现场总线与工业控制网络实训课程标准

plc现场总线课程设计一、教学目标本课程的教学目标旨在让学生掌握PLC现场总线的基本原理、结构组成、工作方式及其在工业自动化中的应用。

通过本课程的学习，学生应能理解并应用PLC 现场总线的各项技术，具备分析和解决实际问题的能力。

1.掌握PLC现场总线的定义、分类及特点。

2.理解PLC现场总线的结构组成和工作原理。

3.熟悉PLC现场总线在工业自动化中的应用场景。

4.了解PLC现场总线的发展趋势。

5.能够分析PLC现场总线系统的组成和功能。

6.能够根据实际需求设计PLC现场总线系统。

7.能够对PLC现场总线系统进行调试和维护。

情感态度价值观目标：1.培养学生对新技术的敏感度和好奇心。

2.使学生认识到PLC现场总线在工业自动化中的重要性。

3.培养学生热爱科学、勇于创新的精神。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括PLC现场总线的原理、结构、应用和技术发展等方面。

具体教学大纲如下：1.PLC现场总线概述–PLC现场总线的定义–PLC现场总线的分类及特点–PLC现场总线的发展历程2.PLC现场总线的结构与原理–PLC现场总线的结构组成–PLC现场总线的工作原理–PLC现场总线的信息传递与通信协议3.PLC现场总线在工业自动化中的应用–PLC现场总线在工业自动化中的重要性–PLC现场总线在各领域的应用案例4.PLC现场总线技术的发展趋势–国内外PLC现场总线技术的研究动态–新型PLC现场总线技术的探讨5.实践操作与案例分析–PLC现场总线系统的调试与维护–PLC现场总线应用案例的分析与讨论三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式，包括：1.讲授法：通过讲解PLC现场总线的原理、结构和应用，使学生掌握基本知识。

2.案例分析法：分析实际案例，让学生更好地理解PLC现场总线在工业自动化中的应用。

3.实验法：学生进行PLC现场总线系统的调试和维护，提高学生的实践能力。

4.讨论法：鼓励学生积极参与课堂讨论，培养学生的思考能力和团队协作精神。

《现场总线与工业控制网络》课程标准课程代码：31331Z18学时数：30学时（其中：理论18学时实践12学时）课程类型：理论+实践开课学期：（第4学期）适用专业：高速铁道技术专业（通号方向）开课单位：电子信息系编写时间：2013年12月]一、课程定位和目标课程定位：《现场总线与工业控制网络》课程是高速铁道技术专业的一门专业基础课，该课程为专业必修课程。

通过本课程的学习使学生掌握现场总线网络拓扑结构，掌握现场总线主要技术指标，掌握掌握主要连接件和接口设备使用和维护，了解硬件和软件组态操作，了解现场总线工程与设计，为日后在高速铁路现场工作打下坚实的基础。

先修课是《工业控制计算机原理及应用》，后续课程是《高铁信号集中监测系统》、《高速列车调度指挥系统》。

该课程为必修课。

安排在高速铁道技术专业的第四学期学习。

教学目标：是使学生建立现场总线的概念、基本特点，建立DNS和FCS概念，了解DCS和FCS 系统设备和系统结构，了解计算机网络及工业网络体系结构、网络模式、工业网络通信概念、开放式系统互连参考模型、TCP/IP参考模型，了解PP的主要连接件和接口设备以及硬件连接、组态技术，PRDPIBUS的主要技术、CAN总线技术协议、工业以太网的通信方案。

理解现场总线控制技术的基本概念和原理，理解PP通信模型及其主要技术、PP功能块及PP工业组态，理解PRDPIBUS通信技术，理解CAN物理层以及总线器件工作原理，理解工业以太网的实时通信技术，控制器工作原理。

要求学生具备现场总线控制系统正常运行的维护和故障检修能力，具有一定的团队精神和解决问题能力。

具体目标包括知识目标、技能目标、素质目标，如表1所示。

表1 课程目标结构知识目标1．熟悉工业控制系统体系结构；2．熟悉计算机局域网及其拓扑结构；3．了解信号的传输和编码技术；4．了解现场总线网络结构与互联网的网络结构的不同；5．熟悉现场总线常用的主要连接件、仪表和接口设备；6．熟悉现场总线技术指标；7．熟悉现场总线工程与设计；8．掌握现场总线使用和维护原则；技能目标1. 掌握主要连接件使用；2. 掌握接口设备使用；3. 掌握现场总线常用的电缆和电源操作；4. 掌握现场总线项目改造指标和原则；5．掌握硬件和软件组态操作；6．掌握现场总线三级网络拓扑结构和布线；素质目标1. 具有勤奋学习的态度，严谨求实、创新的工作作风；2. 具有良好的心理素质、职业道德素质以及高度责任心和良好的团队合作精神；3. 具有一定的判断、分析、解决问题的能力；4. 具备良好的服务意识和市场观念；5．养成“认真负责、精检细修、文明生产、安全生产”等良好的职业道德。

社科文化高职《工业网络与现场总线》课程教学设计与实践葛大卫（北京信息职业技术学院，北京 100015）摘 要：本文分析了高职《工业网络与现场总线》课程的总体设计、学情分析、硬件和软件要求，并设计了六个教学项目，以及理论和实操考核方式，提高了课程的教学效果，经过多轮教学实践，教学效果良好。

关键词：工业网络；现场总线；西门子；Step7；Profibus；Profinet一、课程分析1.课程总体设计：《工业网络与现场总线》课程的任务是通过理论和实践教学两个基本环节，使学生能够了解工业控制与现场总线技术的发展概况，能够掌握Profibus DP和Profinet总线的理论知识，能够进行PROFIBUS-DP与PROFINET网络的连接、组态与程序控制，能够设计WinCC监控系统，使学生具备工业控制网络系统的连接、组态、系统运行及设备维护能力。

本课程通过专业训练使学生获得与现代工业自动化生产相适应的职业能力，具备分析问题和解决问题的能力，并注意思想品德的教育，辨证思维能力的培养，加强职业道德观念教育。

2.学情分析：本课程的授课对象是高职机电一体化技术专业三年级的学生。

前期课程为电子电路、电机与拖动、液压与气动技术等。

3.软件准备：本课程使用的软件是西门子公司的Step7。

STEP 7是西门子公司生产的一款组态和编程软件，主要用于西门子系列的工业控制系列产品的编程、监控和参数设置，其中包括SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC 等产品，Step7是SIMATIC工业软件的重要组成部分。

STEP 7的功能包括了硬件组态（硬件型号配置和参数设置）、通讯设置、编写程序、下载、调试、诊断等。

4.硬件准备：本课程实操使用的硬件为工业网络技术实验平台。

该平台的控制核心为一个S7-300 PLC（CPU315-2PN/DP），该CPU自带Profibus DP和Profinet接口。

S7-300通过Profibus DP总线与ET200M、Beckoff BC3100、S7-200等设备连接，通过Profinet总线与ET200M、Beckoff BK9103、WAGO750-370等设备进行连接。

《工业控制网络》课程教学大纲课程编码：T1060260课程中文名称：工业控制网络课程英文名称：INDUSTRIAL CONTROL NETWORK总学时：40讲课学时：28 实验学时：12学分: 2.5授课对象：电气工程及其自动化专业先修课程：电路集成电子技术嵌入式系统原理及应用一、课程教学目的工业控制网络即现场总线是3C（Computer,Communication and Control）技术发展汇集成的结合点，是信息技术、数字化智能化网络发展到现场的结果。

现场总线是自动化及电气工程领域当前和今后的发展热点。

现场总线已在国民经济各个领域和国防领域中获得了广泛应用，而且应用得越来越普遍。

例如，对于电气工程领域，在现代电机驱动与控制装置（如变频器）中、在数字化变电站、配电系统/继电保护装置中、在智能电器中、在楼宇自动化装置中，几乎均要求配置现场总线通信接口；对于国防领域，在航空航天设备、舰船、装甲车辆中均使用了现场总线系统。

本课程以现场总线基本技术及其节点设计为主要内容，目的是使学生掌握现场总线通信与网络基本知识，学会阅读并理解现场总线协议/规范，能够设计一般设备的现场总线通信接口，掌握典型现场总线系统的基本应用技术，并为学生进行现场总线系统设计和现场总线分析奠定一定的基础。

二、教学内容及基本要求本课程的主要内容包括计算机网络与现场总线的基础知识、国际标准现场总线及其它主流现场总线协议/规范、现场总线节点设计以及现场总线系统应用技术基础。

第1章绪论现场总线的发展历程、概念、组成、技术特点与优点，标准及应用领域。

第2章数据通信与计算机网络基础数据编码方式、信号传输方式、通信方式等数据通信基础知识；网络拓扑结构、传输介质、硬件组成与介质访问控制方式等计算机网络基础知识；协议分层、接口和服务、服务原语等计算机网络基本理论；OSI参考模型和TCP/IP参考模型及其优缺点，OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较。

《现场总线控制技术》课程教学大纲课程名称：现场总线控制技术（Technology of Field Bus Control System ）课程代号：02332150学时数：38（实验 6学时）学分数：2适用专业：自动化、电气工程及其自动化执笔人：徐晓光一、本课程的性质、任务和作用本课程综合了电子、仪器仪表、计算机技术和网络技术的最新发展成果，旨在介绍现场总线这一自控领域的新技术，使学生了解工业自动化领域当今世界自控技术的研究热点和发展方向。

本课程的主要任务是使学生在了解工业自动化的发展历程以及在现场总线技术中使用的基础知识的基础上，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，对工业以太网技术、AS-i 技术及与现场总线密切相关的OPC技术和IEC61131-3编程语言等新技术也要有所认识。

通过本课程的学习能独立承担和开展现场总线控制系统相关的研究工作。

二、本课程的相关课程可编程序控制器、可视化数据处理技术、计算机控制技术，机电传动与控制，单片机原理与应用，自动控制原理等课程三、本课程的基本容及要求（二）基本容第1章概述1．1 现场总线的基本概念1．2 现场总线的特点1．3 现场总线的现状1．4 现场总线的未来第2章数据通信基础2．1 通信模型2．2 数据传输2．3 传输媒体2．4 传输数据编码2．5 数据通信接口2．6 差错检测与校正2．7 多路复用技术第3章现场总线体系结构3．1 网络体系结构概述3．2 开放系统互连参考模型中的若干重要概念3．3 现场总线体系结构的建立及特点3．4 现场总线网络的拓扑结构第4章媒体访问控制技术4．1 媒体访问控制技术概述4．2 集中控制型受控访问方法4．3 ALOHA随机访问方法4．4 CSMA 随机访问方法4．5 物理环访问方法4．6 令牌总线访问方法第5章位传输现场总线5．1 位传输总线概述5．2 汽车总线的分类5．3 CAN总线体系结构及协议标准5．4 CAN控制器5．5 CAN总线收发器5．6 CAN节点的实现5．7 CAN总线应用系统设计5．8 CAN与其它位传输总线的比较第6章设备现场总线6．1 设备现场总线概述6．2 Profibus 总线的产生及特点6．3 Profibus 总线体系结构6．4 Profibus 产品开发6．5 Profibus 现场总线控制系统应用6．6 Profibus 与其它设备现场总线的比较第7章 FF现场总线7．1概述7．2 基金会现场总线种类及体系结构7．3 FF-H1 物理层7．4 FF-H1 通信栈7．5 FF-H1 用户层7．6 网络管理7．7 系统管理7．8 FF-H17．9 基金会现场总线控制系统的设计第8章工业以太网8．1 工业以太网概述8．2 工业以太网体系结构8．3 工业以太网基本特性8．4 高速以太网现场总线 FF-HSE8．5 FF-HSE 与其它工业以太网的比较第9章现场总线控制系统的设计与集成9．1 企业信息网的一般组成9．2 现场总线控制系统的一般设计应用过程9．3 现场总线控制系统的集成技术9．3．1 连接设备的应用9．3．2 OPC技术（二）基本要求第1章概述了解现场总线与现场总线控制系统的现状与发展，了解现场总线与现场总线控制系统的特点。

《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。

《工业控制网络与系统》课程实验教学大纲课程名称：工业控制网络与系统（Industrial Control Networks and Systems）课程编号：课程性质：非独立设课课程属性：专业课实验教材或指导书名称：工业控制网络与系统实验指导书（自定）课程总学时：54 学分：3 实验学时：12面向专业：自动化（A）实验室名称：电气工程与控制实验教学中心一、课程简介集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）是近年来发展起来的计算机控制技术，是当代工业生产自动化和过程控制技术发展新的成就。

DCS和FCS融合自动控制技术、计算机技术、网络技术与计算机通信技术为一体，是基于工业控制网络的控制系统。

本课程从系统的组成、结构和工作原理出发，重点讨论了DCS和FCS的硬件结构体系和实现方法，软件体系和组态软件。

以美国Foxboro公司推出的新一代集散控制系统I／A S和基金会现场总线、LonWorks总线、PROFIELDBUS、CAN总线等几种比较有影响力的现场总线为例，介绍它们各自的技术特点、规范、结构体系等。

本课程还介绍了DCS和FCS的工程化设计方法。

二、课程实验目的与要求1、拓宽和加深学生对已学过的理论知识的理解，从而掌握比较全面的专业知识；2、培养学生实际动手能力，掌握集散控制系统和现场总线控制系统的操作技能，逐步形成解决专业工程技术问题的能力。

3、通过对实验系统进行硬件连接、编程组态和实现控制，熟悉集散控制系统和现场总线控制系统的构成和各部件的作用，更深刻地理解集散控制系统和现场总线控制系统的体系结构、工作原理、功能和特性；4、掌握集散控制系统和现场总线控制系统的组态方法。

三、考试（考核）方式：根据实验报告、实验中的动手能力和解决实际问题的能力综合考核。

实验教学部分成绩占课程总成绩的10%。

在笔试中实验内容成绩占总成绩的10%。

四、主要仪器设备及台（套）数：I／A S小型集散控制系统1套过程控制实验装置2套五、主要参考书目：[1] 周泽魁. 控制仪表与计算机控制装置．北京：化学工业出版社，2002[2] 阳宪惠. 工业数据通信与控制网络．北京：清华大学出版社，2003[3] 何衍庆俞金寿. 集散控制系统原理及应用（第二版）．北京：化学工业出版社，2002大纲编写人：苏国华大纲审核人：林春民大纲批准人：何小阳日期：2004年10月26日。

工业控制网络课程设计一、教学目标本课程旨在通过学习工业控制网络的基本概念、原理和技术，使学生掌握工业控制网络的基本知识，提高学生分析和解决实际问题的能力。

具体目标如下：1.了解工业控制网络的基本概念和分类；2.掌握工业控制网络的体系结构和工作原理；3.熟悉工业控制网络的主要技术和应用。

4.能够分析工业控制网络系统的组成和功能；5.能够设计和实现简单的工业控制网络系统；6.能够运用所学知识分析和解决工业控制网络实际问题。

情感态度价值观目标：1.培养学生对工业控制网络技术的兴趣和好奇心；2.培养学生团队合作精神和自主学习能力；3.培养学生关注工业控制网络技术的发展和应用，提高学生的社会责任感和创新意识。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.工业控制网络的基本概念和分类：工业控制网络的定义、分类和特点；2.工业控制网络的体系结构和工作原理：工业控制网络的体系结构、数据传输方式和通信协议；3.工业控制网络的主要技术和应用：工业控制网络的关键技术、常见应用场景和案例分析。

教学内容将按照教材的章节进行安排，每个章节都有相应的教学目标和教学内容，确保学生的学习具有连贯性和系统性。

三、教学方法为了提高教学效果和学生的学习兴趣，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。

1.讲授法：通过教师的讲解，使学生了解和掌握工业控制网络的基本概念、原理和技术；2.讨论法：通过小组讨论，培养学生的思考能力和团队合作精神；3.案例分析法：通过分析实际案例，使学生更好地理解和应用所学知识；4.实验法：通过动手实验，培养学生的实践能力和创新能力。

四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统的学习材料；2.参考书：提供相关的参考书籍，丰富学生的知识体系；3.多媒体资料：制作课件、教案等多媒体资料，提高教学效果；4.实验设备：准备实验设备，为学生提供实践操作的机会。

《工业网络与现场总线技术》教学大纲
课程编号：0000000000
英文名称：Industry Network And Field Bus Technology
总学时：48
学分：3
适用专业及层次：信息类本科生
开课教学单位：信息与通信工程学院
开课时间：第六学期
主讲人及职称：
一、预修课程
计算机网络、自动控制理论
二、课程课程类型、性质与任务
1．课程类型：非学位课；
2. 课程性质：选修课；
3．课程任务：通过本课程的学习，让学生明确现场总线的特点、系统构成、监控组态软件原理；了解现场总线网络准入测试、FF的发展及准入测试、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS的主要技术特点、LonWorks的收发器技术、结点技术等相关知识；掌握工业网络传输控制方式、常用工业网络互连设备、FF通信模型及主要技术、FF功能块及FF的工业组态、PROFIBUS总线存取协议、PROFIBUS行规、LonWorks技术特点、LonTalk协议等相关内容；能够根据实际需要对现场总线进行选型；能够设计基于现场总线的一般控制系统。

平时成绩：20%；实验成绩20%；设计调试成绩：60%.
五、教材及参考书
（一）教材：
雷霖：《现场总线控制网络技术（第2版）》，电子工业出版社， 2008
（二）参考书：
1、杨卫华：《现场总路线网络》，高等教育出版社，2006
2、甘永梅：《现场总线技术及其应用》，机械工业出版社，2005
3、高安邦：《LonWorks技术开发和应用》，机械工业出版社，2009
4、陈在平：《现场总线及工业控制网络技术》，电子工业出版社，2008。

《工业控制网络》课程标准课程代码：31331Z18学时数：42学时（其中：理论30学时实践12学时）课程类型：理论+实践开课学期：（第4学期）适用专业：机电一体化高职开课单位：汽车工程学院]一、课程定位和目标课程定位：《现场总线与工业控制网络》课程是机电一体化专业的一门专业基础课，通过本课程的学习使学生掌握现场总线网络拓扑结构，掌握现场总线主要技术指标，掌握掌握主要连接件和接口设备使用和维护，了解硬件和软件组态操作，了解现场总线工程与设计。

教学目标：是使学生建立现场总线的概念、基本特点，建立DNS和FCS概念，了解DCS和FCS 系统设备和系统结构，了解计算机网络及工业网络体系结构、网络模式、工业网络通信概念、开放式系统互连参考模型、TCP/IP参考模型，了解PP的主要连接件和接口设备以及硬件连接、组态技术，PRDPIBUS的主要技术、CAN总线技术协议、工业以太网的通信方案。

理解现场总线控制技术的基本概念和原理，理解PP通信模型及其主要技术、PP功能块及PP工业组态，理解PRDPIBUS通信技术，理解CAN物理层以及总线器件工作原理，理解工业以太网的实时通信技术，控制器工作原理。

要求学生具备现场总线控制系统正常运行的维护和故障检修能力，具有一定的团队精神和解决问题能力。

具体目标包括知识目标、技能目标、素质目标，如表1所示。

二、课程内容规划本课程的内容规划如表2所示。

表2 《现场总线与工业控制网络》课程内容规划表三、学习情境设计本课程的学习情境设计如表3所示。

表3 《现场总线与工业控制网络》学习情境设计四、学业评价本课程考核为考试课。

考核方式：笔试（开卷）60%+ 平时考核40%。

记分制：100分制记分。

该课程的考核方式采用“笔试（开卷）+ 平时考核”的评定方法，学生在学完该课程规定的内容后，教师根据学生期末考试成绩（占总成绩60%）、平时考核（占总成绩40%）进行综合评定，成绩合格者予以通过。