《現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)》教學大綱機電

PAGEPAGE10《現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)課程編號課程性質(zhì)選修課課程類別專業(yè)課開課單位機械電子教研室授課學期第7學期學分/學時2/32課內(nèi)學時32理論授課32上機學時0課內(nèi)實踐0實驗學時0課外學時32適用專業(yè)機械電子工程是否雙語否先修課程電工電子學、信息技術(shù)基礎(chǔ)、機電傳動與PLC后續(xù)課程機械電子工程畢業(yè)設(shè)計二、課程簡介《現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)》是機械電子工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課，為實踐性較強的一門課程?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是信息數(shù)字化、控制分散化、系統(tǒng)開放化和設(shè)備間相互可操作的新一代自動化控制系統(tǒng)。它具有完全的開放性，在遵循統(tǒng)一的技術(shù)標準條件下，用戶可以把不同品牌功能相同的產(chǎn)品集成在同一個控制系統(tǒng)內(nèi)，構(gòu)成一個集成的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。對控制系統(tǒng)以及現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展歷程、現(xiàn)場總線技術(shù)中使用的工業(yè)網(wǎng)絡和通信基礎(chǔ)知識進行了概括性的介紹；重點講解PROFIBUSDP/PA的基本原理和具體應用，并在此基礎(chǔ)上詳細地剖析了DP-V0/V1報文結(jié)構(gòu)和含義，給出了具體的應用實例。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標通過本課程的學習，使學生達到以下目標：課程目標1（知識目標）：理解目前正在全世界范圍自動化領(lǐng)域蓬勃發(fā)展的新型控制技術(shù)。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；掌握目前在工業(yè)現(xiàn)場使用最多的PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA的基本原理和具體應用；理解工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、AS-i技術(shù)及當前應用廣泛的其他幾種現(xiàn)場總線的技術(shù)特點、應用范圍。課程目標2（能力目標）：能夠分析實際需求對現(xiàn)場總線進行選型；能夠設(shè)計基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)；能夠使用現(xiàn)場總線設(shè)計仿真軟件；能夠評價基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)對信息安全的影響；具有不斷學習現(xiàn)場總線新技術(shù)和適應發(fā)展的能力。。課程目標3（素質(zhì)目標）：能夠評價現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響；具有堅實基礎(chǔ)、弘揚創(chuàng)新的精神。具有良好職業(yè)道德和敬業(yè)精神，具有較強的安全和環(huán)保意識。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標1指標點1-41.工程知識課程目標2指標點3-33.設(shè)計/開發(fā)解決方案課程目標3指標點3-33.設(shè)計/開發(fā)解決方案四、課程基本教學內(nèi)容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內(nèi)容第一單元現(xiàn)場總線技術(shù)概述（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內(nèi)容（1）工業(yè)自動化技術(shù)及控制技術(shù)的發(fā)展歷程。（2）DCS、PLC和FCS三大控制系統(tǒng)的基本要點和區(qū)別。（3）現(xiàn)場總線的基本概念，包括定義、特點、優(yōu)點等。（4）工業(yè)網(wǎng)絡的定義、結(jié)構(gòu)和應用，現(xiàn)場總線在工業(yè)網(wǎng)絡中的位置和作用。2.重點和難點（1）DCS、PLC和FCS三大控制系統(tǒng)的基本要點；（2）現(xiàn)場總線的基本概念；（3）工業(yè)網(wǎng)絡的定義、結(jié)構(gòu)和應用。3.實施方式本單元課程采取提問啟發(fā)式的教學方式，通過一系列問題使學生明確現(xiàn)場總線技術(shù)出現(xiàn)的重要意義，從而了解現(xiàn)場總線技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)、特點、應用領(lǐng)域。明確現(xiàn)場總線技術(shù)是為了滿足生產(chǎn)線上的更高的控制要求，科技工作者們經(jīng)過不斷地研究與創(chuàng)新而出現(xiàn)的。從而讓學生真正體驗到創(chuàng)新的精神意蘊與實踐意義，達到知識目標和素質(zhì)目標的實現(xiàn)。4.學習要求（1）掌握DCS、PLC和FCS三大控制系統(tǒng)的基本要點和區(qū)別；（2）掌握現(xiàn)場總線的基本概念；（3）掌握現(xiàn)場總線在工業(yè)網(wǎng)絡中的位置和作用。5.學生學習預期成果（1）理解工業(yè)網(wǎng)絡的定義、結(jié)構(gòu)和應用，現(xiàn)場總線在工業(yè)網(wǎng)絡中的位置和作用；（2）理解DCS、PLC和FCS三大控制系統(tǒng)的基本要點和區(qū)別。6.支撐課程目標本單元知識、教學方式支撐課程的知識目標和素質(zhì)目標。掌握現(xiàn)場總線在工業(yè)網(wǎng)絡中的位置和作用，具有較強的安全和環(huán)保意識。第二單元工業(yè)網(wǎng)絡與通信基礎(chǔ)知識（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容（1）工業(yè)網(wǎng)絡通信的基本概念、工業(yè)網(wǎng)絡通信中數(shù)據(jù)編碼方式、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、差錯控制等知識；（2）工業(yè)網(wǎng)絡的物理結(jié)構(gòu)與介質(zhì)訪問控制訪問方式；（3）理解開放系統(tǒng)互連參考模型OSI、理解OPC原理以及所使用的技術(shù)。2.重點和難點（1）工業(yè)網(wǎng)絡通信中數(shù)據(jù)編碼方式、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、差錯控制等；（2）工業(yè)網(wǎng)絡的物理結(jié)構(gòu)與介質(zhì)訪問控制訪問方式；（3）開放系統(tǒng)互連參考模型OSI。3.實施方式本單元課程采取講授法，啟發(fā)式的教學方式。通過課堂講授，展示工業(yè)網(wǎng)絡通信的基本概念、工業(yè)網(wǎng)絡通信中數(shù)據(jù)編碼方式、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、差錯控制等知識，能夠讓學生很好地掌握開放系統(tǒng)互連參考模型OSI、理解OPC原理以及所使用的技術(shù)。4.學習要求（1）掌握工業(yè)網(wǎng)絡通信中數(shù)據(jù)編碼方式、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、差錯控制等；（2）掌握工業(yè)網(wǎng)絡的物理結(jié)構(gòu)與介質(zhì)訪問控制訪問方式；（3）掌握OPC原理以及所使用的技術(shù)。5.學生學習預期成果（1）理解開放系統(tǒng)互連參考模型OSI；（2）理解OPC原理以及所使用的技術(shù)。6.支撐課程目標本單元知識、教學方式支撐課程的知識目標和素質(zhì)目標。；理解工業(yè)網(wǎng)絡通信的基本概念，具有良好職業(yè)道德和敬業(yè)精神、具有較強的安全和環(huán)保意識。第三單元PROFIBUS基礎(chǔ)與應用技術(shù)（學時數(shù)：10學時）1.課程主要內(nèi)容（1）PROFIBUS的發(fā)展，掌握其家族成員、系統(tǒng)組成模塊、協(xié)議結(jié)構(gòu)、PROFIBUS的設(shè)備類型、系統(tǒng)配置、設(shè)備地址、基本特點；（2）PROFIBUS系統(tǒng)的設(shè)備集成開發(fā)工具、GSD文件、PROFIBUS的傳輸技術(shù)、PROFIBUS通信模型各層的作用與特點；（3）PROFIBUS-DP各站的功能、分類及通信；PROFIBUS-DP的報文格式、DP主站和從站的工作程、DP-V0報文詳解；（4）PROFIBUS-PA的通信協(xié)議、PROFIBUS-PA的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、DP-V1報文詳解；（5）現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成與產(chǎn)品開發(fā)的方法及注意的問題、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟。2.重點和難點（1）PROFIBUS的設(shè)備類型、系統(tǒng)配置、設(shè)備地址；（2）PROFIBUS系統(tǒng)的設(shè)備集成開發(fā)工具；（3）PROFIBUS-DP的報文格式、DP主站和從站的工作程、DP-V0報文詳解。3.實施方式本單元課程采取講授及討論法的教學方式，在課堂講授PROFIBUS-DP各站的功能、分類及通信；PROFIBUS-DP的報文格式、DP主站和從站的工作程、DP-V0報文。討論現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成與產(chǎn)品開發(fā)的方法及注意的問題。4.學習要求（1）掌握PROFIBUS系統(tǒng)的設(shè)備集成開發(fā)工具、GSD文件；PROFIBUS的傳輸技術(shù)；（2）PROFIBUS-PA的通信協(xié)議、PROFIBUS-PA的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、DP-V1報文詳解。5.實驗要求（1）實驗屬性:設(shè)計性實驗（2）開出要求：必做（3）分組要求：5人1組（4）實驗準備①儀器設(shè)備：ABB機器人實驗平臺；②預習要求：按照實驗指導書要求提前預習（5）其他要求：注重理論教學與實踐教學相結(jié)合、注重新知識、新方法、新工藝、新技術(shù)的學習和應用。6.學生學習預期成果（1）理解PROFIBUS的發(fā)展，掌握其家族成員、系統(tǒng)組成模塊、協(xié)議結(jié)構(gòu)；PROFIBUS的設(shè)備類型、系統(tǒng)配置、設(shè)備地址、基本特點。7.支撐課程目標本單元知識、教學方式支撐課程的能力目標和素質(zhì)目標。熟練應用PROFIBUS系統(tǒng)的設(shè)備集成開發(fā)工具，掌握現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成與產(chǎn)品開發(fā)，具有良好職業(yè)道德和敬業(yè)精神、具有較強的安全和環(huán)保意識。第四單元PROFINET基礎(chǔ)及技術(shù)（學時數(shù)：8學時）1.課程主要內(nèi)容（1）以太網(wǎng)和IEEE80、因特網(wǎng)與TCP/IP、工業(yè)以太網(wǎng)和實時以太網(wǎng)、PROFINET的通信協(xié)議模型；（2）PROFINETIO設(shè)備類型、系統(tǒng)組態(tài)到運行的工作過程、PROFINET安裝技術(shù)；（3）組態(tài)一個PROFINET網(wǎng)絡、PROFINET實時通信技術(shù)、IO設(shè)備模型。2.重點和難點（1）PROFINET的通信協(xié)議模型；（2）系統(tǒng)組態(tài)到運行的工作過程；（3）PROFINET實時通信技術(shù)。3.實施方式本單元課程采取講授及討論法的教學方式，在課堂講授以太網(wǎng)和IEEE80；因特網(wǎng)與TCP/IP；工業(yè)以太網(wǎng)和實時以太網(wǎng)；PROFINET的通信協(xié)議模型。討論系統(tǒng)組態(tài)到運行的工作過程；PROFINET安裝技術(shù)。4.學習要求（1）掌握PROFINETIO設(shè)備類型；（2）掌握系統(tǒng)組態(tài)到運行的工作過程；（3）掌握組態(tài)一個PROFINET網(wǎng)絡的方法。5.實驗要求（1）實驗屬性:設(shè)計性實驗（2）開出要求：必做（3）分組要求：5人1組（4）實驗準備①儀器設(shè)備：ABB機器人實驗平臺；②預習要求：按照實驗指導書要求提前預習（5）其他要求：注重理論教學與實踐教學相結(jié)合、注重新知識、新方法、新工藝、新技術(shù)的學習和應用。6.學生學習預期成果（1）理解工業(yè)以太網(wǎng)和實時以太網(wǎng)、PROFINET的通信協(xié)議模型；（2）應用PROFINET安裝技術(shù)、組態(tài)一個PROFINET網(wǎng)絡的方法。7.支撐課程目標本單元知識、教學方式支撐課程的能力目標和素質(zhì)目標。掌握以太網(wǎng)和IEEE80、因特網(wǎng)與TCP/IP、工業(yè)以太網(wǎng)和實時以太網(wǎng)、PROFINET的通信協(xié)議模型。能夠評價PROFINET網(wǎng)絡對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響；具有堅實基礎(chǔ)、弘揚創(chuàng)新的精神。第五單元其他常見現(xiàn)場總線介紹（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容（1）AS-i總線的技術(shù)要點；（2）FF、WorldFIP、CAN、LonWorks、DeviceNet、ControlNet、InterBus等總線技術(shù)的技術(shù)要點，以及主要的應用領(lǐng)域；（3）工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、我國自主開發(fā)總線技術(shù)EPA。2.重點和難點（1）AS-i總線的技術(shù)要點；（2）工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、我國自主開發(fā)總線技術(shù)EPA；3.實施方式本單元課程采取講授及討論法的教學方式，在課堂講授FF、WorldFIP、CAN、LonWorks、DeviceNet、ControlNet、InterBus等總線技術(shù)的技術(shù)要點，以及主要的應用領(lǐng)域。討論工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、我國自主開發(fā)總線技術(shù)EPA。4.學習要求（1）掌握AS-i總線的技術(shù)要點；（2）掌握FF、WorldFIP、CAN、LonWorks、DeviceNet、ControlNet、InterBus等總線技術(shù)的技術(shù)要點；（3）理解工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、我國自主開發(fā)總線技術(shù)EPA。5.學生學習預期成果（1）理解AS-i總線技術(shù)；（2）應用FF、WorldFIP、CAN、LonWorks、DeviceNet、ControlNet、InterBus等總線技術(shù)。6.支撐課程目標本單元知識、教學方式支撐課程的能力目標和素質(zhì)目標。應用FF、WorldFIP、CAN、LonWorks、DeviceNet、ControlNet、InterBus等總線技術(shù)。能夠評價現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響；具有堅實基礎(chǔ)、弘揚創(chuàng)新的精神。（二）課程基本教學內(nèi)容對課程目標的支撐課程教學內(nèi)容教學方法支撐的課程目標學時安排第一單元現(xiàn)場總線技術(shù)概述課堂講授、課程目標1、32第二單元工業(yè)網(wǎng)絡與通信基礎(chǔ)知識課堂講授課程目標1、36第三單元PROFIBUS基礎(chǔ)與應用技術(shù)課堂講授、小組實驗課程目標2、310第四單元PROFINET基礎(chǔ)及技術(shù)課堂講授、小組實驗課程目標2、38第五單元其他常見現(xiàn)場總線介紹課堂講授課程目標2、36合計32五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構(gòu)成（百分制）課程成績構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則平時成績40%作業(yè)（百分制）50本門課程5次作業(yè)，課后完成習題，主要考核學生對每節(jié)課知識點的復習、理解和掌握程度，作業(yè)評分的具體標準為提交時間、作業(yè)正確率等。目標分值=0.7*作業(yè)平均成績課堂表現(xiàn)（百分制）50課堂紀律好、上機實踐能按時完成任務，回答問題積極準確目標分值=0.3*課堂表現(xiàn)平均成績實踐成績20%實驗（百分制）100實驗報告正確條理，書寫認真。實驗過程獨立完成，實驗設(shè)備能夠正確使用，所得實驗結(jié)果正確。目標分值=1*實驗成績期末考試40%知識40考核內(nèi)容：工業(yè)網(wǎng)絡與通信基礎(chǔ)知識20%、其他常見現(xiàn)場總線介紹20%、PROFIBUS基礎(chǔ)與應用技術(shù)30%、PROFINET基礎(chǔ)及技術(shù)30%考試題型：填空題、選擇題、簡答題、設(shè)計題、判斷題評價細則：按照答題要點、解題步驟評分能力40綜合應用20（二）課程考核對課程目標的支撐教學內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標第一單元現(xiàn)場總線技術(shù)概述1-1DCS、PLC和FCS三大控制系統(tǒng)的基本要點和區(qū)別1-2現(xiàn)場總線的基本概念作業(yè)、期末考試課程目標1、3第二單元工業(yè)網(wǎng)絡與通信基礎(chǔ)知識2-1工業(yè)網(wǎng)絡通信中數(shù)據(jù)編碼方式、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、差錯控制2-2工業(yè)網(wǎng)絡的物理結(jié)構(gòu)與介質(zhì)訪問控制訪問方式作業(yè)、期末考試課程目標1、3第三單元PROFIBUS基礎(chǔ)與應用技術(shù)3-1PROFIBUS系統(tǒng)的設(shè)備集成開發(fā)工具、GSD文件；PROFIBUS的傳輸技術(shù)3-2PROFIBUS-PA的通信協(xié)議、PROFIBUS-PA的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、DP-V1報文詳解作業(yè)、實驗、期末考試課程目標2、3第四單元PROFINET基礎(chǔ)及技術(shù)4-1PROFINET的通信協(xié)議模型4-2系統(tǒng)組態(tài)到運行的工作過程作業(yè)、實驗、期末考試課程目標2、3第五單元其他常見現(xiàn)場總線介紹5-1AS-i總線的技術(shù)要點；5-2FF、WorldFIP、CAN、LonWorks、DeviceNet、ControlNet、I