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ADAM4000 119
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