課程編號：

eee03705

課程名稱：

dcs/plc/fcs原理與應(yīng)用a

學(xué)分/學(xué)時：

6學(xué)分/48學(xué)時+3周（講課/實驗:48學(xué)時/3周）

英文名稱：

principle and application a of dcs/plc/fcs

大綱執(zhí)筆人：

紀(jì)文剛魏文淵

大綱審核人：

張立新

適用專業(yè)

自動化專業(yè)

課程類別：

必修課

團隊負(fù)責(zé)人:

紀(jì)文剛

責(zé)任教授:

紀(jì)文剛

核準(zhǔn)院長：

戴波

大綱更新時間：

2015年04月

一、課程的任務(wù)和目的

《dcs/plc/fcs原理與應(yīng)用a》課程是自動化專業(yè)的一門專業(yè)必修課。本課程大綱是依據(jù)專業(yè)認(rèn)證理念和卓越工程師教育培養(yǎng)計劃編制，隸屬于計算機控制系統(tǒng)設(shè)計集成調(diào)試運行維護能力模塊，是一門面向應(yīng)用、實踐性較強的課程。主要闡述了集散控制系統(tǒng)、可編程序控制器和現(xiàn)場總線系統(tǒng)等自動化裝置的工作原理和應(yīng)用，指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上構(gòu)建控制器的硬件軟件平臺。學(xué)生將學(xué)會dcs/plc/fcs等控制器的硬件和軟件設(shè)計技術(shù)，用系統(tǒng)規(guī)范技術(shù)設(shè)計系統(tǒng)的硬件配置和選型，用梯形圖等編程語言和組態(tài)軟件設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)軟件。授課內(nèi)容主要涵蓋：dcs/plc/fcs等控制器的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理，軟件編程和組態(tài)。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得用dcs/plc/fcs等控制器組成系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試的能力，為學(xué)生今后從事計算機控制系統(tǒng)設(shè)計、集成、投運和維護工作奠定基礎(chǔ)。

二、與各課程的關(guān)系

先修課程：電路分析a、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、微機原理及接口技術(shù)、自動控制原理

后續(xù)課程：dcs/plc/fcs原理與應(yīng)用b、計算機過程控制工程a/b、過程控制系統(tǒng)運行及維護

相關(guān)課程：單片機工程實訓(xùn)、檢測技術(shù)及儀表、嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用

三、課程教學(xué)目標(biāo)

學(xué)生在完成這門課程的學(xué)習(xí)后，應(yīng)該能夠：

知識：以自動化裝置的角度掌握dcs/plc/fcs等控制器的硬件和軟件知識；

能力：具有dcs/plc/fcs等控制器的設(shè)計、集成、安裝和調(diào)試的能力；

意識：樹立溝通交流和團隊協(xié)作意識，共同完成dcs/plc/fcs等控制器應(yīng)用的全部工作；

素質(zhì)：具有dcs/plc/fcs等控制器實施全過程的工程素質(zhì)；

1.6解決自動化系統(tǒng)工程設(shè)計集成、運行維護、技術(shù)服務(wù)等復(fù)雜工程問題所需的自動化工程知識及認(rèn)知能力

①掌握常見工藝設(shè)備控制原理的基礎(chǔ)上，能設(shè)計集成自動控制系統(tǒng)、繪制p&id圖（管道儀表圖）；②熟悉自動化裝置和儀表（含傳感器、檢測元件、儀表設(shè)備、集散控制系統(tǒng)、plc、現(xiàn)場總線等）的產(chǎn)品、類別和功能；③初步具有自動化系統(tǒng)調(diào)試、運行能力。

3.3 plc、dcs、fcs控制系統(tǒng)組態(tài)、軟件設(shè)計與調(diào)試能力

①plc、dcs、fcs控制系統(tǒng)硬件配置組態(tài)及通信網(wǎng)絡(luò)組態(tài)；②實現(xiàn)各種邏輯控制功能的程序設(shè)計與調(diào)試；③實現(xiàn)模擬量檢測與控制功能的程序設(shè)計與調(diào)試；④人機系統(tǒng)程序設(shè)計與調(diào)試；⑤控制算法和控制方案組態(tài)；⑥數(shù)據(jù)采集與處理程序設(shè)計與調(diào)試；⑦操作員站/工程師工作站監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)。

5.2常用工程軟件使用能力，機械、電氣、電子電路制圖能力和自動控制系統(tǒng)數(shù)字仿真能力

①cad等常用工程軟件使用；②plc編程語言/組態(tài)軟件等常用控制系統(tǒng)工程軟件使用。

5.3自動化儀器/儀表/裝置的使用能力及自動化系統(tǒng)工程的調(diào)試、運行和維護能力

①常見品牌自動化裝置的系列、原理、特點和應(yīng)用領(lǐng)域，編程軟件和監(jiān)控軟件的使用能力；②根據(jù)總體設(shè)計和系統(tǒng)功能規(guī)范以及用戶需要等確定控制系統(tǒng)的選型；③控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計能力。

9.1多學(xué)科背景環(huán)境下正確理解個人與團隊的關(guān)系，組建有效的團隊

①了解團隊形成的步驟和生命周期；②掌握團隊任務(wù)和工作過程；③分清團隊的作用與責(zé)任；④分析每個成員的目標(biāo)、需求和特征（工作風(fēng)格、文化差異等）；⑤分析團隊的強項與弱點；⑥掌握團隊工作在保密、問責(zé)和主動性方面的基本規(guī)定；⑦正確認(rèn)識不同類型的團隊中的工作：跨學(xué)科團隊（包括非工程人員）、小型團隊、大型團隊、遠(yuǎn)距、分散、電子化環(huán)境；⑧展示與團隊成員的技術(shù)合作。

9.2理解團隊成長和演變的基本規(guī)律，團隊工作有效運行

①選擇目標(biāo)和議程；②實施計劃和組織有效會議；③執(zhí)行團隊基本規(guī)定，保障團隊運行和成長；④掌握團隊交流和寫作策略，實施有效交流（聆聽、合作、提供和接受信息）；⑤掌握階段性小結(jié)、評估和自評的策略，進行正面和有效的反饋；⑥實現(xiàn)項目的規(guī)劃、安排和執(zhí)行；⑦形成問題的解決方案（創(chuàng)造性和決策能力）；⑧談判并解決沖突。

10.1有效溝通交流的結(jié)構(gòu)與策略

①提出邏輯和具有說服力的論點；②建立概念間合理的結(jié)構(gòu)和關(guān)系；③選擇相關(guān)、可信和準(zhǔn)確的有利證據(jù)；④采用簡練、明了、精確和清晰的語言，分析修辭因素（如考慮聽眾的偏好等）；⑤理解跨學(xué)科和跨文化的交流；⑥分析交流環(huán)境，選擇交流策略。

10.2能夠就自動化領(lǐng)域復(fù)雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進行有效的書面和圖表交流、口頭表達和人際交流、電子及多媒體交流

①展示文章內(nèi)容的連貫性、流暢性、層次性和邏輯性，以正確的語法、格式寫作技術(shù)報告、論文；②能畫草圖和正式圖紙，并解釋正式技術(shù)圖紙和圖像的意義和效果；③能夠使用適當(dāng)?shù)恼Z言、風(fēng)格、時間和流程準(zhǔn)備報告和相應(yīng)的支撐媒介；④應(yīng)用適當(dāng)?shù)姆钦Z言交流方式（手勢、眼神接觸、姿態(tài)）；④能有效回答問題；⑤能制作電子演示材料，應(yīng)用各種電子表達形式（圖形、網(wǎng)頁等）；⑥具有電郵、短信、視頻會議等多種網(wǎng)絡(luò)工作習(xí)慣；⑦能夠通過書面、圖表、ppt和口頭陳述清晰地表達電子類自動化產(chǎn)品開發(fā)過程中的解決方案、實施過程和技術(shù)結(jié)果，并正確回應(yīng)指令；⑧能夠通過書面、圖表、ppt和口頭陳述清晰地表達自動化系統(tǒng)工程開發(fā)過程中的解決方案、實施過程和技術(shù)結(jié)果，并正確回應(yīng)指令。

四、課程內(nèi)容與基本要求

（一）概論

了解集散控制系統(tǒng)dcs、可編程序控制器plc和現(xiàn)場總線系統(tǒng)fcs等自動化裝置的產(chǎn)生、概念、特點、構(gòu)成、應(yīng)用和發(fā)展趨勢。

（二）典型集散系統(tǒng)的構(gòu)成與組態(tài)

掌握典型集散系統(tǒng)的基本構(gòu)成和各模塊的組成和功能、集散系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、集散系統(tǒng)組態(tài)軟件的應(yīng)用。包括集散系統(tǒng)的硬件網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)和常規(guī)控制組態(tài)、自定義控制的組態(tài)、操作畫面組態(tài)、流程圖畫面的組態(tài)，以及監(jiān)控軟件的應(yīng)用。

（三）集散控制系統(tǒng)的工程設(shè)計

掌握集散控制系統(tǒng)的工程設(shè)計方法，了解系統(tǒng)性能評估的指標(biāo)體系。

（四）plc系統(tǒng)概論

了解可編程控制器的產(chǎn)生、特點、分類、應(yīng)用和發(fā)展，掌握可編程控制器的組成（cpu、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源單元、編程器）、plc輸入接口電路、plc輸出接口電路。

（五）典型plc的指令系統(tǒng)和梯形圖編程

掌握基本邏輯指令、用梯形圖編制控制程序，能夠設(shè)計基本的plc控制程序并進行調(diào)試。

（六）典型plc的通信與人機系統(tǒng)

了解典型plc的通信與人機系統(tǒng)基本構(gòu)成原理，了解plc通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程，掌握人機系統(tǒng)通用組態(tài)軟件的組態(tài)方法。

（七）plc控制系統(tǒng)的工程設(shè)計

了解plc控制系統(tǒng)規(guī)范化工程設(shè)計的一般原則，掌握設(shè)計步驟及設(shè)計方法。

（八）現(xiàn)場總線技術(shù)概述

了解現(xiàn)場總線的基本概念及發(fā)展過程、現(xiàn)場總線的特點與優(yōu)點、幾種有影響的現(xiàn)場總線技術(shù)、以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)。

（九）控制網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識

了解通信信道和數(shù)據(jù)傳輸方式、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、介質(zhì)訪問控制方式、數(shù)據(jù)交換、差錯控制、網(wǎng)絡(luò)互連，掌握開放系統(tǒng)互連參考模型的結(jié)構(gòu)。

（十）典型現(xiàn)場總線技術(shù)介紹

了解ff、profibus、modbus現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)及具體實現(xiàn)，掌握各總線傳輸協(xié)議，掌握通信節(jié)點的地址排列、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議及與主機數(shù)據(jù)交換技術(shù)等。

五、教學(xué)進度安排

第一部分dcs原理與應(yīng)用

理論課16學(xué)時

1、集散系統(tǒng)概論2學(xué)時

2、典型集散系統(tǒng)介紹6學(xué)時

3、集散系統(tǒng)的硬件及常規(guī)控制組態(tài)4學(xué)時

4、集散系統(tǒng)設(shè)計與性能指標(biāo)評估4學(xué)時

實驗課1周實驗（10學(xué)時）

1、031504js035典型集散系統(tǒng)的認(rèn)識實驗3學(xué)時驗證性實驗（必開）

實驗?zāi)康模毫私獾湫图⑾到y(tǒng)的硬件構(gòu)成和組態(tài)軟件，要求學(xué)生掌握集散系統(tǒng)的各節(jié)點硬

件組成和功能。

2、031504js0109dcs的系統(tǒng)和常規(guī)控制組態(tài)3學(xué)時設(shè)計性實驗（必開）

實驗?zāi)康模横槍μ囟üに囘M行集散控制系統(tǒng)的設(shè)計，掌握典型集散系統(tǒng)的系統(tǒng)和常規(guī)控制

組態(tài)內(nèi)容和方法。

3、031504js0110dcs的操作和監(jiān)控畫面組態(tài)4學(xué)時設(shè)計性實驗（必開）

實驗?zāi)康模赫莆盏湫图⑾到y(tǒng)的操作和監(jiān)控畫面組態(tài)內(nèi)容和方法。

第二部分plc原理與應(yīng)用

理論課16學(xué)時

1、plc系統(tǒng)的產(chǎn)生、特點、分類和發(fā)展2學(xué)時

2、plc系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理2學(xué)時

3、典型plc系統(tǒng)的指令系統(tǒng)和梯形圖編程4學(xué)時

4、plc系統(tǒng)的通信和組態(tài)軟件4學(xué)時

5、plc系統(tǒng)的規(guī)范化工程設(shè)計4學(xué)時

實驗課1周實驗（10學(xué)時）

1、031504jc0115典型plc系統(tǒng)的認(rèn)識實驗3學(xué)時驗證性實驗（必開）

實驗?zāi)康模毫私獾湫蚿lc系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和編程軟件，要求學(xué)生掌握硬件結(jié)構(gòu)、硬件配置、

編程軟件的使用和編程簡單的控制程序并調(diào)試。

2、031504jc0116典型plc系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試3學(xué)時設(shè)計性實驗（必開）

實驗?zāi)康模横槍μ囟üに囘M行plc控制系統(tǒng)的設(shè)計，掌握典型plc系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試。

3、031504jc0118plc的監(jiān)控畫面組態(tài)4學(xué)時設(shè)計性實驗（必開）

實驗?zāi)康模赫莆誴lc系統(tǒng)的監(jiān)控畫面組態(tài)。

第三部分fcs原理與應(yīng)用

理論課16學(xué)時

1、現(xiàn)場總線技術(shù)概述2學(xué)時

2、現(xiàn)場總線技術(shù)基礎(chǔ)知識2學(xué)時

3、基金會現(xiàn)場總線4學(xué)時

4、profibus現(xiàn)場總線4學(xué)時

5、modbus--tcp總線技術(shù)4學(xué)時

實驗課1周實驗（10學(xué)時）

1、031504xc0101基于modbus/tcp的數(shù)據(jù)交換6學(xué)時綜合性實驗（必開）

實驗?zāi)康模毫私鈪f(xié)議原理，掌握協(xié)議下的數(shù)據(jù)交換的使用。

2、031504xc0102基于profibus的系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換4學(xué)時綜合性實驗（必開）

實驗?zāi)康模毫私鈪f(xié)議的基本原理，掌握協(xié)議下的控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換。

六、教材與參考書

1、《dcs/plc/fcs原理與應(yīng)用》自編講義，紀(jì)文剛、張立新、魏文淵主編2011；

2、《dcs/plc/fcs原理與應(yīng)用》實驗參考書，紀(jì)文剛、張立新、魏文淵主編2011；

3、《集散控制系統(tǒng)原理及應(yīng)用》第三版，何衍慶編著，化學(xué)工業(yè)出版社，2009.3

4、《集散控制系統(tǒng)原理及其應(yīng)用》，張德泉主編，電子工業(yè)出版社，2015

5、《可編程控制器原理與應(yīng)用》，胡學(xué)林編，電子工業(yè)出版社，2012

6、《現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用》，陽憲惠，清華大學(xué)出版社，2008.10

7、校內(nèi)電子版講義（教育在線）

七、考核方式

1、考試采取開卷理論測試+實驗操作+文獻綜述+答辯多種考核方式。提交的各種報告包括紙質(zhì)和電子版；

2、實驗成績：四個實驗各占10分，每個實驗中的預(yù)習(xí)占比20%、實驗操作情況占比50%、實驗報告占比30%

3、總成績采用百分制。

《dcs/plc/fcs原理與應(yīng)用a》課程考核環(huán)節(jié)