現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)課程教學(xué)大綱

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程編號：201404131課程中文名稱：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)課程英文名稱：FieldBusControlSystem課程性質(zhì)：專業(yè)選修課程開課專業(yè)：自動化、測控技術(shù)與儀器、電氣工程及自動化、探測制導(dǎo)與控制技術(shù)開課學(xué)期：7總學(xué)時：32（其中理論24學(xué)時，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時）總學(xué)分：2二、課程目標(biāo)本課程綜合了電子、儀器儀表、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展成果，主要介紹現(xiàn)場總線的發(fā)展和應(yīng)用概況、現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)的通信基礎(chǔ)、支持現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)以及控制網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)過程等。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能了解當(dāng)今世界自控技術(shù)的熱點(diǎn)，掌握現(xiàn)場總線這種可構(gòu)成全分布式控制系統(tǒng)的技術(shù)。本課程要求學(xué)生從理論上掌握現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)的通信基礎(chǔ)和實(shí)施過程、現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用層軟件設(shè)計(jì)方法、現(xiàn)場總線儀表設(shè)計(jì)、開發(fā)工具、控制網(wǎng)絡(luò)的軟硬件配置和開發(fā)等。三、教學(xué)基本要求本課程要求學(xué)生從理論上掌握現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)的通信基礎(chǔ)和實(shí)施過程、現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用層軟件設(shè)計(jì)方法、現(xiàn)場總線儀表設(shè)計(jì)、開發(fā)工具、控制網(wǎng)絡(luò)的軟硬件配置和開發(fā)等。要求學(xué)生掌握現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識的同時，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。具體要求如下：1、掌握工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)知識、物理結(jié)構(gòu)，開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型等內(nèi)容。2、熟悉現(xiàn)場總線的發(fā)展和應(yīng)用概況，掌握現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)的通信基礎(chǔ)，對現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的基本概念有明確的認(rèn)識；3、了解現(xiàn)場總線產(chǎn)生背景、定義、特點(diǎn)，以及目前幾種熱門的現(xiàn)場總線。重點(diǎn)了解目前在控制系統(tǒng)中應(yīng)用較多的PROFIBUS，包括PROFIBUS的家族成員、協(xié)議結(jié)構(gòu)、行規(guī)和應(yīng)用。4、熟練掌握PROFIBUS-DP的傳輸技術(shù)、設(shè)備類型（1類DP主站、2類主站和DP從站）及其基本特點(diǎn)；熟練掌握PROFIBUS-DP的三類站間通信方式（1類主站和從站、2類主站和從站、1類主站和2類主站）；熟練掌握DP報(bào)文格式。5、重點(diǎn)掌握DP-V0的改變從站地址、診斷請求、從站參數(shù)設(shè)置、從站組態(tài)、診斷請求和數(shù)據(jù)交換等6類報(bào)文，熟練掌握它們的結(jié)構(gòu)及含義。6、熟練掌握PA的技術(shù)特點(diǎn)，掌握PA的四層協(xié)議結(jié)構(gòu)。熟練掌握PA的線型、樹型和混合型三種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式；熟練掌握PA設(shè)備行規(guī)，包括通用要求和設(shè)備數(shù)據(jù)單。7、熟練掌握DP-V1的改變從站地址、診斷請求、從站參數(shù)設(shè)置、從站組態(tài)、診斷請求和數(shù)據(jù)交換等6類報(bào)文；重點(diǎn)掌握參數(shù)設(shè)置和組態(tài)報(bào)文。8、了解CAN總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)特點(diǎn)；掌握CAN總線控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議。9、煙廠制絲線現(xiàn)場總線集成控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例：熟練掌握現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程；掌握主站、從站的選??；掌握PROFIBUS-DP和PA的連接；掌握編寫DP和PA的報(bào)文方法。10、要求學(xué)生掌握現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識的同時，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。四、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時分配1.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識（4學(xué)時）1.1緒論（1學(xué)時）：課程開篇介紹工業(yè)自動化技術(shù)及控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程，現(xiàn)場總線在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的作用。在課程學(xué)習(xí)之初，讓學(xué)生深刻體會到現(xiàn)場總線在當(dāng)今控制系統(tǒng)中的作用。1.2基礎(chǔ)知識（3學(xué)時）：掌握工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)知識、物理結(jié)構(gòu)，開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型等內(nèi)容。2.現(xiàn)場總線技術(shù)及PROFIBUS（2學(xué)時）2.1現(xiàn)場總線概述（1學(xué)時）：了解現(xiàn)場總線產(chǎn)生背景、定義、特點(diǎn)，介紹目前幾種熱門的現(xiàn)場總線。2.2PROFIBUS概述（1學(xué)時）：重點(diǎn)了解目前在控制系統(tǒng)中應(yīng)用較多的PROFIBUS，包括PROFIBUS的家族成員、協(xié)議結(jié)構(gòu)、行規(guī)和應(yīng)用。3.PROFIBUS-DP及DP-V0（8學(xué)時）3.1PROFIBUS-DP概念及功能（2學(xué)時）：熟練掌握PROFIBUS-DP的傳輸技術(shù)、設(shè)備類型（1類DP主站、2類主站和DP從站）及其基本特點(diǎn)。3.2DP的通信過程及報(bào)文格式（2學(xué)時）：熟練掌握PROFIBUS-DP的三類站間通信方式（1類主站和從站、2類主站和從站、1類主站和2類主站）；熟練掌握DP報(bào)文格式。3.3DP-V0報(bào)文詳解（4學(xué)時）：重點(diǎn)掌握DP-V0的改變從站地址、診斷請求、從站參數(shù)設(shè)置、從站組態(tài)、診斷請求和數(shù)據(jù)交換等6類報(bào)文，熟練掌握它們的結(jié)構(gòu)及含義。4.PROFIBUS-PA及DP-V1（6學(xué)時）4.1PROFIBUS-PA概念及功能（1學(xué)時）：熟練掌握PA的技術(shù)特點(diǎn)，掌握PA的四層協(xié)議結(jié)構(gòu)（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層和行規(guī)）。4.2PA的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和行規(guī)（1學(xué)時）：熟練掌握PA的線型、樹型和混合型三種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式；熟練掌握PA設(shè)備行規(guī)，包括通用要求和設(shè)備數(shù)據(jù)單。4.3DP-V1報(bào)文詳解（4學(xué)時）：熟練掌握DP-V1的改變從站地址、診斷請求、從站參數(shù)設(shè)置、從站組態(tài)、診斷請求和數(shù)據(jù)交換等6類報(bào)文；重點(diǎn)掌握參數(shù)設(shè)置和組態(tài)報(bào)文。5.PROFIBUS應(yīng)用綜合舉例（2學(xué)時）煙廠制絲線現(xiàn)場總線集成控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例：熟練掌握現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程；掌握主站、從站的選??；掌握PROFIBUS-DP和PA的連接；掌握編寫DP和PA的報(bào)文方法。6.CAN總線控制系統(tǒng)（2學(xué)時）了解CAN總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)特點(diǎn)；掌握CAN總線控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議。7.實(shí)驗(yàn)（8學(xué)時）實(shí)驗(yàn)一：基于PROFIBUS-DP的主從站數(shù)據(jù)傳輸及控制實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時）實(shí)驗(yàn)二：基于PROFIBUS-DP的綜合邏輯控制實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時）五、教學(xué)方法及手段1、以課堂教學(xué)形式達(dá)成課程目標(biāo)分析重點(diǎn)難點(diǎn)，精選內(nèi)容，組織教案；結(jié)合多媒體等現(xiàn)代教學(xué)手段，對特殊抽象或微觀內(nèi)容，利用動畫提高教學(xué)效果；將科研最新成果和現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展趨勢引入教學(xué)中，保持教學(xué)內(nèi)容的新穎性；在第二章第一節(jié)（現(xiàn)場總線概述）和第五章（PROFIBUS應(yīng)用綜合舉例）分別進(jìn)行研討式教學(xué)，通過課堂討論，啟發(fā)學(xué)生對現(xiàn)場總線技術(shù)的興趣；課后提出問題，利于同學(xué)深入思考；最終以試卷形式進(jìn)行考核。2、以實(shí)踐性教學(xué)形式達(dá)成課程目標(biāo)本課程安排2次共8學(xué)時實(shí)驗(yàn)，采用分組形式完成。3、以多環(huán)節(jié)訓(xùn)練相結(jié)合形式達(dá)成課程目標(biāo)通過隨堂提問，鞏固學(xué)習(xí)成果，提高學(xué)習(xí)效力。六、實(shí)驗(yàn)（或）上機(jī)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一：基于PROFIBUS-DP的主從站數(shù)據(jù)傳輸及控制實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時）——通過對工業(yè)控制器的組態(tài)，配置主站和從站并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)基于PROFIBUS-DP的主從站數(shù)據(jù)傳輸，并編程實(shí)現(xiàn)主從站之間的相互控制。實(shí)驗(yàn)二：基于PROFIBUS-DP的綜合邏輯控制實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時）——基于PROFIBUS-DP設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)組合邏輯的控制方式和控制任務(wù)。七、前續(xù)課程、后續(xù)課程前續(xù)課程：自控原理、自動元件、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)后續(xù)課程：畢業(yè)設(shè)計(jì)八、參考教材及學(xué)習(xí)資源[1]王永華，A.Verwer.現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程（第二版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.[2]孫鶴旭，梁濤等.Profibus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.[3]李正軍.現(xiàn)場總線及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.九、考核方式閉卷考試卷面成績，占總成績的80%，實(shí)驗(yàn)成績20%。教學(xué)基本要求項(xiàng)考核形式占總成績的比例1.掌握工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)知識、物理結(jié)構(gòu)，開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型等內(nèi)容。2.熟悉現(xiàn)場總線的發(fā)展和應(yīng)用概況，掌握現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)的通信基礎(chǔ)，對現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的基本概念有明確的認(rèn)識；3.了解現(xiàn)場總線產(chǎn)生背景、定義、特點(diǎn)，以及目前幾種熱門的現(xiàn)場總線。重點(diǎn)了解目前在控制系統(tǒng)中應(yīng)用較多的PROFIBUS，包括PROFIBUS的家族成員、協(xié)議結(jié)構(gòu)、行規(guī)和應(yīng)用。4.熟練掌握PROFIBUS-DP的傳輸技術(shù)、設(shè)備類型（1類DP主站、2類主站和DP從站）及其基本特點(diǎn)；熟練掌握PROFIBUS-DP的三類站間通信方式（1類主站和從站、2類主站和從站、1類主站和2類主站）；熟練掌握DP報(bào)文格式。5.重點(diǎn)掌握DP-V0的改變從站地址、診斷請求、從站參數(shù)設(shè)置、從站組態(tài)、診斷請求和數(shù)據(jù)交換等6類報(bào)文，熟練掌握它們的結(jié)構(gòu)及含義。6.熟練掌握PA的技術(shù)特點(diǎn)，掌握PA的四層協(xié)議結(jié)構(gòu)。熟練掌握PA的線型、樹型和混合型三種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式；熟練掌握PA設(shè)備行規(guī)，包括通用要求和設(shè)備數(shù)據(jù)單。7.熟練掌握DP-V1的改變從站地址、診斷請求、從站參數(shù)設(shè)置、從站組態(tài)、診斷請求和數(shù)據(jù)交換等6類報(bào)文；重點(diǎn)掌握參數(shù)