总线技术课程教学大纲

课程名称：	总线技术	课程编码：	6013A726
总学时数：	32	课内实践学时数：	4
学    分：	2	开课单位：	电信学院
先修课程：	计算机应用、电子技术、单片微机原理及应用、自动控制原理、电气控制与PLC
适用专业对象：	电气工程及其自动化

 

一、课程的性质、目的和任务

《总线技术》课程是电气工程及其自动化专业学生任选的专业课程之一。通过讲座的形式为同学介绍目前国际和国内市场占有率最高的PROFIBUS和PROFINET现场总线技术和实时以太网技术的基本原理和具体应用，使学生对控制系统以及现场总线技术的发展历程、现场总线技术中使用的工业网络和通信基础知识有较为深入的理解，开拓学生的视野，为今后就业或深造打下一定的基础。主要支撑毕业要求1.2、2.2、3.1、5.2达成。

通过本课程的学习，达到以下教学目标：

1、工程知识

掌握必要的总线技术基本知识，并能够将其用于解决电气工程及相关领域的复杂工程问题。

2、问题分析

能够结合总线技术的基本原理，对网络控制系统进行安装、调试、运行、维护。

3、设计/开发解决方案

具有网络控制系统设计及上位机监控界面制作能力及系统调试的综合能力。

4、使用现代工具

熟练运用组态软件工具设计工业控制网络。

表1 课程教学目标对专业毕业要求的支撑

 

二、教学内容及教学基本要求

第一章 现场总线技术概述

1、教学要求

掌握DCS、PLC和FCS三大控制系统的基本要点和区别，现场总线基本概念，工业网络的定义、结构和应用。

了解工业自动化技术及控制系统的发展历程，现场总线国际标准及其制定过程，现场总线的现状、研究开发热点和发展趋势。

2、教学内容

第一节 工业自动化技术及控制系统的发展历程

知识要点：工业类型的划分、工业自动化技术及控制系统发展历程概述、OPC和IEC61131

第二节 DCS、PLC和FCS三大控制系统的基本要点和区别

知识要点：三大控制系统的基本要点，FCS与DCS的区别，PLC、DCS和FCS之间的融合

第三节 现场总线基本概念

知识要点：现场总线的产生背景，现场总线的定义，现场总线的特点，现场总线的优点

第四节 现场总线国际标准及其制定过程

知识要点：前3版标准、第4版标准、配套标准IEC61784 、IEC 62026

第五节 现场总线的现状、研究开发热点和发展趋势

知识要点：现场总线的现状、研究开发热点和发展趋势

第六节 工业网络的定义、结构和应用

知识要点：工业网络的定义、现场总线在工业网络中的位置和作用、工业控制网络的简单分类

3、本章重点、难点

本章重点：DCS、PLC和FCS三大控制系统的基本要点和区别，现场总线基本概念

本章难点：工业网络的定义、结构和应用

4、本章学时数

本章教学时数：4学时，其中讲课4学时，实验(课内实践、上机)0学时。

 

第二章 工业网络与通信基础知识

1、教学要求

掌握工业网络通信基础，工业网络物理结构，现场总线基本概念。

了解开放系统互连参考模型及网络互连， OPC技术。

2、教学内容

第一节 工业网络通信基础

知识要点：工业数据通信概述，数据通信的基本概念，数据编码，数据传输，差错控制。

第二节 工业网络物理结构

知识要点：网络的传输介质，工业通信网络的主要拓扑结构，介质访问控制方式。

第三节 现场总线基本概念

知识要点：现场总线的产生背景，现场总线的定义，现场总线的特点，现场总线的优点

第四节 开放系统互连参考模型及网络互连

知识要点：OSI参考模型，网络互连

第五节OPC技术

知识要点：OPC技术简介，几种OPC中所使用的微软公司的技术，OPC的接口和服务器，OPC应用举例

3、本章重点、难点

本章重点：工业网络通信基础，工业网络物理结构，现场总线基本概念

本章难点：开放系统互连参考模型及网络互连，OPC技术

4、本章学时数

本章教学时数：4学时，其中讲课4学时，实验(课内实践、上机)0学时。

 

第三章 PROFIBUS基础及安装技术   

1、教学要求

掌握PROFIBUS基础，PROFIBUS DP安装技术，PROFIBUS PA安装技术，组态一个简单的PROFIBUS DP/PA系统。

了解PROFIBUS设备集成工具。

理解PROFIBUS传输技术。

2、教学内容

第一节 PROFIBUS概述

知识要点：PROFIBUS的发展，PROFIBUS的产品认证，PROFIBUS的家族成员，ROFIBUS系统组成模块，PROFIBUS自动化系统解决方案，PROFIBUS的协议结构。

第二节 PROFIBUS基础

知识要点：设备类型，系统配置，PROFIBUS系统的基本特点，PROFIBUS的网络及规模，设备地址。

第三节 PROFIBUS设备集成工具

知识要点：PROFIBUS的GSD文件，设备管理工具的发展

第四节 PROFIBUS传输技术

知识要点：RS485和RS484，MBP和MBP，光纤，无线传输

第五节PROFIBUS DP安装技术

知识要点：DP网络接线，DP网络布局及终端电阻使用举例，现场安装

第六节 PROFIBUS PA安装技术

知识要点：PA网络结构，PA网络接线及布局，PROFIBUS PA网络设计举例。

第七节 组态一个简单的PROFIBUS DP/PA系统

知识要点：系统组成及架构，组态过程，系统运行

3、本章重点、难点

本章重点：PROFIBUS基础，PROFIBUS DP安装技术，PROFIBUS PA安装技术，组态一个简单的PROFIBUS DP/PA系统

本章难点：PROFIBUS设备集成工具

4、本章学时数

本章教学时数：7学时，其中讲课5学时，实验(课内实践、上机)2学时。

 

第四章 PROFIBUS通信技术及DP    V0/V1 

1、教学要求

理解数据链路层，应用层，主站和从站的工作过程，设备功能及其之间的通信。

了解行规，PROFIBUS DP报文类型，总线和信息的循环时间及估计。

2、教学内容

第一节 数据链路层

知识要点：介质访问控制方式，数据传输服务。

第二节 应用层

知识要点：应用关系，PROFIBUS版本的发展。

第三节 行规

知识要点：应用行规，系统行规, 几种主要的行规介绍

第四节 主站和从站的工作过程

知识要点：主站的工作过程，主站的工作模式，从站的工作过程

第五节 设备功能及其之间的通信

知识要点：各种设备的功能，设备之间的通信

第六节 PROFIBUS DP报文类型

知识要点：V0报文详解，V1报文详解。

第七节 总线和信息的循环时间及估计

知识要点：有关总线时间的一些术语，循环时间及估计

3、本章重点、难点

本章重点：主站和从站的工作过程，设备功能及其之间的通信

本章难点：数据链路层，应用层，行规，PROFIBUS DP报文类型

4、本章学时数

本章教学时数：6学时，其中讲课4学时，实验(课内实践、上机)2学时。

 

第五章 PROFINET基础及安装技术   

1、教学要求

掌握工业以太网和实时以太网，PROFINET基础，ROFINET安装技术。

了解以太网和IEEE 80.3。

2、教学内容

第一节 以太网和IEEE 80.3

知识要点：以太网的产生，以太网的物理层，以太网的数据链路层，用于以太网的几个功能，以太网中使用的主要设备。

第二节 因特网与TCP/IP

知识要点：概述，TCP/IP各层的功能。

第三节 工业以太网和实时以太网

知识要点：工业以太网，实时工业以太网

第四节 PROFINET基础

知识要点：概述，PROFINET的市场情况，PROFINET和PROFIBUS的主要区别，PROFINET的组成，PROFINET的通信协议模型，GSD文件，PROFINET IO设备类型，PROFINET的一致性分类，从系统组态到运行的工作过程

第五节ROFINET安装技术

知识要点：网络结构，电气网络传输介质和连接，光缆及其连接，网络部件

第六节 组态一个简单的PROFINET网络

知识要点：系统组成及架构，组态过程，系统运行

3、本章重点、难点

本章重点：工业以太网和实时以太网，PROFINET基础，ROFINET安装技术

本章难点：以太网和IEEE 80.3

4、本章学时数

本章教学时数：5学时，其中讲课5学时，实验(课内实践、上机)0学时。

 

第六章 PROFINET通信技术

1、教学要求

掌握PROFINET 实时通信技术。

了解PROFINET IO ，PROFINET CBA。

2、教学内容

第一节 PROFINET 实时通信技术

知识要点：通信等级，通信通道模型，循环数据交换原理，等时同步实时通信。

第二节 PROFINET IO

知识要点：概述，IO设备模型，数据元素，应用关系，通信关系，通信路径及使用的协议，主要报文的帧结构，名称和地址分配及报文，系统启动及连接建立过程，Read/Write服务及报文，网络诊断和管理。

第三节 PROFINET CBA

知识要点：概述，工艺技术模块和组件模型, 现场设备结构，PROFINET CBA的通信，PROFINET CBA的使用过程

3、本章重点、难点

本章重点：PROFINET 实时通信技术

本章难点：PROFINET IO ，PROFINET CBA

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验(课内实践、上机)0学时。

 

第七章 现场总线技术应用综合举例

1、教学要求

掌握使用现场总线技术应考虑的几个问题。

了解烟厂制丝线现场总线控制系统，纺织生产过程信息集成及处理系统，，制冷站监控系统改造，PROFIBUS PA简单系统。

2、教学内容

第一节 使用现场总线技术应考虑的几个问题

知识要点：为什么要选用现场总线技术，现场总线技术最适合什么场合使用，选择什么样的现场总线技术，如何设计现场总线控制系统。

第二节 现场总线技术应用综合举例

知识要点：烟厂制丝线现场总线控制系统，纺织生产过程信息集成及处理系统，制冷站监控系统改造，PROFIBUS PA简单系统举例。

3、本章重点、难点

本章重点：使用现场总线技术应考虑的几个问题

本章难点：如何设计现场总线控制系统

4、本章学时数

本章教学时数：4学时，其中讲课4学时，实验(课内实践、上机)0学时。

 

三、课内实践环节教学安排及要求

注：实验类型是指验证性、综合性、设计性，上机、课内实践等项目不需填写本项内容。

四、教学手段、方法建议

建议本课程采用小组合作策略、问题解决类策略、交流与分享策略、鼓励创新思维的策略，有效调动学生的学习积极性。

建议本课程在的教学中运用多媒体、实物演示等教学手段，增加学生的学习兴趣，使学生易于理解掌握所授知识。

五、课程考核方式及要求

1．考核方式：考试（）；考查（√）

2．成绩评定：

计分制：百分制（）；五级分制（√）；两级分制（）

总评成绩构成：采用（N+2）考核模式：笔记考核（10）％；过程考核（40）％；结课考核（50）％

其中过程考核构成：随堂测试（40）％；习题作业（20）％；自主学习（20）％；考勤考纪（20）％等。

六、建议教材及参考资料

建议教材：

《现场总线技术及应用教程（第2版）》，王永华、编著，机械工业出版社，2015年版

参考资料：

1．嵌入式高速串行总线技术——基于FPGA实现与应用，张峰　著，电子工业出版社，2016年版

2．《现场总线控制网络技术（第2版）》，雷霖　主编，电子工业出版社，2015年版

七、大纲说明

本教学大纲是根据《皇冠体育·(中国)官方网站课程教学大纲管理办法》的要求而编制，教学大纲仅作为指导和参考，而不作为约束教师的法规，要鼓励教师进行教学改革，教师可以根据课程的特点，针对学生的情况，对内容进行补充和修改。

 

执   笔   人：樊爱龙

参加研讨人员：李润生，王福庭

审   核   人：关大陆

审   批   人：赵双元