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第1章 绪论1

1.1 数字化的概念1

1.1.1 何谓数字化1

1.1.2 数字化的意义4

1.1.3 数字化的特点5

1.2 数字化制造的基本内容5

1.2.1 何谓数字化制造技术5

1.2.2 数字化制造的发展过程7

1.2.3 数字化制造的基本内容12

1.2.4 材料制造中的数字化技术14

1.3 数字化在现代制造业中的地位17

1.3.1 制造业与制造技术17

1.3.2 制造业与信息技术18

1.3.3 数字化制造的3个层面20

1.3.4 数字化制造的发展趋势22

1.4 数字化控制系统23

1.4.1 CNC数控系统24

1.4.2 PLC控制系统26

1.4.3 工控机组态控制系统27

1.4.4 嵌入式控制系统28

1.4.5 分布式控制系统30

1.4.6 现场总线控制系统32

第2章 数字化技术基础36

2.1 数字逻辑基础36

2.1.1 数制、转换与编码36

2.1.2 二进制的算术运算43

2.1.3 二进制的逻辑运算45

2.1.4 逻辑门电路46

2.1.5 加法器电路52

2.1.6 其他逻辑电路55

2.2 微处理器60

2.2.1 什么是微处理器60

2.2.2 微处理器的基本结构60

2.2.3 微处理器的分类64

2.2.4 通用高性能微处理器65

2.2.5 嵌入式处理器74

2.2.6 微处理器的发展趋势85

第3章 工控机控制技术89

3.1 工业控制计算机概述89

3.1.1 工控机的概念89

3.1.2 工控机的特点89

3.1.3 工控机及系统组成90

3.1.4 工控机主要类型93

3.1.5 工控机主要品牌94

3.2 工控机I/O板卡基础94

3.2.1 数据采集与控制卡的基本任务94

3.2.2 输入输出信号的种类与接线方式95

3.2.3 板卡选择参数与接口模板名词解释100

3.3 工控机的编程与组态102

3.3.1 数据采集控制卡编程基本知识102

3.3.2 数据采集控制卡硬件I/O控制原理104

3.3.3 采集卡驱动程序及编程使用说明105

3.3.4 工控机组态控制基本知识108

3.4 工控机数据采集控制系统111

3.4.1 数据采集控制系统的组成与功能111

3.4.2 关于信号调理112

3.4.3 研华PCL724数字量输入／输出板卡114

3.4.4 研华ISA总线PCL818L多功能卡115

3.4.5 远程数据采集和控制模块ADAM4000119

3.5 工控机的应用和发展121

第4章 PLC控制技术123

4.1 PLC概述123

4.1.1 PLC的产生123

4.1.2 PLC的定义124

4.1.3 PLC的特点124

4.2 PLC组成及工作原理125

4.2.1 PLC的基本组成125

4.2.2 PLC的工作原理130

4.3 PLC编程技术131

4.3.1 PLC编程语言131

4.3.2 PLC编程基础134

4.3.3 PLC基本电路编程135

4.3.4 梯形图编程规则138

4.4 PLC控制系统140

4.4.1 PLC控制系统设计140

4.4.2 PLC控制系统与继电器控制系统的比较142

4.4.3 PLC控制系统与IPC控制系统的比较143

4.5 PLC主要产品介绍143

4.5.1 PLC主流产品143

4.5.2 西门子PLC简介145

4.6 PLC现状和发展趋势154

第5章 信号的数字化采集156

5.1 信号概述156

5.1.1 什么是信号156

5.1.2 信号的分类157

5.1.3 信号的特性161

5.1.4 材料制造过程中的信号162

5.2 信号的传感163

5.2.1 什么是传感技术163

5.2.2 传感器的定义164

5.2.3 传感器的分类165

5.2.4 传感器的特性166

5.3 信号的采集167

5.3.1 采样过程167

5.3.2 采样定理169

5.4 数字化数据采集系统171

5.4.1 数据采集系统的定义171

5.4.2 数据采集系统的功能172

5.4.3 数据采集系统的结构173

5.5 数据采集系统举例181

5.5.1 基于单片机的数据采集系统181

5.5.2 基于LabVIEW的数据采集系统183

5.5.3 焊接数据采集系统典型案例184

第6章 数字化信号的处理187

6.1 数字信号基本概念187

6.2 数字信号处理的特点188

6.2.1 数字信号处理的优点188

6.2.2 数字信号处理的缺点189

6.3 数字信号处理基本方法189

6.3.1 数字滤波（Digital Filter）189

6.3.2 常用的数字滤波算法190

6.3.3 数字滤波器196

6.3.4 数据处理197

6.3.5 运算控制198

6.3.6 数字信号处理的实现方法199

6.4 数字化信号的输出199

6.4.1 数字量输出199

6.4.2 模拟量输出201

第7章 数字化信号的传输209

7.1 数据通信概述209

7.1.1 数据通信系统209

7.1.2 通信系统的分类210

7.1.3 模拟通信与数字通信210

7.1.4 传输介质215

7.1.5 通信方式220

7.1.6 主要通信技术指标221

7.2 数字化信息传输技术224

7.2.1 数据编码技术225

7.2.2 数据调制技术226

7.2.3 同步控制技术227

7.2.4 多路复用技术229

7.2.5 差错控制技术232

7.2.6 信息加密技术236

7.3 基于现场总线的信息传输技术239

7.3.1 现场总线概述239

7.3.2 几种典型的现场总线242

7.4 基于网络的信息传输技术251

7.4.1 工业以太网概述251

7.4.2 几种典型的工业以太网简介254

7.4.3 无线网络简介255

第8章 自动控制理论基础258

8.1 引言258

8.2 基本概念和原理259

8.2.1 自动控制基本概念259

8.2.2 控制系统基本方式260

8.2.3 控制系统的分类262

8.3 控制模型和传递函数263

8.3.1 拉普拉斯变换263

8.3.2 拉普拉斯反变换266

8.3.3 控制系统的数学模型268

8.3.4 传递函数269

8.3.5 典型环节及其传递函数271

8.3.6 系统动态结构图274

8.4 自动控制系统性能278

8.4.1 自动控制系统的基本要求278

8.4.2 控制系统时域性能指标279

8.4.3 劳斯稳定性判据282

第9章 数字化控制方法288

9.1 PID控制方法288

9.1.1 基本理论288

9.1.2 比例（P）控制289

9.1.3 比例微分（PD）控制290

9.1.4 积分（I）控制291

9.1.5 比例积分（PI）控制292

9.1.6 比例积分微分（PID）控制292

9.1.7 PID参数整定293

9.2 其他自动控制方法297

9.2.1 串级控制297

9.2.2 自适应控制298

9.2.3 变结构控制299

9.2.4 模糊控制299

9.2.5 神经网络控制300

9.3 材料制造过程控制方法举例301

9.3.1 炉温的PID控制301

9.3.2 弧焊过程的熔深控制304

第10章 材料制造数字化系统集成范例307

10.1 热处理炉温度控制系统307

10.1.1 系统组成307

10.1.2 温度测量308

10.1.3 温度控制308

10.1.4 数字化嵌入式炉温控制器311

10.2 反重力铸造液态成形控制系统314

10.2.1 反重力铸造原理314

10.2.2 控制原理316

10.2.3 系统组成316

10.2.4 控制算法317

10.3 激光熔覆增材制造系统320

10.3.1 激光熔覆技术320

10.3.2 激光熔覆特点321

10.3.3 激光熔覆系统321

10.3.4 激光熔覆应用323

10.4 机器人材料加工系统325

10.4.1 机器人基础知识325

10.4.2 带视觉跟踪的机器人工作站332

10.5 基于机器视觉的焊缝质量检测系统335

10.5.1 焊缝质量检测系统组成336

10.5.2 机器视觉图像处理流程337

10.5.3 系统实际检测情况339

附录1 附图索引342

附录2 附表索引350

参考文献352