本书以“加强实践、突出应用”为理念，采用“案例式”教学方法，通过案例引导教学，所有案例均来自于工程实际项目。本书将机电一体化系统设计分为“供配电、自动生产线、运动控制、过程控制、组态监控、嵌入式、虚拟仪器信息采集及物联网系统设计”8章，每章都依托于一个工程中的“案例”，在教学中通过“先学习理论，后进行项目设计”的“理论与实践相结合”的方式实现。教学过程借助项目案例进行任务的实现。

本书可作为高等院校机械电子工程、机械设计制造及其自动化等机电类专业的“机电一体化系统设计”、“机电系统设计”等课程的教材及毕业设计参考用书，也可供相关工程技术人员参考。

第1篇 供电与生产篇

第1章 供配电系统设计

1.1 了解电力系统

1.1.1 电的产生

1.1.2 电力系统介绍

1.2 高低压开关柜

1.2.1 开关柜概述

1.2.2 高压开关柜

1.2.3 低压开关柜

1.2.4 开关柜设计

1.3 案例：了解10kV配电系统的运行过程

1.3.1 工厂配电系统概述

1.3.2 城市轨道交通配电系统概述

习题

第2章 自动生产线设计

2.1 了解自动生产线

2.1.1 自动生产线介绍

2.1.2 自动生产线的分类及组成

2.2 自动生产线的设计流程

2.2.1 常见自动生产线的设计流程

2.2.2 自动生产线的设备选型

2.3 案例：塑壳断路器自动检测生产线设计

2.3.1 设计步骤

2.3.2 设计要求

2.3.3 设计方案

习题

第2篇 运动控制与过程控制篇

第3章 运动控制系统设计

3.1 运动控制的概念与分类

3.1.1 运动控制系统的概念

3.1.2 运动控制系统的分类

3.1.3 运动控制系统典型应用

3.2 运动控制的功能与形式

3.2.1 运动控制的功能

3.2.2 运动控制的形式

3.2.3 电动机驱动技术概述

3.3 案例：勾心刚度测试仪运动控制系统设计

3.3.1 设计步骤

3.3.2 运动控制系统的设计流程

3.3.2 勾心刚度测试仪运动控制系统设计

习题

第4章 过程控制系统设计

4.1 过程控制的概念与特点

4.1.1 过程控制的概念及要求

4.1.2 过程控制系统的特点

4.2 过程控制仪表及装置

4.2.1 过程控制仪表的分类及特点

4.2.2 常用的控制仪表及装置

4.3 案例：喷雾式干燥设备过程控制系统设计

4.3.1 设计步骤

4.3.2 过程控制系统设计

习题

第3篇 计算机组态与嵌入式开发篇

第5章 组态监控系统设计

5.1 组态软件及其功能

5.1.1 计算机控制系统

5.1.2 组态软件综述

5.1.3 组态软件的功能

5.2 PLC、触摸屏与MCGS组态软件

5.2.1 PLC概述

5.2.2 PLC与MCGS组态软件通信

5.3 案例：力控软件实现油罐液位组态设计

5.3.1 设计步骤

5.3.2 力控监控组态软件概述

5.3.3 设计要求

5.3.4 组态过程

习题

第6章 嵌入式系统设计

6.1 嵌入式系统及功能

6.2 案例：智能小车控制系统设计

6.2.1 设计方案

6.2.2 硬件设计

6.2.3 软件设计

6.2.4 控制系统调试

习题

第4篇 信息与网络篇

第7章 虚拟仪器信息采集系统设计

7.1 虚拟仪器

7.1.1 虚拟仪器介绍

7.1.2 基于LabVIEW的虚拟仪器的硬件系统

7.1.3 虚拟仪器的软件系统

7.1.4 Lab VIEW初步操作

7.2 案例：温度采集系统设计

7.2.1 设计步骤

7.2.2 系统硬件结构选型

7.2.3 系统软件设计

7.2.4 软硬件联合调试

第1篇 供电与生产篇

第1章 供配电系统设计

1.1 了解电力系统

1.1.1 电的产生

1.1.2 电力系统介绍

1.2 高低压开关柜

1.2.1 开关柜概述

1.2.2 高压开关柜

1.2.3 低压开关柜

1.2.4 开关柜设计

1.3 案例：了解10kV配电系统的运行过程

1.3.1 工厂配电系统概述

1.3.2 城市轨道交通配电系统概述

习题

第2章 自动生产线设计

2.1 了解自动生产线

2.1.1 自动生产线介绍

2.1.2 自动生产线的分类及组成

2.2 自动生产线的设计流程

2.2.1 常见自动生产线的设计流程

2.2.2 自动生产线的设备选型

2.3 案例：塑壳断路器自动检测生产线设计

2.3.1 设计步骤

2.3.2 设计要求

2.3.3 设计方案

习题

第2篇 运动控制与过程控制篇

第3章 运动控制系统设计

3.1 运动控制的概念与分类

3.1.1 运动控制系统的概念

3.1.2 运动控制系统的分类

3.1.3 运动控制系统典型应用

3.2 运动控制的功能与形式

3.2.1 运动控制的功能

3.2.2 运动控制的形式

3.2.3 电动机驱动技术概述

3.3 案例：勾心刚度测试仪运动控制系统设计

3.3.1 设计步骤

3.3.2 运动控制系统的设计流程

3.3.2 勾心刚度测试仪运动控制系统设计

习题

第4章 过程控制系统设计

4.1 过程控制的概念与特点

4.1.1 过程控制的概念及要求

4.1.2 过程控制系统的特点

4.2 过程控制仪表及装置

4.2.1 过程控制仪表的分类及特点

4.2.2 常用的控制仪表及装置

4.3 案例：喷雾式干燥设备过程控制系统设计

4.3.1 设计步骤

4.3.2 过程控制系统设计

习题

第3篇 计算机组态与嵌入式开发篇

第5章 组态监控系统设计

5.1 组态软件及其功能

5.1.1 计算机控制系统

5.1.2 组态软件综述

5.1.3 组态软件的功能

5.2 PLC、

张慧贤（1975-），男，博士，副教授。洛阳理工学院“校学术技术带头人，河南省绿色智能建材装备工程研究中心学术带头人，洛阳市建材机器人装备工程技术研究中心副主任，河南省优秀科技特派员，河南省科技特派员工作先进个人。研究方向为机电液一体化、计算机控制。主持“国家自然科学基金”项目（30万）1项，主持完成省部级项目3项，市厅级项目4项，获市级科技进步二等奖3项（主持），获2020年“河南省教育厅科技成果二等奖”1项（主持）。主持完成河南省教育厅“十一五”规划课题1项，校级教改项目2项。发表论文近30篇，EI收录12篇，参编教材4部。申请专利授权12项，软件著作权11项。在研“国家重点研发计划”（子课题）（60万）（第3）1项，主持（在研）2019年度河南省高等学校重点科研项目1项，主持（在研）2020年河南省重点研发与推广专项1项。

机电一体化技术是国民经济及社会发展的重要技术，与其联系紧密的制造业是国民经济最重要的支柱产业，在生产生活中广泛应用的各种自动化设备、生产线、家用电器、智能产品等都是机电一体化技术的产物。机电一体化技术是将机械、电子、传感、网络信息及其自动控制等技术群体有机融合，以实现整个系统最佳化的高新技术。机电一体化技术的发展水平，是衡量一个国家科技发展水平的标尺。中国作为制造业大国，正在向制造业强国转变，而以数字化、网络化和智能化为全新发展方向的机电一体化技术，将极大促进国内产业转型升级和经济效益的提升，是未来发展的主方向。

机电一体化系统设计是高等教育机械电子工程专业的一门专业课程，一般是机电类专业学生在学习完专业基础课及专业核心课之后，在毕业之前开设的一门关于系统设计方面的课程，目的是为了让学生能建立系统设计的理念，采用综合性、交叉性、前沿性的机电一体化技术进行系统设计。目前市场上的机电一体化系统设计教材基本上都是将学生学过的相关专业课以章节的形式分别进行重述，内容缺乏系统性、综合性与前沿性，并且内容大多注重理论及分立知识的讲解，缺乏应用性及可操作性，与当前注重数字化、网络化和智能化为全新发展方向的机电一体化技术脱节较严重，学生上课积极性不高，教学效果不理想。

编者在企业技术部门有过6年的技术研发经验，并且主持了多项国家级、省部级科研项目，与企业开展了多项“产、学、研”合作项目。自从事机电一体化系统设计课程的教学以来，发现书本知识与企业实际项目所要求的技术达成度之间存在较大差距，教材及教学内容陈旧、知识老化，与本科应用型人才的培养目标已不相适应。鉴于此，本人组织教材编写小组结合多年一线教学经验及本专业的具体情况，以“加强实践、突出应用”为引导，采用“案例式”教学方式，从“电”如何产生开始，将本教材分为4篇共8章。4篇分别为供电与生产篇、运动控制与过程控制篇、计算机组态与嵌入式开发篇、信息与网络篇；8章分别为供配电、自动生产线、运动控制、过程控制、组态监控、嵌入式、虚拟仪器信息采集及物联网系统设计。每章依托于一个工程项目中的“案例”，通过“理论与实践相结合”的方式，教学的过程相当于就是借助项目案例进行任务的实现过程，无论是从该课程的教学内容还是教学方法方面，都是一次有益的尝试。

由于应用型本科院校是以培养现代应用型人才为根本任务，“加强实践、突出应用”是应用型本科高校建设的重要目标。教材作为教学思想、培养目标、教学内容和课程体系的载体，是教学改革的主要内容，是高校应用型人才培养得以实现的重要保证。本书的编写，主要是针对机电类相关专业学生普遍存在的对“电”方面的知识比较薄弱及当前市面上的教材已无法体现该学科的“综合性”与“先进性”的现象而进行的改革。对于一些专业来说，本书的知识面可能会太“广”，会有一定的难度。但编者本人一直认为，教材的内容一定要具备“综合性”与“先进性”，永远不要低估学生的自学能力及创造能力，要给他们一个“火种”，他们定能燃起“火焰”。学习本书是为了拓展、加深对机电一体化系统设计相关知识的广度与深度，为更高层次的系统设计提供一种思维上的跨越。因此，本书在编写的初期，就站在了一个比较高的“点”上，希望通过本书的学习，能拓展本专业及其相关专业学生对系统设计的思路。对初学者而言，建议在学习的过程中，针对书中出现的知识点，一定要多查文献资料，养成良好的自学习惯，相信书中的知识点会对毕业设计以及今后的工作有所裨益。

本书由洛阳理工学院张慧贤担任主编，张慧贤编写了第1、5、6章和第8章821、822节，并对全书作了统稿；布占伟编写了第3、4章和第8章8.3节；张志航编写了第2、7章；全书由洛阳理工学院马利民教授主审。

在编写本书过程中参考了目前国内优秀的书刊和资料，在此对各位作者表示衷心的感谢！此外，上海倍伺特自动控制设备有限公司的郭兆锋高级工程师以及上海羿歌信息技术有限公司的钟卫总经理，为本书提供了一些案例支持，2019级机械电子工程专业本科毕业生张江威，为本书提供了部分毕业设计案例，在此一并表示感谢！

由于编者水平有限，书中难免存在疏漏之处，恳请广大读者批评指正。