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1、现场总线控制技术课程教学大纲课程名称：现场总线控制技术（Technology of Field Bus Control System ）课程代号：学时数：38（实验 6学时） 学分数：2适用专业：自动化、电气工程及其自动化执笔人：徐晓光一、本课程的性质、任务和作用本课程综合了电子、仪器仪表、计算机技术和网络技术的最新发展成果，旨在介绍现场总线这一自控领域的新技术，使学生了解工业自动化领域当今世界自控技术的研究热点和发展方向。本课程的主要任务是使学生在了解工业自动化的发展历程以及在现场总线技术中使用的基础知识的基础上，掌握目前在工业现场使用最多的PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA的基
2、本原理和具体应用，对工业以太网技术、AS-i技术及与现场总线密切相关的OPC技术和IEC61131-3编程语言等新技术也要有所认识。通过本课程的学习能独立承担和开展现场总线控制系统相关的研究工作。二、本课程的相关课程可编程序控制器、可视化数据处理技术、计算机控制技术，机电传动与控制，单片机原理与应用，自动控制原理等课程三、本课程的基本内容及要求（二）基本内容第1章 概述11 现场总线的基本概念12 现场总线的特点13 现场总线的现状14 现场总线的未来第2章 数据通信基础21 通信模型22 数据传输23 传输媒体24 传输数据编码25 数据通信接口26 差错检测与校正27 多路复用技术第3章
3、现场总线体系结构31 网络体系结构概述32 开放系统互连参考模型中的若干重要概念33 现场总线体系结构的建立及特点34 现场总线网络的拓扑结构第4章 媒体访问控制技术41 媒体访问控制技术概述42 集中控制型受控访问方法43 ALOHA随机访问方法44 CSMA 随机访问方法45 物理环访问方法46 令牌总线访问方法第5章 位传输现场总线51 位传输总线概述52 汽车总线的分类53 CAN总线体系结构及协议标准54 CAN控制器55 CAN总线收发器56 CAN节点的实现57 CAN总线应用系统设计58 CAN与其它位传输总线的比较第6章 设备现场总线61 设备现场总线概述62 Profibu
4、s 总线的产生及特点63 Profibus 总线体系结构64 Profibus 产品开发65 Profibus 现场总线控制系统应用66 Profibus 与其它设备现场总线的比较第7章 FF现场总线71概述72 基金会现场总线种类及体系结构73 FF-H1 物理层74 FF-H1 通信栈75 FF-H1 用户层76 网络管理77 系统管理78 FF-H179 基金会现场总线控制系统的设计第8章 工业以太网81 工业以太网概述82 工业以太网体系结构83 工业以太网基本特性84 高速以太网现场总线 FF-HSE85 FF-HSE 与其它工业以太网的比较第9章 现场总线控制系统的设计与集成91
5、企业信息网的一般组成92 现场总线控制系统的一般设计应用过程93 现场总线控制系统的集成技术931 连接设备的应用932 OPC技术（二）基本要求第1章 概述了解现场总线与现场总线控制系统的现状与发展，了解现场总线与现场总线控制系统的特点。第2章 数据通信基础掌握通信模型、数据传输、传输媒体、传输数据编码、数据通信接口和差错检测与校正的概念及方法，了解多路复用技术的构成及使用方法。第3章 现场总线体系结构了解网络体系结构的基本概念，掌握开放系统互连参考模型中的若干重要概念及 现场总线体系结构的建立方法和特点，了解现场总线网络的拓扑结构。第4章 媒体访问控制技术了解媒体访问控制技术的概念，掌握集
6、中控制型受控访问方法，了解ALOHA随机访问方法和CSMA随机访问方法，了解物理环访问方法和令牌总线访问方法。第5章 位传输现场总线了解位传输总线的基本概念，和汽车总线的分类，了解CAN总线体系结构及协议标准，了解CAN控制器、CAN总线收发器、CAN节点的实现方法，了解CAN总线应用系统设计的基本方法。第6章 设备现场总线了解设备现场总线的基本概念，掌握Profibus总线的特点、体系结构和产品开发的基本方法。第7章 FF现场总线了解基金会现场总线种类及体系结构，了解FF-H1物理层、FF-H1通信栈、FF-H1用户层以及FF的网络管理系统。第8章 工业以太网了解工业以太网体系结构和基本特性
7、，了解高速以太网现场总线 FF-HSE。第9章 现场总线控制系统的设计与集成了解企业信息网的一般组成，了解现场总线控制系统的一般设计应用过程，掌握一种现场总线控制系统的集成技术，了解连接设备的应用方法，了解OPC技术及其应用。四、实验内容及要求实验内容主要让学生了解现场总线的基本原理和结构，以西门子Profibus 总线为例，学习现场总线规范，通讯控制芯片，接口设计及应用编程和操作等，并介绍了几种常用的现场总线技术。1、S7-200PLC与触摸屏的串口通讯，用RS485串口电缆将CPU226直接连接到触摸屏，在触摸屏上组态一个按钮和一个指示灯，操作电梯运行，并正确显示指示灯的状态2、S7-20
8、0PLC与计算机组态软件的PPI协议通讯，用PPI电缆将CPU226接到工控机的串口上，在计算机上用MCGS软件直接操作电梯的运行，主要的实验内容是：在MCGS中设置PPI通讯协议，组态一个按钮和一个状态指示灯，操作电梯运行，并正确显示指示灯的状态。3、Step7v5.4编程基础，S7-300plc组态（2学时，选做，验证型），熟悉Step7v5.4软件的操作环境和使用步骤以及怎样在SIMATIC管理器中创建项目。4、用一台计算机同时连接S7 -300和S7 400 PLC，在WINCC中，建立两个设备，分别连接300PLC和400PLC，在画面上组态两个数值输入单元分别读写两套PLC中的数据
9、。5、S7-300plc 之间的Modbus通讯实验（2学时，选做，验证型），熟悉现场总线Modbus网络通讯的基本原理和Step7硬件组态，掌握S7-300PLC编程和两个PLC之间网络通讯的具体方法。6、S7-300plc之间的DP通讯实验（2学时，选做，验证型），熟悉现场总线DP网络通讯的基本原理，掌握S7-300PLC编程和两个PLC之间DP网络通讯的具体方法。7、MCGS通过Modbus 协议控制风机变频器的启停和调速，在计算机和变频器之间，连接RS485通讯电缆，修改变频器的参数，将变频器启、停和速度给定模式切换成串口模式，在MCGS中组态变频器的按钮和速度设定，最终实现在计算上启
10、、停变频器并调整速度。五、习题和习题课的要求为帮助学生理解和巩固本课程的基本概念、理论与基本分析、设计方法，从巩固基础和提高能力方面安排习题，也可以根据授课内容布置学生撰写设计论文。六、教学方式与考核方式本门课程以理论教学为主，辅之以实验教学。以笔试成绩为主，课采用闭卷或开卷方式考核，也可以采用论文或大作业的方式考核，并考虑实验及作业情况。七、学时分配 （总32学生，其中实验6学时）章次一二三四五六七八九学时244444442八、说明(一) 教学建议与教学方法（一）、教学建议与教学方法1. 现场总线技术是一门专业技术课程，要紧密跟进当前技术发展，不断更新教学内容，以满足学生走上工作岗位能跟上当
11、今国际国内工业控制系统技术的发展步伐。2. 在教学中采用理论联系实践的教学方法，注重培养学生的分析问题、解决问题的能力。根据本课程的主线（现场总线技术），讲透重点内容，通信技术原理，引导学生自学。由于本课程所涉及到的多种不同产品的技术，其软件系统、硬件构架等都有很大区别，因此培养学生的自学能力尤为重要。3. 每次上课提前布置12个现场总线方面的系统案例，让同学课前对相关产品、软件等有个大概的了解，让学生在听课的时候有一种似曾相识的感觉，有助于提高学生的兴趣和加快他们的接受效果。4. 本课程的理论部分比较抽象、枯燥，实际的相关案例主要通过软件的演示来完成，教学中结合一些简单案例，运用较多的图形来
12、增强学生对现场总线技术的感性认识，以加深对基本理论的理解。5. 必须保证有一定的习题量，以加强学生对基本理论的掌握，同时帮助学生提高分析问题、解决问题的能力。6. 实验教学中要求学生根据实验内容完成预习报告。在实验的安排次序上由简单到复杂，由验证性实验到设计性实验，最后进行综合性实验，加强学生解决实际问题和创造能力的培养。所有实验必须以工程实施过程的方法，按照工程技术要求来完成。7. 为引导学生全面发展，科学评价学生的学习效果，使学习成绩的评定真正起到教育激励、培养督导等作用，考核形式包括平时作业完成情况、实验完成情况、期中考试、期末考试等。考试内容包括课程的基础理论、基本知识、基本技能以及在
13、融会贯通基础上分析问题、解决问题的能力及综合素质。(二) 教学参考书（中、英文参考书）1.张凤登编著. 现场总线技术与应用. 北京：科学出版社.20082.阳宪惠主编. 现场总线技术及其应用(第2版). 北京：清华大学出版社.20083.陈在平编.著现场总线及工业控制网络技术. 北京：电子工业出版社.20084.李正军编著. 现场总线技术及其应用技术. 北京：机械工业出版社.20095.王永华.现场总线技术及应用教程. 北京：机械工业出版社，20076.李正军主编.现场总线及其应用技术. 北京：机械工业出版社，20057.王常力、罗安主编.集散型控制系统选型与应用. 北京：清华大学出版社，19
14、96现场总线控制技术课程简介课程编号课程名称（英文名称）现场总线控制技术（Technology of Field Bus Control System ）课程类别专业方向课学 分2开课学期7开课单位电气工程学院课程负责人徐晓光联系电话E-mailxuxg教师队伍 内容简介：本课程综合了电子、仪器仪表、计算机技术和网络技术的最新发展成果，旨在介绍现场总线这一自控领域的新技术，使学生了解工业自动化领域当今世界自控技术的研究热点和发展方向。本课程的主要任务是使学生在了解工业自动化的发展历程以及在现场总线技术中使用的基础知识的基础上，掌握目前在工业现场使用最多的PROFIBUS-DP、PROFIBUS
15、-PA的基本原理和具体应用，对工业以太网技术、AS-i技术及与现场总线密切相关的OPC技术和IEC61131-3编程语言等新技术也要有所认识。通过本课程的学习能独立承担和开展现场总线控制系统相关的研究工作。课程说明现场总线技术是一门专业技术课程，要紧密跟进当前技术发展，不断更新教学内容，以帮助学生走上工作岗位能跟上当今国际国内工业控制系统技术的发展步伐。先修课程要求电路分析、模拟电子技术基础、数字电子技术基础、可编程序控制器、计算机控制技术、机电传动与控制、单片机原理与应用、自动控制原理等课程。教 材陈在平编.著现场总线及工业控制网络技术. 北京：电子工业出版社.2008教学参考书1. 陈在平编.著现场总线及工业控制网络技术. 北京：电子工业出版社.20082. 阳宪惠主编. 现场总线技术及其应用(第2版). 北京：清华大学出版社.20083. 张凤登编著. 现场总线技术与应用. 北京：科学出版社.20084. 李正军编著. 现场总线技术及其应用技术. 北京：机械工业出版社.20095. 王永华.现场总线技术及应用教程. 北京：机械工业出版社，20076. 李正军主编.现场总线及其应用技术. 北京：机械工业出版社，20057. 王常力、罗安主编.集散型控制系统选型与应用. 北京：清华大学出版社，1996