现场总线的教学设计

贾丽仕

[摘要]介绍现场总线技术的特征和发展，分析实践教学的必要性，简化理论教学，因材施教，改进教学方法。

[关键词]现场总线 组态 实验教学

随着自动控制技术的高速发展，自动化系统的结构变革为以网络集成为基础的分布式结构，现场总线是现场通信网络与控制技术集成的产物。本校机电一体化专业把现场总线与组态控制技术融为一门课程开展教学，安排了18学时讲解现场总线技术。从现有的教学资源出发，设计了两个实验：系统组态、系统应用。通过这两个实验让学生体会现场总线是怎样通过网络来监控系统的。

一、现场总线介绍

现场总线是连接智能现场设备和系统的双向数字通信网络，能支持多节点、总线式的通信。把现场总线技术与智能仪表结合，发展为现场总线控制系统。现场总线突破了集散控制系统专用通信网络的局限性，形成分布式系统框架。

1.1现场总线特征

现场总线采用数字传输，允许在一条通信线缆上连接多个设备。现场总线的计数特征如下：（1）开放性：各不同厂家的设备可进行互连实现信息交换，建立统一的工厂底层网络。（2）互用性：不同厂家的设备可以互相通信，统一组态，类似设备可进行互换实现互用。（3）智能化：总线仪表具有数据处理、状态分析、故障诊断功能，系统可检查设备的运行状况。

1.2典型的现场总线

（1）profibus总线：Profibus支持主从系统、纯主站系统、多主多从系统传输方式。主站控制总线，可主动发送信息。Profibus传输速率为96-12kbps，传输介质为双绞线或光缆，最多挂接127个站点。

（2）CAN总线：CAN总线是控制网络的简称，用于汽车内部测量与执行部件的数据通信。CAN协议建立在国际标准组织的开放系统互联模型基础上，信号传输介质为双绞线，通信速率最高1Mbps，可挂接110个设备。

二、系统组态及应用

2.1系统组态

选用的硬件设备有：工控机、以太网卡、CPU222、CPU224、交换机、MM440变频器、I/O模块。网络系统中以太网的网络部件有交换机、线缆、通信处理器、工控机、计算机。这些设备以交换机为中心，采用总线拓扑结构，连接到以太网上。每个从站有专用的接口模板设备和profibus站地址。从站的通信数据区是由主站统一编地址的数据区。控制网络的软件是组态编程软件STEP7和组态监控软件呢WINCC。

系统组态按照硬件连接方式模拟真实PLC系统。使用编程软件建立项目，对各站的硬件组态和参数设置，将系统组态结果下载到PLC中。

2.2系统应用

现场总线通过通信接口把各设备连接到总线上，通过以太网传递信息到PC上。PC上的编程软件建立项目，输入程序，下载到控制级的CPU中。通过PC站的组态监控软件与PLC的CPU的通信，创建变量，组态显示动态过程和生产状况。

三、改革教学方法，培养创新人才

好的教学方法能取得好的教学效果，充分调动学习积极性，有利于培养创新和实践能力。

以往学生根据教师提供的实验讲义，按照实验步骤操作，态度被动，效果不好。为了提高学习能动性，适当改变教学方法，有利于开展实验教学。设计型实验是教师提供实验任务和实验目的，迫使学生自己查资料，讨论设计方案，大大提高学习主动性。

现场总线开设在大三上学期，学生已经学习了PLC、变频器、计算机等科目，将现场总线实验设计为系统性设计实验已经具备前提基础。实验时提供实验设备，提出要求学生设计楼宇自动化控制网络，不给具体方案，让学生自行设计系统。楼宇自动化作为多学科交叉、实践性很强的系统，可以建立三栋智能楼宇仿真模型，配备现代化智能控制系统，监控设备根据实际建筑需要安装在相应地方，整个实验室就是智能小区的缩小模型。智能楼宇实验室包括视频监控、门禁管理、可视对讲、安全防范、远程抄表、家居控制、楼宇综合自动化实时监控系统等等。

四、结束语

现场总线在我国才刚起步，了解国际现场总线的发展，对我国自动化设备技术更新具有重要意义。虽然目前没有单一的标准，但不久的将来，可能会出现几大总线并存，或一个系统中有几种总线标准的设备互联实现信息共享的局面。