《集散控制与现场总线》教学大纲

《集散控制与现场总线》教学大纲

一、课程基本信息课程中文名集散控制与现场总线课程英文名DistributedControlSystemandFieldBus课程代码课程学分2总学时数32课程类别选修课程性质专业方向课程开课学院电气信息工程学院适用专业自动化先修课程计算机原理与基础、自动控制原理后续课程选用教材集散控制与现场总线（第3版），刘国海等，机械工业出版社，2023

二、课程性质与课程目标

（一）课程性质《集散控制与现场总线》是自动化专业教学计划中的专业方向课程，它建立在数学、自动控制原理.、计算机技术等课程知识的基础上，为自动化专业学生掌握集散控制与现场总线控制系统等新技术打下坚实的基础本课程基本任务是掌握集散控制系统操作的基本原理，典型系统的构造、性能及操作原理，以及工程设计规范；掌握集散控制典型控制算法典型现场总线技术特点及应用本课程将目前控制领域中的两大技术热点一一集散控制和现场总线有机结合，从集散控制系统的硬件结构、软件体系、人机接口、控制算法，以及典型现场总线等方面进行介绍重点介绍了集散控制系统的通信网络、控制算法工程设计规范等相关技术，全面分析了CAN、LonWorks.FF、PROFIBUS、ControlNct、EtherCAT等现场总线的技术特点、协议规范及通信接口的设计方法，并给出典型集散与现场总线控制系统应用实例本课程在人才培养方面强调工程观点、强调理论与实际的结合，以提高学生.分析问题和解决实际工程问题的能力

（二）课程目标课程目标1掌握集散控制中蕴含的马克思主义辩证法知识，达到运用集中分散辩证统一的思想分析设计控制系统的能力课程目标2掌握集散控制系统的基本概念、发展历史与基本结构，达到理解集散控制系统的能力课程目标3掌握集散控制系统的基本控制算法，达到能运用基本控制算法实现集散控制的能力课程目标4掌握集散控制系统通信网络的基本概念与结构，达到理解集散控制系统网络通信方法的能力课程目标5掌握典型现场总线的协议、特点以及功能，达到理解现场总线实现现场设备控制的方法课程目标6掌握集散控制系统的性能指标和工程设计规范，达到运用这些指标和规范分析评估集散控制系统性能的能力

三、课程内容与教学要求第0章绪论（-）课程内容.集散控制系统的概念；.现场总线控制系统的概念

（二）教学要求了解本课程的性质、研究对象与方法、任务；了解集散控制系统基本概念和发展；了解现场总线控制系统的概念与发展

（三）重点与难点.重点了解集散控制系统和现场总线的概念.难点集散控制系统和现场总线的关系第一章集散控制系统

（一）课程内容.集散控制系统的体系结构；.集散控制系统的特点.集散控制系统的软硬件结构；.集散控制系统的操作和显示方式；.集散控制所组含的马克思主义辩证法内容

（二）教学要求.了解研究集散控制系统基本构成结构；.了解集散控制系统的特点；.了解集散控制系统的操作和现实方式；.理解集散控制所缜含的马克思主义辩证法内容

（三）重点与难点.重点了解集散控制系统的体系结构和特点.难点集散控制系统的结构第二章集散控制系统的控制算法

（一）课程内容.PID控制算法；.前馈控制；.解耦控制；.时滞补偿控制；.自适应控制；.顺序控制；.神经网络控制

（二）教学要求了解集散控制系统常用控制算法的原理，适用范围以及主要算法的特点，要求根据控制任务正确选择控制算法

（三）重点与难点.重点几种典型控制算法的基本原理.难点针对实际对象，员活选择控制算法并设计控制系统第三章集散控制系统通信网络与系统特性

（一）课程内容.数据通信的基本概念；.集散控制系统中的网络标准；.集散控制系统中应用的网络协议

（二）教学要求了解集散控制系统通信原理、OSI模型结构

（三）重点与难点.重点控制系统通信原理.难点OSI模型结构第四章控制系统用现场总线

（一）课程内容.现场总线的定义；.现场总线控制系统的分类；.现场总线的核心与基础；.现场总线与IT计算机网络技术的区别；.现场总线通信协议模型.现场总线控制系统的网络拓扑结构

（二）教学要求了解控制系统用现场总线定义，现场总线通信协议模型

（三）重点与难点.重点控制用现场总线的技术特点.难点控制用现场总线的通信协议模型第五章几种典型的现场总线

（一）课程内容CAN总线；LonWorks总线；FF总线PROFIBUS协议；ControlNet总线DeviceNet总线；EtherCAT.

（二）教学要求了解几种现场总线的技术特点，典型应用领域

（三）重点与难点.重点典型现场总线的特点与技术规范.难点针对典型案例，灵活选择现场总线第六章集散控制系统性能指标与工程设计规范（-）课程内容.集散控制系统的性能指标；.集散控制系统的功能设计规范；.集散控制系统的评价与选择.按照集中分散辩证统一的思想设计控制系统

（二）教学要求.了解集散控制系统的性能指标与设计规范；.了解按照集中分散辩证统一的思想设计控制系统的方法

（三）重点与难点.重点集散控制系统的可靠性计算.难点集散控制系统的评价与选择第七章工程应用举例

（一）课程内容.集散控制系统在自来水厂中的应用；.CTN2000发酵过程计算机控制系统；.集散控制系统在发电厂350MW机组中的应用；.实际工程中集中分散概念辩证统一的体现

（二）教学要求.了解几种典型的集散和网络控制系统；.了解按照集中分散概念辩证统一的思想分析设计实际工程系统的方法

（三）重点与难点.重点通过工程案例了解工程设计规范

2.难点通过典型案例，灵活掌握本课程知识

四、本课程开设的实验项目注

1.“类型”填验证性、综合性、设计性等;“要求”填必做、选做实验1:集散控制算法仿真实验实验目标采用MATLAB软件，针对典型对象数学模型，选择合适的控制算法，并设计控制器实验要求

（1）实验对象数学对象模型涉及单输入单输出系统、双输入双输出系统以及单输入单输出时滞系统；

（2）给出详细的控制器推导过程；

（3）针对阶跃和斜坡输入，给出MATLAB仿真结果；

（4）将推导过程、仿真结果以及分析，写过详细的报告实验2集散控制系统应用实验实验目标针对多容水箱实验系统，利用组态软件，完成下列实验内容

（1）数据库组态；

（2）设备组态；

（3）算法组态；

（4）画面组态；

（5）系统组态实验要求

（1）熟悉集散控制系统（DCS）的组成；

（2）掌握MACS组态软件的使用方法；

（3）培养灵活组态的能力；

（4）掌握系统组态与装置调试的技能；

（5）分析所设计的控制系统中蕴含的马克思主义辩证法知识实验3现场总线工业应用实验实验H标搭建一个基于现场总线的PLC实验系统，主要涉及S7-

300、S7-

200、PROFIBUS通讯方法、MCGS组态软件等实验要求用一台研华工控机作为上位机，并采用MCGS组态软件作为监控软件在工控机上安装一块西门子CP5611卡后，MCGS组态软件既可与S7-300通过MPI通讯方式进行连结，实现MCGS对S7-300的监控，进而达到对总线上的其他设备进行监控的目的

五、学时分配、教学方法及支撑课程目标注

1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例等教学方法）等

六、课程考核注

1.课程考核应做到过程性考核与终结性考核相结合.考核形式主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小论文、项目设计和作品等.考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、项目设计要求等.考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重.考核内容须包含课程思政成效考核

七、课程目标达成情况评价在课程结束后，需对课程每一个课程FI标达成情况进行计算与分析课程目标达成情况通过课程过程性评价和课程终结性评价来综合确定.过程性评价，通过过程性考核提供评价数据，原则上一「J课程的过程性考核形式种类不少于2种（不包括考勤），次数不少于3次，考核形式与考核内容须有效支撑课程目标达成，过程性考核须有成绩评定，并作为学生成绩构成部分记入期末总评成绩表.课程终结性评价，通过课程终结性考核提供评价数据，课程考核形式与考核内容须有效支撑课程目标达成，终结性考核须有成绩评定，并作为学生成绩构成部分记入期末总评成绩表.课程过程性考核与终结性考核数据按照大纲要求的权重支撑课程目标是否达成，课程FI标达成目标值由课程组确定，对于某一课程目标，支撑其达成的各类考核的权重之和为1课程考核采用的不同考核方式，均须有详细的评分说明.课程结束后即进行课程目标达成情况评价，评价结果是学生课程学习效果的重要反映，也是课程质量持续改进的重要依据课程目标达成度计算表如下:

八、参考书目及学习资料

（1）集散控制与现场总线（第3版），刘国海等，机械工业出版社，2023

（2）集散控制系统，周荣富，陶文英，北京理工大学出版社，2020

（3）DCS及现场总线技术，肖军，清华大学出版社，2011

九、大纲说明实验1可安排为课后完成制定人审定人批准人编号实验项目名称学时类型要求支撑的课程目标1集散控制算法仿真实验2设计性选做32集散控制系统应用案例2验证性必做233现场总线工业应用案例2验证性必做45章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标理论授课实验上机其它小计第章1讲授法12第一章3讲授法12第二章42研究型教学法3第三章6讲授法4第四章4讲授法5第五章2讲授法5Jl-Nl第八早4讲授法6第七章24讲授法、演示法123456合计266序号考核方式或途径考核要求考核权重考核对应的课程目标备注1平时作业及课堂表现作业按要求认真完成，出勤率60%方可得分20%12345包含思政2实验达成实验目标，完成实验报告10%23453期末考试考题覆盖课程目标70%123456包含思政总评成绩100%课程目标对应考核形式实际评测结果（学生达到的平均水平，平均分）AR总分AS达成度值课程目标1

①平时作业

②期末考试

①平时作业平均分；

②期末考试对应考核试题的平均分

①平时作业总分；

②期末考试对应考核试题的总分达成度P=AR/AS课程目标1达成度值取2种考核方式达成度的加权和课程目标234A

①平时作业；

②实验；

③期末考试

①平时作业平均分；

②实验平均分；

③期末考试对应考核试题的平均分

①平时作业总分；

②实验总分；

③期末考试对应考核试题的总分达成度P=AR/AS课程目标2345达成度值取3种考核方式达成度的加权和课程目标6期末考试期末考试对应考核试题的平均分期末考试对应考核试题的总分达成度P=AR/AS。