现场总线技术培训教案

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1、成都大学教案成都大学教案学院(部)：电信学院系教研室：自动化授课教师：喻晓红职称：讲师课程名称现场总线技术总学时：50 学时其中：讲课50 学时实践0 学总学分：3 学分时必修课()选修课()课程类别公共课 学科课 专业课 实践课 全校任选课 自动化本科 08 级总成绩：课堂参与占 10%；平时作业、小论文占30%；期末考试占 60%开卷考试：考核方式术语解释、判断说理题、简述题、综合分析论述题。现场总线技术应用于工业自动化领域,形成了全分布式控制网络系统。通过本课程的学习，教学基本目的和要求让学生了解目前正在全世界范围自动化领域蓬勃开展的新型控制技术。课程要求明确现场总线的特点、系统构成、监

2、控组态软件原理、现场总线系统的工程设计等；掌握计算机网络根本知识、工业网络通信特点，以及现场总线的根本概念和几种典型现场总线的技术特点以及相关软、硬件的使用方法；能够根据实际需要对现场总线进行选型；能够简单设计基于现场总线的控制系统。授课对象教学重点：本课程的重点包括：现场总线的概念与技术特点现场总线技术中业网络传输控制方式、曼彻斯特编码技术常用工业网络互连设备、平安防爆技术、OSI 模型物理层与数据链路层协议FF 通信模型及主要技术FF 功能块及 FF 的工业组态教学重点和难点三种 PROFIBUS 产品的异同点、各自的协议结构及其传输技术PROFIBUS 总线存取协议与 PROFIBUS

3、行规LonWorks 技术LonTalk 协议等相关内容。教学难点：1学生数据通信与计算机网络知识严重匮乏解决方法：加强相关知识的介绍、补充；为了不过多占用课堂学时，为学生提供参考资料，鼓励学生自学，积极为学生答疑；让学生开展讨论、互相帮助。2现场总线类型多、特点差异较大，学生不易掌握解决方法：首先深入浅出地介绍各种现场总线的适合应用领域以及该领域对现场总线的要求，然后分析性地介绍现场总线为满足相应的要求而需具备的特性，最后顺理成章地介绍现场总线的特点、性能。一推荐教材：推荐教材：现场总线控制网络技术第1 版 雷霖主编.电子工业出版社.2005 年二参考书目：二参考书目：教材、参考书现场总线技

4、术及其应用第2 版 阳宪惠主编 清华大学出版社 2021 年现场总路线网络第 1 版.杨卫华主编.高等教育出版社.2004 年现场总线技术及其应用第1 版甘永梅编著.机械工业出版社,2004现场总线技术第 1 版周明中国电力出版社2002注：此页针对课程整体内容进行填写注：此页针对课程整体内容进行填写成都大学教案成都大学教案总学时第总学时第 1 1 学时学时 第第 6 6 学时学时授课内容第一章第一章现场总线技术概述现场总线技术概述通过本章的学习，让学生初步认识现场总线，了解其概念及其开展应用过程，认识到教学目的现场总线技术是目前自动化领域一门正在兴起的控制系统技术，初步了解目前正在开展和要求

5、的自动化新型技术，认识正在引导控制应用领域前沿科技的现场总线的一些根本特征、开展现状，介绍了解常见的现场总线及各自的特点及主要适用领域。教学重点1、现场总线的概念2、现场总线的开展历程3、现场总线的特点4、现场总线的网络结构5、现场总线的开展历程及现场总线的研究应用现状教学难点全面了解现场总线的概念，从不同的角度来定义现场总线是什么1、充分了解到现场总线的技术特点的各个方面层次的涵义重点难点教学安排(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)1-1 现场总线Fieldbus的概念学时一、现场总线的概念二、现场总线仪表设备1-2 现场总线的开展历程一、现场总线的开展背景

6、二、现场总线系统的产生与开展三、现场仪表的开展1.3 现场总线的特点一、现场总线的体系结构特点或测控网络特点二、现场总线的技术特点三、现场总线特点的小结1-4现场总线控制系统 FCS一、FCS 系统结构二、FCS 特点三三、FCS 的构成四、FCS 与 DCS 比拟1-5 现场总线与一般通信技术、通信网络的区别一、现场总线与一般通信技术的比拟二、现场总线的网络结构1-6 现场总线技术的开展历程及我国国内对现场总线的研究一、现场总线的开展过程中充满了竞争二、现有的现场总线国际标准三、目前常见的现场总线及其特点、应用领域四、现场总线的开展现状五、国内现场总线研究现状思考：根据自己对现场总线的认识，

7、总结一下你对现场总线的定义作业：1、现场总线有哪些特点 2、什么是互操作性？什么是互换性？3、FCS与DCS相比拟，具有哪些优越性思考题、课后作业现场总线控制网络技术第1 版 雷霖主编.电子工业出版社.2005 年现场总线技术及其应用第2 版 阳宪惠主编 清华大学出版社 2021 年主要参考资料现场总路线网络第 1 版.杨卫华主编.高等教育出版社.2004 年现场总线技术及其应用第1 版甘永梅编著.机械工业出版社,2004现场总线技术第 1 版周明中国电力出版社2002课后自我总结分析备注注：此页针对具体授课内容填写学生要求尽量理论联系实际讲课，希望能有更多的现场总线技术应用图示对本章节的课堂

8、教学需补充说明的内容成都大学教案样本：成都大学教案成都大学教案总学时第总学时第 7 7 学时学时 第第 1212 学时学时授课内容第二章第二章计算机网络与工业网络计算机网络与工业网络通过本章的学习，使学生掌握计算机网络的根底知识，了解计算机网络以及工业的结教学目的构体系、网络模式。重点掌握局域网的特点、网络结构、传输介质。熟悉局域网中介质和要求访问控制方法。认识了解现场总线网络准入测试以及本质平安防爆技术。教学重点1、计算机网络的根本结构2、工业网络体系结构3、计算机局域网的特点及网络拓扑4、局域网传输介质及介质访问控制方法5、现场总线本质平安技术教学难点1、全面了解工业网络的体系结构，掌握现

9、场总线在其中的作用2、计算机局域网介质传输的访问方式，掌握CSMA/CD 以及令牌环访问方案3、综合考虑本质平安要求，灵活掌握本安防爆的主要技术重点难点教学安排(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)2-12-1 计算机网络概述计算机网络概述一、计算机网络的根本概念及开展概况二、计算机网络的类型2-22-2 工业网络与现场总线工业网络与现场总线一、工业网络的概念二、工业网络体系结构2-42-4 工业网络的模式工业网络的模式2-52-5 计算机局域网计算机局域网一、计算机局域网网络拓扑结构二、网络的传输介质三、媒质访问控制方式2-62-6 网络准入测试网络准入测试一

10、、一致性测试二、互操作性测试2-72-7 本质平安技术本质平安技术思考题、课后作业思考：根据自己对现场总线的认识，总结一下你对现场总线的定义作业：1、工业网络的体系结构如何，各层功能及主要的技术是怎样的？2、有哪些常见的网络结构，各自有何特点 3 CSMA/CD及令牌环的媒体访问策略是怎么样的？3、什么是本质平安，应该如何实现现场总线控制网络技术第1 版 雷霖主编.电子工业出版社.2005 年现场总线技术及其应用第2 版 阳宪惠主编 清华大学出版社 2021 年主要参考资料现场总路线网络第 1 版.杨卫华主编.高等教育出版社.2004 年现场总线技术及其应用第1 版甘永梅编著.机械工业出版社,

11、2004现场总线技术第 1 版周明中国电力出版社2002课后自我总结分析学生要求尽量理论联系实际讲课，希望能在实验室对常用的网络进行不同网络拓扑的连接对本章节的课堂教学需补充说明的内容备注注：此页针对具体授课内容填写成都大学教案样本：成都大学教案成都大学教案总学时第总学时第 13 13 学时学时 第第 1717 学时学时授课内容第三章第三章工业网络通信根底工业网络通信根底通过本章的学习，使学生掌握工业网络通信的根底知识，了解工业数据通信系统的根教学目的本构成，数据编码方式、数据传输方式，通信线路的工作方式及信号的传输模式，数据和要求交换技术及过失控制。重点掌握数据编码方式及传输方式及常见的过失

12、控制技术、。熟悉数据通信的根本交换方式。认识了解工业数据传输指标。教学重点1、工业数据通信根本结构2、数字数据编码，曼彻斯特及差分曼彻斯特编码3、模拟数据编码：幅值键控、频移键控及相移键控4、多路复用技术，时分多路及频分多路技术5、循环冗余校验 CRC教学难点1、数据传输速率比特率及波特率的区别2、数据交换技术，报文交换及报文分组交换3、检错码循环冗余码及纠错码海明码方法重点难点教学安排(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)3-13-1 数据通信的根本概念数据通信的根本概念一、数据与信息的认识二、通信系统的构成三、衡量指标1 传输速率 比特率与波特率2 误码率3

13、-23-2 数据编码技术数据编码技术一 数字数据的数字信号编码1 单极性码，双极性码2 归零码，非归零码3 3曼彻斯特及差分曼彻斯特编码二二 数字数据的模拟信号编码数字数据的模拟信号编码1 幅移键控2 频移键控3 相移键控计算机局域网计算机局域网3-33-3 数据传输方式一 串行与并行传输二 同步与异步传输3-53-5通信线路的工作方式单工通信、半双工通信及全双工通信3-63-6 信号的传输模式信号的传输模式一 基带传输二 载波传输三 宽带传输3-73-7 多路复用技术多路复用技术一 时分多路复用二 频分多路复用三 其它多路复用3-83-8 信号的传输方式信号的传输方式一 基带传输二 载波传输

14、三 宽带网四 ATM3-93-9 数据交换技术数据交换技术一 线路交换方式二 存储转发交换方式1 报文交换2 报文分组交换3-103-10 过失控制过失控制一一 过失检测过失检测1 奇偶校验码2 循环冗余码二 过失校正1 海明码思考题、课后作业思考：如何保证两个通信节点进行有效的数据通信，需要考虑哪些技术？作业：1、数据通信系统有哪些部份构成的？每部份起什么作用？2、什么是数据编码，请写出数字数据01001100011的曼彻斯特和差分曼彻斯特编码。3、什么是多路复用技术，有哪些常见的多路复用技术？4、信号有哪些传送模式，各自有何特点？5、什么是过失控制？常见的过失控制方法有哪些？现场总线控制网

15、络技术第1 版 雷霖主编.电子工业出版社.2005 年现场总线技术及其应用第2 版 阳宪惠主编 清华大学出版社 2021 年主要参考资料现场总路线网络第 1 版.杨卫华主编.高等教育出版社.2004 年现场总线技术及其应用第1 版甘永梅编著.机械工业出版社,2004现场总线技术第 1 版周明中国电力出版社2002课后自我总结分析备注课件的准备上还可以做到更多的图文并茂以便于学生更好的理解。对本章节的课堂教学需补充说明的内容注：此页针对具体授课内容填写成都大学教案样本：成都大学教案成都大学教案总学时第总学时第 18 18 学时学时 第第 2222 学时学时授课内容第四章第四章开放系统互连参考模型

16、开放系统互连参考模型通过本章的学习，使学生掌握网络互联的根本概念，掌握 OSI 参考模型结构及每层功教学目的能，了解常用网络传输介质及网络互连设备，了解 TCP/IP 参考模型。重点掌握 OSI 参考和要求模型物理层及数据链路层、网络层及应用层功能。认识了解几种常见的现场总线通信模型。教学重点1、OSI 参考模型结构及各层功能2、OSI 物理层与数据链路层功能及特点3、TCP/IP 参考模型及与 OSI 参考模型的比拟4、常见网络互连设备教学难点1、OSI 参考模型各层功能划分2、TCP/IP 参考模型与 OSI 参考模型的异同(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计

17、等)4-14-1 计算机网络体系结构及计算机网络体系结构及OSIOSI参考模型参考模型4-2 OSI4-2 OSI参考模型的功能划分参考模型的功能划分一物理层协议二数据链路层协议三网络层协议四传输层及以上层协议4-34-3几种常见的现场总线通信模型介绍4-44-4 常见的网络互连设备4-5 TCP/IP4-5 TCP/IP参考模型参考模型一TCP/IP参考模型结构及各层功能与技术特点二 OSI与TCPP/IP的比拟重点难点学安排思考题、课后作业思考：如何保证两个通信节点进行有效的数据通信，需要考虑哪些技术？作业：1、OSI参考模型的结构层次是怎样的？每层的功能如何？2、OSI与TCPP/IP相

18、比拟，有各异同？3、中继器、网桥、路由器、网关各起什么作用，主要工作在参考模型的哪一层？现场总线控制网络技术第1 版 雷霖主编.电子工业出版社.2005 年现场总线技术及其应用第2 版 阳宪惠主编 清华大学出版社 2021 年主要参考资料现场总路线网络第 1 版.杨卫华主编.高等教育出版社.2004 年现场总线技术及其应用第1 版甘永梅编著.机械工业出版社,2004现场总线技术第 1 版周明中国电力出版社2002课后自我总结分析可以更多的让学生参与，通过他们平时生活里所使用的网络设备让他们更多的讨论这些设备在网络中的应用如何。对本章节的课堂教学需补充说明的内容备注注：此页针对具体授课内容填写成

19、都大学教案样本：成都大学教案成都大学教案总学时第总学时第 23 23 学时学时 第第 3434 学时学时授课内容第五章第五章 FF FF基金会现场总线基金会现场总线通过本章的学习，使学生了解 FF 的 H1 网络的物理连接、数据链路活动调度过程及教学目的相应的 LAS 设备、网络管理、系统管理及 FF 的功能块，了解设备描述及设备描述语言，和要求并能对 FF 进行简单组态，了解 H1 的网段配置并区分 H1 与 HSE 的主要技术特征。教学重点1 FF-H1 的模型结构及各层功能2 H1 的物理波形、信号编码及拓扑结构3 通信设备类型及 LAS 及其功能4 FF 的功能块结构及应用5 设备描述

20、语言6 H1 的网段配置教学难点1 H1 网段的网络管理2 H1 网段的系统管理3 虚拟现场设备4 系统组态重点难点(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)5-15-1 FFFF的主要技术特点的主要技术特点一 FF的通信模型结构及各层功能二 H1与HSE的异同点三 FF-H1协议数据的构成与层次5-2 H15-2 H1网段的物理连接网段的物理连接一 H1的物理信号波形二 H1的信号编码三 H1网段的传输介质与拓扑结构5-35-3链路活动调试一 通信设备类型二 LAS及其功能三 链路活动调试过程5-4 H15-4 H1网段的网络管理网段的网络管理一 网络管理与网络代

21、理二 虚拟现场设备5-5 H15-5 H1网段的系统管理网段的系统管理一系统管理概述二 系统管理信息库SMIB及其访问5-6 FF5-6 FF的功能块的功能块一 FF功能块结构及其连接二 功能块中的用户应用块三 功能块参数四 对象应用五 功能块组态5-75-7 设备描述及设备描述语言设备描述及设备描述语言一 设备描述二 设备描述的参数分层三 设备描述语言5-8 H15-8 H1的网段配置的网段配置一 H1网段的构成二 网段长度三 网段接地，屏蔽与极性思考：针对一个实际的控制系统，如何组态，要考虑组织哪些内容？作业：1 FF-H1的通信模型是怎样构成的？2 FF-H1支持哪几种网络拓扑结构？3根

22、据数据链路层通信能力，可以将设备分为哪几类?各自有哪些功能？4 FF-H1与FF-HSE之间的区别如何？5 FF-H1网络管理主要有哪3部份组成，各自有哪些功能？学安排思考题、课后作业现场总线控制网络技术第1 版 雷霖主编.电子工业出版社.2005 年现场总线技术及其应用第2 版 阳宪惠主编 清华大学出版社 2021 年主要参考资料现场总路线网络第 1 版.杨卫华主编.高等教育出版社.2004 年现场总线技术及其应用第1 版甘永梅编著.机械工业出版社,2004现场总线技术第 1 版周明中国电力出版社2002课后自我总结分析在正在组建的现场总线实验室里增加FF 组态软件，让学生实际动手组态一控制

23、系统并进行相应的参数设置，让学生更直观的了解应用FF 现场总线系统。对本章节的课堂教学需补充说明的内容备注注：此页针对具体授课内容填写成都大学教案样本：成都大学教案成都大学教案总学时第总学时第 23 23 学时学时 第第 3434 学时学时授课内容第六章第六章 PROFIBUS PROFIBUS 现场总线现场总线通过本章的学习，使学生了解Profibus 的组成，通信参考模型、掌握profibus 主站及教学目的从站以及总线访问控制方式，profibus 的物理层及网络连接，数据链路层及MAC 协议，和要求DP 主站，从站实现方案及PA特点，掌握 DP/PA连接接口方式及 PA总线的安装技术。

24、教学重点1 PROFIBUS 的模型结构及各层功能2 PROFIBUS 的主站与从站3 PROFIBUS 的 MAC 协议4 PROFIBUS-DP 的 GSD 文件5 PROFIBUS-PA的特点6 PROFIBUS-DP 与 PA的连接7 PROFIBUS7-PA的总线安装教学难点1 PROFIBUS 的 GSD 文件2 PROFIBUS 站点的开发与实现重点难点(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等)6-16-1 PROFIBUSPROFIBUS的主要技术特点的主要技术特点一 PROFIBUS的组成二 PROFIBUS的通信参考模型三 PROFIBUS的主站

25、与从站四 PROFIBUS总线访问控制特点6-26-2 PROFIBUSPROFIBUS的通信协议的通信协议一 PROFIBUS的物理层及其网络连接二 PROFIBUS的数据链路层三 PROFIBUS的MAC协议6-36-3PROFIBUS-DP一 PROFIBUS-DP的数据传输，从站的参数配置及组态二 PROFIBUS的GSD文件6-46-4 PROFIBUS站点的开发与实现一 PROFIBUS的从站实现方案二 PROFIBUS的主站实现6-56-5 PROFIBUS-PA一 PROFIBUS-PA的根本特点二 PROFIBUS的DP/PA连接三 PROFIBUS-PA总线的安装思考：PR

26、OFIBUS站发如何开始实现，如何用于工业控制？作业：1、PROFIBUS的三个不同协议DP、PA、FMS都使用了相同的媒体访问控制方法，试说明其工作原理。2、PROFIBUS-DP网段如何实现与PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS网段的连接？3、什么是设备行规？DP，PA，FMS的设备行规主要功能如何？现场总线控制网络技术第1 版 雷霖主编.电子工业出版社.2005 年现场总线技术及其应用第2 版 阳宪惠主编 清华大学出版社 2021 年主要参考资料现场总路线网络第 1 版.杨卫华主编.高等教育出版社.2004 年现场总线技术及其应用第1 版甘永梅编著.机械工业出版社,2004现场总线技术第 1 版周明中国电力出版社2002学安排思考题、课后作业课后自我总结分析在正在组建的现场总线实验室里增加PROFIBUS 组态软件，让学生实际动手组态一控制系统并进行相应的参数设置，让学生更直观的了解应用PROFIBUS 现场总线系统。对本章节的课堂教学需补充说明的内容备注