《現(xiàn)場總線控制技術》教學大綱

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1、《現(xiàn)場總線控制技術》課程教學大綱 課程名稱： 現(xiàn)場總線控制技術 （Technology of Field Bus Control System ） 課程代號： 02332150學時數(shù)： 38（實驗 6 學時） 學分數(shù)： 2 適用專業(yè)：自動化、電氣工程及其自動化 執(zhí)筆人：徐曉光 一、本課程的性質、任務和作用 本課程綜合了電子、儀器儀表、計算機技術和網(wǎng)絡技術的最新發(fā)展成果， 旨在介紹現(xiàn)場總線這一自控領域的新技術， 使學生了解工業(yè)自動化領域當今世界 自控技術的研究熱點和發(fā)展方向。 本課程的主要任務是使學生在了解工業(yè)自動化的發(fā)展歷程以及在現(xiàn)場總線 技術中使用的基礎知識的基礎上，掌握目前

2、在工業(yè)現(xiàn)場使用最多的 PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA勺基本原理和具體應用，對工業(yè)以太網(wǎng)技術、 AS-i 技術及與現(xiàn)場總線密切相關的 OPCM術和IEC61131-3編程語言等新技術也要有 所認識。通過本課程的學習能獨立承擔和開展現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)相關的研究工 作。 二、本課程的相關課程 可編程序控制器、可視化數(shù)據(jù)處理技術、計算機控制技術，機電傳動與控 制，單片機原理與應用，自動控制原理等課程 三、本課程的基本內(nèi)容及要求 （二）基本內(nèi)容 第 1 章 概述 1． 1 現(xiàn)場總線的基本概念 1． 2 現(xiàn)場總線的特點 1． 3 現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀 1． 4 現(xiàn)場總線的未來

3、 第 2 章 數(shù)據(jù)通信基礎 2． 1 通信模型 2． 2 數(shù)據(jù)傳輸 2． 3 傳輸媒體 2． 4 傳輸數(shù)據(jù)編碼 2． 5 數(shù)據(jù)通信接口 2． 6 差錯檢測與校正 2． 7 多路復用技術 第 3 章 現(xiàn)場總線體系結構 3． 1 網(wǎng)絡體系結構概述 4． 2 開放系統(tǒng)互連參考模型中的若干重要概念 5． 3 現(xiàn)場總線體系結構的建立及特點 3． 4 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的拓撲結構 第 4 章 媒體訪問控制技術 4． 1 媒體訪問控制技術概述 4． 2 集中控制型受控訪問方法 6． 3 ALOHA 隨機訪問方法 7． 4 CSMA 隨機訪問方法 4 5 物理環(huán)訪問方法 4

4、6 令牌總線訪問方法 第 5 章 位傳輸現(xiàn)場總線 5 1 位傳輸總線概述 5 2 汽車總線的分類 5 3 CAN 總線體系結構及協(xié)議標準 5 4 CAN 控制器 5 5 CAN 總線收發(fā)器 5 6 CAN 節(jié)點的實現(xiàn) 5 7 CAN 總線應用系統(tǒng)設計 5 8 CAN 與其它位傳輸總線的比較 第 6 章 設備現(xiàn)場總線 6 1 設備現(xiàn)場總線概述 6 2 Profibus 總線的產(chǎn)生及特點 6 3 Profibus 總線體系結構 6 4 Profibus 產(chǎn)品開發(fā) 6 5 Profibus 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)應用 6 6 Profibus 與其它設備現(xiàn)場總線的比較 第

5、 7 章 FF 現(xiàn)場總線 7 1 概述 7 2 基金會現(xiàn)場總線種類及體系結構 7 3 FF-H1 物理層 7 4 FF-H1 通信棧 7 5 FF-H1 用戶層 7 6 網(wǎng)絡管理 7 7 系統(tǒng)管理 7 8 FF-H1 7 9 基金會現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設計 第 8 章 工業(yè)以太網(wǎng) 8 1 工業(yè)以太網(wǎng)概述 8 2 工業(yè)以太網(wǎng)體系結構 8 3 工業(yè)以太網(wǎng)基本特性 8 4 高速以太網(wǎng)現(xiàn)場總線 FF-HSE 8 5 FF-HSE 與其它工業(yè)以太網(wǎng)的比較 第 9 章 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設計與集成 9 1 企業(yè)信息網(wǎng)的一般組成 9 2 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的一般設計應用過程

6、 9 3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的集成技術 9 3 1 連接設備的應用 9. 3. 2 OPC技術 （二）基本要求 第 1 章 概述 了解現(xiàn)場總線與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展，了解現(xiàn)場總線與現(xiàn)場總 線控制系統(tǒng)的特點。 第 2 章 數(shù)據(jù)通信基礎 掌握通信模型、數(shù)據(jù)傳輸、傳輸媒體、傳輸數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)通信接口和差錯 檢測與校正的概念及方法，了解多路復用技術的構成及使用方法。 第 3 章 現(xiàn)場總線體系結構 了解網(wǎng)絡體系結構的基本概念， 掌握開放系統(tǒng)互連參考模型中的若干重要概 念及 現(xiàn)場總線體系結構的建立方法和特點，了解現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的拓撲結構。 第 4 章 媒體訪問控制技術 了解

7、媒體訪問控制技術的概念，掌握集中控制型受控訪問方法，了解 ALOHA 隨機訪問方法和 CSMA 隨機訪問方法， 了解物理環(huán)訪問方法和令牌總線 訪問方法。 第 5 章 位傳輸現(xiàn)場總線 了解位傳輸總線的基本概念，和汽車總線的分類，了解 CAN 總線體系結構 及協(xié)議標準，了解 CAN 控制器、 CAN 總線收發(fā)器、 CAN 節(jié)點的實現(xiàn)方法，了 解 CAN 總線應用系統(tǒng)設計的基本方法。 第 6 章 設備現(xiàn)場總線 了解設備現(xiàn)場總線的基本概念， 掌握 Profibus 總線的特點、 體系結構和產(chǎn)品 開發(fā)的基本方法。 第 7 章 FF 現(xiàn)場總線 了解基金會現(xiàn)場總線種類及體系結構，了解 F

8、F-H1 物理層、 FF-H1 通信棧、 FF-H1 用戶層以及 FF 的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)。 第 8 章 工業(yè)以太網(wǎng) 了解工業(yè)以太網(wǎng)體系結構和基本特性，了解高速以太網(wǎng)現(xiàn)場總線 FF-HSE。 第 9 章 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設計與集成 了解企業(yè)信息網(wǎng)的一般組成，了解現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的一般設計應用過程， 掌握一種現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的集成技術，了解連接設備的應用方法，了解 OPC 技術及其應用。 四、實驗內(nèi)容及要求 實驗內(nèi)容主要讓學生了解現(xiàn)場總線的基本原理和結構，以西門子 Profibus 總線為例，學習現(xiàn)場總線規(guī)范，通訊控制芯片，接口設計及應用編程和操作等， 并介紹了幾種常用的現(xiàn)場總

9、線技術。 1、S7-200PLC與觸摸屏的串口通訊，用RS485串口電纜將CPU22€6ft接連接 到觸摸屏， 在觸摸屏上組態(tài)一個按鈕和一個指示燈， 操作電梯運行， 并正確顯示 指示燈的狀態(tài) 2、S7-200PLC與計算機組態(tài)軟件的 PPI協(xié)議通訊，用 PPI電纜將CPU226 接到工控機的串口上，在計算機上用 MCGSC件直接操作電梯的運行，主要的實 驗內(nèi)容是：在MCG中設置PPI通訊協(xié)議，組態(tài)一個按鈕和一個狀態(tài)指示燈，操 作電梯運行，并正確顯示指示燈的狀態(tài)。 3、 Step7v5.4 編程基礎， S7-300plc 組態(tài)（ 2 學時，選做，驗證型） ，熟悉 Step7v5.4軟件

10、的操作環(huán)境和使用步驟以及怎樣在 SIMATIC管理器中創(chuàng)建項目。 4、用一臺計算機同時連接 S7 -300和S7 -400 PLG在WINCE,建立兩 個設備，分別連接300PLC?口 400PLC在畫面上組態(tài)兩個數(shù)值輸入單元分別讀寫 兩套PLC中的數(shù)據(jù)。 5、S7-300plc之間的Modbus通訊實驗（2學時，選做，驗證型）,熟悉現(xiàn) 場總線Modbus網(wǎng)絡通訊的基本原理和Step7硬件組態(tài)，掌握S7-300PLC編程和 兩個PLC之間網(wǎng)絡通訊的具體方法。 6、S7-300plc之間的DP通訊實驗（2學時，選做，驗證型），熟悉現(xiàn)場總 線DP網(wǎng)絡通訊的基本原理，掌握S7-300PLC編

11、程和兩個PLC之間DP網(wǎng)絡通訊的 具體方法。 7、MCGS1過Modbus協(xié)議控制風機變頻器的啟停和調(diào)速，在計算機和變頻 器之間，連接RS485通訊電纜，修改變頻器的參數(shù)，將變頻器啟、停和速度給定 模式切換成串口模式，在 MCG和組態(tài)變頻器的按鈕和速度設定，最終實現(xiàn)在計 算上啟、停變頻器并調(diào)整速度。 五、習題和習題課的要求 為幫助學生理解和鞏固本課程的基本概念、理論與基本分析、設計方法， 從鞏固基礎和提高能力方面安排習題，也可以根據(jù)授課內(nèi)容布置學生撰寫設計論 文。 六、教學方式與考核方式 本門課程以理論教學為主，輔之以實驗教學。以筆試成績?yōu)橹鳎n采用閉 卷或開卷方式考核，也可以采用論

12、文或大作業(yè)的方式考核，并考慮實驗及作業(yè)情 況。 七、學時分配 （總32學生，其中實驗6學時） 章次 一 一 二 四 五 六 七 八 九 學時 2 4 4 4 4 4 4 4 2 八、說明 （一）教學建議與教學方法 （一）、教學建議與教學方法 1 .現(xiàn)場總線技術是一門專業(yè)技術課程，要緊密跟進當前技術發(fā)展，不斷更 新教學內(nèi)容，以滿足學生走上工作崗位能跟上當今國際國內(nèi)工業(yè)控制系統(tǒng)技術的 發(fā)展步伐。 2 .在教學中采用理論聯(lián)系實踐的教學方法， 注重培養(yǎng)學生的分析問題、解 決問題的能力。根據(jù)本課程的主線（現(xiàn)場總線技術），講透重點內(nèi)容，通信技術 原理

13、，引導學生自學。由于本課程所涉及到的多種不同產(chǎn)品的技術， 具軟件系統(tǒng)、 硬件構架等都有很大區(qū)別，因此培養(yǎng)學生的自學能力尤為重要。 3 .每次上課提前布置1?2個現(xiàn)場總線方面的系統(tǒng)案例，讓同學課前對相 關產(chǎn)品、軟件等有個大概的了解，讓學生在聽課的時候有一種似曾相識的感覺， 有助于提高學生的興趣和加快他們的接受效果。 4 .本課程的理論部分比較抽象、枯燥，實際的相關案例主要通過軟件的演 示來完成，教學中結合一些簡單案例，運用較多的圖形來增強學生對現(xiàn)場總線技 術的感性認識，以加深對基本理論的理解。 5 .必須保證有一定的習題量，以加強學生對基本理論的掌握，同時幫助學 生提高分析問題、解決問題的

14、能力。 6 .實驗教學中要求學生根據(jù)實驗內(nèi)容完成預習報告。在實驗的安排次序上 由簡單到復雜，由驗證性實驗到設計性實驗，最后進行綜合性實驗，加強學生解 決實際問題和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。所有實驗必須以工程實施過程的方法，按照工程 技術要求來完成。 7. 為引導學生全面發(fā)展， 科學評價學生的學習效果， 使學習成績的評定真 正起到教育激勵、 培養(yǎng)督導等作用， 考核形式包括平時作業(yè)完成情況、 實驗完成 情況、期中考試、期末考試等?？荚噧?nèi)容包括課程的基礎理論、基本知識、基本 技能以及在融會貫通基礎上分析問題、解決問題的能力及綜合素質。 （二） 教學參考書（中、英文參考書） 1. 張鳳登編著 .

15、現(xiàn)場總線技術與應用 . 北京：科學出版社 .2008 2. 陽憲惠主編 . 現(xiàn)場總線技術及其應用 （ 第 2 版）. 北京：清華大學出版 社.2008 3. 陳在平編 . 著現(xiàn)場總線及工業(yè)控制網(wǎng)絡技術 . 北京：電子工業(yè)出版 社.2008 4. 李正軍編著 . 現(xiàn)場總線技術及其應用技術 . 北京： 機械工業(yè)出版社 .2009 5. 王永華 . 現(xiàn)場總線技術及應用教程 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2007 6. 李正軍主編 . 現(xiàn)場總線及其應用技術 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2005 7. 王常力、 羅安主編 . 集散型控制系統(tǒng)選型與應用 . 北京： 清華大學出版社， 199

16、6 《現(xiàn)場總線控制技術》課程簡介 課程編號 課程名稱 （英義名稱） 現(xiàn)場總線控制技術 (Technology of Field Bus Control System ) 課程類別 專業(yè)方向課 學分 2 開課學期 7 開課單位 電氣工程學院 課程負責人 徐曉光 聯(lián)系電話 E-mail 教師隊伍 內(nèi)容簡介： 本課程綜合了電子、儀器儀表、計算機技術和網(wǎng)絡技術的最新發(fā)展成果，旨在介紹現(xiàn) ，總線這一自控領域的新技術,使學生了解工業(yè)自動化領域當今世界自控技術的研究熱點 M發(fā)展方向。 本課程的主要任務是使學生在了解工業(yè)自動化的發(fā)展歷程以及在現(xiàn)場總線技

17、術中使 用的基礎知識的基礎上，掌握目前在工業(yè)現(xiàn)場使用最多的 PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA 的基本原理和具體應用，對工業(yè)以太網(wǎng)技術、 AS-i技術及與現(xiàn)場總線密切相關的 OPC技 術和IEC61131-3編程諦言等新技術也要有所認識。通過本課程的學習能獨立承擔和開展 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)相關的研究工作。 課程說明 現(xiàn)場總線技術是一門專業(yè)技術課程， 要緊密跟進當前技術發(fā)展，不斷更新 教學內(nèi)容，以幫助學生走上工作崗位能跟上當今國際國內(nèi)工業(yè)控制系統(tǒng)技術的 發(fā)展少伐。 先修課程 要求 《電路分析》、《模擬電子技術基礎》、《數(shù)字電子技術基礎》、《可編程序控 制器》、《計算機控制

18、技術》、《機電傳動與控制》、《單片機原理與應用》、《自動 控制原理》等課程。 教材 陳在平編.著現(xiàn)場總線及工業(yè)控制網(wǎng)絡技術.北京：電子工業(yè)出版社.2008 教學經(jīng)委 書 1 .陳在平編.著現(xiàn)場總線及工業(yè)控制網(wǎng)絡技術 ,北京：電子工業(yè)出版社.2008 2 .陽憲惠主編.現(xiàn)場總線技術及其應用（第2版）.北京：清華大學出版社.2008 3 .張鳳登編著.現(xiàn)場總線技術與應用.北京：科學出版社.2008 4 .李正軍編著.現(xiàn)場總線技術及其應用技術.北京：機械工業(yè)出版社.2009 5 .王永華.現(xiàn)場總線技術及應用教程.北京：機械工業(yè)出版社， 2007 6 .李正軍主編.現(xiàn)場總線及其應用技術.北京：機械工業(yè)出版社，2005 7 .王常力、羅安主編.集散型控制系統(tǒng)選型與應用.北京：清華大學出版社，1996