《现场总线控制技术》教学大纲

《现场总线控制技术》教学大纲

课程名称：现场总线控制技术

适用班级：2016级电气自动化技术

辅导教材：《工业控制网络》王振力等编著人民邮电出版社

一、本课程的地位、任务和作用

本课程综合了电子、仪器仪表、计算机技术和网络技术的最新发展成果，旨在介绍现场总线这一自控领域的新技术，使学生了解工业自动化领域当今世界自控技术的研究热点和发展方向。

本课程的主要任务是使学生在了解工业自动化的发展历程以及在现场总线技术中使用的基础知识的基础上，掌握目前在工业现场使用最多的PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA的基本原理和具体应用，对工业以太网技术、AS-i技术及与现场总线密切相关的OPC技术和IEC61131-3编程语言等新技术也要有所认识。通过本课程的学习能独立承担和开展现场总线控制系统相关的研究工作。

二、本课程的相关课程

《可编程序控制器》、《可视化数据处理技术》、《计算机控制技术》，《机电传动与控制》，《单片机原理与应用》，《自动控制原理》等课程。

三、本课程的基本内容及要求

教学基本要求：

第1章概述

了解现场总线与现场总线控制系统的现状与发展，了解现场总线与现场总线控制系统的特点。

第2章数据通信基础

掌握通信模型、数据传输、传输媒体、传输数据编码、数据通信接口和差错检测与校正的概念及方法，了解多路复用技术的构成及使用方法。

第3章现场总线体系结构

了解网络体系结构的基本概念，掌握开放系统互连参考模型中的若干重要概念及现场总线体系结构的建立方法和特点，了解现场总线网络的拓扑结构。第4章媒体访问控制技术

了解媒体访问控制技术的概念，掌握集中控制型受控访问方法，了解ALOHA随机访问方法和CSMA随机访问方法，了解物理环访问方法和令牌总线访问方法。

第5章位传输现场总线

了解位传输总线的基本概念，和汽车总线的分类，了解CAN总线体系结构及协议标准，了解CAN控制器、CAN总线收发器、CAN节点的实现方法，了解CAN总线应用系统设计的基本方法。

第6章设备现场总线

了解设备现场总线的基本概念，掌握Profibus总线的特点、体系结构和产品开发的基本方法。

第7章FF现场总线

了解基金会现场总线种类及体系结构，了解FF-H1物理层、FF-H1通信栈、FF-H1用户层以及FF的网络管理系统。

第8章工业以太网

了解工业以太网体系结构和基本特性，了解高速以太网现场总线FF-HSE。第9章现场总线控制系统的设计与集成

了解企业信息网的一般组成，了解现场总线控制系统的一般设计应用过程，掌握一种现场总线控制系统的集成技术，了解连接设备的应用方法，了解OPC 技术及其应用。

实验内容及要求：

实验内容主要让学生了解现场总线的基本原理和结构，以西门子Profibus 总线为例，学习现场总线规范，通讯控制芯片，接口设计及应用编程和操作等，并介绍了几种常用的现场总线技术。

1、S7-200PLC与触摸屏的串口通讯，用RS485串口电缆将CPU226直接连接到触摸屏，在触摸屏上组态一个按钮和一个指示灯，操作电梯运行，并正确显示指示灯的状态

2、S7-200PLC与计算机组态软件的PPI协议通讯，用PPI电缆将CPU226接到工控机的串口上，在计算机上用MCGS软件直接操作电梯的运行，主要的实验内容是：在MCGS中设置PPI通讯协议，组态一个按钮和一个状态指示灯，操作电梯运行，并正确显示指示灯的状态。

3、Step7v5.4编程基础，S7-300plc组态（2学时，选做，验证型），熟悉Step7v5.4软件的操作环境和使用步骤以及怎样在SIMATIC管理器中创建项目。

4、用一台计算机同时连接S7 -300和S7 –400 PLC，在WINCC中，建立两个设备，分别连接300PLC和400PLC，在画面上组态两个数值输入单元分别读写两套PLC中的数据。

5、S7-300plc 之间的Modbus通讯实验（2学时，选做，验证型），熟悉现场总线Modbus网络通讯的基本原理和Step7硬件组态，掌握S7-300PLC编程和两个PLC之间网络通讯的具体方法。

6、S7-300plc之间的DP通讯实验（2学时，选做，验证型），熟悉现场总线DP网络通讯的基本原理，掌握S7-300PLC编程和两个PLC之间DP网络通讯的具体方法。

7、MCGS通过Modbus 协议控制风机变频器的启停和调速，在计算机和变频器之间，连接RS485通讯电缆，修改变频器的参数，将变频器启、停和速度给定模式切换成串口模式，在MCGS中组态变频器的按钮和速度设定，最终实现在计算上启、停变频器并调整速度。

四、习题数量及要求

为帮助学生理解和巩固本课程的基本概念、理论与基本分析、设计方法，从巩固基础和提高能力方面安排习题，也可以根据授课内容布置学生撰写设计论文。

五、教学方式与考核方式

教学方式：面授辅导、平时作业

考核方式：考勤、作业和考试

六、几点说明

推荐教材和主要参考书：

推荐教材：《工业控制网络》王振力等编著人民邮电出版社

主要参考书：

1.张凤登编著. 现场总线技术与应用. 北京：科学出版社.2008

2.阳宪惠主编. 现场总线技术及其应用(第2版). 北京：清华大学出版社.2008

3.陈在平编.著现场总线及工业控制网络技术. 北京：电子工业出版社.2008

4.李正军编著. 现场总线技术及其应用技术. 北京：机械工业出版社.2009

5.王永华.现场总线技术及应用教程. 北京：机械工业出版社，2007

6.李正军主编.现场总线及其应用技术. 北京：机械工业出版社，2005

7.王常力、罗安主编.集散型控制系统选型与应用. 北京：清华大学出版社，1996