《工业控制网络》课程教学大纲

《工业控制网络》课程教学大纲

课程编码：T1060260

课程中文名称：工业控制网络

课程英文名称：INDUSTRIAL CONTROL NETWORK

总学时：40讲课学时：28实验学时：12学分:2.5

授课对象：电气工程及其自动化专业

先修课程：电路集成电子技术嵌入式系统原理及应用

一、课程教学目的

工业控制网络即现场总线是3C（Computer,Communication and Control）技术发展汇集成的结合点，是信息技术、数字化智能化网络发展到现场的结果。现场总线是自动化及电气工程领域当前和今后的发展热点。现场总线已在国民经济各个领域和国防领域中获得了广泛应用，而且应用得越来越普遍。例如，对于电气工程领域，在现代电机驱动与控制装置（如变频器）中、在数字化变电站、配电系统/继电保护装置中、在智能电器中、在楼宇自动化装置中，几乎均要求配置现场总线通信接口；对于国防领域，在航空航天设备、舰船、装甲车辆中均使用了现场总线系统。

本课程以现场总线基本技术及其节点设计为主要内容，目的是使学生掌握现场总线通信与网络基本知识，学会阅读并理解现场总线协议/规范，能够设计一般设备的现场总线通信接口，掌握典型现场总线系统的基本应用技术，并为学生进行现场总线系统设计和现场总线分析奠定一定的基础。

二、教学内容及基本要求

本课程的主要内容包括计算机网络与现场总线的基础知识、国际标准现场总线及其它主流现场总线协议/规范、现场总线节点设计以及现场总线系统应用技术基础。

第1章绪论

现场总线的发展历程、概念、组成、技术特点与优点，标准及应用领域。

第2章数据通信与计算机网络基础

数据编码方式、信号传输方式、通信方式等数据通信基础知识；网络拓扑结构、传输介质、硬件组成与介质访问控制方式等计算机网络基础知识；协议分层、接口和服务、服务原语等计算机网络基本理论；OSI参考模型和TCP/IP参考模型及其优缺点，OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较。

第3章控制器局域网——CAN

CAN总线的产生及其发展历程，CAN总线的技术特点，CAN节点的分层结构，CAN的一些基本概念，报文传送及其帧类型，错误类型及其界定，位定时要求，CAN总线基本技术阐释与分析，CAN控制器及接口芯片：SJA1000、82C250，CAN节点设计，CAN系统应用实例。

第4章DeviceNet

DeviceNet简介，DeviceNet的连接（CAN标识符区的DeviceNet使用、连接建立概述、预定义主/从连接组、客户机和服务器的连接终点），DeviceNet信息协议（显式信息、输入/输出信息、分段/

重组、重复MAC ID检测协议），DeviceNet通信对象类，网络访问状态机制，预定义主/从连接组，

构建DeviceNet网络的步骤及所需的硬件和软件，DeviceNet节点设计、DeviceNet系统应用实例。

第5章ControlNet

概述，主要技术特点，物理层与媒体，数据链路层简介，ControlNet系统应用实例。

第6章以太网（EtherNet/IP）

概述，封装协议，显式与I/O信息到TCP/IP的映射，物理层，设备描述，对象库。

第7章FF现场总线

概述；物理层及其网络连接；数据链路层；现场总线访问子层；报文规范层；网络管理与系统管理；通信控制器FB3050；设备描述。

第8章Profibus

概述；Profibus通信协议；Profibus实现的可能性；Profibus控制器ASPC2；Profibus系统应用实例。

实验项目明细表

《工业控制网络》课程教学进程表

一、概念题

1、现场总线

答：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。

2、模拟数据编码

答：分别用模拟信号的不同幅度、不同频率、不同相位来表达数据的0，1状态的，称为模拟数据编码。

3、数字数据编码

答：用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0，1状态的，称为数字数据编码。

4、单极性码

答：信号电平是单极性的数字数据编码。

5、双极性编码

答：信号电平为正、负两种极性的数字数据编码。

6、归零码（RZ）

答：在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的数字数据编码。

7、非归零码（NRZ）

答：在整个码元时间内维持有效电平的数字数据编码。

8、差分码

用电平的变化与否来代表逻辑“1”和“0的数字数据编码。

9、基带传输

答：就是在数字通信的信道上按数据波的原样进行传输，不包含有任何调制

10、载波传输

答：采用数字信号对载波进行调制后实行传输。

11、单工通信

答：就是指传送的信息始终是一个方向，而不进行与此相反方向的传送。

12、半双工通信

答：是指信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输

13、全双工通信

是指能同时作双向通信。

14、广播式网络

答：仅有一条通信信道，由网络上的所有机器共享。短的消息，即按某种语法组织的分组或包，可以被任何机器发送并被其它所有的机器接收。分组的地址字段指明此分组应被哪台机器接收。一旦收到分组，各机器将检查它的地址字段。如果是发送给它的，则处理该分组，否则将它丢弃。

15、点到点网络

由一对对机器之间的多条连接构成。为了能从源到达目的地，这种网络上的分组可能必须通过一台或多台中间机器。

16、类

一组表示同种系统组件的对象。一个类是一个对象的一种概括。一个类中所有的对象在形式和行为上是相同的，但是它们可以包含不同的属性值。

17、实例

一个对象的一个明确的真实（物理）事件。

18、属性

一个对象的一个外部可视特性或特点的一种描述。

19、仅限组2服务器

一个UCMM非能力的和必须使用预定义主/从连接组来建立通信的从站。

20、预定义主/从连接组

一组便于典型主/从关系通信的连接。一个应用至应用连接的创建及配置所涉及的诸多步骤已在预定义主/从连接组的定义中被取消。而它所提供的方法使得可用较少的网络和设备资源来建立一个通信环境。

21、广播风暴

网络上的一个错误数据包的广播，它会引起多个主机立刻响应。一般说来，这种平等的错误数据包会引起风暴严重地成指数增长。

22、数据报

装载足够由一个源到目的计算机的路由信息的数据的一个自身含有的独立实体，而不需依靠源与目的计算机先前的信息交换和传输网络。

23、封装

分层协议使用的一种技术，即当前层将头部信息添加到来自上一层的协议数据单元（PDU）。

二、填空题

1、现场总线控制系统硬件包括：通信线、连接在通信线上的设备；软件包括：组态工具软件、组态通信软件、控制器编程软件、用户程序软件、设备接口通信软件、设备功能软件、监控组态软件。