本书以“加强实践、突出应用”为理念，采用“案例式”教学方法，将机电一体化系统设计分工业配电、自动生产线、运动控制、过程控制、组态监控、嵌入式开发、信息采集及物联网络共8章，每章都依托于一个工程实际案例，在教学中通过“先理论、后设计”的方式，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、机电一体化等机械类专业的“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，也可供相关工程技术人员参考。

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、网络化和智能化为最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、网络化和智能化为最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81、82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。

第1篇供电与生产篇1

第1章供配电系统设计1

11了解电力系统1

111电的产生1

112电力系统介绍4

12高低压开关柜7

121开关柜概述7

122高压开关柜8

123低压开关柜11

124开关柜设计14

13案例：了解10 kV配电系统的运行过程18

131工厂配电系统概述18

132城市轨道交通配电系统概述21

习题30

第2章自动生产线设计31

21了解自动生产线31

211自动生产线介绍31

212自动生产线的分类及组成32

22自动生产线的设计流程44

221常见自动生产线的设计流程44

222自动生产线的设备选型47

23案例：塑壳断路器自动检测生产线设计50

231设计步骤51

232设计要求51

233设计方案51

习题54

 

第2篇运动控制与过程控制篇55

第3章运动控制系统设计55

31运动控制的概念与分类55

311运动控制系统的概念55

312运动控制系统的分类56

313运动控制系统典型应用57

32运动控制的功能与形式58

321运动控制的功能58

322运动控制的形式59

323电动机驱动技术概述60

33案例：勾心刚度测试仪运动控制系统设计60

331设计步骤61

332运动控制系统的设计流程61

332勾心刚度测试仪运动控制系统设计61

习题67

第4章过程控制系统设计68

41过程控制的概念与特点68

411过程控制的概念及要求68

412过程控制系统的特点69

42过程控制仪表及装置70

421过程控制仪表的分类及特点70

422常用的控制仪表及装置75

43案例：喷雾式干燥设备过程控制系统设计80

431设计步骤80

432过程控制系统设计82

习题87

 

第3篇计算机组态与嵌入式开发篇88

第5章组态监控系统设计88

51组态软件及其功能88

511计算机控制系统88

512组态软件综述90

513组态软件的功能92

52PLC、触摸屏与MCGS组态软件96

521PLC概述96

522PLC与MCGS组态软件通信101

53案例：力控软件实现油罐液位组态设计108

531设计步骤108

532力控监控组态软件概述109

533设计要求109

534组态过程110

习题122

第6章嵌入式系统设计123

61嵌入式系统及功能123

62案例：智能小车控制系统设计124

621设计方案124

622硬件设计127

623软件设计132

624控制系统调试136

习题140

 

第4篇信息与网络篇141

第7章虚拟仪器信息采集系统设计141

71虚拟仪器141

711虚拟仪器介绍141

712基于LabVIEW的虚拟仪器的硬件系统142

713虚拟仪器的软件系统144

714Lab VIEW初步操作149

72案例：温度采集系统设计150

721设计步骤150

722系统硬件结构选型150

723系统软件设计152

724软硬件联合调试154

习题155

第8章物联网系统设计156

81物联网的概念与功能156

811物联网的概念156

812物联网系统的基本组成157

813物联网的基本架构与关键技术158

82物联网感知技术160

821自动识别技术160

822网络技术165

83案例：智能家居控制系统设计169

831设计步骤169

832硬件设计170

833软件设计176

834手机物联与云平台的建立180

835平台注册与控制台操作180

836设备绑定与调试181

837服务编排183

838App可视化搭建185

习题190


附录图形符号对照表191


参考文献192

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。

     本书以“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。