现场总线技术第二章 网络与数据通信基础(第3版)

《总线控制与系统集成》课程教学大纲 2015年12月制定 2015年12月第0次修订 制定人：一、课程名称及代码课程名称：总线控制与系统集成课程代码：二、适用教育层次及专业教育层次：高职专科适用专业：三、学分、学时学分数：2 学时数：32四、课程类型课程性质：专业课课程类别：理论+实践课五、先修课程名称及代码电气控制技术、检测技术与应用、组态技术及应用、PLC控制系统的构建与运行六、教学目标课程介绍Profibus、MODBUS、CC-LINK、工业以太网的技术特点、技术规范及应用，使学生了解现场总线这种可构成全分布式控制系统的技术，初步具备使用现场总线完成自动化系统设计与项目集成的能力，为今后学生从事小型自动化系统集成、工业机器人及其关联设备系统集成类工作打下良好基础。

1．知识目标1）了解现场总线的发展和应用概况。

2）熟悉现场总线的主要类型及相关通信协议。

3）初步掌握现场总线在自动化控制系统中的应用。

4）熟悉小型自动化系统的集成方法和集成原则。

2．能力目标1）初步具备应用主流现场总线设计系统的能力；2）初步具备小型自动化系统集成的能力。

七、教学内容及要求单元一现场总线概述1．教学基本要求1）了解自动控制系统的发展。

2）了解现场总线的本质及几种有影响的现场总线技术的特点。

2．教学重点、难点教学重点：DCS系统及FCS系统的特点。

教学难点：无。

3．教学资源PPT演示文稿：现场总线概述.ppt。

单元二 Profibus协议与应用1．教学基本要求1）熟悉Profibus协议的通信基础及帧格式；2）了解Profibus协议的应用；3）了解GSD文件的作用；4）学会Profibus硬件组态和程序编写。

2．教学重点、难点教学重点：GSD文件，通信接口的设置教学难点：通信接口的设置3．教学资源PPT演示文稿：机器人控制技术.ppt。

单元三 MODBUS协议与应用1．课程教学基本要求1）熟悉MODBUS协议的通信基础及帧格式；2）了解MODBUS协议的应用。

题目与解答第一章现场总线概述1简述FCS的主要技术特点和优点是什么？（FCS名词解释见34背页）（1）现场总线系统(FCS)的技术特点：①系统的开放性。

相关标准的公开、一致性，通过现场总线构筑自动化领域的开放互连系统具备互可操作性与互用性。

不同生产厂家性能类似的设备可实现互换性。

互可操作性：实现互联设备间的信息传输；互用性：不同厂家性能类似设备可实现互换性。

②现场设备的智能化与功能自治性。

仅靠现场总线设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备运行状态。

包括传感测量、补偿计算、数据处理与控制等③系统的实时性与确定性。

测控任务具有严格的时序和实时性要求，否则可能造成控制系统的灾难性后果。

这也要求通信机制能够保证时间发布和数据传输的实时性。

④现场环境的适应性。

现场总线是专为生产现场环境设计的，支持多种传输介质，具有较强的抗干扰能力，满足本质安全防爆等各种环境要求。

⑤采用成熟先进技术、系统结构的高度分散性。

设备描述语言DDL、技术等。

现场总线可构成全分散性控制系统，简化了系统结构，提高了可靠性。

（2）现场总线的优点：由于现场总线具有以上突出的特点，它使控制系统从设计、安装、投运到正常生产运行以及检修维护，都体现出巨大的优越性。

①节省系统投资、安装费用和维护费用。

②设计、组态、安装、调试简便，系统维护、设备更换和系统扩充方便。

③用户具有高度的系统集成主动权，系统易于重构。

④提高了控制系统的安全性、可靠性和准确性。

⑤完善了企业信息系统，为实现企业综合自动化提供了基础。

2为什么说Fieldbus是底层控制网络Infranet（从Fieldbus的结构特点分析说明）。

（1）•现场总线将单个分散的现场设备变成网络节点，相互之间连接成可以互通信息、共同完成测量控制任务的网络控制系统。

•每个节点实际上是一个智能设备，能够独立完成从控制、检测，到运算、显示、报警等多种任务。

（2）现场总线是低层控制网络Infranet(或者3（3）)• Infranet（Infrastructure Network），使工厂底层网络系统的底层现场设备之间以及生产现场与外界能够实现信息交换，满足企业综合自动化的发展需要。

计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，而通信技术本身的发展也和计算机技术的应用有着密切的关系。

数据通信就是以信息处理技术和计算机技术为基础的通信方式，为计算机网络的应用和发展提供了技术支持和可靠的通信环境。

本章主要对数据通信的基本概念、传输介质的主要特性及应用、数据交换技术、数据传输技术、数据编码技术、差错控制技术等问题进行系统的讲述。

学好本章的内容将对读者理解计算机网络中最基本的数据通信知识有很大的帮助。

本章的学习目标：• 掌握数据通信的基本概念；• 掌握网络传输介质的类型以及各类传输介质的特性和应用；• 理解各类数据交换技术的基本工作原理和特点；• 掌握频带传输的基本概念、调制解调器的基本工作原理及类型；• 理解多路复用技术的分类和特点；• 理解和掌握数据编码的类型和基本方法；• 掌握数据差错的类型以及差错控制的常用方法。

数据通信的基本概念2.1.1 信息、数据与信号（1）信息的概念。

通信的目的是交换信息（Information ）。

一般认为信息是人们对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。

信息的载体可以是数值、文字、图形、声音、图像以及动画等。

任何事物的存在都伴随着相应信息的存在，信息不仅能够反映事物的特征、运动和行为还能够借助媒体（如空气、光波、电磁波等）传播和扩散。

第2章 数据通信技术13这里把“事物发出的消息、情报、数据、指令、信号等当中包含的意义”定义为信息。

（2）数据的概念。

数据是指把事件的某些属性规范化后的表现形式，可以被识别，也可以被描述。

数据可分为模拟数据与数字数据两种。

模拟数据在时间和幅度取值上都是连续的，其电平随时间连续变化。

例如，语音是典型的模拟数据，其他由模拟传感器接收到的数据如温度、压力、流量等也是模拟数据。

数字数据在时间上是离散的，在幅值上是经过量化的，一般是由“0”、“1”二进制代码组成的数字序列。

（3）信号的概念。

信号是数据的具体物理表现，是信息（数据）的一种电磁编码，具有确定的物理描述。