00 现场总线技术课程简介
第1讲现场总线技术概述
1.3.1 基金会现场总线
前身为以Fisher-Rousemount公司为首，联合 Foxboro、横河、ABB、西门子等公司的ISP协议， 以及以Honeywell为首的P协议，合并后 成立现场总线基金会； 以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、 数据链路层、应用层，并增加用户层； 分低速H1(31.25Kbps,距离1900m)和高速 H2(1Mbps,750m和2.5Mbps,500m)两种通信速率； 介质支持双绞线、光缆和无线发射，传输信号采用 曼彻斯特编码
现场总线有两种编码方式：Manchester和NRZ， 前者同步性好，但频带利用率低，后者刚好相反。 前者采用基带传输，后者采用频带传输。传输介 质主要有：有线电缆、光纤和无线介质。
10
现场总线概述
1.1.8 现场总线网络的实现 数据链路层
分为两个子层：介质访问控制层(MAC)和逻辑链路控制层(LLC)。 MAC对传输介质传送的信号进行发送和接收控制；LLC对数据链进 行控制，保证数据传送到指定的设备上。现场总线上的设备可以是 主站，也可以是从站。 MAC层的三种协议：集中式轮询协议、令牌总线协议和总线仲裁协 议。
介质、拓扑结构、节点数等
网络性能
传输速率、时间同步准确度、访问控制方式等
测控系统应用考虑 市场及其他因素
21
现场总线概述
1.3 现场总线简介 1.3.1 基金会现场总线(FF) 1.3.2 PROFIBUS 1.3.3 LonWorks 1.3.4 CAN
1.3.5 HART
22
现场总线概述
FCS: 一对多：一对传输线接多台仪表，双向传输多个信号
DCS: 一对一：一对传输线接一台仪表，单向传输一个信号
现场总线技术课程设计
现场总线技术课程设计一. 概述现场总线技术（Fieldbus）是一种先进的工业自动化网络技术，其标准化、模块化、可配置、可靠性强的特点，使其被广泛应用于工业控制、数据采集、监测等领域。
本文旨在设计一门现场总线技术课程，从理论到实践，系统地介绍现场总线技术的基本原理、标准与应用。
二. 教学目标1.掌握现场总线技术的基本原理与标准。
2.理解多种现场总线技术的应用场景和典型方案。
3.能够熟练使用现场总线网络分析仪进行网络诊断与维护。
4.能够独立完成现场总线网络设计、调试和维护工作。
三. 教学内容3.1 现场总线技术基础1.现场总线技术概述：现场总线的概念、特点、分类和应用领域。
2.现场总线的传输介质和物理层：RS-485、CAN、Ethernet等多种传输介质及物理层标准。
3.现场总线的数据链路层：帧格式、数据传输、仲裁机制、错误检测等。
3.2 现场总线技术标准1.现场总线技术标准概述：HART、FOUNDATION Fieldbus、PROFIBUS、DeviceNet等多种现场总线技术标准。
2.HART协议：基本概念、消息传输方式、层次结构和命令类型。
3.FOUNDATION Fieldbus标准：体系结构、物理层和数据链路层、应用层等。
3.3 现场总线技术应用1.现场总线网络架构：星型、总线型、树型等多种网络拓扑结构。
2.现场总线配置工具：DD文件编写、设备配置、参数设定等。
3.现场总线应用案例：流量、温度、压力、液位等常见工业自动化测量及控制应用。
3.4 现场总线技术维护1.现场总线网络检测：网络带宽、延迟、抖动、误码率等参数测试。
2.现场总线网络优化：网络整理、负载分析、结构分析等。
3.现场总线故障排除：故障定位、问题解决等。
四. 教学实践本门课程将充分结合实际应用，通过现场实验、仿真、模拟等方式，让学生亲身感受现场总线技术的应用与特点。
1.实验项目一：基于RS-485的现场总线通信–硬件平台：PC、RS-485转接板、工业设备。
现场总线技术简介
演讲人
目录
0现场总线技术的概念
现场总线技术的定义
1
2
3
4
现场总线技术是一种 用于工业自动化领域
的网络通信技术
现场总线技术可以 实现设备之间的实 时数据交换和监控
现场总线技术可以 应用于各种工业控
制系统和设备中
现场总线技术可以 提高生产效率和降
Modbus等。
建筑自动化现场总线：用于建筑自动化 和控制系统的现场总线技术，如 LonWorks、BACnet等。
汽车电子现场总线：用于汽车电子控制 系统的现场总线技术，如CAN、LIN等。
智能家庭现场总线：用于智能家庭控制 系统的现场总线技术，如KNX、 ZigBee等。
现场总线技术的优缺点
01
现场总线技术的应用领域
工业自动化：用于控制和监测工业 生产过程
交通自动化：用于控制和监测交通 设施，如交通信号灯、交通监控等
楼宇自动化：用于控制和监测楼宇 设备，如照明、空调、安防等
医疗自动化：用于控制和监测医疗 设备，如医疗仪器、医疗监控等
现场总线技术的分类
现场总线技术的种类
工业现场总线：用于工业自动化和控制 系统的现场总线技术，如Profibus、
优点：实时性好，传输速度快，可靠性高，易于维护和扩展
02
缺点：成本较高，需要专门的硬件和软件支持，兼容性较差
03
适用场景：工业自动化、智能建筑、智能交通等领域
04
发展趋势：随着技术的不断发展，现场总线技术将更加智能化、集成化和网络化。
谢谢
低生产成本
现场总线技术的特点
01 实时性：现场总线技
术可以实现实时数据 传输，满足工业控制 对实时性的要求。
《现场总线技术》教学大纲
课程编号：04021160
《现场总线技术》教学大纲
学时：32 学分：2
一、教学大纲的说明
1、授课对象：电子信息工程专业、四年制本科
2、课程性质：专业方向类选修课
3、任务及要求
本课程是电子信息工程专业本科生的一门专业技术课程。
本课程的任务主要是了解现场总线技术的基本概念、网络模型和基于现场总线的网络构架，了解各种不同的现场总线的特点，要求学生掌握网络模型和各种现场总线的特点；掌握CAN总线的使用方法。
4、与其他课程的联系
先修课程：电子技术
后续课程：无
二、教学大纲
1、课程内容：主要有现场总线的概念、特点和发展趋势，通信网络的基本概念，网络模型，各种
现场总线的介绍，包括：基金会现场总线、LonWorks总线、PROFIBUS、CAN、HART协议等内容，由现场总线组成的控制系统网络介绍。
2、重点难点
重点：现场总线的特点，各种现场总线的特点，CAN总线的使用方法。
难点：通信网络的基本概念，CAN总线的使用方法。
3
三、教材及主要参考书
教材：阳宪惠主编《现场总线技术及其应用》清华大学出版社 2002
参考书：饶运涛邹继军郑勇芸著《现场总线CAN原理与应用技术》北京航空航天大学出版社2003.6
大纲批准：大纲审定：大纲制定：马书研。
现场总线技术课程教学大纲
本科生课程大纲课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修一、课程介绍1.课程描述：现场总线技术是一门工作技能教育层面的专业选修课。
该课程与《检测技术及海洋智能仪器》、《自动化仪表与过程控制》、《SOPC原理及应用》、《单片机应用技术基础》、《海洋自动观测技术》等课程有着较强的联系。
现场总线技术将为自动化专业学生提供系统的数据通信技术基础知识、计算机网络技术基础知识、CAN总线技术规范及CAN 总线系统设计方法。
现场总线技术课程主要包括数据通信技术基础、计算机网络体系结构与协议、CAN总线技术规范、CAN器件及CAN总线系统开发实例等内容。
2.设计思路：现场总线控制系统FCS是继集散式控制系统DCS后出现的新一代工业控制系统，适应了现代工业控制系统的分布式、数字化、开放性发展方向，现场总线技术是现场总线控制系统的技术核心。
现场总线技术种类众多，作为道路交通运输工具的国际标准的CAN总线，在工业控制领域同样发挥了巨大作用，其控制器已广泛集成于工业级微处理器芯片（SOC）中，因此，本课程以CAN总线技术为核心介绍现场总线技术，期望通过深入剖析一种现场总线技术，让学习者在学习其他现场总线技术时可举一反三。
本课程定位为现场总线技术的基础课程，以《现场总线工业控制网络技术》教材章节内容为基础，课程内容编排顺序为：（1）计算机网络与现场总线概述；（2）数据通信技术基础；（3）计算机网络体系结构与协议；（4）CAN总线协议规范；（5）CAN器件及CAN总线系统开发实例。
- 1 -3.课程与其他课程的关系：修读本课程的学生应具备C程序设计、微机原理及接口技术、单片机应用技术、SOPC技术、自动化仪表与过程控制、检测技术及智能仪器等基本专业素质和技能。
先修课程：C程序设计、微机原理及接口技术、单片机应用技术基础、检测技术及智能仪器、SOPC原理及应用。
二、课程目标了解现场总线与计算机网络的关系；了解计算机网络的发展过程；了解现场总线标准的制订；了解几种常见的现场总线技术及其特点；理解计算机网络的概念、组成与典型拓扑结构；理解工业自动化发展过程中形成的典型控制系统；理解现场总线的概念、现场总线控制系统的概念和现场总线控制系统的特点；了解工业以太网技术。
现场总线课程设计
现场总线课程设计1. 课程简介本课程旨在介绍现场总线通信系统的基本原理、功能、适用范围以及常见应用。
通过本课程的学习，学生将掌握现场总线通信系统的标准化技术、不同类型的现场总线、系统安装和调试等内容。
本课程适用于自动控制、电气工程等专业的学生，也适合相关行业工作者参加。
2. 课程内容2.1 现场总线（Fieldbus）系统概述•现场总线系统的定义及其发展历程•现场总线系统的优势和应用场景•现场总线系统的使用前景和发展趋势2.2 现场总线技术标准•现场总线系统标准化技术及其特点•电气/物理层标准和协议标准•常用现场总线协议的特点和优缺点2.3 不同类型现场总线的介绍•传统现场总线概述•以太网/工业以太网现场总线简介•CAN现场总线简介•Profibus现场总线简介•DeviceNet现场总线简介2.4 现场总线的安装和调试•现场总线系统安装的准备工作和要求•现场总线系统调试的流程和技巧•现场总线系统故障排除的方法和技巧3. 教学方法本课程将采用多种教学方法相结合，包括理论授课、案例分析、课堂互动等方式。
课堂互动环节将提供实际案例分析、小组讨论等，以帮助学生更好地理解和应用课程内容；实验环节将让学生亲自操作现场总线设备，并进行调试和故障排除。
4. 教材•现场总线技术与应用，李世金•现场总线实用技术手册，周正华•现场总线通信技术及应用，丁志勇5. 课程评估课程评估方式包括学生作业、课堂表现、课堂互动参与度等。
学生需要完成相关项目的实验、报告等任务，以检验对课程内容的掌握程度。
在课堂互动环节中，学生需积极参与，发表自己的看法和提问，以便及时修正理解上的偏差。
6. 课程总结本课程通过对现场总线通信系统的基本原理、功能、适用范围以及常见应用进行讲授，使学生掌握了现场总线技术标准、不同类型现场总线的介绍、现场总线的安装和调试等知识点。
通过多种教学方式相结合的方式，本课程为学生提供了更为全面、深入的课程学习体验，为学生未来的工作和实践奠定了坚实的基础。
《现场总线技术》课程主要内容
答：面向连接的服务：按照电话系统建模的； 无连接服务：按照邮政系统建模的，存储-转发交换，直通式交换。
（7）OSI 参考模型分为哪 7 层？TCP／IP 参考模型分为哪 4 层？现实实际运行 的网络采用了哪 5 层？
答：IEC61158：工业控制系统用现场总线包括：FF H1，FF HSE，ControlNet， Profibus，P-Net，SwiftNet，WorldFIP，Interbus 八种。
IEC62026：低压开关设备和控制设备用现场总线（设备层现场总线）包括： DeviceNet ，Seriplex（串行多路控制总线），AS-i（执行器传感器接口），SDS （智能分布系统）。
《现场总线技术》课程主要内容
第 1 章 概论
（1）名词解释： CCS（Computer Control System）中央控制计算机系统， DCS（Distributed Control System）集散控制系统/分散控制系统/分布式控制
系统、 FCS（Fieldbus Control System）现场总线控制系统。
（4）如何理解服务、接口和协议？ 答：服务是指某一层向它上一层提供的一组原语（操作）。服务定义了该层
准备代表其用户执行哪些操作，但它并不涉及如何实现这些操作；在每一对相邻 层之间的是接口（interface）。接口定义了下层向上层提供哪些原语操作和服务； 协议就是定义通信双方同层对等实体之间传输/交换的数据单元的格式和意义的 一组规则。 （5）SAP、IDU、PDU、SDU、ICI。
答：OSI 参考模型：物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示 层，应用层；
现场总线技术及应用教程课程设计 (2)
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
是现场通信网络与控制系统的集成，并由此产生新 一 代 的 现 场 总 线 控 制 系 统 FCS（Fieldbus Control System）。 现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一， 被誉为自动化领域的现场局域网。
课程简介
课程的地位、作用与任务 现场总线技术是现场设备数字化、智能化、网络化 通信的热门技术。是新一代分布式管、控一体化的基础。 现场总线控制系统是工厂自动化、过程自动化的基石。 现场总线技术主要研究现场设备的网络化数字通信。 了解基本原理以后，侧重介绍现场总线的工程、运行与 维护。任务是让学生具备理论与实际相结合的应用能力， 掌握一些先进的实际技能，适应自动化领域对学生提出 的具有实际技能的需要。 学习要求 多读文献、多实践
现场总线技术
（课程简介）
课程简ljtx2004@
实验学时：8 （地点: 实验楼8层）
实验指导教师：王巧玲
教材及主要参考文献
1. 现场总线技术（第2版）．刘泽祥、李媛主编．机械 工业出版社，2011 2. Profibus现场总线控制系统的设计与开发．孙鹤旭， 国防工业出版社，2007 3. 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
课程简介
现场总线控制系统（FCS）的结构
图1 DeviceNet 现场总线控制系统体系结构 （基于CAN技术）
课程简介
课程简介
现场总线的应用领域
课程简介
课程简介
现场总线简介
现场总线（Fieldbus）是20世纪90年代发展形成的。 用于制造业、流程业、交通、电力等领域的现场设 备互连的通信网络。
课程简介
平时成绩：40%（上课10%+作业10%+实验20% ） 期末成绩：60%（开卷考试） 答疑时间：每周三13：00～14：00 答疑地点：控制工程系办公室 103
课程内容
1. 基础知识 （４学时）
2. PROFIBUS总线（18学时）
3. CAN总线（6学时）
4. FF现场总线等（4学时）