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1、现场总线控制系统课程教学大纲课程代码：030142004课程英文名称：Field Control System课程总学时：40 讲课：32 实验：8 上机：0适用专业：自动化大纲编写（修订）时间：2010.7一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标本课程是自动化专业的一门选修课，其基本任务和教学目的：使学生了解现场总线的基本结构与基本组成，掌握现场总线的基本工作原理、基本分析方法和基本实验技能，培养学生分析问题与解决问题的能力，培养学生一定的动手能力，为毕业后进一步从事自动化专业工作打下必要的基础。（二）知识、能力及技能方面的基本要求通过本课程的学习，学生应了解现场总线的定义、现场总线的产生
2、和发展的过程、现场总线的特点，了解工业控制网络的体系结构；掌握数据通信的理论基础、数据的编码方式、传输方式和传输介质、网络拓扑结构和媒体访问技术；熟练掌握PROFIBUS协议结构、通信模型、传输技术和总线访问技术；了解基金会现场总线（FF）通信系统的构成、FF网络拓扑结构、通信模型、FF的功能块和FF组态的基本知识；了解LonWorks协议及神经元芯片技术等相关内容；了解CAN通信协议（物理层、媒体访问控制子层、逻辑链路控制子层）、CAN的控制器和收发器以及CAN的应用。学习本课程之后，要求学生具备初步的设计和规划现场总线控制系统的能力和研究、开发现场总线技术产品的初步能力，并为后续课程的学习
3、打下必要的基础。（三）实施说明从基本教育出发，站在培养人才的高度上，来看待本课程所应承担的责任。在讲授具体内容时，要分清每一部分内容在本课程中所处的地位，只有这样才能在大纲实施过程中得心应手。应从学生的现有水平出发，采用由浅入深、由实践到理论、由问题引导、由整体到局部再到整体、理论与实际密切结合和充分发挥学生的主动性的教学方法，实际上是反映了任何领域初学者认识新事物的普通规律。使用“教一学做”相结合的引探教学法，实现知识、理论和实践内容的一体化教学，以促进学生的创造能力的培养。在教学过程中穿插生产和科研成果和案例，将科研项目与教学相结合。让学生独立解决实验过程中遇到的问题和自己设计可行性方案，
4、培养学生的科研素养和科研能力，提高学生的解决实际问题的能力和创新能力。（四）对先修课的要求计算机网络基础、自动控制原理和PLC原理及应用等课程是本课程的基础。（五）对习题课、实践环节的要求应结合教学大纲内容，合理布置适量习题。习题的重点是PROFIBUS总线协议类型、STEP7组态软件编程使用方法、WinCC监控组态软件编程使用方法和其他几种现场总线的软硬件设计等。通过课内实验，实现PROFIBUS总线组态和控制。在实验条件允许的情况下，进行适量课外实验。（六）课程考核方式1.考核方式：考查。2.考试方法：开卷。3.课程总成绩：最终理论考试、平时考核（包括中期考试、作业、小测验、提问等）、实验
5、环节考核成绩的总和。（七）参考书目1.现场总线技术，刘泽祥编，机械工业出版社，2005年8月；2.工业数据通信与控制网络，阳宪惠编，清华大学出版社，2003年6月；3.现场总线控制网络技术，雷霖，电子工业出版社，2004年4月；4.现场总线及其应用技术，李正军，机械工业出版社，2005年1月。二、中文摘要本课程是自动化专业学生选修的一门专业课程。本课程以PROFIBUS总线为主，围绕SIMATIC S7系统进行讲授，并对其他几种主要的现场总线技术作了详细介绍，使学生能够根据实际需要对现场总线进行选型和简单设计基于现场总线的控制系统。本课程将为后续课程的学习以及相关课程设计、毕业设计等奠定重要的
6、基础。三、课程学时分配表序号章节名称学时讲课实验上机1现场总线技术概述22001.1自动控制系统的发展及其体系结构、现场总线控制系统、FCS 和DCS的差别、现场总线技术的现状发展及其前景22网络与数据通信基础44002.1总线的基本概念和操作、通信系统简介22.2网络结构和传输介质、通信系统的协议模型23PROFIBUS总线技术86203.1PROFIBUS的通信模型和协议类型、PROFIBUS的数据传输和拓扑结构23.2PROFIBUS的总线存取控制机制、PROFIBUS-DP技术简介23.3PROFIBUS-PA技术简介、PROFIBUS-FMS技术简介、PROFIBUS的应用2FCS控
7、制系统的组成与认识实验24第04章SIMATIC S7系统及其组态软件86204.1SIMATIC S7系统基础、SIMATIC S7系统设备24.2STEP7的功能和使用方法、用STEP7开发应用软件24.3SIMATIC S7的系统功能调用、连续数据量的I/O存取命令、PROFIBUS-DP的诊断功能2下位机硬件组态和编程实验25第05章 监控组态软件的功能和使用84405.1监控组态软件介绍25.2监控系统组态和编程2上位机通信建立及界面组态实验2基于FCS的控制系统设计及调试实验26第06章 基金会现场总线(FF)44006.1FF通信模型26.2FF现场仪表的功能模块27第07章LO
8、N和LonWorks技术22007.1LonTalk协议、神经元芯片28第08章CAN 总线44008.1CAN总线的性能特点、CAN总线的技术规范28.2CAN总线相关器件、CAN总线的应用2合计40328四、教学内容及基本要求第1部分 现场总线技术概述总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0具体内容： 自动控制系统的发展及其体系结构 现场总线控制系统 FCS 和DCS的差别 现场总线技术的现状发展及其前景重 点： 现场总线控制系统的组成和特点及其发展难 点： FCS和DCS的差别第2部分 网络与数据通信基础 总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0具体内容： 总
9、线的基本概念和操作 通信系统简介 网络结构和传输介质 通信系统的协议模型重 点： 网络结构和传输介质 通信系统的协议模型难 点： 通信系统的协议模型习 题： ISO/OSI协议模型的七层结构及主要功能第3部分 PROFIBUS总线技术总学时(单位：学时):8 讲课:6 实验:2 上机:0具体内容： PROFIBUS的通信模型和协议类型 PROFIBUS的数据传输和拓扑结构 PROFIBUS的总线存取控制机制 PROFIBUS-DP技术简介 PROFIBUS-PA技术简介 PROFIBUS-FMS技术简介 PROFIBUS的应用重 点： PROFIBUS的通信模型和协议类型 PROFIBUS的数
10、据传输和拓扑结构 PROFIBUS的总线存取控制机制难 点： PROFIBUS的总线存取控制机制习 题： PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS的特点和区别实 验： FCS控制系统的组成与认识实验（2学时）第4部分 SIMATIC S7系统及其组态软件总学时(单位：学时):8 讲课:6 实验:2 上机:0具体内容： SIMATIC S7系统基础 SIMATIC S7系统设备 STEP7的功能和使用方法 用STEP7开发应用软件 SIMATIC S7的系统功能调用 连续数据量的I/O存取命令 PROFIBUS-DP的诊断功能重 点： 用STEP7开发应用软件 S
11、IMATIC S7的系统功能调用 连续数据量的I/O存取命令难 点： SIMATIC S7的系统组态和功能调用习 题： PROFIBUS总线的硬件组态和编程实 验： 下位机硬件组态和编程（2学时）第5部分 监控组态软件的功能和使用 总学时(单位：学时):8 讲课:4 实验:4 上机:0具体内容： 监控组态软件介绍 监控系统组态和编程重 点： 监控系统组态和编程难 点： 监控软件编程习 题： 编制监控程序实 验： 1. 上位机通信建立及界面组态（2学时） 2. 基于FCS的控制系统设计及调试（2学时）0 第6部分 基金会现场总线（FF）总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0具体内
12、容： FF通信模型 FF现场仪表的功能模块重 点： FF通信模型难 点： FF现场仪表的功能模块习 题：FF低层协议的设计第7部分 LON和LonWorks技术 总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0具体内容： LonTalk协议 神经元芯片重 点： LonTalk协议难 点： 神经元芯片习 题：LonWorks节点设计第8部分 CAN 总线 总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0具体内容： CAN总线的性能特点 CAN总线的技术规范 CAN总线相关器件 CAN总线的应用重 点： CAN总线的技术规范和协议难 点： CAN总线的协议习 题： CAN总线的硬件电路设计编写人: 马景富纪振平孙金根审核人: 纪振平批准人:张焕君
