《現(xiàn)場總線控制技術》教學大綱編纂

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(zhì)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,掌握目前在工業(yè)現(xiàn)場使用最多 的PROFIBUS-DPPRO

2、FIBUS-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

3、.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3.2 開放系統(tǒng)互連參考模型中 的若干重要概念3.3 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4.3 ALOHA隨機訪問方法4.4 CSMA 隨機訪問方法4.5 物理環(huán)訪問方法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.

4、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-H17.9 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

5、業(yè)以太網(wǎng)基本特性8.4 高速以太網(wǎng)現(xiàn)場總線 FF-HSE8.5 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

6、,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 F

7、F現(xiàn)場總線了解基金會現(xiàn)場總線種類及體系結構,了解FF-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)場總線技術1S

8、7-200PLC與觸摸屏 的串口通訊,用RS485串口電纜將CPU226直接連接到觸摸屏,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)2S7-200PLC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MCGS軟件直接操作電梯 的運行,主要 的實驗內(nèi)容是:在MCGS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)3Step7v5.4編程基礎,S7-300plc組態(tài)(2學時,選做,驗證型),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)建項目

9、4用一臺計算機同時連接S7 -300和S7 400 PLC,在WINCC中,建立兩個設備,分別連接300PLC和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)5S7-300plc 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6S7-300plc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編程和兩個PLC之間DP網(wǎng)絡通訊 的具體方法7MCGS通過Modbus 協(xié)議控制風機變頻

10、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MCGS中組態(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?課采用閉卷或開卷方式考核,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)章次一二三四五六七八九學時24444444

11、2八說明(一) 教學建議與教學方法(一)教學建議與教學方法現(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,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,其軟件系統(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每次上課提前布置12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,

12、有助于提高學生 的興趣和加快他們 的接受效果本課程 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 的能力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

13、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考試內(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(zhì)(二) 教學參考書(中英文參考書)1.張鳳登編著. 現(xiàn)場總線技術與應用. 北京:科學出版社.20082.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.20083.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.20084.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.20095.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,20076.李正軍

14、主編.現(xiàn)場總線及其應用技術. 北京:機械工業(yè)出版社,20057.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現(xiàn)場總線控制技術課程簡介課程編號02332150課程名稱(英文名稱)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2871262E-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)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

15、 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,掌握目前在工業(yè)現(xiàn)場使用最多 的PROFIBUS-DPPROFIBUS-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)展步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教學參考書1. 陳在平編.著現(xiàn)場總線及工業(yè)控制網(wǎng)絡技術.