计算机监控系统的设计与调试——组态控制技术（第3版）

本书突出工程项目从接受任务到调试完成全过程训练，弥补了原教材硬件选型与设计相对软件部分内容略显不足的缺陷。更加符合职业教育工学结合、做中学的教育理念。项目内容上，为适应工控领域主流应用，加强了PLC IPC结构的内容，适当弱化了I/O板卡部分。 主要内容包多途径实现机械手监控系统、电动大门监控系统、储液罐水位监控系统；三菱FX2N-48MR PLC和凌华ND-6018智能模块设备配置以及实训部分。

袁秀英，女，天津职业大学机电系教学专家，具备丰富的教学实践经验和教材编写经验，其在我社出版的计算机监控系统的设计与调试一书，出版后获得市场广泛认可，目前已修订至第三版。

第1部分 计算机监控技术学习项目
先导知识学习
0.1 什么是计算机控制系统？（The Computer Control System）
0.1.1 人是如何对设备进行控制的？
0.1.2 自动控制系统的组成（The Automatic Control System）
0.1.3 计算机控制系统的组成
0.2 计算机控制系统中使用哪种计算机？
0.2.1 计算机控制系统中使用计算机的种类
0.2.2 IPC、PLC、MCU系统性能特点比较
0.3 什么是组态控制技术？
0.3.1 在计算机控制系统中组态技术的两个层面
0.3.2 采用组态技术的计算机控制系统的优越性
0.3.3 市场主流组态控制产品及生产厂家
0.4 计算机控制系统有哪些形式？
0.4.1 数据采集系统的功能与结构
0.4.2 直接数字控制系统的功能与结构
0.4.3 集散控制系统的功能与结构
0.4.4 现场总线控制系统的功能与结构
本项目小结
学习项目1 用IPC和MCGS实现机械手监控系统
1.1 机械手监控系统的方案设计
1.1.1 机械手监控系统的控制要求
1.1.2 机械手监控系统对象分析
1.1.3 机械手监控系统初方案制订
1.2 机械手监控系统的软、硬件设备选型与电路设计
1.2.1 命令输入设备选型
1.2.2 传感器和变送器选型
1.2.3 执行器选型
1.2.4 计算机选型
1.2.5 I/O接口设备选型
1.2.6 机械手监控系统方框图和电路接线图绘制
1.2.7 系统软件选型
1.3 机械手系统监控软件的设计与调试
1.3.1 MCGS组态软件的安装
1.3.2 工程的建立
1.3.3 变量的定义
1.3.4 画面的设计与编辑
1.3.5 动画连接与调试
1.3.6 控制程序的设计
1.3.7 程序的编辑、模拟仿真运行、调试与改进
1.4 机械手监控系统的软、硬件联调
1.4.1 中泰PCI-8408板卡的安装
1.4.2 中泰PCI-8408板卡驱动程序的安装
1.4.3 机械手监控系统电路连接
1.4.4 在MCGS中进行PCI-8408板卡设备的连接与配置
1.4.5 系统软、硬件联调
1.5 思路拓展
本项目小结
学习项目2 用IPC和MCGS实现电动大门监控系统
2.1 电动大门监控系统的方案设计
2.1.1 电动大门监控系统的控制要求
2.1.2 电动大门监控系统对象分析
2.1.3 电动大门监控系统初方案制订
2.2 电动大门监控系统的软、硬件设备选型与电路设计
2.2.1 命令输入设备选型
2.2.2 传感器和变送器选型
2.2.3 执行器选型
2.2.4 计算机选型
2.2.5 I/O接口设备选型
2.2.6 电动大门监控系统的方框图和电路接线图绘制
2.2.7 系统软件选型
2.3 电动大门系统监控软件的设计与调试
2.3.1 工程的建立
2.3.2 变量的定义
2.3.3 画面的设计与编辑
2.3.4 动画连接与调试
2.3.5 电动大门监控系统的控制任务及PLC与IPC的分工
2.3.6 方案一程序的编辑、模拟仿真运行和调试
2.3.7 方案二程序的编辑、模拟仿真运行和调试
2.4 电动大门监控系统的软、硬件联调
2.4.1 西门子S7-200 PLC CPU222的安装与电路连接
2.4.2 方案一PLC程序的编辑与调试
2.4.3 PLC通信设置
2.4.4 在MCGS中进行S7-200 PLC设备的连接与配置
2.4.5 方案一软、硬件联调
2.4.6 方案二软、硬件联调
2.5 思路拓展
本项目小结
学习项目3 用IPC和MCGS实现储液罐水位监控系统
3.1 储液罐水位监控系统的方案设计
3.1.1 储液罐水位监控系统的控制要求
3.1.2 储液罐水位监控系统对象分析
3.1.3 储液罐水位监控系统初方案制订
3.2 储液罐水位监控系统的软、硬件设备选型与电路设计
3.2.1 命令输入设备选型
3.2.2 传感器和变送器选型
3.2.3 执行器选型
3.2.4 计算机选型
3.2.5 I/O接口设备选型
3.2.6 利用PCL-818L板卡做接口设备的系统方框图和电路接线图绘制
3.2.7 利用S7-200 PLC做接口设备的系统方框图和电路接线图绘制
3.2.8 系统软件选型
3.3 储液罐系统监控软件的设计与调试
3.3.1 工程的建立
3.3.2 变量的定义
3.3.3 画面的设计与编辑
3.3.4 动画连接与调试
3.3.5 水位对象的模拟
3.3.6 实时和历史报警窗口的制作与调试
3.3.7 实时和历史报表的制作与调试
3.3.8 实时和历史曲线的制作与调试
3.3.9 储液罐水位监控系统控制程序的编写与调试
3.4 使用PCL-818L做接口设备的储液罐水位监控系统的软、硬件联调
3.4.1 研祥PCL-818L板卡的安装与电路连接
3.4.2 在MCGS中进行PCL-818L设备的连接与配置
3.4.3 使用PCL-818L做接口设备的储液罐水位监控系统软硬、件联调
3.5 使用S7-200 PLC做接口设备的储液罐水位监控系统的软、硬件联调
3.5.1 S7-200 PLC的安装与电路连接
3.5.2 在MCGS中进行S7-200 PLC设备的连接与配置
3.5.3 使用S7-200 PLC做接口设备的储液罐系统软、硬件联调
3.6 思路拓展
本项目小结
学习项目4 用IPC和组态王实现机械手监控系统
4.1 机械手监控系统的方案设计
4.2 机械手监控系统的软、硬件设备选型与电路设计
4.2.1 机械手监控系统方框图和电路接线图
4.2.2 系统软件选型
4.3 机械手系统监控软件的设计与调试
4.3.1 组态王软件的安装
4.3.2 工程的建立
4.3.3 变量的定义
4.3.4 画面的设计与编辑
4.3.5 动画连接与调试
4.3.6 控制程序的编写
4.3.7 程序的模拟运行与调试
4.4 机械手监控系统的软、硬件联调
4.4.1 机械手监控系统电路连接
4.4.2 三菱FX2N-48MR型PLC通信参数的设置
4.4.3 在组态王中进行三菱FX2N-48MR型PLC设备配置
4.4.4 机械手监控系统软、硬件联调
4.5 思路拓展
本项目小结
学习项目5 用IPC和组态王实现水箱水位监控系统
5.1 水箱水位监控系统的方案设计
5.1.1 水箱水位监控系统的控制要求
5.1.2 水箱水位监控系统对象分析
5.1.3 水箱水位监控系统初方案制订
5.2 水箱水位监控系统的软、硬件设备选型与电路设计
5.2.1 命令输入设备选型
5.2.2 传感器和变送器选型
5.2.3 执行器选型
5.2.4 计算机选型
5.2.5 I/O接口设备选型
5.2.6 其他器件的选型
5.2.7 水箱水位监控系统方框图和电路接线图绘制
5.2.8 系统软件选型
5.3 水箱水位监控软件的设计与调试
5.3.1 工程的建立
5.3.2 变量的定义
5.3.3 画面的设计与编辑
5.3.4 动画连接与调试
5.3.5 控制程序的编写与模拟调试
5.3.6 实时和历史报警窗口的制作与调试
5.3.7 实时和历史曲线的制作与调试
5.3.8 日报表的制作与调试
5.4 水箱水位监控系统的软、硬件联调
5.4.1 水箱水位监控系统的电路连接
5.4.2 三菱FX2N-48MR PLC通信参数的设置
5.4.3 在组态王中进行三菱FX2N-48MR PLC和凌华ND-6018智能模块的
设备配置
5.4.4 系统软、硬件联调
5.5 思路拓展
本项目小结
第2部分 计算机监控技术训练项目
训练项目1 用IPC和组态软件实现车库自动监控
训练项目2 用IPC和组态软件实现供电系统自动监控
训练项目3 用IPC和组态软件实现雨水利用自动监控
训练项目4 用IPC和组态软件实现加热反应炉自动监控
训练项目5 用IPC和组态软件实现升降机的自动监控
训练项目6 用IPC和组态软件实现废品检测自动监控
训练项目7 用IPC和组态软件实现加料过程监控
训练项目8 用IPC和组态软件实现双储液罐单水位监控
训练项目9 用IPC和组态软件实现双储液罐双水位监控
训练项目10 用IPC和组态软件实现双储液罐温度监控
训练项目11 用IPC和组态软件实现双储液罐水位PID控制
训练项目12 用IPC和组态软件实现双储液罐水位、温度监控
训练项目13 用IPC和组态软件实现工件加工过程监控
训练项目14 用IPC和组态软件实现污水处理过程监控

2002年当本文作者着手编写《组态控制技术》教材时，许多学校还没有将计算机监控系统及监控技术作为教学内容安排进教学计划之中。在电子工业出版社的大力支持下，该书于2003年正式出版。6年来，作者很高兴地看到现在几乎没有不开设组态技术相关课程的自动化类专业了，越来越多的学校开始使用本教材，越来越多的人通过本书了解到组态控制技术。 让作者尤其感到欣慰的是，《组态控制技术》教材不仅在内容上反映了自动控制技术的发展，在教学理念上与当前*倡导的“基于工作过程、工学结合、做中学”等职业教育改革观念不谋而合。 作为一部软件技术占相当比例的教材，原书在编写中摒弃了一般软件围绕菜单或功能展开教学，先一般再到具体范例的传统做法；选取了机械手和水箱水位监控两个具体项目，在项目教学中有计划地逐项展开组态软件相关技术的学习，是典型的基于工作过程的做中学，从具体到一般的教学方法。 作为一部自动控制类专业教材，原书在强调教学内容实用性的同时，更力图体现工作任务的完整性。同时，经过6年的使用，作者认为，原书在内容组织上还存在一些缺点和不足，需要重新编写，以适应教育教学改革的需要。为此，本教材在编写方式、项目选择方面做了相当大的改动，具体做法如下： （1）加强了硬件设计与调试的内容，更加强调计算机监控系统的完整性。 作者认为原书编写之初，尽管已经意识到一个完整的计算机监控系统硬件设计与软件设计的同等重要性，在每一个项目的开始都进行了硬件组成的介绍，但篇幅和力度仍显不足，容易导致教师和学生将学习重点放在软件上。本教材中对此进行了大力修改，在保留原书特色的基础上，重点加强了系统硬件设计与调试内容，增加的内容如此之多，硬、软件部分比例从原来的约1∶8增加到将近1∶1。 修改后的教材其工学结合的意图更加突出，项目内容更加完整，且具体可行，同时也删除了原书中略显重复且又未达到效果的提高部分内容。 本教材分为2个部分：第1部分——计算机监控技术学习项目，通过机械手监控系统等5个具体项目的实施，展现采用计算机监控系统的硬件设计、软件设计与调试的具体方法。包括计算机监控系统的方案设计；工控机、传感器变送器和接口设备的选型；系统方框图和电路原理图的绘制；组态监控软件的制作；系统软硬件调试等内容。接口设备涉及PLC、I/O板卡、I/O模块等主流技术，特别突出了PLC技术；组态软件仍沿袭了原书的MCGS和组态王，修改篇幅相对较少。第2部分则给出了14个训练任务，供学生进行独立设计与调试训练。 （2）增加了调试方法等内容。 作者从事PLC、组态软件教学多年，教学过程中深感系统调试能力对学生能力培养和未来职业生涯的重要性。由于一般教学过程只强调设计训练，忽视有意识地进行调试技能训练，许多调试方法与技能只能意会不能言传。教材的疏忽是很重要的原因。本教材在这方面做了一些尝试，力图有所突破，是否成功，有待使用者检验。 （3）顺应教学改革的潮流，更加强调项目化教学的概念。 尽管原书事实上已经采用了项目化教学的方法，在形式上仍不够明显。本书在教材组织形式上和表达上更突出项目教学的概念。 本教材修改内容非常大，已不是简单的修订。鉴于教学内容和教学重点的变化，为突显教学内容与目的，但又让使用第1版教材的学校不致迷失选材方向，故将教材名称修改为《计算机监控系统的设计与调试—组态控制技术（第2版）》。 本书第1部分由天津职业大学袁秀英编写，第2部分由石梅香编写。对于原书作者牛云陞、余群威，这里再一次表示感谢，没有你们先期的努力，不会有本书的顺利完成。本书编写过程中还得到了周俊恒、李茹、李雅轩、张金环、安海霞等同志的帮助，在此表示感谢。 本书由天津史密斯机械有限公司的田树利主审。 由于编者水平有限，书中还有许多不完善之处，希望各位同行、专家多提宝贵意见。