现场总线技术教案

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分：3学分总学时：50学时其中：讲课50学时实践0学时课程类别必修课()选修课(√)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级考核方式总成绩：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：术语解释、判断说理题、简述题、综合分析论述题）。教学基本目的和要求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，让学生了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。课程要求明确现场总线的特点、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。教学重点和难点教学重点：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、安全防爆技术、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办法：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，学生不易掌握解决办法：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。教材、参考书（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2008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教学目的和要求通过本章的学习，让学生初步认识现场总线，了解其概念及其发展应用过程，认识到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，初步了解目前正在发展的自动化新型技术，认识正在引导控制应用领域前沿科技的现场总线的一些基本特征、发展现状，介绍了解常见的现场总线及各自的特点及主要适用领域。重点难点教学重点1、现场总线的概念2、现场总线的发展历程3、现场总线的特点4、现场总线的网络结构5、现场总线的发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现场总线的发展历程一、现场总线的发展背景二、现场总线系统的产生与发展三、现场仪表的发展§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、FCS的构成四、FCS与DCS比较§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较二、现场总线的网络结构§1-6现场总线技术的发展历程及我国国内对现场总线的研究一、现场总线的发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、现场总线的发展现状五、国内现场总线研究现状思考题、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、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相比较，具有哪些优越性主要参考资料（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2008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，希望能有更多的现场总线技术应用图示备注（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教学目的和要求通过本章的学习，使学生掌握计算机网络的基础知识，了解计算机网络以及工业的结构体系、网络模式。重点掌握局域网的特点、网络结构、传输介质。熟悉局域网中介质访问控制方法。认识了解现场总线网络准入测试以及本质安全防爆技术。重点难点教学重点1、计算机网络的基本结构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、现场总线本质安全技术教学难点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、综合考虑本质安全要求，灵活掌握本安防爆的主要技术教学安排(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)§2-1计算机网络概述一、计算机网络的基本概念及发展概况二、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§2-5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§2-6网络准入测试一、一致性测试二、互操作性测试§2-7本质安全技术思考题、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3CSMA/CD及令牌环的媒体访问策略是怎么样的？3、什么是本质安全，应该如何实现主要参考资料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2008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13学时—第17学时授课内容第三章工业网络通信基础教学目的和要求通过本章的学习，使学生掌握工业网络通信的基础知识，了解工业数据通信系统的基本构成，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，数据交换技术及差错控制。重点掌握数据编码方式及传输方式及常见的差错控制技术、。熟悉数据通信的基本交换方式。认识了解工业数据传输指标。重点难点教学重点1、工业数据通信基本结构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)§3-1数据通信的基本概念一、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§3-6信号的传输模式一基带传输二载波传输三宽带传输§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差错控制一差错检测1奇偶校验码2循环冗余码二差错校正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、什么是差错控制？常见的差错控制方法有哪些？主要参考资料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2008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课后自我总结分析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。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18学时—第22学时授课内容第四章开放系统互连参考模型教学目的和要求通过本章的学习，使学生掌握网络互联的基本概念，掌握OSI参考模型结构及每层功能，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。重点难点教学重点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参考模型的比较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)§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§4-3几种常见的现场总线通信模型介绍§4-4常见的网络互连设备§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的比较思考题、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相比较，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？主要参考资料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2008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。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23学时—第34学时授课内容第五章FF（基金会现场总线）教学目