现场总线技术培训教案

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〔〕

授课对象自动化本科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

基

本场总线的特点、系统构成、监控组态软件原理、现场总线系统的工程设计等；掌握计算

目

的机网络根本知识、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

和

要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

求

简单设计基于现场总线的控制系统。

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

教三种PROFIBUS产品的异同点、各自的协议结构及其传输技术

学PROFIBUS总线存取协议与PROFIBUS行规

重LonWorks技术

点

LonTalk协议等相关内容。

和

难

教学难点：〔1〕学生数据通信与计算机网络知识严重匮乏

点

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：

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：

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

教材、

参考书

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

成都大学教案

总学时第1学时—第6学时

授课内容第一章现场总线技术概述

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

重点5、现场总线的开展历程及现场总线的研究应用现状

难点教学难点

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

(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

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

教§1-4现场总线控制系统FCS

学一、FCS系统结构

安二、FCS特点

排三、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，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

思考题、

2、什么是互操作性？什么是互换性？

课后作业

3、FCS与DCS相比拟，具有哪些优越性

〔

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

现场总路线网络〔第1版〕.杨卫华主编.高等教育出版社.2004年

参考资料

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

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

总结分析

备注〔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

总学时第7学时—第12学时

授课内容第二章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

重点

教学难点

难点

1、全面了解工业网络的体系结构，掌握现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

(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)

§2-1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

§2-2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

§2-4工业网络的模式

教

学§2-5计算机局域网

安一、计算机局域网网络拓扑结构

排二、网络的传输介质

三、媒质访问控制方式

§2-6网络准入测试

一、一致性测试

二、互操作性测试

§2-7本质平安技术

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？

思考题、2、有哪些常见的网络结构，各自有何特点

课后作业3CSMA/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

现场总路线网络〔第1版〕.杨卫华主编.高等教育出版社.2004年

主要

参考资料

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

课后自我

总结分析

连接

备注〔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：

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总学时第13学时—第17学时

授课内容第三章工业网络通信根底

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

重点

教学难点

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

(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)

§3-1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

§3-2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曼彻斯特及差分曼彻斯特编码

二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

§3-3数据传输方式

一串行与并行传输

二同步与异步传输

§3-5通信线路的工作方式

单工通信、半双工通信及全双工通信

教§3-6信号的传输模式

学

一基带传输

安

二载波传输

排

三宽带传输

§3-7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

§3-8信号的传输方式

一基带传输

二载波传输

三宽带网

四ATM

§3-9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

§3-10过失控制

一过失检测

1奇偶校验码

2循环冗余码

二过失校正

1海明码

思考：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

思考题、码。

课后作业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

现场总路线网络〔第1版〕.杨卫华主编.高等教育出版社.2004年

主要

参考资料

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

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。

总结分析

备注〔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

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总学时第18学时—第22学时

授课内容第四章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

重点3、TCP/IP参考模型及与OSI参考模型的比拟

难点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、板书设计等)

§4-1计算机网络体系结构及OSI参考模型

§4-2OSI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

学§4-3几种常见的现场总线通信模型介绍

安§4-4常见的网络互连设备

排§4-5TCP/IP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

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？

思考题、

2、OSI与TCPP/IP相比拟，有各异同？

课后作业

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

现场总路线网络〔第1版〕.杨卫华主编.高等教育出版社.2004年

主要

参考资料

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

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

课后自我

总结分析

些设备在网络中的应用如何。

备注〔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

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总学时第23学时—第34学时

授课内容第五章FF〔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

1FF-H1的模型结构及各层功能

2H1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

4FF的功能块结构及应用

重点5设备描述语言

难点6H1的网段配置

教学难点

1H1网段的网络管理

2H1网段的系统管理

3虚拟现场设备

4系统组态

(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)

§5-1FF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

§5-2H1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

§5-3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

§5-4H1网段的网络管理

一网络管理与网络代理

学二虚拟现场设备

安§5-5H1网段的系统管理

排一系统管理概述

二系统管理信息库SMIB及其访问

§5-6FF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

§5-7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

§5-8H1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：1FF-H1的通信模型是怎样构成的？

2FF-H1支持哪几种网络拓扑结构？

思考题、3根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？

课后作业4FF-H1与FF-HSE之间的区别如何？

5FF-H1网络管理主要有哪3部份组成，各自有哪些功能？

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

现场总路线网络〔第1版〕.杨卫华主编.高等教育出版社.2004年

主要

参考资料

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

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系统并

课后自我

总结分析

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。

备注〔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：

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总学时第23学时—第34学时

授课内容第六章PROFIBUS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。

教学重点

1PROFIBUS的模型结构及各层功能

2PROFIBUS的主站与从站

3PROFIBUS的MAC协议

4PROFIBUS-DP的GSD文件

5PROFIBUS-PA的特点

重点

6PROFIBUS-DP与PA的连接

难点

7PROFIBUS7-PA的总线安装

教学难点

1PROFIBUS的GSD文件

2PROFIBUS站点的开发与实现

(含课堂教学内容、教学方法、