《现场总线控制系统》教学大纲机电

PAGEPAGE10《现场总线控制系统》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称现场总线控制系统课程编号课程性质选修课课程类别专业课开课单位机械电子教研室授课学期第7学期学分/学时2/32课内学时32理论授课32上机学时0课内实践0实验学时0课外学时32适用专业机械电子工程是否双语否先修课程电工电子学、信息技术基础、机电传动与PLC后续课程机械电子工程毕业设计二、课程简介《现场总线控制系统》是机械电子工程专业的一门专业选修课，为实践性较强的一门课程。现场总线控制系统是信息数字化、控制分散化、系统开放化和设备间相互可操作的新一代自动化控制系统。它具有完全的开放性，在遵循统一的技术标准条件下，用户可以把不同品牌功能相同的产品集成在同一个控制系统内，构成一个集成的现场总线控制系统。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进行了概括性的介绍；重点讲解PROFIBUSDP/PA的基本原理和具体应用，并在此基础上详细地剖析了DP-V0/V1报文结构和含义，给出了具体的应用实例。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标通过本课程的学习，使学生达到以下目标：课程目标1（知识目标）：理解目前正在全世界范围自动化领域蓬勃发展的新型控制技术。掌握计算机网络基本知识、工业网络通信特点，以及现场总线的基本概念；掌握目前在工业现场使用最多的PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA的基本原理和具体应用；理解工业以太网技术、AS-i技术及当前应用广泛的其他几种现场总线的技术特点、应用范围。课程目标2（能力目标）：能够分析实际需求对现场总线进行选型；能够设计基于现场总线的控制系统；能够使用现场总线设计仿真软件；能够评价基于现场总线的控制系统对信息安全的影响；具有不断学习现场总线新技术和适应发展的能力。。课程目标3（素质目标）：能够评价现场总线的控制系统对环境、社会可持续发展的影响；具有坚实基础、弘扬创新的精神。具有良好职业道德和敬业精神，具有较强的安全和环保意识。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标1指标点1-41.工程知识课程目标2指标点3-33.设计/开发解决方案课程目标3指标点3-33.设计/开发解决方案四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元现场总线技术概述（学时数：2学时）1.课程主要内容（1）工业自动化技术及控制技术的发展历程。（2）DCS、PLC和FCS三大控制系统的基本要点和区别。（3）现场总线的基本概念，包括定义、特点、优点等。（4）工业网络的定义、结构和应用，现场总线在工业网络中的位置和作用。2.重点和难点（1）DCS、PLC和FCS三大控制系统的基本要点；（2）现场总线的基本概念；（3）工业网络的定义、结构和应用。3.实施方式本单元课程采取提问启发式的教学方式，通过一系列问题使学生明确现场总线技术出现的重要意义，从而了解现场总线技术的基本结构、特点、应用领域。明确现场总线技术是为了满足生产线上的更高的控制要求，科技工作者们经过不断地研究与创新而出现的。从而让学生真正体验到创新的精神意蕴与实践意义，达到知识目标和素质目标的实现。4.学习要求（1）掌握DCS、PLC和FCS三大控制系统的基本要点和区别；（2）掌握现场总线的基本概念；（3）掌握现场总线在工业网络中的位置和作用。5.学生学习预期成果（1）理解工业网络的定义、结构和应用，现场总线在工业网络中的位置和作用；（2）理解DCS、PLC和FCS三大控制系统的基本要点和区别。6.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑课程的知识目标和素质目标。掌握现场总线在工业网络中的位置和作用，具有较强的安全和环保意识。第二单元工业网络与通信基础知识（学时数：6学时）1.课程主要内容（1）工业网络通信的基本概念、工业网络通信中数据编码方式、数据传输技术、差错控制等知识；（2）工业网络的物理结构与介质访问控制访问方式；（3）理解开放系统互连参考模型OSI、理解OPC原理以及所使用的技术。2.重点和难点（1）工业网络通信中数据编码方式、数据传输技术、差错控制等；（2）工业网络的物理结构与介质访问控制访问方式；（3）开放系统互连参考模型OSI。3.实施方式本单元课程采取讲授法，启发式的教学方式。通过课堂讲授，展示工业网络通信的基本概念、工业网络通信中数据编码方式、数据传输技术、差错控制等知识，能够让学生很好地掌握开放系统互连参考模型OSI、理解OPC原理以及所使用的技术。4.学习要求（1）掌握工业网络通信中数据编码方式、数据传输技术、差错控制等；（2）掌握工业网络的物理结构与介质访问控制访问方式；（3）掌握OPC原理以及所使用的技术。5.学生学习预期成果（1）理解开放系统互连参考模型OSI；（2）理解OPC原理以及所使用的技术。6.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑课程的知识目标和素质目标。；理解工业网络通信的基本概念，具有良好职业道德和敬业精神、具有较强的安全和环保意识。第三单元PROFIBUS基础与应用技术（学时数：10学时）1.课程主要内容（1）PROFIBUS的发展，掌握其家族成员、系统组成模块、协议结构、PROFIBUS的设备类型、系统配置、设备地址、基本特点；（2）PROFIBUS系统的设备集成开发工具、GSD文件、PROFIBUS的传输技术、PROFIBUS通信模型各层的作用与特点；（3）PROFIBUS-DP各站的功能、分类及通信；PROFIBUS-DP的报文格式、DP主站和从站的工作程、DP-V0报文详解；（4）PROFIBUS-PA的通信协议、PROFIBUS-PA的系统结构、DP-V1报文详解；（5）现场总线系统集成与产品开发的方法及注意的问题、现场总线控制系统设计的步骤。2.重点和难点（1）PROFIBUS的设备类型、系统配置、设备地址；（2）PROFIBUS系统的设备集成开发工具；（3）PROFIBUS-DP的报文格式、DP主站和从站的工作程、DP-V0报文详解。3.实施方式本单元课程采取讲授及讨论法的教学方式，在课堂讲授PROFIBUS-DP各站的功能、分类及通信；PROFIBUS-DP的报文格式、DP主站和从站的工作程、DP-V0报文。讨论现场总线系统集成与产品开发的方法及注意的问题。4.学习要求（1）掌握PROFIBUS系统的设备集成开发工具、GSD文件；PROFIBUS的传输技术；（2）PROFIBUS-PA的通信协议、PROFIBUS-PA的系统结构、DP-V1报文详解。5.实验要求（1）实验属性:设计性实验（2）开出要求：必做（3）分组要求：5人1组（4）实验准备①仪器设备：ABB机器人实验平台；②预习要求：按照实验指导书要求提前预习（5）其他要求：注重理论教学与实践教学相结合、注重新知识、新方法、新工艺、新技术的学习和应用。6.学生学习预期成果（1）理解PROFIBUS的发展，掌握其家族成员、系统组成模块、协议结构；PROFIBUS的设备类型、系统配置、设备地址、基本特点。7.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑课程的能力目标和素质目标。熟练应用PROFIBUS系统的设备集成开发工具，掌握现场总线系统集成与产品开发，具有良好职业道德和敬业精神、具有较强的安全和环保意识。第四单元PROFINET基础及技术（学时数：8学时）1.课程主要内容（1）以太网和IEEE80、因特网与TCP/IP、工业以太网和实时以太网、PROFINET的通信协议模型；（2）PROFINETIO设备类型、系统组态到运行的工作过程、PROFINET安装技术；（3）组态一个PROFINET网络、PROFINET实时通信技术、IO设备模型。2.重点和难点（1）PROFINET的通信协议模型；（2）系统组态到运行的工作过程；（3）PROFINET实时通信技术。3.实施方式本单元课程采取讲授及讨论法的教学方式，在课堂讲授以太网和IEEE80；因特网与TCP/IP；工业以太网和实时以太网；PROFINET的通信协议模型。讨论系统组态到运行的工作过程；PROFINET安装技术。4.学习要求（1）掌握PROFINETIO设备类型；（2）掌握系统组态到运行的工作过程；（3）掌握组态一个PROFINET网络的方法。5.实验要求（1）实验属性:设计性实验（2）开出要求：必做（3）分组要求：5人1组（4）实验准备①仪器设备：ABB机器人实验平台；②预习要求：按照实验指导书要求提前预习（5）其他要求：注重理论教学与实践教学相结合、注重新知识、新方法、新工艺、新技术的学习和应用。6.学生学习预期成果（1）理解工业以太网和实时以太网、PROFINET的通信协议模型；（2）应用PROFINET安装技术、组态一个PROFINET网络的方法。7.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑课程的能力目标和素质目标。掌握以太网和IEEE80、因特网与TCP/IP、工业以太网和实时以太网、PROFINET的通信协议模型。能够评价PROFINET网络对环境、社会可持续发展的影响；具有坚实基础、弘扬创新的精神。第五单元其他常见现场总线介绍（学时数：6学时）1.课程主要内容（1）AS-i总线的技术要点；（2）FF、WorldFIP、CAN、LonWorks、DeviceNet、ControlNet、InterBus等总线技术的技术要点，以及主要的应用领域；（3）工业以太网技术、我国自主开发总线技术EPA。2.重点和难点（1）AS-i总线的技术要点；（2）工业以太网技术、我国自主开发总线技术EPA；3.实施方式本单元课程采取讲授及讨论法的教学方式，在课堂讲授FF、WorldFIP、CAN、LonWorks、DeviceNet、ControlNet、InterBus等总线技术的技术要点，以及主要的应用领域。讨论工业以太网技术、我国自主开发总线技术EPA。4.学习要求（1）掌握AS-i总线的技术要点；（2）掌握FF、WorldFIP、CAN、LonWorks、DeviceNet、ControlNet、InterBus等总线技术的技术要点；（3）理解工业以太网技术、我国自主开发总线技术EPA。5.学生学习预期成果（1）理解AS-i总线技术；（2）应用FF、WorldFIP、CAN、LonWorks、DeviceNet、ControlNet、InterBus等总线技术。6.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑课程的能力目标和素质目标。应用FF、WorldFIP、CAN、LonWorks、DeviceNet、ControlNet、InterBus等总线技术。能够评价现场总线控制系统对环境、社会可持续发展的影响；具有坚实基础、弘扬创新的精神。（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排第一单元现场总线技术概述课堂讲授、课程目标1、32第二单元工业网络与通信基础知识课堂讲授课程目标1、36第三单元PROFIBUS基础与应用技术课堂讲授、小组实验课程目标2、310第四单元PROFINET基础及技术课堂讲授、小组实验课程目标2、38第五单元其他常见现场总线介绍课堂讲授课程目标2、36合计32五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则平时成绩40%作业（百分制）50本门课程5次作业，课后完成习题，主要考核学生对每节课知识点的复习、理解和掌握程度，作业评分的具体标准为提交时间、作业正确率等。目标分值=0.7*作业平均成绩课堂表现（百分制）50课堂纪律好、上机实践能按时完成任务，回答问题积极准确目标分值=0.3*课堂表现平均成绩实践成绩20%实验（百分制）100实验报告正确条理，书写认真。实验过程独立完成，实验设备能够正确使用，所得实验结果正确。目标分值=1*实验成绩期末考试40%知识40考核内容：工业网络与通信基础知识20%、其他常见现场总线介绍20%、PROFIBUS基础与应用技术30%、PROFINET基础及技术30%考试题型：填空题、选择题、简答题、设计题、判断题评价细则：按照答题要点、解题步骤评分能力40综合应用20（二）课程考核对课程目标的支撑教学内容考核内容考核方式支撑的课程目标第一单元现场总线技术概述1-1DCS、PLC和FCS三大控制系统的基本要点和区别1-2现场总线的基本概念作业、期末考试课程目标1、3第二单元工业网络与通信基础知识2-1工业网络通信中数据编码方式、数据传输技术、差错控制2-2工业网络的物理结构与介质访问控制访问方式作业、期末考试课程目标1、3第三单元PROFIBUS基础与应用技术3-1PROFIBUS系统的设备集成开发工具、GSD文件；PROFIBUS的传输技术3-2PROFIBUS-PA的通信协议、PROFIBUS-PA的系统结构、DP-V1报文详解作业、实验、期末考试课程目标2、3第四单元PROFINET基础及技术4-1PROFINET的通信协议模型4-2系统组态到运行的工作过程作业、实验、期末考试课程目标2、3第五单元其他常见现场总线介绍5-1AS-i总线的技术要点；5-2FF、WorldFIP、CAN、LonWorks、DeviceNet、ControlNet、I