《集散控制与现场总线》课程教学大纲（本科）

1、集散控制与现场总线(Distributed Control System and Field Bus)课程代码：05410173学分：2学时：32（其中：课题教学学时：26实验学时：6上机学时：0 课程实践学 时：0）先修课程：计算机原理与基础自动控制原理适用专业：农业电气化与自动化教 材：集散控制与现场总线；刘国海；机械工业出版社、第二版一、课程性质与课程目标（一）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）集散控制与现场总线是自动化专业教学计划中专业方向课，它建立在数学、自动控制原理、 计算机技术等课程知识的基础上，为自动化专业学生掌握集散与网络控制系统这一较新技术打下坚 实的基础。本课程基

2、本任务是：掌握集散控制系统操作的基本原理，典型系统的构造、性能及操作 原理，以及工程设计规范；掌握集散控制典型控制算法；典型现场总线技术特点及应用。本课程将目前控制领域中的两大技术热点集散控制和现场总线有机结合，从集散控制系统 的硬件结构、软件体系、人机接口、控制算法，以及典型现场总线等方面进行介绍。重点介绍了集 散控制系统的通信网络、控制算法工程设计规范等相关技术，全面分析了 CAN、Lon Works FF、 Profibus. ControlNet等现场总线的技术特点、协议规范及通信接口的设计方法，并给出典型集散与 网络控制系统应用实例。本课程强调工程观点、强调理论与实际的结合，提高分析

3、问题、解决问题 的能力。（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。应包括知识目标和能力 目标。）课程目标1:掌握集散控制系统的基本概念、发展历史与基本结构。课程目标2： 了解集散控制系统的基本控制算法。课程目标3： 了解集散控制系统通信网络的基本概念与结构。课程目标4： 了解集散控制系统中典型现场总线的协议、特点以及功能。课程目标5： 了解集散控制系统的性能指标和工程设计规范。二课程内容与教学要求第一章绪论（一）教学内容1本课程的性质、研究对象与方法、目的、任务；2集散控制系统的基本概念3集散控制系统的特点4集散控制系统的展望（二）基本要求1 了解本课程的性质、研究对象与方

4、法、任务；2掌握学习本课程的几个基础概念；3 了解研究集散控制系统基本构成结构；4了解集散控制系统的特点；5 了解集散控制系统与CIMS系统、FCS系统之间的联系与区别。（三）重难点1重点了解集散控制系统的发展历史、基本概念、结构；2难点集散控制系统的结构。第二章集散控制系统的控制算法（一）教学内容1 PID控制算法；2前馈控制；3解耦控制；4时滞补偿控制；5自适应控制；6顺序控制；7预测控制。（二）教学要求了解集散控制系统常用控制算法的原理，适用范围以及主要算法的特点，要求根据 控制任务正确选择控制算法。（三）重难点1重点集中典型控制算法的基本原理2难点针对实际对象，灵活选择控制算法并设计控

5、制系统。第三章集散控制系统通信网络与系统特征（-）教学内容1数据通信的基本概念2集散控制系统中的网络标准3集散控制系统中应用的网络协议（二）教学要求了解集散控制系统通信原理、OSI模型结构（三）重难点1重点控制系统通信原理2难点OSI模型结构第四章控制系统用现场总线（-）教学内容1现场总线的定义2现场总线控制系统的分类3现场总线的核心与基础4现场总线与IT计算机网络技术的区别5现场总线通信协议模型6现场总线控制系统的网络拓扑结构（二）教学要求了解控制系统用现场总线定义，现场总线通信协议模型（三）重难点1重点控制用现场总线的技术特点2难点控制用现场总线的通信协议模型第五章几种典型的现场总线（一）

6、教学内容CAN总线LonWorks 总线FF总线Profibus 协议ControlNet 总线DeviceNet 总线（二）教学要求了解几种现场总线的技术特点，典型应用领域。（三）重难点1重点典型现场总线的特点与技术规范2难点针对典型案例，灵活选择现场总线。第六章集散控制系统性能指标与工程设计规范（一）教学内容1集散控制系统的性能指标；2集散控制系统的功能设计规范。3集散控制系统的评价与选择（二）教学要求了解集散控制系统的性能指标与设计规范（三）重难点I重点集散控制系统的可靠性计算2难点集散控制系统的评价与选择第七章工程应用举例（一）教学内容1集散控制系统在火力发电厂中的应用；2 CTN20

7、00发酵过程计算机控制系统。3乔格变压器横剪线和纵剪线控制系统（二）教学要求了解几种典型的集散和网络控制系统。（三）重难点1重点通过工程案例了解工程设计规范。2难点通过典型案例，灵活掌握本课程知识。三、本课程开设的实验项目编号实验项目名称学时类型要求支撑的课程目标1集散控制算法仿真实验2设计性必做22集散控制系统应用案例2验证性必做1, 2, 53现场总线工业应用案例2验证性必做3, 4, 5注：1 .“类型”填验证性、综合性、设计性等；2.“要求”填必做、选做。实验1:集散控制算法仿真实验实验目标采用MATLAB软件，针对典型对象数学模型，选择合适的控制算法，并设计控制器。 要求：（1）实验

8、对象数学对象模型涉及单输入单输出系统、双输入双输出系统以及单输入单输出时 滞系统。（2）给出详细的控制器推导过程；（3）针对阶跃和斜波输入，给出MATLAB仿真结果。（3） 将推导过程、仿真结果以及分析，写过详细的报告。实验2：集散控制系统应用实验1.实验目的及要求针对多容水箱实验系统，利用组态软件，对下顺内容进行实验：（1）数据库组态；（2）设备组 态；（3）算法组态；（4）画面组态；（5）系统组态。要求：（1）熟悉集散控制系统（DCS ）的组成；（2）掌握MACS组态软件的使用方法；（3） 培养灵活组态的能力；（4）掌握系统组态与装置调试的技能。实验3：现场总线工业应用实验实验内容为：搭建

9、一个基于现场总线的PLC实验系统，主要涉及S7-300、S7-200、Profibus通 讯方法、MCGS组态软件等。要求：用一台研华工控机作为上位机，并采用MCGS组态软件作为监控软件。在工控机上安装一块西门子CP5611卡后，MCGS组态软件既可与S7-300通过MPI通讯方式进行连结，实现MCGS对S7-300的监控，进而达到对总线上的其他设备进行监控的目的。四、学时分配及教学方法章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂 教学实 验上机课程 实践小 计-AA*.第一早2讲授法1, 4, 5第二章62研究型教学法2第三章4讲授法3, 4第四章2讲授法3, 4第五章6讲

10、授法3, 4弟八早4讲授法5第七章24讲授法、演示法5合计266注：1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；2.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例 等教学方法）等。五、课程考核序号考核方式或途径考核要求考核权重备注1课堂表现出勤率90%方可得分5%2平时作业按要求认真完成20%3期末考试考题覆盖课程目标75%注：1 .分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表。.考核方式或途径主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作 业、小论文、项目设计和作品等。.考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、项目设计要求等。.考核权重指该考核