工业数据采集与标识解析 教案 项目二智能IO数据采集

《智能IO数据采集》教案授课教师XXX班级XXX学时3授课日期20XX-XX教学任务智能IO数据采集授课方式□讲授☑实践授课地点□多媒体教室☑实验/实训室□企业主要参考资料《工业数据采集与标识解析》机械工业出版社《工业设备安全标准GB/T5226.1-2019》教学目标素质目标：1.树立安全与质量意识，规范接线与调试操作。2.培养团队合作与工程实践能力。3.激发创新意识，形成系统化思维。知识目标：1.理解数据采集（DAQ）的基本概念。区分模拟量、数字量、开关量。3.掌握远程I/O系统组成与通信原理。能力目标：1.独立完成远程I/O硬件组态与通信参数配置。编写PLC逻辑实现输入采集与输出控制。利用监控界面实时显示采集数据。教学内容数据采集原理及意义。模拟量、数字量、开关量概念。远程I/O系统组成及通信参数配置。PLC编程与调试（读取I2.0输入并驱动输出灯）。重点难点重点：远程I/O模块的组态与地址映射。难点：通信配置与I/O映射一致性。教学方法线上线下混合式教学法、任务驱动法、情景教学法等素材资源☑文本素材□实物展示☑PPT幻灯片□音频素材☑视频素材□动画素材□图形/图像素材☑网络资源□其他课后作业完成实验报告（含系统组态截图、变量表与调试日志）。教学反思成功点：学生能独立完成配置与调试，团队协作良好。改进点：部分学生对I/O地址分配理解不足，后续补充图解。思政成效：强化安全与规范意识，培养工匠精神与创新思维。注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份本表。重复班授课可不另填写教案。 

教学过程及内容一、导入新课（15分钟）注解与注意事项1.情景引入：播放自动化产线视频，展示供料、分拣、仓储环节的数据采集点。2.任务驱动：提出问题：“为什么工厂现场要用远程I/O，而不是所有信号都接在PLC上？”引导学生思考采集距离、信号抗干扰、模块化扩展性等因素。3.学习目标说明：明确本节课的知识点与技能目标，关联工业物联网实际应用。1、通过现实案例引发学生兴趣，帮助他们理解远程I/O的应用价值。2、学生易混淆I/O模块与PLC扩展模块概念，教师应在PPT中直观展示两者区别。3、融入课程思政：讨论技术革新对生产效率的促进作用。二、新知识点与技能点（60分钟）注解与注意事项模块1：数据采集基本概念与信号类型（15分钟）注解：教师可展示传感器信号波形（连续与离散对比），引导学生理解采样频率概念。注意事项：避免在理论讲解中脱离实践，应结合实验台上的温度传感器或光电开关示例。数据采集系统的组成：传感器→I/O模块→PLC→上位机。模拟量（温度、压力）与数字量（开关信号）的特点。模块2：远程I/O系统组成与通信原理（15分钟）注解：强调设备命名和IP规划一致性是通信成功的关键。注意事项：若使用多个模块，建议学生提前编号并贴标签，防止配置混乱。讲解内容：EX-1110模块的基本结构：电源、CPU、DI/DO端口、通信接口。介绍PROFINET通信特性：基于以太网的实时数据传输。操作示范：连接PLC与远程I/O的物理网络，展示绿灯指示通信成功。模块3：组态与地址映射（15分钟）教师注解：解释地址映射表的意义——PLC逻辑与物理端口的桥梁。注意事项：地址重复是常见错误，教师应演示“编译错误定位”功能。实操内容：

在TIAPortal中添加EX-1110模块，导入GSDML文件。

分配模块槽位，设置输入（I2.0～I2.7）和输出（Q4.0～Q4.7）地址。模块4：PLC编程与在线监控（15分钟）教师注解：使用“强制变量”功能模拟传感器动作，观察输出变化。注意事项：强调下载程序前需断开输出电源，确保安全。编程内容：在OB1中编写基础逻辑：当I2.0输入为1时，Q4.0输出灯亮。添加网络变量表，监控输入输出实时变化。三、教学总结（15分钟）注解与注意事项回顾远程I/O采集流程：设备配置→地址映射→程序编写→在线监控小组代表汇报实验结果。教师点评并提出优化建议（如模块冗余、采样延时）。引导学生思考：“未来智能产线中，如何实现边缘计算式采集？”结合板书或思维导图梳理知识框架。总结职业道德（设备爱护）、安全意识（规范操作）。《仓位数据采集》教案授课教师XXX班级XXX学时3授课日期20XX-XX教学任务仓位数据采集授课方式□讲授☑实践授课地点□多媒体教室☑实验/实训室□企业主要参考资料《工业数据采集与标识解析》机械工业出版社《工业设备安全标准GB/T5226.1-2019》教学目标素质目标：1.树立安全与质量意识，规范接线与调试操作。2.培养团队合作与工程实践能力。3.激发创新意识，形成系统化思维。知识目标：1.理解仓位数据采集在智能仓储系统中的作用。掌握PROFINET与PROFIBUS双协议通信原理与配置方法。3.理解位到整型数据打包思想。能力目标：1.独立完成远程I/O与PLC的通信配置。编写程序实现多仓位状态信号的采集与转换。设计并调试HMI界面，实现仓位状态实时可视化。教学内容仓储系统结构与仓位传感器信号原理。PLC通信模块（CM1243-5）的安装与参数设置。远程I/O模块通信配置（PROFINET与PROFIBUS）。位到整型数据打包逻辑实现与HMI显示。重点难点重点：多协议通信组网与仓位信号转换逻辑。难点：PROFINET与PROFIBUS双总线环境下的设备地址与寄存器映射关系。教学方法线上线下混合式教学法、任务驱动法、情景教学法等素材资源☑文本素材□实物展示☑PPT幻灯片□音频素材☑视频素材□动画素材□图形/图像素材☑网络资源□其他课后作业实验报告：包含配置参数表、仓位信号映射表、程序截图与调试日志。拓展思考题：比较PROFINET与PROFIBUS在仓储系统中的优缺点及适用场景。教学反思成功点：学生能熟练完成多协议组网与仓位采集。小组协作有效，实验记录规范。改进点：建议增加“仓位数据异常检测”模块，提升系统鲁棒性。思政成效：在教学中渗透“质量第一、安全优先”的职业规范；鼓励学生从现场问题出发，提出改进方案，体现工匠精神。注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份本表。重复班授课可不另填写教案。 

教学过程及内容一、导入新课（15分钟）注解与注意事项情景引入：展示智能仓储线实际视频（料箱进出、仓位指示灯变化）。提问：“如何让PLC知道每个仓位是否有料？不同通信方式对性能有什么影响？”教学任务：说明本节课目标：实现仓位状态采集、数据转换与显示。教师注解：通过仓储场景引导学生从“信号—通信—控制—显示”的数据流思维出发。注意事项：强调安全：学生接线与更换模块时需断电操作。二、新知识点与技能点（60分钟）注解与注意事项模块1：仓位信号原理与传感器应用（10分钟）教师注解：引导学生思考信号类型（NPN/PNP）与PLC输入类型匹配。注意事项：若传感器供电极性错误，会导致PLC采集信号不稳定。内容：光电、接近、光纤等传感器检测仓位状态的工作方式。示范：通过光电传感器检测“有料/无料”信号变化。模块2：PROFINET与PROFIBUS双通信架构（15分钟）教师注解：强调命名规范与IP规划的重要性。注意事项：同一网络段内设备名必须唯一，IP冲突会导致无法通信。内容：介绍两种总线的结构、速度与应用差异。PROFINET：以太网实时通信，带宽高、拓扑灵活。PROFIBUS：RS485总线，抗干扰强、适合远距离。演示：展示网络拓扑图，一侧为主站PLC，另一侧为两个远程I/O节点。模块3：远程I/O模块组态与参数配置（20分钟）教师注解：指导学生使用“硬件组态视图”检查槽位号与端口映射。注意事项：不同模块通信参数需与现场设备一致，下载后检查“设备在线诊断”。内容：在TIAPortal中添加EX-1110（PROFINET）和EX-1020（PROFIBUS）模块。导入GSD与GSDML文件。设定设备名称、IP地址、波特率与数据位。配置仓位输入模块（DI模块）。模块4：位到整型数据打包逻辑（10分钟）教师注解：演示二进制转十进制的实时变化关系，让学生理解打包原理。注意事项：数据打包时应保持位序一致，避免显示逻辑错误。内容：将S1～S9仓位信号打包为整型MW0，用于HMI统一显示。S1→M0.0S2→M0.1…S9→M1.0使用MOVE或WORD_TO_INT指令实现位组合。三、教学总结（15分钟）注解与注意事项回顾：仓位采集→通信配置→打包显示的完整流程。学生展示：各组演示仓位状态可视化成果。教师点评：鼓励优化显示逻辑，如增加报警提示。思考延伸：“如何在云端系统中实现仓储状态的远程监控？”结合板书或思维导图梳理知识框架。总结职业道德（设备爱护）、安全意识（规范操作）。《联调数据采集》教案授课教师XXX班级XXX学时3授课日期20XX-XX教学任务联调数据采集授课方式□讲授☑实践授课地点□多媒体教室☑实验/实训室□企业主要参考资料《工业数据采集与标识解析》机械工业出版社《工业设备安全标准GB/T5226.1-2019》教学目标素质目标：1.树立安全与质量意识，规范接线与调试操作。2.培养团队合作与工程实践能力。3.激发创新意识，形成系统化思维。知识目标：1.理解S7系列PLC之间通信的基本原理与应用场景。掌握PUT/GET通信机制及功能块使用方法。3.理解数据块(DB)结构、优化访问设置与地址映射。能力目标：1.独立建立多PLC之间的网络通信连接。编写PUT/GET功能块程序实现数据交换。诊断与排查通信异常，提高系统稳定性与响应速度。教学内容PLC间通信原理（S7协议与TCP通信）。PUT/GET功能块使用方法。DB块设计与非优化访问配置。网络参数设置与系统调试。重点难点重点：通信参数配置与数据块地址映射。难点：PUT/GET数据匹配及通信延迟诊断。教学方法线上线下混合式教学法、任务驱动法、情景教学法等素材资源☑文本素材□实物展示☑PPT幻灯片□音频素材☑视频素材□动画素材□图形/图像素材☑网络资源□其他课后作业实验报告包含通信拓扑图、程序截图、变量监控截图及异常排查记录。拓展任务设计一套三站通信方案（A→B→C）并说明数据同步机制。教学反思成功点：学生能完成双PLC通信配置与数据交换，理解PUT/GET应用场景。小组协作良好，能主动分工与问题讨论。改进点：增加“通信异常码”讲解，帮助学生理解错误代码解析。思政成效：通过联调任务强化团队协作与责任分工意识；通过问题分析与改进过程，引导学生树立“安全、规范、创新、合作”的工匠意识。注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份本表。重复班授课可不另填写教案。 

教学过程及内容一、导入新课（15分钟）注解与注意事项情景引入：展示一段“智能产线协同工作”的视频：两台PLC分别控制不同设备，协同执行上料与分拣。提问：“如果两个PLC需要实时交换数据，应采用哪种通信方式？”教学任务：说明本节课目标：实现S7-1200与S7-1500的双向数据传输。教师注解：通过具体场景让学生理解“分布式控制系统中控制器互联”的必要性。注意事项：联调实验中要注意网络设备电气隔离，防止交叉接线损坏模块。二、新知识点与技能点（60分钟）注解与注意事项模块1：S7通信原理与架构（10分钟）教师注解：区分“S7连接通信”与“开放式TCP通信”，并强调S7模式的简洁性。注意事项：若在防火墙或隔离网络下实验，需关闭Windows防火墙或允许端口通信。内容：S7系列PLC采用基于以太网的TCP通信协议；PUT/GET为标准块通信方式之一。模块2：通信网络配置（15分钟）教师注解：强调网络视图中连接关系的保存作用。注意事项：子网掩码必须一致，连接线颜色为绿色方可通信成功。内容：配置两台PLC的IP地址、设备名与连接。S7-1500（主站）示例IP：192.168.1.11S7-1200（从站）示例IP：192.168.1.12操作演示：在TIAPortal中新建项目→添加两台PLC→网络视图中建立连接线→设置连接类型为“S7连接”。模块3：DB块创建与非优化访问配置（15分钟）教师注解：指导学生使用“硬件组态视图”检查槽位号与端口映射。注意事项：若未取消优化块访问，PUT/GET无法访问目标地址，会报错。内容：建立两个DB块：DB_Send：发送数据块DB_Recv：接收数据块取消“优化块访问”选项，采用绝对地址方式访问。模块4：PUT/GET功能块编程与参数解释（15分钟）教师注解：强调REQ信号上升沿触发一次数据发送，DONE信号指示任务完成。注意事项：避免持续为高电平的REQ信号，