本书从工程实际出发，系统地介绍了计算机控制系统中的各种软硬件应用技术。内容包括：计算机控制系统概述，计算机控制系统开发软件与实训，开关量输入系统与实训，模拟量输入系统与实训，开关量输出系统与实训，模拟量输出系统与实训，开关量输入、开关量输出系统与实训，模拟量输入、开关量输出系统与实训，计算机控制系统的设计等。每个系统首先介绍了多个生产生活实例，然后使用常见的工控硬件（PLC、数据采集卡、远程I/O模块及USB数据采集模块）搭建控制系统，采用工控领域常用的监控组态软件KingView作为开发软件，通过29个实训项目详细介绍了计算机控制系统的开发步骤及实现方法。
近年来, 随着电子技术、信息技术及自动控制技术的飞速发展, 计算机控制技术已广泛应用于工农业生产、交通运输及国防建设等各个领域。建立计算机控制系统的概念, 了解和初步掌握计算机控制系统的基本理论和基本设计方法, 已成为当前高等院校工科类学生适应新形势、新技术发展的当务之急。
为适应计算机控制技术课程教学改革和发展的需要, 本书在编写上具有以下几个特点:1. 结构新颖。在计算机控制系统中, 信号输入即检测, 信号输出即控制, 且信号主要分为两大类, 模拟量和开关( 数字) 量。那么检测信号输入就分为模拟量输入和开关量输入, 控制信号输出就分为模拟量输出和开关量输出。计算机控制系统相应的也可以按信号的输入、输出进行分类、构建。本书即按计算机控制系统的组成类别进行编排。每种系统首先举出几个生产生活实例, 搭建每个实例的控制系统, 然后归纳出它们的共性结构, 提出计算机需要解决的共性问题, 最后进行操作实训, 解决问题。实训操作与控制实例紧密衔接, 构成一个完整的知识体系。这种编排结构合理, 思路清晰, 便于学生理解和掌握。
2. 内容丰富。本书介绍了22 个生产生活中的控制系统实例, 每个实例的应用背景, 可扩展学生的知识面, 较新的控制系统应用如高速公路ETC、充电桩控制等可拓宽学生的视野; 设计了29 个实训项目, 选取了4 种典型输入输出控制装置或模块( PLC、数据采集卡、远程I/ O 模块及USB 数据采集模块) 来实现计算机检测和控制功能。读者可根据实际教学需要选择实训硬件及其项目。
3. 注重实践。本书以“ 理论够用、突出实践” 和“ 精讲多练” 为原则, 内容的组织极富操作性, 融理论于实践, 学生以“ 动” 为主, 以“ 听” 为辅, 从实践中获取知识; 同时使技能培养与生产生活实际紧密相结合, 激发学生学习兴趣, 充分体现学以致用的教学思想。
4. 便于自学。书中提供的实训项目都有详细完整的操作步骤, 读者只需按照给定的步骤进行操作, 就可实现计算机控制系统的各种功能。所以本书教学是以学生为主导、教师为辅导: 首先教师介绍生产生活中的控制实例, 提出问题, 然后学生开展实训、解决问题, 最后教师再讲解实训中用到的基本理论知识。
本书由石河子大学李江全教授编著。北京亚控科技发展有限公司、北京研华科技股份有限公司等为本书提供了大量的技术支持, 在此对他们致以深深的谢意。
由于编者水平有限, 书中难免存在疏漏和不足之处, 敬请广大读者批评指正。
编 者
目 录
第2 版前言
第1 版前言
第1 章 计算机控制系统概述 1
1. 1 计算机控制系统的含义与工作原理 1
1. 1. 1 计算机控制系统的含义 1
1. 1. 2 计算机控制系统的工作原理 2
1. 2 计算机控制系统的组成 4
1. 2. 1 计算机控制系统的硬件组成 4
1. 2. 2 计算机控制系统的软件组成 6
1. 3 计算机控制系统的典型结构 7
1. 3. 1 数据采集系统 7
1. 3. 2 直接数字控制系统 8
1. 3. 3 监督控制系统 8
1. 3. 4 集散控制系统 9
1. 3. 5 现场总线控制系统 10
1. 3. 6 计算机集成制造系统 10
思考题 11
第2 章 计算机控制系统开发软件与
实训 12
2. 1 KingView 组态软件操作实训 12
实训1 整数累加 12
实训2 PC 与PC 串口通信 19
2. 2 知识链接 25
2. 2. 1 控制系统应用软件概述 25
2. 2. 2 监控组态软件概述 30
思考题 35
第3 章 计算机开关量输入系统与实训 36
3. 1 开关量输入系统生产生活实例 36
3. 1. 1 机械产品计数 36
3. 1. 2 银行防盗报警 37
3. 1. 3 自动感应门控制 38
3. 1. 4 驾考汽车压线监测 39
3. 1. 5 开关量输入系统总结 40
3. 2 计算机开关量输入实训 41
实训3 三菱PLC 开关计数 41
实训4 西门子PLC 开关计数 44
实训5 数据采集卡开关输入 47
实训6 USB 数据采集模块开关输入 50
实训7 远程I/ O 模块开关输入 52
3. 3 知识链接 55
3. 3. 1 传感器 55
3. 3. 2 数据采集卡 59
思考题 62
第4 章 计算机模拟量输入系统与实训 63
4. 1 模拟量输入系统生产生活实例 63
4. 1. 1 货车自动称重 63
4. 1. 2 水库水位监测 64
4. 1. 3 发动机台架试验 65
4. 1. 4 万能材料试验机 66
4. 1. 5 模拟量输入系统总结 67
4. 2 计算机模拟量输入实训 69
实训8 数据采集卡电压采集 69
实训9 USB 数据采集模块电压采集 72
实训10 远程I/ O 模块电压采集 75
实训11 智能仪表温度检测 78
实训12 三菱PLC 温度检测 83
实训13 西门子PLC 温度检测 89
4. 3 知识链接 94
4. 3. 1 总线技术 94
4. 3. 2 智能仪表 98
思考题 101
第5 章 计算机开关量输出系统与实训 102
5. 1 开关量输出系统生产生活实例 102
5. 1. 1 音乐喷泉控制 102
5. 1. 2 棉田滴灌控制 103
5. 1. 3 教室多媒体控制 104
5. 1. 4 汽车充电桩控制 105
5. 1. 5 开关量输出系统总结 106
5. 2 计算机开关量输出实训 107
实训14 三菱PLC 开关控制 107
实训15 西门子PLC 开关控制 109
实训16 数据采集卡开关控制 112
实训17 USB 数据采集模块开关控制 115
实训18 远程I/ O 模块开关控制 118
5. 3 知识链接 121
5. 3. 1 I/ O 接口 121
5. 3. 2 执行机构 125
思考题 130
第6 章 计算机模拟量输出系统与实训 131
6. 1 模拟量输出系统生产生活实例 131
6. 1. 1 番茄酱浓缩控制 131
6. 1. 2 发电厂锅炉监控 132
6. 1. 3 模拟量输出系统总结 133
6. 2 计算机模拟量输出实训 134
实训19 数据采集卡电压输出 134
实训20 USB 数据采集模块电压输出 137
实训21 远程I/ O 模块电压输出 139
实训22 三菱PLC 电压输出 142
实训23 西门子PLC 电压输出 146
6. 3 知识链接 150
6. 3. 1 串口通信 150
6. 3. 2 过程通道 157
思考题 163
第7 章 计算机输入与输出系统综合实训1 164
7. 1 开关量输入与开关量输出生产生活实例 164
7. 1. 1 饮料瓶计数喷码 164
7. 1. 2 高速公路ETC 165
7. 1. 3 电梯集中监控 167
7. 1. 4 机械手臂定位控制 168
7. 1. 5 开关量输入与开关量输出系统总结 169
7. 2 开关量输入与开关量输出实训 170
实训24 三菱PLC 计数控制 170
实训25 西门子PLC 计数控制 174
实训26 远程I/ O 模块计数控制 177
7. 3 知识链接 181
7. 3. 1 工控机 181
7. 3. 2 PLC 控制 185
思考题 188
第8 章 计算机输入与输出系统综合实训2 189
8. 1 模拟量输入与开关量输出生产生活实例 189
8. 1. 1 温室大棚监控 189
8. 1. 2 轴承滚柱分级 190
8. 1. 3 零件磨削加工 191
8. 1. 4 变压器油温监控 192
8. 1. 5 模拟量输入与开关量输出系统总结 193
8. 2 模拟量输入与开关量输出实训 194
实训27 数据采集卡温度测控 194
实训28 USB 数据采集模块温度测控 198
实训29 远程I/ O 模块温度测控 202
8. 3 知识链接 208
8. 3. 1 集散控制系统 208
8. 3. 2 信息传输介质 212
思考题 215
第9 章 计算机控制系统的设计 216
9. 1 计算机控制系统设计概述 216
9. 1. 1 计算机控制系统的设计原则 216
9. 1. 2 计算机控制系统的设计与实施步骤 218
9. 1. 3 计算机控制系统的总体方案设计 219
9. 2 计算机控制系统的硬件设计 223
9. 2. 1 选择系统总线 223
9. 2. 2 选择主机 223
9. 2. 3 选择输入输出板卡 224
9. 2. 4 选择传感器和变送器 225
9. 2. 5 选择执行机构 226
9. 2. 6 操作面板设计 226
9. 3 计算机控制系统的软件设计 228
9. 3. 1 控制系统对应用软件的要求 228
9. 3. 2 控制应用软件的设计流程 229
9. 3. 3 控制应用软件的设计方法 230
9. 4 计算机控制系统的可靠性设计 232
9. 4. 1 影响可靠性的因素 232
9. 4. 2 可靠性设计技术 233
思考题 236
参考文献 237
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