《現(xiàn)場總線控制技術》教學大綱編纂.doc

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《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:38(實驗 6學時) 學分數: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?任務和作用 本課程綜合了電子?儀器儀表?計算機技術和網絡技術 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-DP?PROFIBUS-PA 的基本原理和具體應用,對工業(yè)以太網技術?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?可視化數據處理技術?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 的基本內容及要求 (二)基本內容 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 數據通信基礎 2.1 通信模型 2.2 數據傳輸 2.3 傳輸媒體 2.4 傳輸數據編碼 2.5 數據通信接口 2.6 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 5.8 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 的產生及特點 6.3 Profibus 總線體系結構 6.4 Profibus 產品開發(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 網絡管理 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) 的設計 第8章 工業(yè)以太網 8.1 工業(yè)以太網概述 8.2 工業(yè)以太網體系結構 8.3 工業(yè)以太網基本特性 8.4 高速以太網現(xiàn)場總線 FF-HSE 8.5 FF-HSE 與其它工業(yè)以太網 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 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 數據通信基礎 掌握通信模型?數據傳輸?傳輸媒體?傳輸數據編碼?數據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 了解網絡體系結構 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)場總線體系結構 的建立方法和特點,了解現(xiàn)場總線網絡 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構,了解FF-H1物理層?FF-H1通信棧?FF-H1用戶層以及FF 的網絡管理系統(tǒng)? 第8章 工業(yè)以太網 了解工業(yè)以太網體系結構和基本特性,了解高速以太網現(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 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?實驗內容及要求 實驗內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? 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,操作電梯運行,并正確顯示指示燈 的狀態(tài) 2?S7-200PLC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)? 3?Step7v5.4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? 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)兩個數值輸入單元分別讀寫兩套PLC中 的數據? 5?S7-300plc 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之間網絡通訊 的具體方法? 6?S7-300plc之間 的DP通訊實驗(2學時,選做,驗證型),熟悉現(xiàn)場總線DP網絡通訊 的基本原理,掌握S7-300PLC編程和兩個PLC之間DP網絡通訊 的具體方法? 7?MCGS通過Modbus 協(xié)議控制風機變頻器 的啟停和調速,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,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,也可以根據授課內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 2 4 4 4 4 4 4 4 2 八?說明 (一) 教學建議與教學方法 (一)?教學建議與教學方法 1. 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,不斷更新教學內容,以滿足學生走上工作崗位能跟上當今國際國內工業(yè)控制系統(tǒng)技術 的發(fā)展步伐? 2. 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?根據本課程 的主線(現(xiàn)場總線技術),講透重點內容,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? 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,讓同學課前對相關產品?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,有助于提高學生 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? 5. 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? 6. 實驗教學中要求學生根據實驗內容完成預習報告?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? 7. 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? (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.2008 2.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.2008 3.陳在平編.著現(xiàn)場總線及工業(yè)控制網絡技術. 北京:電子工業(yè)出版社.2008 4.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.2009 5.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,2007 6.李正軍主編.現(xiàn)場總線及其應用技術. 北京:機械工業(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 2871262 E-mail xuxg@163.com 教師隊伍 內容簡介: 本課程綜合了電子?儀器儀表?計算機技術和網絡技術 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-DP?PROFIBUS-PA 的基本原理和具體應用,對工業(yè)以太網技術?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,不斷更新教學內容,以幫助學生走上工作崗位能跟上當今國際國內工業(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)控制網絡技術. 北京:電子工業(yè)出版社.2008 2. 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.2008 3. 張鳳登編著. 現(xiàn)場總線技術與應用. 北京:科學出版社.2008 4. 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.2009 5. 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,2007 6. 李正軍主編.現(xiàn)場總線及其應用技術. 北京:機械工業(yè)出版社,2005 7. 王常力?羅安主編.集散型控制系統(tǒng)選型與應用. 北京:清華大學出版社,1996