成都大學教案

學院(部)：電信學院系〔教研室〕：自動化

授課教師：喻曉紅職稱：講師

課程名稱現場總線技術

總學時：50學時其中：講課50學時實踐0學

總學分：3學分

時

必修課()選修課(√)

課程類別

公共課〔〕學科課〔〕專業課〔√〕實踐課〔〕全校任選課〔〕

授課對象自動化本科08級

總成績：課堂參與占10%；平時作業、小論文占30%；期末考試占60%〔開卷考試：

考核方式

術語解釋、判斷說理題、簡述題、綜合分析論述題〕。

現場總線技術應用于工業自動化領域,形成了全分布式控制網絡系統。通過本課程的學習，

教

學讓學生了解目前正在全世界范圍自動化領域蓬勃開展的新型控制技術。課程要求明確現

基

本場總線的特點、系統構成、監控組態軟件原理、現場總線系統的工程設計等；掌握計算

目

的機網絡根本知識、工業網絡通信特點，以及現場總線的根本概念和幾種典型現場總線的

和

要技術特點以及相關軟、硬件的使用方法；能夠根據實際需要對現場總線進行選型；能夠

求

簡單設計基于現場總線的控制系統。

教學重點：

本課程的重點包括：

現場總線的概念與技術特點

現場總線技術中業網絡傳輸控制方式、曼徹斯特編碼技術

常用工業網絡互連設備、平安防爆技術、OSI模型物理層與數據鏈路層協議

FF通信模型及主要技術

FF功能塊及FF的工業組態

教三種PROFIBUS產品的異同點、各自的協議結構及其傳輸技術

學PROFIBUS總線存取協議與PROFIBUS行規

重LonWorks技術

點

LonTalk協議等相關內容。

和

難

教學難點：〔1〕學生數據通信與計算機網絡知識嚴重匱乏

點

解決方法：加強相關知識的介紹、補充；〔為了不過多占用課堂學時〕，為學生提

供參考資料，鼓勵學生自學，積極為學生答疑；讓學生開展討論、互相幫助。

〔2〕現場總線類型多、特點差異較大，學生不易掌握

解決方法：首先深入淺出地介紹各種現場總線的適合應用領域以及該領域對現場總線的

要求，然后分析性地介紹現場總線為滿足相應的要求而需具備的特性，最后順理成章地

介紹現場總線的特點、性能。

〔一〕推薦教材：

現場總線控制網絡技術〔第1版〕雷霖主編.電子工業出版社.2005年

〔二〕參考書目：

現場總線技術及其應用〔第2版〕陽憲惠主編清華大學出版社2021年

教材、

參考書

現場總路線網絡〔第1版〕.楊衛華主編.高等教育出版社.2004年

現場總線技術及其應用〔第1版〕甘永梅編著.機械工業出版社,2004

現場總線技術〔第1版〕周明中國電力出版社2002

注：此頁針對課程整體內容進行填寫

成都大學教案

總學時第1學時—第6學時

授課內容第一章現場總線技術概述

通過本章的學習，讓學生初步認識現場總線，了解其概念及其開展應用過程，認識到

教學目的現場總線技術是目前自動化領域一門正在興起的控制系統技術，初步了解目前正在開展

和要求的自動化新型技術，認識正在引導控制應用領域前沿科技的現場總線的一些根本特征、

開展現狀，介紹了解常見的現場總線及各自的特點及主要適用領域。

教學重點

1、現場總線的概念

2、現場總線的開展歷程

3、現場總線的特點

4、現場總線的網絡結構

重點5、現場總線的開展歷程及現場總線的研究應用現狀

難點教學難點

全面了解現場總線的概念，從不同的角度來定義現場總線是什么

1、充分了解到現場總線的技術特點的各個方面層次的涵義

(含課堂教學內容、教學方法、輔助手段、師生互動、時間分配、板書設計等)

§1-1現場總線〔Fieldbus〕的概念〔學時〕

一、現場總線的概念

二、現場總線儀表〔設備〕

§1-2現場總線的開展歷程

一、現場總線的開展背景

二、現場總線系統的產生與開展

三、現場儀表的開展

§1.3現場總線的特點

一、現場總線的體系結構特點或測控網絡特點

二、現場總線的技術特點

三、現場總線特點的小結

教§1-4現場總線控制系統FCS

學一、FCS系統結構

安二、FCS特點

排三、FCS的構成

四、FCS與DCS比擬

§1-5現場總線與一般通信技術、通信網絡的區別

一、現場總線與一般通信技術的比擬

二、現場總線的網絡結構

§1-6現場總線技術的開展歷程及我國國內對現場總線的研究

一、現場總線的開展過程中充滿了競爭

二、現有的現場總線國際標準

三、目前常見的現場總線及其特點、應用領域

四、現場總線的開展現狀

五、國內現場總線研究現狀

思考：根據自己對現場總線的認識，總結一下你對現場總線的定義

作業：1、現場總線有哪些特點

思考題、

2、什么是互操作性？什么是互換性？

課后作業

3、FCS與DCS相比擬，具有哪些優越性

〔

現場總線控制網絡技術〔第1版〕雷霖主編.電子工業出版社.2005年

現場總線技術及其應用〔第2版〕陽憲惠主編清華大學出版社2021年

主要

現場總路線網絡〔第1版〕.楊衛華主編.高等教育出版社.2004年

參考資料

現場總線技術及其應用〔第1版〕甘永梅編著.機械工業出版社,2004

現場總線技術〔第1版〕周明中國電力出版社2002

課后自我

學生要求盡量理論聯系實際講課，希望能有更多的現場總線技術應用圖示

總結分析

備注〔對本章節的課堂教學需補充說明的內容〕

注：此頁針對具體授課內容填寫

成都大學教案樣本：

成都大學教案

總學時第7學時—第12學時

授課內容第二章計算機網絡與工業網絡

通過本章的學習，使學生掌握計算機網絡的根底知識，了解計算機網絡以及工業的結

教學目的

構體系、網絡模式。重點掌握局域網的特點、網絡結構、傳輸介質。熟悉局域網中介質

和要求

訪問控制方法。認識了解現場總線網絡準入測試以及本質平安防爆技術。

教學重點

1、計算機網絡的根本結構

2、工業網絡體系結構

3、計算機局域網的特點及網絡拓撲

4、局域網傳輸介質及介質訪問控制方法

5、現場總線本質平安技術

重點

教學難點

難點

1、全面了解工業網絡的體系結構，掌握現場總線在其中的作用

2、計算機局域網介質傳輸的訪問方式，掌握CSMA/CD以及令牌環訪問方案

3、綜合考慮本質平安要求，靈活掌握本安防爆的主要技術

(含課堂教學內容、教學方法、輔助手段、師生互動、時間分配、板書設計等)

§2-1計算機網絡概述

一、計算機網絡的根本概念及開展概況

二、計算機網絡的類型

§2-2工業網絡與現場總線

一、工業網絡的概念

二、工業網絡體系結構

§2-4工業網絡的模式

教

學§2-5計算機局域網

安一、計算機局域網網絡拓撲結構

排二、網絡的傳輸介質

三、媒質訪問控制方式

§2-6網絡準入測試

一、一致性測試

二、互操作性測試

§2-7本質平安技術

思考：根據自己對現場總線的認識，總結一下你對現場總線的定義

作業：1、工業網絡的體系結構如何，各層功能及主要的技術是怎樣的？

思考題、2、有哪些常見的網絡結構，各自有何特點

課后作業3CSMA/CD及令牌環的媒體訪問策略是怎么樣的？

3、什么是本質平安，應該如何實現

現場總線控制網絡技術〔第1版〕雷霖主編.電子工業出版社.2005年

現場總線技術及其應用〔第2版〕陽憲惠主編清華大學出版社2021年

現場總路線網絡〔第1版〕.楊衛華主編.高等教育出版社.2004年

主要

參考資料

現場總線技術及其應用〔第1版〕甘永梅編著.機械工業出版社,2004

現場總線技術〔第1版〕周明中國電力出版社2002

學生要求盡量理論聯系實際講課，希望能在實驗室對常用的網絡進行不同網絡拓撲的

課后自我

總結分析

連接

備注〔對本章節的課堂教學需補充說明的內容〕

注：此頁針對具體授課內容填寫

成都大學教案樣本：

成都大學教案

總學時第13學時—第17學時

授課內容第三章工業網絡通信根底

通過本章的學習，使學生掌握工業網絡通信的根底知識，了解工業數據通信系統的根

教學目的本構成，數據編碼方式、數據傳輸方式，通信線路的工作方式及信號的傳輸模式，數據

和要求交換技術及過失控制。重點掌握數據編碼方式及傳輸方式及常見的過失控制技術、。熟悉

數據通信的根本交換方式。認識了解工業數據傳輸指標。

教學重點

1、工業數據通信根本結構

2、數字數據編碼，曼徹斯特及差分曼徹斯特編碼

3、模擬數據編碼：幅值鍵控、頻移鍵控及相移鍵控

4、多路復用技術，時分多路及頻分多路技術

5、循環冗余校驗CRC

重點

教學難點

難點

1、數據傳輸速率比特率及波特率的區別

2、數據交換技術，報文交換及報文分組交換

3、檢錯碼循環冗余碼及糾錯碼海明碼方法

(含課堂教學內容、教學方法、輔助手段、師生互動、時間分配、板書設計等)

§3-1數據通信的根本概念

一、數據與信息的認識

二、通信系統的構成

三、衡量指標

1傳輸速率比特率與波特率

2誤碼率

§3-2數據編碼技術

一數字數據的數字信號編碼

1單極性碼，雙極性碼

2歸零碼，非歸零碼

3曼徹斯特及差分曼徹斯特編碼

二數字數據的模擬信號編碼

1幅移鍵控

2頻移鍵控

3相移鍵控

計算機局域網

§3-3數據傳輸方式

一串行與并行傳輸

二同步與異步傳輸

§3-5通信線路的工作方式

單工通信、半雙工通信及全雙工通信

教§3-6信號的傳輸模式

學

一基帶傳輸

安

二載波傳輸

排

三寬帶傳輸

§3-7多路復用技術

一時分多路復用

二頻分多路復用

三其它多路復用

§3-8信號的傳輸方式

一基帶傳輸

二載波傳輸

三寬帶網

四ATM

§3-9數據交換技術

一線路交換方式

二存儲轉發交換方式

1報文交換

2報文分組交換

§3-10過失控制

一過失檢測

1奇偶校驗碼

2循環冗余碼

二過失校正

1海明碼

思考：如何保證兩個通信節點進行有效的數據通信，需要考慮哪些技術？

作業：1、數據通信系統有哪些部份構成的？每部份起什么作用？

2、什么是數據編碼，請寫出數字數據01001100011的曼徹斯特和差分曼徹斯特編

思考題、碼。

課后作業3、什么是多路復用技術，有哪些常見的多路復用技術？

4、信號有哪些傳送模式，各自有何特點？

5、什么是過失控制？常見的過失控制方法有哪些？

現場總線控制網絡技術〔第1版〕雷霖主編.電子工業出版社.2005年

現場總線技術及其應用〔第2版〕陽憲惠主編清華大學出版社2021年

現場總路線網絡〔第1版〕.楊衛華主編.高等教育出版社.2004年

主要

參考資料

現場總線技術及其應用〔第1版〕甘永梅編著.機械工業出版社,2004

現場總線技術〔第1版〕周明中國電力出版社2002

課后自我

課件的準備上還可以做到更多的圖文并茂以便于學生更好的理解。

總結分析

備注〔對本章節的課堂教學需補充說明的內容〕

注：此頁針對具體授課內容填寫

成都大學教案樣本：

成都大學教案

總學時第18學時—第22學時

授課內容第四章開放系統互連參考模型

通過本章的學習，使學生掌握網絡互聯的根本概念，掌握OSI參考模型結構及每層功

教學目的能，了解常用網絡傳輸介質及網絡互連設備，了解TCP/IP參考模型。重點掌握OSI參考

和要求模型物理層及數據鏈路層、網絡層及應用層功能。認識了解幾種常見的現場總線通信模

型。

教學重點

1、OSI參考模型結構及各層功能

2、OSI物理層與數據鏈路層功能及特點

重點3、TCP/IP參考模型及與OSI參考模型的比擬

難點4、常見網絡互連設備

教學難點

1、OSI參考模型各層功能劃分

2、TCP/IP參考模型與OSI參考模型的異同

(含課堂教學內容、教學方法、輔助手段、師生互動、時間分配、板書設計等)

§4-1計算機網絡體系結構及OSI參考模型

§4-2OSI參考模型的功能劃分

一物理層協議

二數據鏈路層協議

三網絡層協議

四傳輸層及以上層協議

學§4-3幾種常見的現場總線通信模型介紹

安§4-4常見的網絡互連設備

排§4-5TCP/IP參考模型

一TCP/IP參考模型結構及各層功能與技術特點

二OSI與TCPP/IP的比擬

思考：如何保證兩個通信節點進行有效的數據通信，需要考慮哪些技術？

作業：1、OSI參考模型的結構層次是怎樣的？每層的功能如何？

思考題、

2、OSI與TCPP/IP相比擬，有各異同？

課后作業

3、中繼器、網橋、路由器、網關各起什么作用，主要工作在參考模型的哪一層？

現場總線控制網絡技術〔第1版〕雷霖主編.電子工業出版社.2005年

現場總線技術及其應用〔第2版〕陽憲惠主編清華大學出版社2021年

現場總路線網絡〔第1版〕.楊衛華主編.高等教育出版社.2004年

主要

參考資料

現場總線技術及其應用〔第1版〕甘永梅編著.機械工業出版社,2004

現場總線技術〔第1版〕周明中國電力出版社2002

可以更多的讓學生參與，通過他們平時生活里所使用的網絡設備讓他們更多的討論這

課后自我

總結分析

些設備在網絡中的應用如何。

備注〔對本章節的課堂教學需補充說明的內容〕

注：此頁針對具體授課內容填寫

成都大學教案樣本：

成都大學教案

總學時第23學時—第34學時

授課內容第五章FF〔基金會現場總線〕

通過本章的學習，使學生了解FF的H1網絡的物理連接、數據鏈路活動調度過程及

教學目的

相應的LAS設備、網絡管理、系統管理及FF的功能塊，了解設備描述及設備描述語言，

和要求

并能對FF進行簡單組態，了解H1的網段配置并區分H1與HSE的主要技術特征。

教學重點

1FF-H1的模型結構及各層功能

2H1的物理波形、信號編碼及拓撲結構

3通信設備類型及LAS及其功能

4FF的功能塊結構及應用

重點5設備描述語言

難點6H1的網段配置

教學難點

1H1網段的網絡管理

2H1網段的系統管理

3虛擬現場設備

4系統組態

(含課堂教學內容、教學方法、輔助手段、師生互動、時間分配、板書設計等)

§5-1FF的主要技術特點

一FF的通信模型結構及各層功能

二H1與HSE的異同點

三FF-H1協議數據的構成與層次

§5-2H1網段的物理連接

一H1的物理信號波形

二H1的信號編碼

三H1網段的傳輸介質與拓撲結構

§5-3鏈路活動調試

一通信設備類型

二LAS及其功能

三鏈路活動調試過程

§5-4H1網段的網絡管理

一網絡管理與網絡代理

學二虛擬現場設備

安§5-5H1網段的系統管理

排一系統管理概述

二系統管理信息庫SMIB及其訪問

§5-6FF的功能塊

一FF功能塊結構及其連接

二功能塊中的用戶應用塊

三功能塊參數

四對象應用

五功能塊組態

§5-7設備描述及設備描述語言

一設備描述

二設備描述的參數分層

三設備描述語言

§5-8H1的網段配置

一H1網段的構成

二網段長度

三網段接地，屏蔽與極性

思考：針對一個實際的控制系統，如何組態，要考慮組織哪些內容？

作業：1FF-H1的通信模型是怎樣構成的？

2FF-H1支持哪幾種網絡拓撲結構？

思考題、3根據數據鏈路層通信能力，可以將設備分為哪幾類?各自有哪些功能？

課后作業4FF-H1與FF-HSE之間的區別如何？

5FF-H1網絡管理主要有哪3部份組成，各自有哪些功能？

現場總線控制網絡技術〔第1版〕雷霖主編.電子工業出版社.2005年

現場總線技術及其應用〔第2版〕陽憲惠主編清華大學出版社2021年

現場總路線網絡〔第1版〕.楊衛華主編.高等教育出版社.2004年

主要

參考資料

現場總線技術及其應用〔第1版〕甘永梅編著.機械工業出版社,2004

現場總線技術〔第1版〕周明中國電力出版社2002

在正在組建的現場總線實驗室里增加FF組態軟件，讓學生實際動手組態一控制系統并

課后自我

總結分析

進行相應的參數設置，讓學生更直觀的了解應用FF現場總線系統。

備注〔對本章節的課堂教學需補充說明的內容〕

注：此頁針對具體授課內容填寫

成都大學教案樣本：

成都大學教案

總學時第23學時—第34學時

授課內容第六章PROFIBUS現場總線

通過本章的學習，使學生了解Profibus的組成，通信參考模型、掌握profibus主站及

教學目的

從站以及總線訪問控制方式，profibus的物理層及網絡連接，數據鏈路層及MAC協議，

和要求

DP主站，從站實現方案及PA特點，掌握DP/PA連接接口方式及PA總線的安裝技術。

教學重點

1PROFIBUS的模型結構及各層功能

2PROFIBUS的主站與從站

3PROFIBUS的MAC協議

4PROFIBUS-DP的GSD文件

5PROFIBUS-PA的特點

重點

6PROFIBUS-DP與PA的連接

難點

7PROFIBUS7-PA的總線安裝

教學難點

1PROFIBUS的GSD文件

2PROFIBUS站點的開發與實現

(含課堂教學內容、教學方法、