《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)〔TechnologyofFieldBusControlSystem〕 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(zhuān)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、電腦技術(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，掌握目前在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用最多的PROFIBUS

2、-DPPROFIBUS-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)、電腦控制技術(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) 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

3、 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過(guò)失檢測(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 3．2開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型中的假設(shè)干重要概念 3． 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 4．3ALOHA隨機(jī)訪問(wèn)方法 4．4CSMA隨機(jī)訪問(wèn)方法 45物理環(huán)訪問(wèn)方法 46令牌總線訪問(wèn)方法 第5章位傳輸現(xiàn)場(chǎng)總線 51位傳輸總線概述 52汽車(chē)總線的分類(lèi) 53CAN總線體系結(jié)構(gòu)及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) 54C

4、AN控制器 55CAN總線收發(fā)器 56CAN節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn) 57CAN總線應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 58CAN與其它位傳輸總線的比較 第6章設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總線 61設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總線概述 62Profibus總線的產(chǎn)生及特點(diǎn) 63Profibus總線體系結(jié)構(gòu) 64Profibus產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 65Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)應(yīng)用 66Profibus與其它設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總線的比較 第7章FF現(xiàn)場(chǎng)總線 71概述 72基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線種類(lèi)及體系結(jié)構(gòu) 73FF-H1物理層 74FF-H1通信棧 75FF-H1用戶層 76網(wǎng)絡(luò)管理 77系統(tǒng)管理 78FF-H1 79基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

5、 第8章工業(yè)以太網(wǎng) 81工業(yè)以太網(wǎng)概述 82工業(yè)以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 83工業(yè)以太網(wǎng)基本特性 84高速以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線FF-HSE 85FF-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 91企業(yè)信息網(wǎng)的一般組成 92現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程 93現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的集成技術(shù) 931連接設(shè)備的應(yīng)用 9.3.2OPC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)通信接口和過(guò)失 檢測(cè)與校正的概念及方

6、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)互連參考模型中的假設(shè)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(lèi)，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

7、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(lèi)及體系結(jié)構(gòu)，了解FF-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

8、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)總線標(biāo)準(zhǔn)，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與電腦組態(tài)軟件的PPI協(xié)議通訊，用PPI電纜將CPU22骸至IJ工控機(jī)的串口上，在電腦上用MCGSC件直接操作電梯的運(yùn)行，主要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是：在MCGSP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)。

9、 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)電腦同時(shí)連接S7-300和S7-400PLG在WINCE,建立兩個(gè)設(shè)備，分別連接300PLCW400PLC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) 學(xué)習(xí)文檔 僅供參考 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-

10、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，在電腦和變頻器之間，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MCGSP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)生理解和穩(wěn)固本課程的基本概念、理論與基本分析、設(shè)計(jì)方法，從穩(wěn)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

11、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(zhuān)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

12、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，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

13、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。 學(xué)習(xí)文檔 僅供參考 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)貫穿基礎(chǔ)上分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能

14、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.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， 19

15、96 《現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)》課程簡(jiǎn)介 課程編號(hào) 02332150 課程名稱〔英文名稱〕 現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù) 〔TechnologyofFieldBusControlSystem〕 課程類(lèi)別 專(zhuān)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 2871262 E-mail xuxg@163 教師隊(duì)伍 內(nèi)容簡(jiǎn)介： 本課程綜合了電子、儀器儀表、電腦技術(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)和卜展方向。 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

16、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(zhuān)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》、《電腦控制技

17、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