本教材是根据“新工科建设的人才培养目标”“中国工程教育专业认证毕业要求和课程目标”“卓越工程师培养计划能力培养矩阵”等需求编写而成的专业性综合实践教材，其目的在于培养学生掌握工程项目全流程开发设计方法、运用理论知识分析和解决复杂工程问题的能力。
本教材共分七章，主要内容包括工业自动化系统的总体概念、虚拟仪器技术；对象建模的基本概念、Matlab数学建模；小型水箱过程控制系统系统设计、实现、调试和优化方案；多热工参量系统的基础理论、检测控制设备的基本情况以及系统设计、实现、调试和优化方案：纸张张力测量与控制系统的原理、结构、设计及应用；铝电解生产工艺、阳极导杆在线检测系统设计、开发、实施与优化以及柔性制造生产线系统的基本概念和应用。
本教材可供自动化及相关专业高年级本科生及研究生使用，也可供自动化工厂的技术人员及科研人员参考。

1 概述
1.1 工业自动化系统
1.1.1 简介
1.1.2 分类
1.1.3 发展历史
1.2 DCS控制系统
1.2.1 DCS系统硬件体系结构
1.2.2 DCS系统软件体系结构
1.2.3 DCS系统组态
1.2.4 OPC技术及其应用
1.3 虚拟仪器技术
1.3.1 虚拟仪器简介
1.3.2 LabVIEW简介
1.4 CDIO-OODA工程教育理念
1.4.1 自动化专业复合型工程创新人才培养体系
1.4.2 CDIO-OODA工程教育模式实施流程
小结
习题
2 被控对象数学模型的建立与测试
2.1 基本知识
2.1.1 被控过程传递函数的一般形式
2.1.2 建立过程数学模型的基本方法
2.2 物理系统建模实训
2.2.1 自衡单容对象的数学模型测试
2.2.2 自衡双容对象的数学模型测试
2.3 基于Matlab的建模实训
2.3.1 作图法建立一阶系统数学模型
2.3.2 计算法建立一阶系统数学模型
2.3.3 计算法建立二阶系统数学模型
小结
习题
3 小型水箱过程控制系统实训
3.1 小型水箱过程控制系统介绍
3.1.1 生产中典型的液位对象
3.1.2 对象系统介绍
3.1.3 控制系统中的仪器仪表
3.1.4 控制系统及其配线
3.1.5 控制系统的通信设置
3.2 单回路控制实训
3.2.1 单回路控制系统基础知识
3.2.2 单容水箱液位控制实训
3.2.3 水平三容水箱液位控制实训
3.3 液位-流量串级控制实训
3.3.1 串级控制系统基础知识
3.3.2 流量-液位串级控制系统方案
3.3.3 液位-流量串级控制系统设计与实现
3.3.4 液位-流量串级控制系统调试与优化
3.4 流量-液位前馈反馈控制实训
3.4.1 前馈反馈控制系统基础知识
3.4.2 流量-液位前馈反馈控制系统方案
3.4.3 流量-液位前馈反馈控制系统设计与实现
3.5 管道压力-流量解耦控制实训
3.5.1 解耦控制系统基础知识
3.5.2 管道压力和流量解耦控制系统方案
3.5.3 管道压力和流量解耦控制系统设计与实现
小结
习题
4 多热工参量系统实训
4.1 系统介绍
4.1.1 产品概述
4.1.2 工艺流程图
4.1.3 实训系统对象
4.2 锅炉自动补水控制实训
4.2.1 实训设备
4.2.2 控制流程
4.2.3 实训步骤
4.3 锅炉加热控制实训
4.3.1 实训设备
4.3.2 控制流程
4.3.3 实训步骤
4.4 热交换控制
4.4.1 实训设备
4.4.2 实训流程
4.4.3 实训步骤
4.4.4 热交换控制实训补充
4.5 反应器液位控制
4.5.1 实训设备
4.5.2 实训流程
4.5.3 实训步骤
小结
习题
5 纸张张力测量与控制系统实训
5.1 纸张张力对象的特点和分析
5.1.1 张力的产生
5.1.2 张力对象的性质
5.2 纸张张力测量与控制系统的技术要求
5.3 纸张张力测量与控制系统的方案
5.3.1 纸张张力控制方案分析与选择
5.3.2 系统控制器
5.3.3 纸张张力检测方式
5.3.4 控制张力的执行机构
5.4 纸张张力测量与控制系统设计与实现
5.4.1 纸卷放卷过程的数学建模及分析
5.4.2 张力系统PID控制
5.4.3 PID控制技术的改进算法
5.4.4 控制器编程
5.5 纸张张力测量及控制系统调试与优化
小结
习题
6 铝电解槽阳极导杆电流在线检测系统实训
6.1 铝电解生产工艺概述
6.2 铝电解槽阳极导杆电流在线检测的技术要求
6.3 铝电解槽阳极导杆电流在线检测方案设计
6.3.1 系统需求分析
6.3.2 系统总体设计
6.3.3 系统通信方案设计
6.3.4 数据库设计
6.4 电流采集装置设计与实现
6.4.1 硬件设计
6.4.2 软件设计
6.5 上位机监测软件设计与实现
6.5.1 软件系统架构设计
6.5.2 软件功能设计
6.6 铝电解槽阳极导杆电流在线检测系统调试与优化
6.6.1 采集器系统精度测试
6.6.2 软件系统调试
小结
习题
7 柔性制造生产线系统实训
7.1 柔性制造生产线系统实训
7.1.1 认识柔性制造自动生产线
7.1.2 气动技术的应用
7.1.3 西门子PLC的使用
7.2 柔性制造自动生产线各分站的独立控制
7.2.1 供料站功能及控制流程
7.2.2 加工站功能及控制流程
7.2.3 装配站功能及控制流程
7.2.4 分拣站功能及控制流程
7.2.5 输送功能及控制流程
7.3 自动生产线综合控制
7.3.1 供料站程序分析
7.3.2 加工站程序分析
7.3.3 装配站程序分析
7.3.4 分拣站程序分析
7.4 人机界面安装与生产线系统调试操作
7.4.1 HMI的安装
7.4.2 HMI与PLC连接
7.4.3 系统运行模式
7.4.4 物料状态
7.4.5 异常工作状态测试
小结
习题
附录
附录1 实训报告模板
附录2 创新项目模板
参