现场总线技术及其应用第2版课程设计

大作业题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信课程名称现场总线技术及应用院（系、部、中心）自动化学院专业自动化班级学生姓名学号设计地点指导教师目录一、课程设计的目的 (3)二、课程设计题目及要求 (3)1、题目 (3)2、设计要求 (3)三、环境搭建 (3)1、硬件环境： (3)2、软件环境： (3)3、源代码和安装文件： (4)四、powerlink的原理 (4)1、Powerlink是ICE国际标准，通信描述 (4)2、Powerlink网络建构 (5)3、通信过程 (5)3、主站发送参数的配置过程 (8)4、从站接收配置之通信参数配置 (8)5、openCONFIGURATOR介绍 (9)五、操作过程 (9)1、主从站之间的通信 (9)2、openCONFIGURATOR应用 (19)六、实习体会 (28)一、课程设计的目的通过对Powerlink的理论学习和完成Powerlink的主站和从站通信的实践工作，将这门课程的理论知识尤其是Powerlink这种现场总线的理论和应用知识进一步巩固和完善，培养学生较强的工程实践能力，为进一步学习专业知识和从事相关专业工作打下坚实的基础。

二、课程设计题目及要求1、题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信2、设计要求掌握Powerlink的工作原理，使用开源的openConfigurator对主站和从站进行配置，对开源的openPOWERLINK代码在Linux系统下进行编译实现主站和从站的通信功能，利用网络诊断工具wireshark检查和验证通信功能。

三、环境搭建1、硬件环境：一台PC机，安装两台虚拟机，一台作为主站，另一台作为从站2、软件环境：a)安装虚拟机VMware player；b)安装Linux操作系统Ubuntu；c)安装程序文件产生器Doxygen；d)安装编译安装工具CMakee)安装网路数据包捕获函数库libpcap作为网卡驱动3、源代码和安装文件：a）openPowerlink源代码，需要在Linux下编译；b）openConfigurator源代码，需要在Linux下编译；c）可以不编译openConfigurator源代码，直接在32位Windows环境下运行openConfigurator可执行文件，用来配置网络参数和映射参数。

现场总线技术及应用教程课程设计课程介绍本课程旨在介绍现场总线技术及其在实际应用中的重要性和作用。

学生将了解现场总线技术的基本原理、通信协议和网络结构，并通过案例分析和实践操作深入掌握其设计与应用技巧。

学习目标1.掌握现场总线技术的基本原理和实现方式。

2.理解常见的现场总线通信协议，并对比其特点和优缺点。

3.了解现场总线系统的基本架构和组成模块。

4.学会使用相关软件工具设计和模拟现场总线系统。

5.实践操作现场总线系统，掌握常见的故障排除方法和检测手段。

课程大纲第一章现场总线概述1.1 现场总线技术的发展历史和应用现状 1.2 现场总线技术的基本原理和通信方式 1.3 现场总线系统的优点和局限性第二章现场总线通信协议2.1 传统现场总线通信协议介绍（例如：Profibus、Modbus、CAN） 2.2 现代现场总线通信协议介绍（例如：EtherCAT、Profinet IO） 2.3 通信协议的特点和应用场景比较第三章现场总线系统架构和组成模块3.1 现场总线系统结构分层介绍（例如：物理层、数据链路层、应用层） 3.2 现场总线系统组成模块介绍（例如：IO模块、控制器、传感器、执行机构等）3.3 现场总线系统实例分析第四章现场总线系统设计和模拟4.1 现场总线系统设计要点和流程介绍 4.2 现场总线系统仿真软件（例如：SIMATIC STEP 7、CODESYS、TwinCAT等）介绍及使用实例 4.3 现场总线系统实验环节第五章现场总线系统实践操作5.1 现场总线系统故障排除方法介绍 5.2 实践操作现场总线系统 5.3 现场总线系统检测手段介绍及使用实例学习评估方式本课程采用以下方式进行学习评估：1.平时学习表现（综合考虑作业、课堂表现等）占总成绩的20%。

2.课程设计成果报告占总成绩的40%。

3.现场总线系统实验占总成绩的40%。

参考资料1.现场总线技术（第三版），肖邦卿著，人民邮电出版社；2.现场总线技术及应用，赵波等著， XiTiChEN出版社；3.现场总线技术及其应用，谢玉庆等著，清华大学出版社。

现场总线技术培训教案(doc 16页)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成都大学教案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。

《现场总线技术及应用》课程教学设计作者：唐敏来源：《科技资讯》2015年第28期摘要：随着Intranet和Internet的迅猛发展，现场总线技术作为一种用于工业生产现场的新型工业控制技术，广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等各领域。

《现场总线技术及应用》课程它融合了电气控制、可编程控制器等多门学科知识，并引进典型的现场总线Profibus、CC-Link、Modbus及工业以太网作为教学载体，实现现场总线的教学过程。

本文根据实际教学情况对《现场总线技术及应用》这门课程的教学设计进行了详细的阐述。

关键词：现场总线技术；控制系统；教学设计；课程定位；教学方法中图分类号： G420 文献标识码：A 文章编号1672-3791（2015）10（a）-0000-00课程教学设计是作为解决教学实际问题的一种工具与方法，非常巧妙地将教学理论与教学实践结合在一起[1]。

本文根据笔者所在学院的实际教学情况，围绕课程定位、教学目标、教学内容、教学方法和手段及考核评价几方面阐述《现场总线技术及应用》课程的教学设计。

1 课程定位及设计思路现场总线控制技术是一门强调实际应用的课程。

在工业现场，其发展与相关的应用层出不穷，目前具有不少于20 种国际标准的现场总线，在课程中不可能都作为授课内容[1]。

我院开设的《现场总线技术及应用》课程是机电一体化技术专业的一门专业必修课程。

通过对本专业机电产品安装、调试及服务、机电设备维修工作岗位分析，确定了课程的设计思路为：本课程紧紧围绕相关岗位所需的职业技能要求，按照学生的认知规律和职业能力培养规律，选取典型的现场总线和工业以太网作为教学载体，实现现场总线的教学过程。

通过理论学习和实践训练，逐步培养学生的职业工作能力和自主学习能力。

2教学目标通过本门课程的学习，学生能够系统掌握现场总线的基本概念、基本理论和基本方法，熟悉Profibus总线等几种典型的现场总线及工业以太网的控制系统的构建方法，提高学生的知识应用能力与简单总线的组建能力，初步具有总线的组建和维护技能，为提高学生的职业能力和可持续性发展打下基础。

现场总线技术与应用课程设计一、前言现场总线技术是现代工厂自动化控制系统中的重要技术，具有通讯协议统一、设备互换性强、系统稳定可靠等优势。

本课程设计旨在通过学生个人知识掌握能力的培养，对学生的专业素养进行全面提高，达到在实践课程中向理论课程过渡的目标。

本文将对课程设计的内容、方法、预期目标和评估方法进行详细阐述。

二、课程设计内容1.介绍现场总线技术的基础知识和发展历程，并对不同类型的现场总线进行比较。

2.学习现场总线通讯协议的编写、应用及调试方法。

3.利用PLC编程软件进行实验设计，实现现场总线各种通讯方式的模拟、调试和数据采集。

4.能够针对具体的工业现场，设计现场总线控制系统，并能完成系统的调试和运行。

5.讲授现场总线控制自动化系统在智能工厂方面的应用实现。

三、课程设计方法本课程设计采用理论讲授、实验操作相结合的教学方法，强调理论与实践相结合，让学生在实验中去掌握课程设计的基础和应用，课程内容主要采用PPT陈述结合案例分析等方式进行讲授，实例部分主要通过下面几个方面进行实验探究：1.通过实验来深入学习不同类型现场总线；2.利用PLC编程软件进行相关实验模拟；3.对不同平台的智能控制系统进行实验搭建和调试；4.利用实例来讲述现场总线控制自动化系统在智能工厂方面的应用实现。

四、预期目标1.掌握现场总线技术的基础理论；2.熟悉现场总线通讯协议的编写、应用及调试方法;3.熟练掌握PLC编程软件的操作；4.了解现场总线控制自动化系统在智能工厂方面的应用实现。

五、评估方法课程设计的核心目标是让学生通过实验操作来掌握现场总线技术的基础应用，所以实验操作部分占据了课程评估的主要比重。

评估方式主要以考试和实验报告的形式进行：1.组织课内考试，检查学生的基础知识和理论掌握情况，占评估总分50％；2.学生通过实验操作进行实验探究并撰写实验报告，报告占评估总分50％；3.本课程目的是提高学生的综合能力，所以学生参与实验操作的态度和实际能力也会被纳入到评估范畴内。

第7章现场总线控制系统集成及其应用一、系统集成概述二、系统集成方法三、OPC技术四、现场总线控制系统集成的应用Date:2015-5-29 Page: 1一、系统集成概述系统集成的概念系统集成可以理解为按系统整体性原则，将原来没有联系或联系不紧密的元素组合起来，成为具有一定功能的、满足一定目标的、相互联系、彼此协调工作的新系统的过程。

通过系统集成，可实现最大限度地提高系统的有机构成、系统的效率、系统的完整性、系统的灵活性，同时简化系统的复杂性，并最终为企业提供一套切实可行的完整的解决方案。

Date:2015-5-29 Page: 2一、系统集成概述系统集成框架Date:2015-5-29 Page: 3Date:2015-5-29 Page: 4一、系统集成概述系统集成框架位于生产控制和网络结构底层的低带宽网络，可与局域网、Internet 、Intranet 相连，构成开放的网络。

一、系统集成概述系统集成框架•现场控制层：集成系统的底层，由现场控制设备作为网络节点构成整个系统的控制网段。

主要实现对生产过程的常规检测和基本控制，包括传感变送、PID调节等功能的集成。

•过程监控层：一般由担任监控任务的工作站、PC机或控制器作为网络节点构成局域网段，主要用于完成对控制系统的组态，执行对控制系统的监视、报警、维护，将采集到的现场信息置入实时数据库，进行优化计算和先进控制。

•企业管理层：集成系统的最上层，由高性能计算机、工作站、PC 机等网络节点构成，是实现企业信息集成和管、控一体的重要组成部分，主要用于企业的计划、销售、生产、库存以及企业经营等方面信息的传输，从而在分布式网络环境下构建一个安全的远程监控系统。

Date:2015-5-29 Page: 5一、系统集成概述系统集成框架目前，控制网络与上层网络的连接方式一般有以下三种：1）采用专用网关完成不同通信协议的转换，把控制网段或DCS连接到以太网。

2）将现场总线网卡和以太网卡都置入工业PC。