自考13237DCS及现场总线技术考试大纲（2025年版）
湖南 省高 等教 育自 学考 试课 程考 试大 纲 DCS 及现场总线技术 （课程代码：13237） 湖南省教育考试院组编 2025 年 6 月高等教育自学考试课程考试大纲课程名称：DCS 及现场总线技术课程代码：13237
第一部分
课程性质与目标
一、课程性质与特点
DCS 及现场总线技术是高等教育自学考试自动化专业的选考课。本课程以工匠精神为动力，以培养考生解决自动化控制工程和实际问题的综合能力为出发点，主要介绍分散控制系统（DCS）与现场总线（FCS）的基本概念、特点及发展趋势，掌握 DCS 与 FCS 的系统架构、软硬件组态方法，并能熟练利用 DCS 及 FCS 从事各工业领域的过程控制。本课程既具有较强的实践性、工程性、软件和硬件相结合，需要理论联系实际进行学习。
二、课程目标与基本
要求本课程旨在培养考生解决复杂工程和实际问题的综合能力。通过本课程的学习， 使考生了解 DCS 的发展历程，掌握 DCS 及现场总线技术的核心原理、方法、工具和技术，具备将计算机控制理论与方法进行工程化应用的能力，具备新型 DCS 工程化设计、开发、调试、应用和维护的能力，实践以应用型人才培养为主要方向的专业人才培养目标。基本要求：掌握分散控制系统核心原理，重点掌握分布模式、消息模式与事件模式、数据管理模式；掌握控制理论工程化方法，重点掌握标准化模块的实现技术；
了解数据通信技术；了解网络技术；掌握标准化通信技术；了解现场总线技术特征；
了解现场总线工业标准；掌握标准化控制技术；掌握组态原理和技术；掌握 DCS 工程设计标准、规范与工具。
三、与本专业其他课程的关系
本课程是自动化专业考生的选考课。其先修课程是计算机控制系统以及智能仪器，计算机控制系统为本课程具体实现提供了坚实的理论基础。智能仪器为本课程具体实现提供了设备工作原理的知识储备。
第二部分
考核内容与考核目标
第一章 绪论
通过本章的学习，掌握分散控制系统和现场总线的概述和特点，熟悉 DCS 典型产品及特点，了解分散控制系统和现场总线的发展趋势，以及了解第四代 DCS 的体系结构和技术特点。本章的难点内容为：DCS 系统的特点和结构。
（一）分散控制系统概述（重点）
理解：1．分散控制系统的概念
2．分散控制系统的特点
3．分散控制系统的发展历程
（二）DCS 典型产品及特点（一般）识记：三大公司的 DCS 系统
（三）分散控制系统的发展趋势（一般）识记：分散控制系统的五大发展趋势
（四）现场总线概述（重点）
理解：1．现场总线的产生
2．现场总线的特点
3．现场总线的发展趋势（五）第四代 DCS（一般）识记：第四代 DCS 的体系结构和技术特点
第二章 DCS 的通信网络系统通过本章的学习，掌握分布式控制系统的通信网络系统，理解网络和数据通信的基本概念。掌握通信网络系统的组成，以及通信网络系统中的术语和基本概念。
了解工业数据通信的基本知识。掌握数据通信的编码方式、工作方式、电气特性及传输介质。理解集散控制系统中的控制网络标准和协议。掌握计算机网络层次模型、 网络协议及网络设备的相关知识。本章的难点内容为：通信系统及其网络的结构（一）网络和数据通信原理。（重点）
理解：1．通信网络系统的基本组成
2．基本概念及术语
3．工业数据通信
4．数据交换方式
5．信道
6．差错控制
（二）数据通信系统结构（重点）
理解：1．通信系统的结构
2．通信网络的拓扑结构（三）DCS 中的控制网络标准和协议（次重点）识记：1．协议的参考模型
2．物理层协议
3．链路层协议
4．网络层协议
5．传输层和会话层协议
6．高层协议
7．网络设备
第三章 DCS 的过程控制站通过本章的学习，掌握分散控制系统的基本构成，并在此基础上了解 FM 系列过程控制站的结构、基本控制单元硬件、基本控制单元软件和基本控制单元的可靠性分析，重点掌握过程控制站的组成和各自的作用。了解 K 系列大型 DCS 的系统结构和主要硬件特性。本章重点掌握分散控制系统的基本构成及各自的特征和功能。
掌握过程控制站的硬件构成及功能。掌握过程控制站的软件构成、编程语言及功能， 了解基本控制单元的可靠性分析，包括手动后备、冗余、在线诊断、输出保护。本章的难点内容为：功能块图和梯形图的编程实现。
（一）DCS 的体系结构（重点）
应用：1．DCS 的基本构成
2．现场控制站
3．操作员站
4．工程师站
5．服务器及其他功能站
6．系统网络
7．现场总线网络
8．高层管理网络
9．DCS 的软件构成
10．现场控制站软件
11．操作员站软件
12．工程师站软件
13．各种专用功能的节点及其响应的软件
14．DCS 软件结构的演变和发展
15．DCS 的网络构成（二）过程控制站的结构（重点）识记：1．硬件组成结构
2．机械结构
（三）基本控制单元（重点）识记：1．基本控制单元硬件
2．处理器模件
3．电源
4．PROFIBUS-DP 总线及设备
5．I/O 模块
6．特殊功能模块
7．基本控制单元软件
8．基本控制单元的可靠性措施理解：1．8 通道模拟量输入模块
2．8 通道热电偶模拟量输入模块
3．6/8 通道模拟量输出模块
4．16 通道开关量输入模块
5．8 通道脉冲输入模块
6．16 通道开关量输出模块
7．图形化编程语言
8．手动后备
9．冗余
10．在线诊断
11．输出保护
应用：1．汽轮机 DEH 伺服单元 FM146A
2．功能块图实例
3．梯形图实例
4．顺序功能图实例
5．文本化编程语言实例（四）和利时 MACS 的 K 系列（次重点）识记：1．硬件设计
2．硬件组成结构
3．基本控制单元
4．电源模块
5．I/O 模块
6．通信模块
第四章 运行员操作站
通过本章的学习，掌握运行员操作站的结构、基本功能，了解其他类型的人机接口和人机接口的发展过程。本章的难点内容为：MMI 对过程监控的画面体系。
（一）运行员操作站的结构（一般）识记：1．MMI 与 DCS 的接口
2．MMI 主机与外设
3．MMI 的开放结构（二）MMI 的基本功能（重点）
理解：MMI 对过程的监控应用：画面体系
（三）记录与报表（次重点）识记：记录与报表的形成与设计
（四）历史数据库检索及处理（一般）识记：历史数据库
（五）其他类型的人机接口（一般）识记：1．就地操作表
2．手动自动站
3．数字量操作站
（六）人机接口的发展介绍（一般）识记：大屏幕和多媒体技术
第五章 工程师站与组态软件
通过本章的学习，掌握工程师站的组成及其在 DCS 中的作用的基础上，熟悉系统组态的一般概念，掌握控制系统组态和运行员操作站组态，了解组态在线调整的意义等内容。重点掌握 MACS 软件的应用组态流程，为后续工程实例打下基础。本章的难点内容为：系统组态的实现。
（一）工程师站在 DCS 中的作用（重点）
应用：1．用 EWS 做系统组态设计
2．系统调试与设计更改
3．运行记录
4．文件整理
（二）工程师站的组成（次重点）识记：工程师站的组成结构（三）工程师站在 DCS 中所处的地位（一般）
理解：工程师站在 DCS 中所处的地位（四）系统组态（重点）
应用：1．组态软件
2．系统组态与其他设计方法的区别
3．过程控制站的组态
4．运行员操作站的组态
5．组态的在线调试
应用：MACS 的应用组态流程
第六章 DCS 的性能指标与评价通过本章的学习，掌握分散控制系统的评价及选择涉及诸多因素，能够从可靠性与经济性、技术性能、使用性能等方面给出相关的评价准则，掌握选择 DCS 应遵循的基本原则。本章的难点内容为：DCS 的选择原则。
（一）DCS 性能指标简要介绍（次重点）识记：DCS 的 10 个性能指标（二）DCS 的评价准则（一般）识记：1．可靠性与经济性评价
2．技术性能评价
3．使用性能评价
4．控制系统软件可靠性及评价（三）DCS 的选择原则（次重点）
理解：分散控制系统的参考选择原则
第七章 现场总线控制系统
通过本章的学习，了解现场总线及现场总线控制系统的概念，理解 DCS、PLC、 FCS 三者之间的关联和区别，掌握设备现场总线 PROFIBUS、输入/输出设备总线 CAN、基金会现场总线（FF）及 LonWorks 总线等四种典型现场总线的基本概念。了解现场总线控制系统的构成及体系框架，掌握设计现场总线控制系统的方法，包括总体设计、主站和从站的选择与设计、组态的选择及人机界面设置问题，以及现场总线控制系统的调试与维护。本章的难点内容为：FCS 的设计方法。
（一）现场总线及 FCS 的定义（重点）
理解：1．DCS、PLC 与 FCS
2．PROFIBUS 现场总线
3．CAN 总线
4．基金会现场总线
5．LonWorks 总线（二）FCS 的构成（重点）
应用：1．两层结构的现场总线控制系统
2．三层结构的现场总线控制系统
3．由 DCS 扩展的现场总线控制系统（三）FCS 的设计方法（重点）
理解：FCS 的设计要考虑的 7 个方面（四）FCS 的组态（重点）
应用：1．FCS 的组态和 DCS 的组态的区别
2．上位机系统的组态内容（五）FCS 的调试与维护（次重点）
理解：1．系统设备调试
2．系统测试运行
3．系统运行维护和故障诊断
第八章 现场总线通信系统
通过本章的学习，了解现场总线通信系统的概念，掌握 PROFIBUS 体系结构中的物理层、数据链路层、应用层和用户层。本章的难点内容为：PROFIBUS 的报文格式和地址编码方法。
（一）现场总线通信系统概述（重点）识记：1．现场总线通信系统与 ISO/OSI 参考模型的关系
2．PROFIBUS 现场总线通信系统的主要组成部分（二）PROFIBUS 物理层（重点）
理解：1．PROFIBUS-DP 的 RS-485 传输
2．PROFIBUS-DP 的光纤传输（三）PROFIBUS 数据链路层（重点）
理解：1．PROFIBUS 介质访问控制
2．PROFIBUS 报文格式
3．PROFIBUS 地址编码方法
4．PROFIBUS 数据链路层提供的服务（四）PROFIBUS 应用层（次重点）
理解：PROFIBUS 应用层的定义和组成（五）PROFIBUS 用户层（次重点）识记：PROFIBUS-DP 用户层概述理解：1．DDLM 功能
2．用户接口
3． PROFIBUS-DP 行规
第九章 现场总线设备
通过本章的学习，了解现场总线设备的分类与特点，掌握变送器类设备、执行器类设备、信号转换类设备、接口类设备、电源类设备和附件类设备，了解现场总线设备的分类、特点、工作原理、安装等信息，重点掌握现场总线变送器类设备、 执行器类设备和信号转换类设备。本章的难点内容为：现场总线各设备的工作原理。
（一）现场总线设备的分类与特点（重点）识记：1．现场总线设备的分类
2．现场总线设备的特点（二）现场总线差压变送器（次重点）识记：概述理解：工作原理（三）现场总线温度变送器（次重点）
理解：1．工作原理
2．温度检测元件
（四）现场总线阀门定位器（次重点）
理解：现场总线阀门定位器的特点（五）现场总线电动执行器（次重点）
理解：现场总线电动执行器的功能（六）现场总线-气压转换器（次重点）
理解：现场总线-气压转换器的功能（七）电流-现场总线转换器（次重点）
理解：电流-现场总线转换器的功能和工作原理（八）现场总线-电流转换器（次重点）
理解：现场总线-电流转换器的功能和组成（九）现场总线接口类设备（次重点）
理解：1．工作原理
2．安装与维护
3．其他总线接口设备（十）现场总线电源类设备（次重点）
理解：现场总线-电流转换器的功能和要求（十一）现场总线附件类设备（一般）识记：现场总线附件类设备的组成
第十章 DCS 的工程设计通过本章的学习，了解 DCS 的工程设计过程与实施的各个环节需要考虑的问题。
掌握系统的总体设计进行介绍，在详细设计方面，掌握各个控制站的 I/O 点设置与分配等，了解系统的安装与调试过程。结合电加热锅炉控制系统的设计过程，重点掌握系统的整体设计和软件组态的实现。了解 HOLLiAS MACS 在空分行业中对氧气的恒压控制。通过实例的详细学习，了解系统设计的原则、技巧和实施方法，对今后进行系统设计具有很好的参考价值。本章的难点内容为：DCS 的工程化设计。
（一）DCS 的应用设计与实施的一般过程（次重点）
理解：DCS 的应用设计过程（二）DCS 总体设计（次重点）
理解：1．可行性研究设计及总体设计
2．DCS 初步设计
3．施工图详细设计
（三）DCS 的工程化设计（次重点）
理解：DCS 的工程化设计内容（四）DCS 的组态与调试（次重点）
理解：DCS 的组态任务与调试内容（五）DCS 的安装与验收（次重点）
理解：DCS 的安装与验收（六）电加热锅炉温度控制工程案例（重点）
应用：1．系统概述
2．系统的初步设计
3．电加热锅炉控制方案的确定（七）HOLLiAS MACS 在空分行业中对氧气的恒压控制（次重点）
应用：1．氧气的恒压控制系统简介
2．系统的初步设计
3．控制系统的组态实现
第十一章 FCS 的工程设计通过本章的学习，了解 CAN 总线是一种有效的分布式控制或实时控制的串行通信网络。掌握现场总线控制系统的常规设计方法，掌握基于 CAN 总线的化工生产车间安全报警系统的设计，重点掌握系统的设计总体思路、网络参数的配置方法、系统各部分的硬件设计和软件设计等。本章的难点内容为：FCS 控制系统的设计过程。
（一）FCS 的工程设计原则（次重点）识记：FCS 的六个工程设计原则
（二）FCS 的工程设计方法（次重点）识记：现场总线的工程设计步骤
（三）FCS 控制系统的设计过程（重点）
理解：1．总体方案设计
2．控制系统的初步设计应用：1．基于 ARM 与 CAN 总线的安全监控系统的设计
2．基于单片机与 CAN 总线的安全监控系统的设计（四）FCS 工程控制系统应用举例（重点）
应用：1．设计概述
2．系统网络拓扑结构及参数配置
3．系统硬件设计
4．系统软件设计
5．系统抗干扰措施
第三部分
有关说明与实施要求
一、考核的能力层次表述
本大纲在考核目标中，按照“识记”“理解”“应用”三个能力层次规定其应达到的能力层次要求。各能力层次为递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上， 其含义是：识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述，是低层次的要求。
理解：在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，是较高层次的要求。
应用：在理解的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法联系学过的多个知识点分析和解决有关的理论问题和实际问题，是最高层次的要求。
二、教材
1．指定教材：《分散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）及其工程设计》，李占英，电子工业出版社，2020 年第 2 版
2．参考教材：《分散控制系统与现场总线技术》，梁庚，机械工业出版社，2019
三、
自学方法指导
1．在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标，以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。
2．阅读教材时，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须深刻理解，对基本理论必须彻底弄清，对基本方法必须牢固掌握。
3．在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，这可从中加深对问题的认知、理解和记忆，以利于突出重点，并涵盖整个内容，可以不断提高自学能力。
4．完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节，在做练习之前，应认真阅读教材，按考核目标所要求的不同层次，掌握教材内容，在练习过程中对所学知识进行合理的回顾与发挥，注重理论联系实际和具体问题具体分析，解题时应注意培养逻辑性，针对问题围绕相关知识点进行层次（步骤）分明的论述或推导，明确各层次（步骤）间的逻辑关系。
四、对社会助学的要求
1．应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。
2．应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。
3．辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删内容，以免与大纲脱节。
4．辅导时，应对学习方法进行指导，宜提倡“认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动争取帮助，依靠自己学通”的方法。
5．辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。
6．注意对考生能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导考生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，做出判断，解决问题。
7．要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中会存在着不同难度的试题。
8．助学学时：本课程共 3 学分，建议总课时 54 学时，其中助学课时分配如下：
章次章节名称学时
第一章
绪论
第二章
DCS 的通信网络系统
第三章
DCS 的过程控制站
第四章
运行员操作站
第五章
工程师站与组态软件
第六章
DCS 的性能指标与评价
第七章
现场总线控制系统
第八章
现场总线通信系统
第九章
现场总线设备
第十章
DCS 的工程设计
第十一章
FCS 的工程设计合计
五、关于命题考试的若干规定
1．本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章，适当突出重点。
2．试卷中对不同能力层次的试题比例大致是：“识记”为 30%、“理解”为40%、“应用”为 30 %。
3．试题难易程度应合理：容易、中等、难比例为 3：4：3。
4．每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占 60%，次重点占 30%，一般占 10%。
5．试题类型一般分为：单项选择题、名词解释题、简答题、设计应用题。
6．考试采用闭卷笔试，考试时间 150 分钟，采用百分制评分，60 分合格。
六、题型示例（样题）
一、单项选择题
（本大题共 15 小题，每小题 1 分，共 15 分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出并将“答题卡” 上的相应字母涂黑。错涂、多涂或未涂均无分。
1．在分散控制系统中，用于执行工业过程控制应用程序，实现现场数据的采集及控制指令的下达的设备是 A．过程控制站 B．运行员操作站 C．工程师站 D．数字控制站
二、名词解释题
（本大题共 5 小题，每小题 3 分，共 15 分）
16．现场总线控制系统
三、简答题
（本大题共 5 小题，每小题 6 分，共 30 分）
21．简述工程师站在 DCS 中的作用和组成结构。
四、设计
应用题（本大题共 3 小题，第 26、27 小题各 10 分，第 28 小题 20 分，共40 分）
26．设计一个小型电热管式电加热锅炉，其冷水从上部加入，经加热后由下部出水管流出，采用电加热方式，确定系统的初步设计，并用图文表述电加热锅炉的 DCS 设计方案。
