本書從工程實際出發，系統地介紹了計算機控制系統中的各種軟硬件應用技術。內容包括：計算機控制系統概述，計算機控制系統開發軟件與實訓，開關量輸入系統與實訓，模擬量輸入系統與實訓，開關量輸出系統與實訓，模擬量輸出系統與實訓，開關量輸入、開關量輸出系統與實訓，模擬量輸入、開關量輸出系統與實訓，計算機控制系統的設計等。每個系統首先介紹了多個生產生活實例，然后使用常見的工控硬件（PLC、數據采集卡、遠程I/O模塊及USB數據采集模塊）搭建控制系統，采用工控領域常用的監控組態軟件KingView作為開發軟件，通過29個實訓項目詳細介紹了計算機控制系統的開發步驟及實現方法。
近年來, 隨著電子技術、信息技術及自動控制技術的飛速發展, 計算機控制技術已廣泛應用于工農業生產、交通運輸及國防建設等各個領域。建立計算機控制系統的概念, 了解和初步掌握計算機控制系統的基本理論和基本設計方法, 已成為當前高等院校工科類學生適應新形勢、新技術發展的當務之急。
為適應計算機控制技術課程教學改革和發展的需要, 本書在編寫上具有以下幾個特點:1. 結構新穎。在計算機控制系統中, 信號輸入即檢測, 信號輸出即控制, 且信號主要分為兩大類, 模擬量和開關( 數字) 量。那么檢測信號輸入就分為模擬量輸入和開關量輸入, 控制信號輸出就分為模擬量輸出和開關量輸出。計算機控制系統相應的也可以按信號的輸入、輸出進行分類、構建。本書即按計算機控制系統的組成類別進行編排。每種系統首先舉出幾個生產生活實例, 搭建每個實例的控制系統, 然后歸納出它們的共性結構, 提出計算機需要解決的共性問題, 最后進行操作實訓, 解決問題。實訓操作與控制實例緊密銜接, 構成一個完整的知識體系。這種編排結構合理, 思路清晰, 便于學生理解和掌握。
2. 內容豐富。本書介紹了22 個生產生活中的控制系統實例, 每個實例的應用背景, 可擴展學生的知識面, 較新的控制系統應用如高速公路ETC、充電樁控制等可拓寬學生的視野; 設計了29 個實訓項目, 選取了4 種典型輸入輸出控制裝置或模塊( PLC、數據采集卡、遠程I/ O 模塊及USB 數據采集模塊) 來實現計算機檢測和控制功能。讀者可根據實際教學需要選擇實訓硬件及其項目。
3. 注重實踐。本書以“ 理論夠用、突出實踐” 和“ 精講多練” 為原則, 內容的組織極富操作性, 融理論于實踐, 學生以“ 動” 為主, 以“ 聽” 為輔, 從實踐中獲取知識; 同時使技能培養與生產生活實際緊密相結合, 激發學生學習興趣, 充分體現學以致用的教學思想。
4. 便于自學。書中提供的實訓項目都有詳細完整的操作步驟, 讀者只需按照給定的步驟進行操作, 就可實現計算機控制系統的各種功能。所以本書教學是以學生為主導、教師為輔導: 首先教師介紹生產生活中的控制實例, 提出問題, 然后學生開展實訓、解決問題, 最后教師再講解實訓中用到的基本理論知識。
本書由石河子大學李江全教授編著。北京亞控科技發展有限公司、北京研華科技股份有限公司等為本書提供了大量的技術支持, 在此對他們致以深深的謝意。
由于編者水平有限, 書中難免存在疏漏和不足之處, 敬請廣大讀者批評指正。
編 者
目 錄
第2 版前言
第1 版前言
第1 章 計算機控制系統概述 1
1. 1 計算機控制系統的含義與工作原理 1
1. 1. 1 計算機控制系統的含義 1
1. 1. 2 計算機控制系統的工作原理 2
1. 2 計算機控制系統的組成 4
1. 2. 1 計算機控制系統的硬件組成 4
1. 2. 2 計算機控制系統的軟件組成 6
1. 3 計算機控制系統的典型結構 7
1. 3. 1 數據采集系統 7
1. 3. 2 直接數字控制系統 8
1. 3. 3 監督控制系統 8
1. 3. 4 集散控制系統 9
1. 3. 5 現場總線控制系統 10
1. 3. 6 計算機集成制造系統 10
思考題 11
第2 章 計算機控制系統開發軟件與
實訓 12
2. 1 KingView 組態軟件操作實訓 12
實訓1 整數累加 12
實訓2 PC 與PC 串口通信 19
2. 2 知識鏈接 25
2. 2. 1 控制系統應用軟件概述 25
2. 2. 2 監控組態軟件概述 30
思考題 35
第3 章 計算機開關量輸入系統與實訓 36
3. 1 開關量輸入系統生產生活實例 36
3. 1. 1 機械產品計數 36
3. 1. 2 銀行防盜報警 37
3. 1. 3 自動感應門控制 38
3. 1. 4 駕考汽車壓線監測 39
3. 1. 5 開關量輸入系統總結 40
3. 2 計算機開關量輸入實訓 41
實訓3 三菱PLC 開關計數 41
實訓4 西門子PLC 開關計數 44
實訓5 數據采集卡開關輸入 47
實訓6 USB 數據采集模塊開關輸入 50
實訓7 遠程I/ O 模塊開關輸入 52
3. 3 知識鏈接 55
3. 3. 1 傳感器 55
3. 3. 2 數據采集卡 59
思考題 62
第4 章 計算機模擬量輸入系統與實訓 63
4. 1 模擬量輸入系統生產生活實例 63
4. 1. 1 貨車自動稱重 63
4. 1. 2 水庫水位監測 64
4. 1. 3 發動機臺架試驗 65
4. 1. 4 萬能材料試驗機 66
4. 1. 5 模擬量輸入系統總結 67
4. 2 計算機模擬量輸入實訓 69
實訓8 數據采集卡電壓采集 69
實訓9 USB 數據采集模塊電壓采集 72
實訓10 遠程I/ O 模塊電壓采集 75
實訓11 智能儀表溫度檢測 78
實訓12 三菱PLC 溫度檢測 83
實訓13 西門子PLC 溫度檢測 89
4. 3 知識鏈接 94
4. 3. 1 總線技術 94
4. 3. 2 智能儀表 98
思考題 101
第5 章 計算機開關量輸出系統與實訓 102
5. 1 開關量輸出系統生產生活實例 102
5. 1. 1 音樂噴泉控制 102
5. 1. 2 棉田滴灌控制 103
5. 1. 3 教室多媒體控制 104
5. 1. 4 汽車充電樁控制 105
5. 1. 5 開關量輸出系統總結 106
5. 2 計算機開關量輸出實訓 107
實訓14 三菱PLC 開關控制 107
實訓15 西門子PLC 開關控制 109
實訓16 數據采集卡開關控制 112
實訓17 USB 數據采集模塊開關控制 115
實訓18 遠程I/ O 模塊開關控制 118
5. 3 知識鏈接 121
5. 3. 1 I/ O 接口 121
5. 3. 2 執行機構 125
思考題 130
第6 章 計算機模擬量輸出系統與實訓 131
6. 1 模擬量輸出系統生產生活實例 131
6. 1. 1 番茄醬濃縮控制 131
6. 1. 2 發電廠鍋爐監控 132
6. 1. 3 模擬量輸出系統總結 133
6. 2 計算機模擬量輸出實訓 134
實訓19 數據采集卡電壓輸出 134
實訓20 USB 數據采集模塊電壓輸出 137
實訓21 遠程I/ O 模塊電壓輸出 139
實訓22 三菱PLC 電壓輸出 142
實訓23 西門子PLC 電壓輸出 146
6. 3 知識鏈接 150
6. 3. 1 串口通信 150
6. 3. 2 過程通道 157
思考題 163
第7 章 計算機輸入與輸出系統綜合實訓1 164
7. 1 開關量輸入與開關量輸出生產生活實例 164
7. 1. 1 飲料瓶計數噴碼 164
7. 1. 2 高速公路ETC 165
7. 1. 3 電梯集中監控 167
7. 1. 4 機械手臂定位控制 168
7. 1. 5 開關量輸入與開關量輸出系統總結 169
7. 2 開關量輸入與開關量輸出實訓 170
實訓24 三菱PLC 計數控制 170
實訓25 西門子PLC 計數控制 174
實訓26 遠程I/ O 模塊計數控制 177
7. 3 知識鏈接 181
7. 3. 1 工控機 181
7. 3. 2 PLC 控制 185
思考題 188
第8 章 計算機輸入與輸出系統綜合實訓2 189
8. 1 模擬量輸入與開關量輸出生產生活實例 189
8. 1. 1 溫室大棚監控 189
8. 1. 2 軸承滾柱分級 190
8. 1. 3 零件磨削加工 191
8. 1. 4 變壓器油溫監控 192
8. 1. 5 模擬量輸入與開關量輸出系統總結 193
8. 2 模擬量輸入與開關量輸出實訓 194
實訓27 數據采集卡溫度測控 194
實訓28 USB 數據采集模塊溫度測控 198
實訓29 遠程I/ O 模塊溫度測控 202
8. 3 知識鏈接 208
8. 3. 1 集散控制系統 208
8. 3. 2 信息傳輸介質 212
思考題 215
第9 章 計算機控制系統的設計 216
9. 1 計算機控制系統設計概述 216
9. 1. 1 計算機控制系統的設計原則 216
9. 1. 2 計算機控制系統的設計與實施步驟 218
9. 1. 3 計算機控制系統的總體方案設計 219
9. 2 計算機控制系統的硬件設計 223
9. 2. 1 選擇系統總線 223
9. 2. 2 選擇主機 223
9. 2. 3 選擇輸入輸出板卡 224
9. 2. 4 選擇傳感器和變送器 225
9. 2. 5 選擇執行機構 226
9. 2. 6 操作面板設計 226
9. 3 計算機控制系統的軟件設計 228
9. 3. 1 控制系統對應用軟件的要求 228
9. 3. 2 控制應用軟件的設計流程 229
9. 3. 3 控制應用軟件的設計方法 230
9. 4 計算機控制系統的可靠性設計 232
9. 4. 1 影響可靠性的因素 232
9. 4. 2 可靠性設計技術 233
思考題 236
參考文獻 237
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