工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教案第1頁(yè)課程題目第1講概論（1）現(xiàn)場(chǎng)總線的概念、系統(tǒng)組成、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展歷程課時(shí)2學(xué)時(shí)教學(xué)目的：1．了解現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展歷程；2．掌握現(xiàn)場(chǎng)總線的概念、系統(tǒng)組成、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；3．了解現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：重點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)總線的概念、組成及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等；難點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)總線的系統(tǒng)組成及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。教學(xué)方法與手段：方法：講授法手段：課堂教學(xué)教學(xué)內(nèi)容與課時(shí)分配：1.現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展歷程及應(yīng)用實(shí)例；1學(xué)時(shí)2.現(xiàn)場(chǎng)總線的概念、系統(tǒng)組成和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。1學(xué)時(shí)教具：作業(yè)與思考：教學(xué)后記：備注教學(xué)內(nèi)容工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教案第14頁(yè)備注教學(xué)內(nèi)容第1講緒論（1）一、學(xué)習(xí)本門課程的主要目的1）掌握現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)的基本概念、基礎(chǔ)知識(shí)；2）學(xué)會(huì)閱讀并理解現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議/規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)；3）能夠初步設(shè)計(jì)一般設(shè)備的以太網(wǎng)/現(xiàn)場(chǎng)總線通信接口；4）掌握或了解以太網(wǎng)/典型現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的基本應(yīng)用技術(shù)；5）為進(jìn)行工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)（系統(tǒng)）分析以及撰寫工業(yè)通信領(lǐng)域的各種通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)范奠定一定的基礎(chǔ)。二、本門課程的主要內(nèi)容1）現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)基本技術(shù)；2）基于UART的簡(jiǎn)單串行通信技術(shù)；3）主流（典型）現(xiàn)場(chǎng)總線/（工業(yè)）以太網(wǎng)/協(xié)議/規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)；4）現(xiàn)場(chǎng)總線/（工業(yè)）以太網(wǎng)線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)；5）現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)。三、課時(shí)及授課內(nèi)容安排第1章概論4學(xué)時(shí)；第2章網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)4學(xué)時(shí)；第3章通信基礎(chǔ)8學(xué)時(shí)；第4章基于UART的簡(jiǎn)單串行通信（4學(xué)時(shí)）；第5章CAN總線6學(xué)時(shí)；第6章DeviceNet總線4學(xué)時(shí)；第7章實(shí)時(shí)以太網(wǎng)與工業(yè)以太網(wǎng)2學(xué)時(shí)。四、主要參考教材1）AndrewS.Tanenbaum，DavidJ.Wetherall著.嚴(yán)偉，潘愛(ài)民和李曉明譯.《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》（第5版）.清華大學(xué)出版社，20122）WilliamStallings著.王海，張娟和張艷譯.《數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)通信》（第九版）.電子工業(yè)出版社，20123）佟為明.《工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》.校內(nèi)教材，2013五、課程內(nèi)容擴(kuò)展隨著互聯(lián)網(wǎng)+、能源互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0、智能電網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智慧家居等概念的提出及其技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)）已成為自動(dòng)化及電氣工程領(lǐng)域當(dāng)前和今后的發(fā)展熱點(diǎn)之一，已在各民用和國(guó)防領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用；其技術(shù)范疇包括數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)、CAN總線、DeviceNet、ControlNet、基于UART的簡(jiǎn)單串行通信、Modbus、EtherNet等內(nèi)容。圖1-1工業(yè)4.0圖1-2互聯(lián)網(wǎng)+圖1-3工業(yè)4.0九大科技支柱圖1-4工業(yè)4.0三大趨勢(shì)圖1-5互聯(lián)網(wǎng)對(duì)我們生活的改變圖1-6互聯(lián)網(wǎng)對(duì)我們生活的影響圖1-7機(jī)場(chǎng)行李稱重管理系統(tǒng)圖1-8高速公路現(xiàn)場(chǎng)子站監(jiān)控結(jié)構(gòu)圖圖1-9汽車總線生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)圖1-10工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用圖1-11汽車總線上的電子設(shè)備圖1-12大豆分離蛋白現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)圖1-13工業(yè)4.0圖1-14基于現(xiàn)場(chǎng)總線的企業(yè)能源計(jì)量系統(tǒng)圖1-15上海世博園區(qū)配電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控系統(tǒng)配置圖圖1-16低壓開關(guān)柜傳統(tǒng)方式與現(xiàn)場(chǎng)總線智能化方式的比較圖1-17能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景示意圖圖1-18基于通信的智能電網(wǎng)組成六、現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展歷程1．機(jī)械式（液動(dòng)式、氣動(dòng)式）儀表缺點(diǎn)：儀表體積較大，適合單機(jī)控制。年代：20世紀(jì)30年代到40年代初。2．電動(dòng)儀表使用4-20mA電流環(huán)模擬信號(hào)。缺點(diǎn)：線纜較多。年代：20世紀(jì)50年代。3．CCS（ComputerControlSystem）中央控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括2種類型：1）SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。2）DDL（DirectDigitalControl）直接數(shù)字控制系統(tǒng)。年代：約1962年。特點(diǎn)：控制集中，危險(xiǎn)集中，對(duì)中央控制計(jì)算機(jī)要求高。4．DCS（DistributedControlSystem）集散控制系統(tǒng)/分散控制系統(tǒng)/分布式控制系統(tǒng)DCS是相對(duì)于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來(lái)的。年代：約1976年。5．FCS（FieldbusControlSystem）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)年代：約1972年。總結(jié)（FCS產(chǎn)生的原因）：1）生產(chǎn)力水平的發(fā)展所要求；2）由簡(jiǎn)到繁、再由繁到簡(jiǎn)的螺旋式上升發(fā)展過(guò)程。七、現(xiàn)場(chǎng)總線的概念國(guó)際電工委員會(huì)制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）的定義是：安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場(chǎng)總線。現(xiàn)場(chǎng)總線一般應(yīng)被看作是一個(gè)系統(tǒng)、一個(gè)網(wǎng)絡(luò)或一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，甚至是一個(gè)測(cè)控系統(tǒng)，它應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和/或控制目的，通常被稱為：1）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（FieldbusControlSystem）2）現(xiàn)場(chǎng)總線3）現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)4）現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)5）現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)6）現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)7）網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)NCS（NetworkControlSystem）八、現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)1．現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成圖1-19現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成硬件部分：1）總線電纜，又稱為通信線、通信介質(zhì)（媒體/媒介/介體）。2）連接在通信線上的設(shè)備稱為總線設(shè)備，亦稱為總線裝置、節(jié)點(diǎn)（主節(jié)點(diǎn)、從節(jié)點(diǎn)）、站點(diǎn)（主站、從站），包括變送器、執(zhí)行器、控制器等。軟件部分：1）系統(tǒng)平臺(tái)軟件：為系統(tǒng)構(gòu)建、運(yùn)行以及為系統(tǒng)應(yīng)用軟件編程而提供環(huán)境、條件或工具的基礎(chǔ)軟件。包括網(wǎng)絡(luò)配置軟件、通信工具軟件、監(jiān)控組態(tài)軟件和設(shè)備編程軟件。2）系統(tǒng)應(yīng)用軟件：為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)以及設(shè)備的各種功能而編寫的軟件，包括系統(tǒng)用戶程序軟件、設(shè)備接口通信軟件和設(shè)備功能軟件。3）網(wǎng)絡(luò)配置軟件——為用計(jì)算機(jī)進(jìn)行總線設(shè)備/節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)配置提供平臺(tái)并按現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議/規(guī)范與通信工具軟件交換信息的工具軟件。如DeviceNetManager、RSNetWorxforDeviceNet、ControlNet和EtherNet/IP。4）通信工具軟件——為計(jì)算機(jī)與總線設(shè)備進(jìn)行通信，按現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議/規(guī)范讀取總線設(shè)備參數(shù)/配置信息、網(wǎng)絡(luò)配置信息、程序傳送至總線設(shè)備而使用的軟件，如RSLinx。5）監(jiān)控組態(tài)軟件——運(yùn)行于監(jiān)控計(jì)算機(jī)(通常也稱為上位機(jī))上的通過(guò)簡(jiǎn)單形象的組態(tài)工作即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控功能的軟件，具有實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、故障報(bào)警信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、趨勢(shì)圖分析及報(bào)表打印等功能。監(jiān)控組態(tài)軟件亦稱上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件，如RSView32。6）設(shè)備編程軟件——為系統(tǒng)應(yīng)用軟件提供編程環(huán)境的平臺(tái)軟件。當(dāng)設(shè)備為控制器/PLC時(shí)，設(shè)備編程軟件即為控制器編程軟件，如RSLogix500（用于SLC500系列和ML系列控制器的32位基于Windows的梯形圖邏輯編程軟件）、RSLogix5000（用于Logix平臺(tái)所包括的各種控制器（如ControlLogixTM）的編程軟件）。7）系統(tǒng)用戶程序軟件——根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程或功能及其它要求而編寫的系統(tǒng)級(jí)的用戶應(yīng)用程序。該程序一般運(yùn)行于作為主站的控制器中或計(jì)算機(jī)中。8）設(shè)備接口通信軟件——根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議/規(guī)范而編寫的用于總線設(shè)備之間通過(guò)總線電纜進(jìn)行通信的軟件。9）設(shè)備功能軟件——使總線設(shè)備實(shí)現(xiàn)自身功能（不包括現(xiàn)場(chǎng)總線通信部分）的軟件。2．現(xiàn)場(chǎng)總線控制