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《現(xiàn)場總線控制技術(shù)》課程教學(xué)大綱 課程名稱:現(xiàn)場總線控制技術(shù)(Technology of Field Bus Control System ) 課程代號:02332150學(xué)時數(shù):38(實(shí)驗(yàn) 6學(xué)時) 學(xué)分?jǐn)?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(wù)和作用 本課程綜合了電子?儀器儀表?計算機(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)自動化 的發(fā)展歷程以及在現(xiàn)場總線技術(shù)中使用 的基礎(chǔ)知識 的基礎(chǔ)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(yīng)用,對工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)?AS-i技術(shù)及與現(xiàn)場總線密切相關(guān) 的OPC技術(shù)和IEC61131-3編程語言等新技術(shù)也要有所認(rèn)識?通過本課程 的學(xué)習(xí)能獨(dú)立承擔(dān)和開展現(xiàn)場總線控制系統(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)?計算機(jī)控制技術(shù),機(jī)電傳動與控制,單片機(jī)原理與應(yīng)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(diǎn) 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(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 差錯檢測與校正 2.7 多路復(fù)用技術(shù) 第3章 現(xiàn)場總線體系結(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(jié)構(gòu) 的建立及特點(diǎn) 3.4 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò) 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 第4章 媒體訪問控制技術(shù) 4.1 媒體訪問控制技術(shù)概述 4.2 集中控制型受控訪問方法 4.3 ALOHA隨機(jī)訪問方法 4.4 CSMA 隨機(jī)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(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 5.8 CAN與其它位傳輸總線 的比較 第6章 設(shè)備現(xiàn)場總線 6.1 設(shè)備現(xiàn)場總線概述 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)品開發(fā) 6.5 Profibus 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)應(yīng)用 6.6 Profibus 與其它設(shè)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(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 基金會現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 的設(shè)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(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(shè)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(shè)計應(yīng)用過程 9.3 現(xiàn)場總線控制系統(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(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)通信接口和差錯檢測與校正 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(jié)構(gòu) 的建立方法和特點(diǎn),了解現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò) 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)? 第4章 媒體訪問控制技術(shù) 了解媒體訪問控制技術(shù) 的概念,掌握集中控制型受控訪問方法,了解ALOHA隨機(jī)訪問方法和CSMA隨機(jī)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(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 的基本方法? 第6章 設(shè)備現(xiàn)場總線 了解設(shè)備現(xiàn)場總線 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(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)場總線 FF-HSE? 第9章 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 的設(shè)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(shè)計應(yīng)用過程,掌握一種現(xiàn)場總線控制系統(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)場總線 的基本原理和結(jié)構(gòu),以西門子Profibus 總線為例,學(xué)習(xí)現(xiàn)場總線規(guī)范,通訊控制芯片,接口設(shè)計及應(yīng)用編程和操作等,并介紹了幾種常用 的現(xiàn)場總線技術(shù)? 1?S7-200PLC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(yùn)行,并正確顯示指示燈 的狀態(tài) 2?S7-200PLC與計算機(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,在計算機(jī)上用MCGS軟件直接操作電梯 的運(yùn)行,主要 的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是:在MCGS中設(shè)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(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,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)建項目? 4?用一臺計算機(jī)同時連接S7 -300和S7 –400 PLC,在WINCC中,建立兩個設(shè)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)? 5?S7-300plc 之間 的Modbus通訊實(shí)驗(yàn)(2學(xué)時,選做,驗(yàn)證型),熟悉現(xiàn)場總線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,選做,驗(yàn)證型),熟悉現(xiàn)場總線DP網(wǎng)絡(luò)通訊 的基本原理,掌握S7-300PLC編程和兩個PLC之間DP網(wǎng)絡(luò)通訊 的具體方法? 7?MCGS通過Modbus 協(xié)議控制風(fēng)機(jī)變頻器 的啟停和調(diào)速,在計算機(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MCGS中組態(tài)變頻器 的按鈕和速度設(shè)定,最終實(shí)現(xiàn)在計算上啟?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)生撰寫設(shè)計論文? 六?教學(xué)方式與考核方式 本門課程以理論教學(xué)為主,輔之以實(shí)驗(yàn)教學(xué)?以筆試成績?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(shí)驗(yàn)及作業(yè)情況? 七?學(xué)時分配 (總32學(xué)生,其中實(shí)驗(yàn)6學(xué)時) 章次 一 二 三 四 五 六 七 八 九 學(xué)時 2 4 4 4 4 4 4 4 2 八?說明 (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)場總線技術(shù)是一門專業(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)今國際國內(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 的分析問題?解決問題 的能力?根據(jù)本課程 的主線(現(xiàn)場總線技術(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),其軟件系統(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個現(xiàn)場總線方面 的系統(tǒng)案例,讓同學(xué)課前對相關(guān)產(chǎn)品?軟件等有個大概 的了解,讓學(xué)生在聽課 的時候有一種似曾相識 的感覺,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)案例主要通過軟件 的演示來完成,教學(xué)中結(jié)合一些簡單案例,運(yùn)用較多 的圖形來增強(qiáng)學(xué)生對現(xiàn)場總線技術(shù) 的感性認(rèn)識,以加深對基本理論 的理解? 5. 必須保證有一定 的習(xí)題量,以加強(qiáng)學(xué)生對基本理論 的掌握,同時幫助學(xué)生提高分析問題?解決問題 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)報告?在實(shí)驗(yàn) 的安排次序上由簡單到復(fù)雜,由驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)到設(shè)計性實(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)施過程 的方法,按照工程技術(shù)要求來完成? 7. 為引導(dǎo)學(xué)生全面發(fā)展,科學(xué)評價學(xué)生 的學(xué)習(xí)效果,使學(xué)習(xí)成績 的評定真正起到教育激勵?培養(yǎng)督導(dǎo)等作用,考核形式包括平時作業(yè)完成情況?實(shí)驗(yàn)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(chǔ)理論?基本知識?基本技能以及在融會貫通基礎(chǔ)上分析問題?解決問題 的能力及綜合素質(zhì)? (二) 教學(xué)參考書(中?英文參考書) 1.張鳳登編著. 現(xiàn)場總線技術(shù)與應(yīng)用. 北京:科學(xué)出版社.2008 2.陽憲惠主編. 現(xiàn)場總線技術(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 《現(xiàn)場總線控制技術(shù)》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(shù) (Technology of Field Bus Control System ) 課程類別 專業(yè)方向課 學(xué) 分 2 開課學(xué)期 7 開課單位 電氣工程學(xué)院 課程負(fù)責(zé)人 徐曉光 聯(lián)系電話 2871262 E-mail xuxg@163.com 教師隊伍 內(nèi)容簡介: 本課程綜合了電子?儀器儀表?計算機(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)自動化 的發(fā)展歷程以及在現(xiàn)場總線技術(shù)中使用 的基礎(chǔ)知識 的基礎(chǔ)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(yīng)用,對工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)?AS-i技術(shù)及與現(xiàn)場總線密切相關(guān) 的OPC技術(shù)和IEC61131-3編程語言等新技術(shù)也要有所認(rèn)識?通過本課程 的學(xué)習(xí)能獨(dú)立承擔(dān)和開展現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)相關(guān) 的研究工作? 課程說明 現(xiàn)場總線技術(shù)是一門專業(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)今國際國內(nèi)工業(yè)控制系統(tǒng)技術(shù) 的發(fā)展步伐? 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》?《計算機(jī)控制技術(shù)》?《機(jī)電傳動與控制》?《單片機(jī)原理與應(yīng)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(luò)技術(shù). 北京:電子工業(yè)出版社.2008 教學(xué)參考書 1. 陳在平編.著現(xiàn)場總線及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù). 北京:電子工業(yè)出版社.2008 2. 陽憲惠主編. 現(xiàn)場總線技術(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