《現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)》教學(xué)大綱

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1、《現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)》課程教學(xué)大綱 課程名稱： 現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù) （Technology of Field Bus Control System ） 課程代號(hào)： 02332150學(xué)時(shí)數(shù)： 38（實(shí)驗(yàn) 6 學(xué)時(shí)） 學(xué)分?jǐn)?shù)： 2 適用專業(yè)：自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化 執(zhí)筆人：徐曉光 一、本課程的性質(zhì)、任務(wù)和作用 本課程綜合了電子、儀器儀表、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展成果， 旨在介紹現(xiàn)場(chǎng)總線這一自控領(lǐng)域的新技術(shù)， 使學(xué)生了解工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域當(dāng)今世界 自控技術(shù)的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向。 本課程的主要任務(wù)是使學(xué)生在了解工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展歷程以及在現(xiàn)場(chǎng)總線 技術(shù)中使用的基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，掌握目前

2、在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用最多的 PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA勺基本原理和具體應(yīng)用，對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、 AS-i 技術(shù)及與現(xiàn)場(chǎng)總線密切相關(guān)的 OPCM術(shù)和IEC61131-3編程語(yǔ)言等新技術(shù)也要有 所認(rèn)識(shí)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)能獨(dú)立承擔(dān)和開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)相關(guān)的研究工 作。 二、本課程的相關(guān)課程 可編程序控制器、可視化數(shù)據(jù)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，機(jī)電傳動(dòng)與控 制，單片機(jī)原理與應(yīng)用，自動(dòng)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(chǎng)總線的基本概念 1． 2 現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn) 1． 3 現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀 1． 4 現(xiàn)場(chǎng)總線的未來(lái)

3、 第 2 章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 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(cuò)檢測(cè)與校正 2． 7 多路復(fù)用技術(shù) 第 3 章 現(xiàn)場(chǎng)總線體系結(jié)構(gòu) 3． 1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概述 4． 2 開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型中的若干重要概念 5． 3 現(xiàn)場(chǎng)總線體系結(jié)構(gòu)的建立及特點(diǎn) 3． 4 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 第 4 章 媒體訪問(wèn)控制技術(shù) 4． 1 媒體訪問(wèn)控制技術(shù)概述 4． 2 集中控制型受控訪問(wèn)方法 6． 3 ALOHA 隨機(jī)訪問(wèn)方法 7． 4 CSMA 隨機(jī)訪問(wèn)方法 4 5 物理環(huán)訪問(wèn)方法 4

4、6 令牌總線訪問(wèn)方法 第 5 章 位傳輸現(xiàn)場(chǎng)總線 5 1 位傳輸總線概述 5 2 汽車(chē)總線的分類 5 3 CAN 總線體系結(jié)構(gòu)及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) 5 4 CAN 控制器 5 5 CAN 總線收發(fā)器 5 6 CAN 節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn) 5 7 CAN 總線應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 8 CAN 與其它位傳輸總線的比較 第 6 章 設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總線 6 1 設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總線概述 6 2 Profibus 總線的產(chǎn)生及特點(diǎn) 6 3 Profibus 總線體系結(jié)構(gòu) 6 4 Profibus 產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 6 5 Profibus 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)應(yīng)用 6 6 Profibus 與其它設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總線的比較 第

5、 7 章 FF 現(xiàn)場(chǎng)總線 7 1 概述 7 2 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線種類及體系結(jié)構(gòu) 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(luò)管理 7 7 系統(tǒng)管理 7 8 FF-H1 7 9 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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(jié)構(gòu) 8 3 工業(yè)以太網(wǎng)基本特性 8 4 高速以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與集成 9 1 企業(yè)信息網(wǎng)的一般組成 9 2 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程

6、 9 3 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的集成技術(shù) 9 3 1 連接設(shè)備的應(yīng)用 9. 3. 2 OPC技術(shù) （二）基本要求 第 1 章 概述 了解現(xiàn)場(chǎng)總線與現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展，了解現(xiàn)場(chǎng)總線與現(xiàn)場(chǎng)總 線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。 第 2 章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 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(cuò) 檢測(cè)與校正的概念及方法，了解多路復(fù)用技術(shù)的構(gòu)成及使用方法。 第 3 章 現(xiàn)場(chǎng)總線體系結(jié)構(gòu) 了解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念， 掌握開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型中的若干重要概 念及 現(xiàn)場(chǎng)總線體系結(jié)構(gòu)的建立方法和特點(diǎn)，了解現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 第 4 章 媒體訪問(wèn)控制技術(shù) 了解

7、媒體訪問(wèn)控制技術(shù)的概念，掌握集中控制型受控訪問(wèn)方法，了解 ALOHA 隨機(jī)訪問(wèn)方法和 CSMA 隨機(jī)訪問(wèn)方法， 了解物理環(huán)訪問(wèn)方法和令牌總線 訪問(wèn)方法。 第 5 章 位傳輸現(xiàn)場(chǎng)總線 了解位傳輸總線的基本概念，和汽車(chē)總線的分類，了解 CAN 總線體系結(jié)構(gòu) 及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，了解 CAN 控制器、 CAN 總線收發(fā)器、 CAN 節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方法，了 解 CAN 總線應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。 第 6 章 設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總線 了解設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總線的基本概念， 掌握 Profibus 總線的特點(diǎn)、 體系結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品 開(kāi)發(fā)的基本方法。 第 7 章 FF 現(xiàn)場(chǎng)總線 了解基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線種類及體系結(jié)構(gòu)，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(luò)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(jié)構(gòu)和基本特性，了解高速以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線 FF-HSE。 第 9 章 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與集成 了解企業(yè)信息網(wǎng)的一般組成，了解現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程， 掌握一種現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的集成技術(shù)，了解連接設(shè)備的應(yīng)用方法，了解 OPC 技術(shù)及其應(yīng)用。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要讓學(xué)生了解現(xiàn)場(chǎng)總線的基本原理和結(jié)構(gòu)，以西門(mén)子 Profibus 總線為例，學(xué)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)范，通訊控制芯片，接口設(shè)計(jì)及應(yīng)用編程和操作等， 并介紹了幾種常用的現(xiàn)場(chǎng)總

9、線技術(shù)。 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(gè)按鈕和一個(gè)指示燈， 操作電梯運(yùn)行， 并正確顯示 指示燈的狀態(tài) 2、S7-200PLC與計(jì)算機(jī)組態(tài)軟件的 PPI協(xié)議通訊，用 PPI電纜將CPU226 接到工控機(jī)的串口上，在計(jì)算機(jī)上用 MCGSC件直接操作電梯的運(yùn)行，主要的實(shí) 驗(yàn)內(nèi)容是：在MCG中設(shè)置PPI通訊協(xié)議，組態(tài)一個(gè)按鈕和一個(gè)狀態(tài)指示燈，操 作電梯運(yùn)行，并正確顯示指示燈的狀態(tài)。 3、 Step7v5.4 編程基礎(chǔ)， S7-300plc 組態(tài)（ 2 學(xué)時(shí)，選做，驗(yàn)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(xiàng)目。 4、用一臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)連接 S7 -300和S7 -400 PLG在WINCE,建立兩 個(gè)設(shè)備，分別連接300PLC?口 400PLC在畫(huà)面上組態(tài)兩個(gè)數(shù)值輸入單元分別讀寫(xiě) 兩套PLC中的數(shù)據(jù)。 5、S7-300plc之間的Modbus通訊實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)，選做，驗(yàn)證型）,熟悉現(xiàn) 場(chǎng)總線Modbus網(wǎng)絡(luò)通訊的基本原理和Step7硬件組態(tài)，掌握S7-300PLC編程和 兩個(gè)PLC之間網(wǎng)絡(luò)通訊的具體方法。 6、S7-300plc之間的DP通訊實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)，選做，驗(yàn)證型），熟悉現(xiàn)場(chǎng)總 線DP網(wǎng)絡(luò)通訊的基本原理，掌握S7-300PLC編

11、程和兩個(gè)PLC之間DP網(wǎng)絡(luò)通訊的 具體方法。 7、MCGS1過(guò)Modbus協(xié)議控制風(fēng)機(jī)變頻器的啟停和調(diào)速，在計(jì)算機(jī)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(shè)定，最終實(shí)現(xiàn)在計(jì) 算上啟、停變頻器并調(diào)整速度。 五、習(xí)題和習(xí)題課的要求 為幫助學(xué)生理解和鞏固本課程的基本概念、理論與基本分析、設(shè)計(jì)方法， 從鞏固基礎(chǔ)和提高能力方面安排習(xí)題，也可以根據(jù)授課內(nèi)容布置學(xué)生撰寫(xiě)設(shè)計(jì)論 文。 六、教學(xué)方式與考核方式 本門(mén)課程以理論教學(xué)為主，輔之以實(shí)驗(yàn)教學(xué)。以筆試成績(jī)?yōu)橹?，課采用閉 卷或開(kāi)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(shí)驗(yàn)及作業(yè)情 況。 七、學(xué)時(shí)分配 （總32學(xué)生，其中實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)） 章次 一 一 二 四 五 六 七 八 九 學(xué)時(shí) 2 4 4 4 4 4 4 4 2 八、說(shuō)明 （一）教學(xué)建議與教學(xué)方法 （一）、教學(xué)建議與教學(xué)方法 1 .現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一門(mén)專業(yè)技術(shù)課程，要緊密跟進(jìn)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展，不斷更 新教學(xué)內(nèi)容，以滿足學(xué)生走上工作崗位能跟上當(dāng)今國(guó)際國(guó)內(nèi)工業(yè)控制系統(tǒng)技術(shù)的 發(fā)展步伐。 2 .在教學(xué)中采用理論聯(lián)系實(shí)踐的教學(xué)方法， 注重培養(yǎng)學(xué)生的分析問(wèn)題、解 決問(wèn)題的能力。根據(jù)本課程的主線（現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)），講透重點(diǎn)內(nèi)容，通信技術(shù) 原理

13、，引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)。由于本課程所涉及到的多種不同產(chǎn)品的技術(shù)， 具軟件系統(tǒng)、 硬件構(gòu)架等都有很大區(qū)別，因此培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力尤為重要。 3 .每次上課提前布置1?2個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線方面的系統(tǒng)案例，讓同學(xué)課前對(duì)相 關(guān)產(chǎn)品、軟件等有個(gè)大概的了解，讓學(xué)生在聽(tīng)課的時(shí)候有一種似曾相識(shí)的感覺(jué)， 有助于提高學(xué)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(shí)際的相關(guān)案例主要通過(guò)軟件的演 示來(lái)完成，教學(xué)中結(jié)合一些簡(jiǎn)單案例，運(yùn)用較多的圖形來(lái)增強(qiáng)學(xué)生對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技 術(shù)的感性認(rèn)識(shí)，以加深對(duì)基本理論的理解。 5 .必須保證有一定的習(xí)題量，以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基本理論的掌握，同時(shí)幫助學(xué) 生提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的

14、能力。 6 .實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成預(yù)習(xí)報(bào)告。在實(shí)驗(yàn)的安排次序上 由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，最后進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生解 決實(shí)際問(wèn)題和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。所有實(shí)驗(yàn)必須以工程實(shí)施過(guò)程的方法，按照工程 技術(shù)要求來(lái)完成。 7. 為引導(dǎo)學(xué)生全面發(fā)展， 科學(xué)評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果， 使學(xué)習(xí)成績(jī)的評(píng)定真 正起到教育激勵(lì)、 培養(yǎng)督導(dǎo)等作用， 考核形式包括平時(shí)作業(yè)完成情況、 實(shí)驗(yàn)完成 情況、期中考試、期末考試等?？荚噧?nèi)容包括課程的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)、基本 技能以及在融會(huì)貫通基礎(chǔ)上分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力及綜合素質(zhì)。 （二） 教學(xué)參考書(shū)（中、英文參考書(shū)） 1. 張鳳登編著 .

15、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與應(yīng)用 . 北京：科學(xué)出版社 .2008 2. 陽(yáng)憲惠主編 . 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用 （ 第 2 版）. 北京：清華大學(xué)出版 社.2008 3. 陳在平編 . 著現(xiàn)場(chǎng)總線及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù) . 北京：電子工業(yè)出版 社.2008 4. 李正軍編著 . 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用技術(shù) . 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 .2009 5. 王永華 . 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及應(yīng)用教程 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2007 6. 李正軍主編 . 現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用技術(shù) . 北京：機(jī)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(yīng)用 . 北京： 清華大學(xué)出版社， 199

16、6 《現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)》課程簡(jiǎn)介 課程編號(hào) 課程名稱 （英義名稱） 現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù) (Technology of Field Bus Control System ) 課程類別 專業(yè)方向課 學(xué)分 2 開(kāi)課學(xué)期 7 開(kāi)課單位 電氣工程學(xué)院 課程負(fù)責(zé)人 徐曉光 聯(lián)系電話 E-mail 教師隊(duì)伍 內(nèi)容簡(jiǎn)介： 本課程綜合了電子、儀器儀表、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展成果，旨在介紹現(xiàn) ，總線這一自控領(lǐng)域的新技術(shù),使學(xué)生了解工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域當(dāng)今世界自控技術(shù)的研究熱點(diǎn) M發(fā)展方向。 本課程的主要任務(wù)是使學(xué)生在了解工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展歷程以及在現(xiàn)場(chǎng)總線技

17、術(shù)中使 用的基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，掌握目前在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用最多的 PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA 的基本原理和具體應(yīng)用，對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、 AS-i技術(shù)及與現(xiàn)場(chǎng)總線密切相關(guān)的 OPC技 術(shù)和IEC61131-3編程諦言等新技術(shù)也要有所認(rèn)識(shí)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)能獨(dú)立承擔(dān)和開(kāi)展 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)相關(guān)的研究工作。 課程說(shuō)明 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一門(mén)專業(yè)技術(shù)課程， 要緊密跟進(jìn)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展，不斷更新 教學(xué)內(nèi)容，以幫助學(xué)生走上工作崗位能跟上當(dāng)今國(guó)際國(guó)內(nèi)工業(yè)控制系統(tǒng)技術(shù)的 發(fā)展少伐。 先修課程 要求 《電路分析》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》、《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》、《可編程序控 制器》、《計(jì)算機(jī)控制

18、技術(shù)》、《機(jī)電傳動(dòng)與控制》、《單片機(jī)原理與應(yīng)用》、《自動(dòng) 控制原理》等課程。 教材 陳在平編.著現(xiàn)場(chǎng)總線及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社.2008 教學(xué)經(jīng)委 書(shū) 1 .陳在平編.著現(xiàn)場(chǎng)總線及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ,北京：電子工業(yè)出版社.2008 2 .陽(yáng)憲惠主編.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用（第2版）.北京：清華大學(xué)出版社.2008 3 .張鳳登編著.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與應(yīng)用.北京：科學(xué)出版社.2008 4 .李正軍編著.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2009 5 .王永華.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及應(yīng)用教程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2007 6 .李正軍主編.現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)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(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，1996