現(xiàn)場總線技術教案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上成都大學教案學院(部)： 電信學院 系（教研室）： 自動化 授課教師： 喻曉紅 職 稱： 講師 課程名稱現(xiàn)場總線技術總學分： 3學分總學時： 50學時 其中： 講課 50學時 實踐 0學時課程類別必修課( ) 選修課( )公共課（ ） 學科課（ ） 專業(yè)課（ ） 實踐課（ ） 全校任選課（ ）授課對象自動化本科08級考核方式總成績：課堂參與占10%；平時作業(yè)、小論文占30%；期末考試占60%（開卷考試：術語解釋、判斷說理題、簡述題、綜合分析論述題）。教學基本目的和要求現(xiàn)場總線技術應用于工業(yè)自動化領域,形成了全分布式控制網(wǎng)絡系統(tǒng)。通過本課程的學習，讓學生了解目前正在全世

2、界范圍自動化領域蓬勃發(fā)展的新型控制技術。課程要求明確現(xiàn)場總線的特點、系統(tǒng)構成、監(jiān)控組態(tài)軟件原理、現(xiàn)場總線系統(tǒng)的工程設計等；掌握計算機網(wǎng)絡基本知識、工業(yè)網(wǎng)絡通信特點，以及現(xiàn)場總線的基本概念和幾種典型現(xiàn)場總線的技術特點以及相關軟、硬件的使用方法；能夠根據(jù)實際需要對現(xiàn)場總線進行選型；能夠簡單設計基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)。教學重點和難點教學重點：本課程的重點包括：現(xiàn)場總線的概念與技術特點現(xiàn)場總線技術中業(yè)網(wǎng)絡傳輸控制方式、曼徹斯特編碼技術常用工業(yè)網(wǎng)絡互連設備、安全防爆技術、OSI模型物理層與數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議FF通信模型及主要技術FF功能塊及FF的工業(yè)組態(tài)三種PROFIBUS產(chǎn)品的異同點、各自的協(xié)議結構及其傳

3、輸技術PROFIBUS總線存取協(xié)議與PROFIBUS行規(guī)LonWorks技術LonTalk協(xié)議等相關內(nèi)容。<教學難點：（1）學生數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡知識嚴重匱乏解決辦法：加強相關知識的介紹、補充；（為了不過多占用課堂學時），為學生提供參考資料，鼓勵學生自學，積極為學生答疑；讓學生開展討論、互相幫助。（2）現(xiàn)場總線類型多、特點差異較大，學生不易掌握解決辦法：首先深入淺出地介紹各種現(xiàn)場總線的適合應用領域以及該領域?qū)ΜF(xiàn)場總線的要求，然后分析性地介紹現(xiàn)場總線為滿足相應的要求而需具備的特性，最后順理成章地介紹現(xiàn)場總線的特點、性能。教材、參考書（一）推薦教材：現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡技術（第1版） 雷霖主編

4、. 電子工業(yè)出版社. 2005年 （二）參考書目：現(xiàn)場總線技術及其應用（第2版） 陽憲惠主編 清華大學出版社 2008年現(xiàn)場總路線網(wǎng)絡（第1版）. 楊衛(wèi)華主編. 高等教育出版社. 2004年 現(xiàn)場總線技術及其應用（第1版） 甘永梅編著. 機械工業(yè)出版社,2004現(xiàn)場總線技術（第1版） 周明 中國電力出版社 2002注：此頁針對課程整體內(nèi)容進行填寫成都大學教案 總學時第 1學時 第6學時授課內(nèi)容第一章 現(xiàn)場總線技術概述教學目的和要求通過本章的學習，讓學生初步認識現(xiàn)場總線，了解其概念及其發(fā)展應用過程，認識到現(xiàn)場總線技術是目前自動化領域一門正在興起的控制系統(tǒng)技術，初步了解目前正在發(fā)展的自動化新型技術

5、，認識正在引導控制應用領域前沿科技的現(xiàn)場總線的一些基本特征、發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了解常見的現(xiàn)場總線及各自的特點及主要適用領域。重點難點教學重點1、現(xiàn)場總線的概念2、現(xiàn)場總線的發(fā)展歷程3、現(xiàn)場總線的特點4、現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡結構5、現(xiàn)場總線的發(fā)展歷程及現(xiàn)場總線的研究應用現(xiàn)狀教學難點全面了解現(xiàn)場總線的概念，從不同的角度來定義現(xiàn)場總線是什么1、 充分了解到現(xiàn)場總線的技術特點的各個方面層次的涵義教學安排(含課堂教學內(nèi)容、教學方法、 輔助手段、師生互動、時間分配、板書設計等)§1-1 現(xiàn)場總線（Fieldbus）的概念（ 學時）一、 現(xiàn)場總線的概念二、 現(xiàn)場總線儀表（設備）§1-2現(xiàn)場總線的發(fā)

6、展歷程一、現(xiàn)場總線的發(fā)展背景二、現(xiàn)場總線系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展三、 現(xiàn)場儀表的發(fā)展§1.3 現(xiàn)場總線的特點一、現(xiàn)場總線的體系結構特點或測控網(wǎng)絡特點二、現(xiàn)場總線的技術特點三、現(xiàn)場總線特點的小結§1-4 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS一 、FCS系統(tǒng)結構二、FCS特點三、FCS的構成四、FCS與DCS比較§1-5現(xiàn)場總線與一般通信技術、通信網(wǎng)絡的區(qū)別一、現(xiàn)場總線與一般通信技術的比較二、現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡結構§1-6 現(xiàn)場總線技術的發(fā)展歷程及我國國內(nèi)對現(xiàn)場總線的研究一、現(xiàn)場總線的發(fā)展過程中充滿了競爭二、現(xiàn)有的現(xiàn)場總線國際標準三、目前常見的現(xiàn)場總線及其特點、應用領域四、現(xiàn)場總線的

7、發(fā)展現(xiàn)狀五、國內(nèi)現(xiàn)場總線研究現(xiàn)狀思考題、課后作業(yè)思考：根據(jù)自己對現(xiàn)場總線的認識，總結一下你對現(xiàn)場總線的定義作業(yè)：1、現(xiàn)場總線有哪些特點 2、什么是互操作性？什么是互換性？ 3、FCS與DCS相比較，具有哪些優(yōu)越性主要參考資料（現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡技術（第1版） 雷霖主編. 電子工業(yè)出版社. 2005年 現(xiàn)場總線技術及其應用（第2版） 陽憲惠主編 清華大學出版社 2008年現(xiàn)場總路線網(wǎng)絡（第1版）. 楊衛(wèi)華主編. 高等教育出版社. 2004年 現(xiàn)場總線技術及其應用（第1版） 甘永梅編著. 機械工業(yè)出版社,2004現(xiàn)場總線技術（第1版） 周明 中國電力出版社 2002課后自我總結分析學生要求盡量理論聯(lián)

8、系實際講課，希望能有更多的現(xiàn)場總線技術應用圖示備注（對本章節(jié)的課堂教學需補充說明的內(nèi)容）注：此頁針對具體授課內(nèi)容填寫成都大學教案樣本：成都大學教案 總學時第 7學時 第12學時授課內(nèi)容第二章 計算機網(wǎng)絡與工業(yè)網(wǎng)絡教學目的和要求通過本章的學習，使學生掌握計算機網(wǎng)絡的基礎知識，了解計算機網(wǎng)絡以及工業(yè)的結構體系、網(wǎng)絡模式。重點掌握局域網(wǎng)的特點、網(wǎng)絡結構、傳輸介質(zhì)。熟悉局域網(wǎng)中介質(zhì)訪問控制方法。認識了解現(xiàn)場總線網(wǎng)絡準入測試以及本質(zhì)安全防爆技術。重點難點教學重點1、 計算機網(wǎng)絡的基本結構2、 工業(yè)網(wǎng)絡體系結構3、 計算機局域網(wǎng)的特點及網(wǎng)絡拓撲4、 局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)及介質(zhì)訪問控制方法5、 現(xiàn)場總線本質(zhì)安全技

9、術教學難點1、全面了解工業(yè)網(wǎng)絡的體系結構，掌握現(xiàn)場總線在其中的作用2、計算機局域網(wǎng)介質(zhì)傳輸?shù)脑L問方式，掌握CSMA/CD以及令牌環(huán)訪問方案3、綜合考慮本質(zhì)安全要求，靈活掌握本安防爆的主要技術教學安排(含課堂教學內(nèi)容、教學方法、 輔助手段、師生互動、時間分配、板書設計等)§2-1 計算機網(wǎng)絡概述 一、計算機網(wǎng)絡的基本概念及發(fā)展概況二、計算機網(wǎng)絡的類型§2-2 工業(yè)網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線一、工業(yè)網(wǎng)絡的概念二、工業(yè)網(wǎng)絡體系結構§2-4 工業(yè)網(wǎng)絡的模式§2-5 計算機局域網(wǎng)一、 計算機局域網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲結構二、 網(wǎng)絡的傳輸介質(zhì)三、 媒質(zhì)訪問控制方式§2-6 網(wǎng)絡準

10、入測試一、一致性測試二、互操作性測試§2-7 本質(zhì)安全技術思考題、課后作業(yè)思考：根據(jù)自己對現(xiàn)場總線的認識，總結一下你對現(xiàn)場總線的定義作業(yè)：1、工業(yè)網(wǎng)絡的體系結構如何，各層功能及主要的技術是怎樣的？ 2、有哪些常見的網(wǎng)絡結構，各自有何特點 3 CSMA/CD及令牌環(huán)的媒體訪問策略是怎么樣的？ 3、什么是本質(zhì)安全，應該如何實現(xiàn)主要參考資料現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡技術（第1版） 雷霖主編. 電子工業(yè)出版社. 2005年 現(xiàn)場總線技術及其應用（第2版） 陽憲惠主編 清華大學出版社 2008年現(xiàn)場總路線網(wǎng)絡（第1版）. 楊衛(wèi)華主編. 高等教育出版社. 2004年 現(xiàn)場總線技術及其應用（第1版） 甘永梅

11、編著. 機械工業(yè)出版社,2004現(xiàn)場總線技術（第1版） 周明 中國電力出版社 2002課后自我總結分析學生要求盡量理論聯(lián)系實際講課，希望能在實驗室對常用的網(wǎng)絡進行不同網(wǎng)絡拓撲的連接 備注（對本章節(jié)的課堂教學需補充說明的內(nèi)容）注：此頁針對具體授課內(nèi)容填寫成都大學教案樣本：成都大學教案 總學時第 13學時 第17學時授課內(nèi)容第三章 工業(yè)網(wǎng)絡通信基礎教學目的和要求通過本章的學習，使學生掌握工業(yè)網(wǎng)絡通信的基礎知識，了解工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構成，數(shù)據(jù)編碼方式、數(shù)據(jù)傳輸方式，通信線路的工作方式及信號的傳輸模式，數(shù)據(jù)交換技術及差錯控制。重點掌握數(shù)據(jù)編碼方式及傳輸方式及常見的差錯控制技術、。熟悉數(shù)據(jù)通信的基

12、本交換方式。認識了解工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸指標。重點難點教學重點1、工業(yè)數(shù)據(jù)通信基本結構2、數(shù)字數(shù)據(jù)編碼，曼徹斯特及差分曼徹斯特編碼 3、模擬數(shù)據(jù)編碼：幅值鍵控、頻移鍵控及相移鍵控4、多路復用技術，時分多路及頻分多路技術5、循環(huán)冗余校驗CRC教學難點1、數(shù)據(jù)傳輸速率比特率及波特率的區(qū)別2、數(shù)據(jù)交換技術，報文交換及報文分組交換3、檢錯碼循環(huán)冗余碼及糾錯碼海明碼方法教學安排(含課堂教學內(nèi)容、教學方法、 輔助手段、師生互動、時間分配、板書設計等)§3-1 數(shù)據(jù)通信的基本概念一、數(shù)據(jù)與信息的認識二、通信系統(tǒng)的構成三、衡量指標1 傳輸速率 比特率與波特率2 誤碼率§3-2 數(shù)據(jù)編碼技術一 數(shù)字

13、數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼1 單極性碼，雙極性碼2 歸零碼，非歸零碼3曼徹斯特及差分曼徹斯特編碼二 數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號編碼1 幅移鍵控2 頻移鍵控3 相移鍵控計算機局域網(wǎng)§3-3 數(shù)據(jù)傳輸方式一 串行與并行傳輸二 同步與異步傳輸§3-5 通信線路的工作方式 單工通信、半雙工通信及全雙工通信§3-6 信號的傳輸模式 一 基帶傳輸二 載波傳輸三 寬帶傳輸§3-7 多路復用技術 一 時分多路復用二 頻分多路復用三 其它多路復用§3-8 信號的傳輸方式 一 基帶傳輸二 載波傳輸三 寬帶網(wǎng)四 ATM§3-9 數(shù)據(jù)交換技術一 線路交換方式二 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換

14、方式1 報文交換2 報文分組交換§3-10 差錯控制一 差錯檢測1 奇偶校驗碼2 循環(huán)冗余碼二 差錯校正1 海明碼思考題、課后作業(yè)思考：如何保證兩個通信節(jié)點進行有效的數(shù)據(jù)通信，需要考慮哪些技術？作業(yè)： 1、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)有哪些部份構成的？每部份起什么作用？ 2、什么是數(shù)據(jù)編碼，請寫出數(shù)字數(shù)據(jù)的曼徹斯特和差分曼徹斯特編碼。 3、什么是多路復用技術，有哪些常見的多路復用技術？4、信號有哪些傳送模式，各自有何特點？5、什么是差錯控制？常見的差錯控制方法有哪些？主要參考資料現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡技術（第1版） 雷霖主編. 電子工業(yè)出版社. 2005年 現(xiàn)場總線技術及其應用（第2版） 陽憲惠主編 清華

15、大學出版社 2008年現(xiàn)場總路線網(wǎng)絡（第1版）. 楊衛(wèi)華主編. 高等教育出版社. 2004年 現(xiàn)場總線技術及其應用（第1版） 甘永梅編著. 機械工業(yè)出版社,2004現(xiàn)場總線技術（第1版） 周明 中國電力出版社 2002課后自我總結分析課件的準備上還可以做到更多的圖文并茂以便于學生更好的理解。備注（對本章節(jié)的課堂教學需補充說明的內(nèi)容）注：此頁針對具體授課內(nèi)容填寫成都大學教案樣本：成都大學教案 總學時第 18學時 第22學時授課內(nèi)容第四章 開放系統(tǒng)互連參考模型教學目的和要求通過本章的學習，使學生掌握網(wǎng)絡互聯(lián)的基本概念，掌握OSI參考模型結構及每層功能，了解常用網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)及網(wǎng)絡互連設備，了解TCP

16、/IP參考模型。重點掌握OSI參考 模型物理層及數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層及應用層功能。認識了解幾種常見的現(xiàn)場總線通信模型。重點難點教學重點1、OSI參考模型結構及各層功能2、OSI物理層與數(shù)據(jù)鏈路層功能及特點3、TCP/IP參考模型及與OSI參考模型的比較4、常見網(wǎng)絡互連設備教學難點1、OSI參考模型各層功能劃分2、TCP/IP參考模型與OSI參考模型的異同學安排(含課堂教學內(nèi)容、教學方法、 輔助手段、師生互動、時間分配、板書設計等)§4-1 計算機網(wǎng)絡體系結構及OSI參考模型§4-2 OSI參考模型的功能劃分一物理層協(xié)議二數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議三網(wǎng)絡層協(xié)議四傳輸層及以上層協(xié)議§

17、;4-3幾種常見的現(xiàn)場總線通信模型介紹§4-4 常見的網(wǎng)絡互連設備§4-5 TCP/IP參考模型一TCP/IP參考模型結構及各層功能與技術特點二 OSI與TCPP/IP的比較思考題、課后作業(yè)思考：如何保證兩個通信節(jié)點進行有效的數(shù)據(jù)通信，需要考慮哪些技術？作業(yè)： 1、OSI參考模型的結構層次是怎樣的？每層的功能如何？ 2、OSI與TCPP/IP相比較，有各異同？ 3、中繼器、網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)關各起什么作用，主要工作在參考模型的哪一層？主要參考資料現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡技術（第1版） 雷霖主編. 電子工業(yè)出版社. 2005年 現(xiàn)場總線技術及其應用（第2版） 陽憲惠主編 清華大學出版社

18、 2008年現(xiàn)場總路線網(wǎng)絡（第1版）. 楊衛(wèi)華主編. 高等教育出版社. 2004年 現(xiàn)場總線技術及其應用（第1版） 甘永梅編著. 機械工業(yè)出版社,2004現(xiàn)場總線技術（第1版） 周明 中國電力出版社 2002課后自我總結分析可以更多的讓學生參與，通過他們平時生活里所使用的網(wǎng)絡設備讓他們更多的討論這些設備在網(wǎng)絡中的應用如何。備注（對本章節(jié)的課堂教學需補充說明的內(nèi)容）注：此頁針對具體授課內(nèi)容填寫成都大學教案樣本：成都大學教案 總學時第 23學時 第34學時授課內(nèi)容第五章 FF（基金會現(xiàn)場總線）教學目的和要求通過本章的學習，使學生了解FF的H1網(wǎng)絡的物理連接、數(shù)據(jù)鏈路活動調(diào)度過程及相應的LAS設備、

19、網(wǎng)絡管理、系統(tǒng)管理及FF的功能塊，了解設備描述及設備描述語言，并能對FF進行簡單組態(tài)，了解H1的網(wǎng)段配置并區(qū)分H1與HSE的主要技術特征。重點難點教學重點 1 FF-H1的模型結構及各層功能2 H1的物理波形、信號編碼及拓撲結構3 通信設備類型及LAS及其功能4 FF的功能塊結構及應用5 設備描述語言6 H1的網(wǎng)段配置教學難點1 H1網(wǎng)段的網(wǎng)絡管理2 H1網(wǎng)段的系統(tǒng)管理3 虛擬現(xiàn)場設備4系統(tǒng)組態(tài)學安排(含課堂教學內(nèi)容、教學方法、 輔助手段、師生互動、時間分配、板書設計等)§5-1 FF的主要技術特點一 FF的通信模型結構及各層功能二 H1與HSE的異同點三 FF-H1協(xié)議數(shù)據(jù)的構成與

20、層次§5-2 H1網(wǎng)段的物理連接一 H1的物理信號波形二 H1的信號編碼三 H1網(wǎng)段的傳輸介質(zhì)與拓撲結構§5-3鏈路活動調(diào)試一 通信設備類型二 LAS及其功能三 鏈路活動調(diào)試過程§5-4 H1網(wǎng)段的網(wǎng)絡管理一 網(wǎng)絡管理與網(wǎng)絡代理二 虛擬現(xiàn)場設備 §5-5 H1網(wǎng)段的系統(tǒng)管理一系統(tǒng)管理概述二 系統(tǒng)管理信息庫SMIB及其訪問§5-6 FF的功能塊 一 FF功能塊結構及其連接二 功能塊中的用戶應用塊三 功能塊參數(shù)四 對象應用五 功能塊組態(tài)§5-7 設備描述及設備描述語言 一 設備描述 二 設備描述的參數(shù)分層三 設備描述語言§5-8

21、 H1的網(wǎng)段配置一 H1網(wǎng)段的構成二 網(wǎng)段長度三 網(wǎng)段接地，屏蔽與極性思考題、課后作業(yè)思考：針對一個實際的控制系統(tǒng)，如何組態(tài)，要考慮組織哪些內(nèi)容？作業(yè)：1 FF-H1的通信模型是怎樣構成的？ 2 FF-H1支持哪幾種網(wǎng)絡拓撲結構？ 3根據(jù)數(shù)據(jù)鏈路層通信能力，可以將設備分為哪幾類?各自有哪些功能？ 4 FF-H1與FF-HSE之間的區(qū)別如何？ 5 FF-H1網(wǎng)絡管理主要有哪3部份組成，各自有哪些功能？主要參考資料現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡技術（第1版） 雷霖主編. 電子工業(yè)出版社. 2005年 現(xiàn)場總線技術及其應用（第2版） 陽憲惠主編 清華大學出版社 2008年現(xiàn)場總路線網(wǎng)絡（第1版）. 楊衛(wèi)華主編.

22、高等教育出版社. 2004年 現(xiàn)場總線技術及其應用（第1版） 甘永梅編著. 機械工業(yè)出版社,2004現(xiàn)場總線技術（第1版） 周明 中國電力出版社 2002課后自我總結分析在正在組建的現(xiàn)場總線實驗室里增加FF組態(tài)軟件，讓學生實際動手組態(tài)一控制系統(tǒng)并進行相應的參數(shù)設置，讓學生更直觀的了解應用FF現(xiàn)場總線系統(tǒng)。備注（對本章節(jié)的課堂教學需補充說明的內(nèi)容）注：此頁針對具體授課內(nèi)容填寫成都大學教案樣本：成都大學教案 總學時第 23學時 第34學時授課內(nèi)容第六章 PROFIBUS現(xiàn)場總線教學目的和要求通過本章的學習，使學生了解Profibus的組成，通信參考模型、掌握profibus主站及從站以及總線訪問控

23、制方式，profibus的物理層及網(wǎng)絡連接，數(shù)據(jù)鏈路層及MAC協(xié)議，DP主站，從站實現(xiàn)方案及PA特點，掌握DP/PA連接接口方式及PA總線的安裝技術。重點難點教學重點 1 PROFIBUS的模型結構及各層功能2 PROFIBUS的主站與從站3 PROFIBUS的MAC協(xié)議4 PROFIBUS-DP的GSD文件5 PROFIBUS-PA的特點6 PROFIBUS-DP與PA的連接7 PROFIBUS7-PA的總線安裝教學難點1 PROFIBUS的GSD文件2 PROFIBUS站點的開發(fā)與實現(xiàn)學安排(含課堂教學內(nèi)容、教學方法、 輔助手段、師生互動、時間分配、板書設計等)§6-1 PROFIBUS的主要技術特點一 PROFIBUS的組成二 PROFIBUS的通信參考模型三 PROF