng)還要依賴于系統(tǒng)可靠性理論。其三是開關(guān)量控制在這些領(lǐng)域中應用的指導性、系統(tǒng)化的方法值得探究和總結(jié)。
為此本教材做了如下工作：①夯實理論基礎(chǔ)，引進新的理論和應用成果。在章中總結(jié)了邏輯代數(shù)和系統(tǒng)可靠性的知識。在第三章邏輯關(guān)系的分析中用數(shù)比概念建立方程式并用于電路和邏輯方程的分析，能夠較好地把經(jīng)驗分析、設(shè)計的方法變?yōu)槔碚摲治�、設(shè)計的方法。②進行了開關(guān)量控制應用的系統(tǒng)化方法研究。在順序控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計中采用順序功能表圖用GRAFCET規(guī)范語言先行描述和分析順序控制過程，然后再討論采用的技術(shù)和編程方法。這樣既提供了一個技術(shù)人員和運行人員交流控制要求的平臺，討論結(jié)果也是后續(xù)采用不同編程方法實現(xiàn)時的指導性文件。③在教學環(huán)節(jié)引入設(shè)計仿真軟件Automation Studio作為教學的輔助工具。Automation Studio（AS）是一款集合液壓、氣動、電氣控制、PLC設(shè)計、HMI（人機接口）等設(shè)計、仿真和控制為一體的優(yōu)秀軟件，應用于本課程教學中能夠做到學習、設(shè)計及仿真驗證到再學習、修改設(shè)計、仿真檢驗的閉環(huán)學習過程，為教學形式的改革提供了空間。在、二、三章的應用閱讀中列寫了AS軟件的不同工作室應用的教程。書中的設(shè)計例題均在AS軟件中設(shè)計并仿真驗證。AS的不同工作室可以通過變量管理器鏈接起來，這樣設(shè)計的控制方案、由流體組件模擬的開關(guān)量被控對象、設(shè)計的HMI（人機接口）控制面板加上工藝過程的動畫模擬可以構(gòu)成虛擬運行的環(huán)境，達到學習成果可視化的程度。
教材的第四、五、六章是以熱力發(fā)電過程為背景的開關(guān)量控制應用部分。在熱工順序控制應用中，選取了鍋爐煙風系統(tǒng)功能組、直吹式制粉系統(tǒng)功能組、給水系統(tǒng)功能組的設(shè)計實例。實例中均采用GRAFCET規(guī)范語言對功能組進行了分層描述。采用不同語言實現(xiàn)的方法可以參考第三章內(nèi)容。在對機組級自啟�？刂葡到y(tǒng)（APS）的說明中，根據(jù)APS的運行特點采用GRAFCET中宏結(jié)構(gòu)的形式進行了描述，這有利于對APS開展結(jié)構(gòu)化設(shè)計工作。在保護系統(tǒng)的應用中介紹了熱力發(fā)電機組中鍋爐安全保護系統(tǒng)（FSSS）、汽輪機危急遮斷系統(tǒng)（ETS）和單元機組的保護等內(nèi)容。在保護系統(tǒng)可靠性分析中著重從多種的邏輯組合結(jié)構(gòu)中討論降低保護系統(tǒng)誤動率和拒動率的數(shù)值差異及平衡度指標，為保護系統(tǒng)的設(shè)計和改進提供理論依據(jù)。
本書在編寫過程中得到相關(guān)單位的支持和幫助，在此深表感謝。書中引用了一些專家、學者的著作和論文中的有關(guān)內(nèi)容和實例，在參考文獻中都已列出。書中也引用了一些學生的優(yōu)秀設(shè)計實例，在此一并表示謝意。
由于編者水平有限、專業(yè)視角不同，而本書涉及知識、專業(yè)范圍廣，編寫中難免有疏漏之處，懇請讀者批評指正。若索要PPT課件、交流探討專業(yè)內(nèi)容，可用以下方式聯(lián)系：weigenyuan@chinacomcn。
編者
2021年2月前言
韋根原，華北電力大學教授，有多年控制理論與控制工程教學和項目實踐經(jīng)驗，曾出版《大型火電機組順序控制與熱工保護》。
緒論1
一、開關(guān)量控制系統(tǒng)的特征與應用范圍1
二、本書講授的內(nèi)容和知識體系結(jié)構(gòu)3
延伸閱讀工業(yè)信號的量化和存儲單位4
習題5
章開關(guān)量控制系統(tǒng)構(gòu)成與理論基礎(chǔ)6
節(jié)開關(guān)量控制系統(tǒng)的構(gòu)成6
第二節(jié)邏輯控制原理7
一、基本邏輯原理7
二、時間順序原理8
三、步序式原理8
第三節(jié)開關(guān)量變送器8
一、開關(guān)量變送器的輸出形式8
二、開關(guān)量變送器的類型9
三、開關(guān)量變送器的技術(shù)指標10
四、開關(guān)量變送器的工作過程示例12
第四節(jié)開關(guān)量執(zhí)行部件13
一、電驅(qū)執(zhí)行機構(gòu)14
二、液動執(zhí)行機構(gòu)20
三、氣動執(zhí)行機構(gòu)25
第五節(jié)邏輯代數(shù)的方程與解析28
一、邏輯代數(shù)的表達式28
二、邏輯關(guān)系的表示方法和邏輯表達式的形式28
三、邏輯代數(shù)的基本規(guī)則30
四、表達式之間的邏輯關(guān)系32
五、條件等式的構(gòu)建和求解34
六、方程式的解析36
七、一元方程式的相當電路39
八、連續(xù)動作方程組的求解40
第六節(jié)開關(guān)量控制系統(tǒng)可靠性理論基礎(chǔ)42
一、可靠性定義42
二、可靠性研究中的概率論知識43
三、可靠性研究中的特征量47
四、系統(tǒng)工程結(jié)構(gòu)圖與可靠性框圖48
五、系統(tǒng)的可靠性結(jié)構(gòu)與可靠度49
應用閱讀優(yōu)秀的工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計仿真控制軟件Automation Studio53
習題56
第二章開關(guān)量控制裝置工作原理與設(shè)計語言58
節(jié)繼電器邏輯控制裝置59
一、控制電器分類及符號59
二、繼電器邏輯原理線路圖繪制的一般原則61
三、繼電器邏輯技術(shù)的應用62
第二節(jié)可編程序控制裝置及工作原理72
一、可編程控制器綜述72
二、工作過程、I/O接口和配線設(shè)計74
第三節(jié)可編程序控制器的設(shè)計語言80
一、可編程序控制器的系統(tǒng)軟件及應用軟件80
二、梯形圖語言及編程84
三、功能模塊圖語言及編程98
四、順序功能圖語言及應用99
五、可嵌入SFC中的結(jié)構(gòu)文本語法110
應用閱讀Automation Studio中SFC編程方法和宏步126
一、 進入SFC工作室126
二、SFC主頁菜單欄簡介127
三、SFC編程方法和模擬運行130
四、宏步141
五、嵌套143
六、強制執(zhí)行命令146
習題148
第三章開關(guān)量控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計方法150
節(jié)邏輯代數(shù)在電路中的表達與分析150
一、表達有觸點電路方程中元件的規(guī)定150
二、電路分析實例151
第二節(jié)順序控制系統(tǒng)的設(shè)計方法和步驟152
一、用梯形圖進行順序控制系統(tǒng)的設(shè)計方法153
二、用功能模塊圖進行順序控制系統(tǒng)的設(shè)計方法164
三、基于PLC的順序控制系統(tǒng)設(shè)計步驟166
第三節(jié)設(shè)計實例168
應用閱讀Automation Studio中人機界面和動畫設(shè)計172
一、人機界面和控制面板173
二、圖元的動畫設(shè)計173
習題176
第四章火電機組順序控制系統(tǒng)178
節(jié)火電機組順序控制系統(tǒng)的控制方式178
一、對設(shè)備級控制的要求179
二、對功能組控制的要求179
三、對機組級控制的要求180
第二節(jié)順序控制系統(tǒng)設(shè)備級控制180
一、設(shè)備級控制的功能180
二、實例說明180
第三節(jié)順序控制系統(tǒng)功能組控制181
一、功能組控制功能181
二、功能組的監(jiān)控畫面182
三、鍋爐煙風系統(tǒng)功能組的設(shè)計說明183
四、直吹式制粉系統(tǒng)功能組的設(shè)計說明200
五、給水系統(tǒng)功能組的設(shè)計說明210
第四節(jié)順序控制系統(tǒng)機組級控制216
一、機組級控制的作用和DCS構(gòu)成216
二、APS的宏步結(jié)構(gòu)設(shè)計217
三、宏步中的順序功能圖218
習題227
第五章火電機組熱工保護系統(tǒng)229
節(jié)保護系統(tǒng)的特點與可靠性229
一、保護的作用和熱工保護的內(nèi)容229
二、保護技術(shù)和熱工保護的特點229
三、保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與可靠性關(guān)系231
第二節(jié)鍋爐熱工保護系統(tǒng)237
一、鍋爐熱工保護項目237
二、直流鍋爐給水流量過低保護及鍋爐汽包水位高低保護237
三、鍋爐主蒸汽壓力、再熱蒸汽壓力高保護239
四、再熱器保護242
五、鍋爐爐膛安全保護系統(tǒng)243
第三節(jié)汽輪機熱工保護系統(tǒng)252
一、汽輪機熱工保護的內(nèi)容252
二、汽輪機本體機械參數(shù)監(jiān)控253
三、汽輪機輔機保護253
四、汽輪機防進水保護254
五、汽輪機緊急跳閘保護255
第四節(jié)單元機組的熱工保護259
一、單元機組熱工保護的作用和方式259
二、輔機故障減負荷控制259
三、機組快速甩負荷控制261
四、MFT和機組大聯(lián)鎖261
第五節(jié)單元機組的旁路控制系統(tǒng)264
一、旁路系統(tǒng)的主要功能264
二、旁路系統(tǒng)的安全保護作用265
三、旁路系統(tǒng)的形式265
四、蘇爾壽旁路系統(tǒng)266
第六節(jié)保護系統(tǒng)故障原因和對策270
一、保護系統(tǒng)設(shè)計原則和可靠性指標270
二、保護系統(tǒng)故障原因271
三、減少保護系統(tǒng)故障的對策272
四、故障安全型設(shè)計274
五、故障診斷與容錯控制275
延伸閱讀冗余設(shè)計的應用276
習題277
第六章自動報警系統(tǒng)278
節(jié)報警信號和自動報警系統(tǒng)278
一、報警信號的類型278
二、自動報警系統(tǒng)的組成和要求278
第二節(jié)屏幕報警顯示方式281
一、在系統(tǒng)模擬圖中的報警顯示281
二、在系統(tǒng)參數(shù)中的報警顯示282
三、專門的報警顯示282
習題284
參考文獻285
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