工业控制网络（第2版）（微课版）-课程教学大纲

《工业控制网络》课程教学大纲一、课程基本信息开课单位智能制造工程学院课程类别（性质）专业教育课程（必修）课程名称工业控制网络课程编码AZZ10205105开课学期第6学期学时/学分48学时/3学分课内学时48理论学时40实验学时8考核类型考试课外学时12适用专业机器人工程、电气工程及其自动化、自动化专业先修课程单片机原理与应用、PLC技术等后续课程电力拖动控制系统、机器人运动控制系统、计算机控制系统、工业机器人系统集成等二、课程简介本课程是高等学校自动化类和电气工程及其自动化类专业的一门专业课，注重运用工业自动化装置网络功能进行软硬件设计能力的培养，在此基础上进一步培养学生的工业控制网络系统设计、施工及运维能力。通过本课程的学习，使学生对工业控制网络技术有一个全面、系统地了解，掌握工业控制网络的基本概念；清楚不同工业控制网络通信协议的工作原理、性能特点、设备类型和软件配置工具；熟悉工业控制网络系统开发与维护的基本方法和思路；在此基础上根据实际工程项目的需要进行工业控制网络系统的协议标准选择、设备选择、硬件接线设计和软件程序设计。本课程注重理论联系实际，着重对学生的实际动手能力、独立思考能力、创新思维能力和综合运用能力进行培养和训练，为毕业生在工程上实现工业控制网络系统集成打下坚实的基础。通过授课过程，融入思政元素，培养学生爱岗敬业、精益求精的工匠精神和工程思维方式，进一步增强学生的团队协作意识，激发学生的爱国主义情怀。三、课程教学目标课程目标对毕业要求指标点的支撑对毕业要求支撑1对工业控制网络技术有一个全面、系统的了解，掌握工业控制网络的基本概念，主要运用Modbus、PROFIBUS、CAN、DeviceNet等专业知识总结归纳工程问题。1-2运用数学、自然科学、工程基础和机器人工程专业知识抽象、归纳复杂工程问题，并理解其局限性。1.工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和机器人工程专业知识用于解决复杂工程问题。2清楚不同工业控制网络通信协议的工作原理、性能特点。熟悉工业控制网络系统开发与维护的基本方法和思路。可根据需求进行设计和分析项目方案。3-1针对工程领域的复杂工程问题，能够根据需求确定设计目标并提出设计方案。3.设计/开发解决方案：能够设计针对工程领域复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。3掌握工业控制网络的基础知识，熟悉主流现场总线和工业以太网的协议标准、性能特点、设备类型和软件配置工具。掌握工业控制网络系统的协议标准选择、设备选择、硬件接线设计和软件程序设计。综合运用所学知识解决工程项目中工业控制网络相关实际问题。5-1学会使用专业知识中常用的仪器、信息技术与工程工具、仿真软件等，具备应用一门计算机语言进行编程的能力，并能针对复杂工程问题的分析、计算与设计进行恰当的选择。5.使用现代工具：能够针对工程领域复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。思政目标培养学生爱岗敬业、精益求精的工匠精神和工程思维方式，培养学生的工业控制网络系统设计、施工及运维能力，运用工业自动化装置网络功能进行软硬件设计能力，在工程上实现工业控制网络系统集成打下坚实的基础，进一步提高学生的团队协作意识，激发学生的爱国主义情怀。四、教学计划与内容知识单元教学内容课内（外）学时分配理论实验习题在线学习第一章工业控制网络基础400（2）第二章控制网络通信基础400（2）第三章Modbus现场总线840（2）第四章PROFIBUS现场总线840（2）第五章CAN总线602（2）第六章DeviceNet现场总线602（2）合计3684（12）课内总学时（课外总学时）48（12）五、课程教学内容支撑课程目标及学时分配1第一章工业控制网络概述；工业控制网络标准与应用；重点：现场总线的定义和标准；主流工业自动化公司的工业控制网络标准；了解：现场总线的发展历程；工业控制网络现状与发展趋势；掌握：工业控制系统的分类与应用；工业以太网都定义和标准；通过现场总线发展历程以及工业控制网络的学习，启发学生求知探索、不断进取的拼搏精神。4课堂讲授法讨论教学法翻转课堂法12第二章数据通信原理；计算机网络；重点：工业控制网络设备类型；了解：工业控制网络数据编码技术、差错控制、介质访问控制方式；掌握：工业控制网络通信参考模型；通过对工业控制网络的探索，引导学生掌握设备类型，教导学生恪守职业道德，养成良好的职业习惯。4课堂讲授法讨论教学法翻转课堂法13第三章Modbus底层协议；Modbus高层协议；ModbusTCPModbus应用案例；重点：Modbus性能特点；Modbus数据帧结构；台达PLC、触摸屏、变频器的Modbus通信功能，台达工业自动化软件使用；了解：ModbusTCP；Modbus工作原理、串行通信物理层标准；Modbus常用功能码工作原理；Modbus通信系统的软硬件设计思想；掌握：Modbus通信模型；Modbus常用功能码作用；基于台达工业自动化设备实现Modbus通信；学习Modbus性能特点、原理及应用等知识，从认知角度出发，以学生为主体，在理论教学中通过行业实践案例，帮助学生提升该领域实践能力。8课堂讲授法讨论教学法翻转课堂法2、34第四章PROFIBUS物理层协议；PROFIBUS高层协议；PROFINET；PROFIBUS应用案例；重点：PROFINET；PROFIBUS-DP特点与物理层标准；PROFIBUS-DP数据链路层规范；西门子工业自动化设备和全集成自动化软件；了解：PROFIBUS兼容协议与通信模型；PROFIBUS-DP用户层规范；PROFIBUS-DP通信系统的软硬件设计思想；掌握：PROFIBUS-DP网络硬件选择与网络接线设计；PROFIBUS-DP设备GSD文件的使用；基于西门子工业自动化设备实现PROFIBUS-DP通信；通过不同现场总线的学习，以情境角度构建引领路径，在学生掌握基础理论的基础上，鼓励其积极参与行业实践和社会调研等。8课堂讲授法讨论教学法翻转课堂法2、35第五章CAN总线物理层标准；CAN总线数据帧结构；CAN总线控制器；CAN总线节点设计；重点：CAN总线特点；CAN总线位编码、位数值表示、传输距离与通信速率；CAN总线的数据帧结构；SJA1000CAN控制器引脚与内存储器分配；CAN总线节点的软硬件设计方法；了解：CAN总线历史与通信模型；CAN总线位定时与同步；CAN总线错误界定与处理；CAN控制器功能与类型；CAN总线节点设计的应用领域；掌握：CAN总线标识符功能；CAN总线物理层特点与CAN总线收发器；CAN总线数据帧、远程帧、出错帧和超载帧功能；根据CAN总线通信速率要求计算SJA1000总线定时寄存器设定值；采用单片机、CAN总线控制器与收发器实现CAN总线节点设计；通过进一步学习不同类型现场总线，引导学生在选用网络方面要善于全面观察，注重培养严谨准确精神；培养学生工程实践意识；注重过程引领，实现知识传授、能力培养与价值引领的有机融合。8课堂讲授法讨论教学法翻转课堂法2、36第六章DeviceNet概述；DeviceNet连接；DeviceNet预定义主从连接实例；DeviceNet应用案例；重点：DeviceNet现场总线特点与应用领域；DeviceNet设备的对象模型与对象描述；DeviceNet设备间数据交换的过程；DeviceNet预定义主从连接的轮询、位选通、状态改变/循环和多点连接实例的I/O触发方式特点与应用领域；DeviceNet设备功能与网络配置软件；了解：DeviceNet现场总线历史与通信模型；DeviceNet设备描述面向对象设计理念；DeviceNet连接的功能与类型；DeviceNet预定义主从连接的作用；DeviceNet网络系统的软硬件设计思想；掌握：DeviceNet设备网络接线方法；DeviceNet设备EDS文档的使用；DeviceNet建立/关闭显示信息连接的报文格式分析；采用CAN总线节点实现轮询I/O触发方式的报文设计；基于台达工业自动化设备实现DeviceNet通信；通过工业控制网络知识的进一步学习，植入学习永无止境的学习意识；植入创新精神以及创新应用；实现价值的有机统一指导、知识教育和能力培养；提高分析与实践能力和反向思维能力。8课堂讲授法讨论教学法翻转课堂法2、37实验1Modbus网络系统设计通过采用台达工业自动化设备组建Modbus网络系统，使学生了解台达PLC、变频器的主要功能，理解Modbus主从网络主要功能，掌握WPLSoft、ScreenEditor软件的使用方法，掌握基于Modbus网络的主从站的配置方法，理解基于Modbus网络的PLC编程方法。4演示法设计法实验法1238实验2PROFINET网络系统设计通过采用西门子工业自动化设备组建PROFINET网络系统，使学生学习S7-1500PLC与S210和ET200SP的工业以太网分别通信控制方法，学习基于Protal软件的S210和ET200SP分别组态和设计开发。4演示法设计法实验法123六、课程的考核环节（一）考核组成总评成绩由过程性考核和终结性成绩两部分组成，均按百分制计分，课程总评成绩＝过程性考核40%+终结性考核60%，过程性考核可以由平时成绩和实验成绩组成，分别占总评成绩的20%。（二）各考核环节所占分值比例及考核细则课程成绩构成及比例考核/评价细则参与互动讨论、随堂测验目标1每章一次课后作业，由任课教师自主安排作业内容。根据课后作业上交次数和所有次数平均分数，得到此部分总分。主要考核学生对工业控制网络基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。目标2目标3绩中所占的比例，目标1目标2目标3，乘以其在目标1目标2目标3课程目标1对应的教学目标总分值=课堂表现8+目标1试题15+实验预习2=25(L)课程目标2对应的教学目标总分值=课后作业6+目标2试题27+实验操作10=43(H)课程目标3对应的教学目标总分值=其他作业6+目标3试题18+实验报告8=32(M)（三）课程目标评价方法及达成评价理论值课程目标毕业要求指标点考核来源合计平时成绩期末成绩课堂表现课后作业其他作业实验成绩闭卷考试11-282152523-1610274335-1681832合计86620100（四）课程目标达成评价标准达成梯级考核目标及来源<60分60-69分70-79分80-89分90-100分课堂表现（支撑课程目标1）缺课6次以上，回答问题不准确，不参与互动讨论。所有随堂测验均未参加。不能完成对知识的记忆和理解。听课不够认真，上课状态一般，回答问题基本准确，偶尔参与互动讨论。参加两次随堂测验。基本完成对知识的记忆和理解。上课状态一般，回答问题准确率大于60%，参与互动讨论。参加四次随堂测验。完成对知识的记忆和理解。认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。参加五次随堂测验。较好地完成对知识的记忆和理解。积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。参加六次随堂测验。顺利完成对知识的记忆和理解。课后作业-评价标准（支撑课程目标2）不交作业3次及以上。工业控制网络基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力不达标。不交作业2次，准确率大于60%。工业控制网络基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力基本达标。不交作业1次，准确率大于70%。工业控制网络基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力达标。作业完整，准确率大于80%，字迹工整。工业控制网络基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力非常达标。作业完整，思路清晰，准确率大于90%，字迹工整。工业控制网络基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力超额达标。其他作业-评价标准（支撑课程目标3）线上学习任务点完成60%以下。课堂笔记完成60%以下。线上学习任务点完成60%-69%。课堂笔记完成60%以上。线上学习任务点完成70%-79%。课堂笔记完成80%以上。线上学习任务点完成80%-89%。课堂笔记完成90%以上。线上学习任务点完成90%-100%。课堂笔记完成100%。实验成绩-评价标准（支撑课程目标123）实验报告2次未完成。实验预习2次未完成。实验操作2次未完成。实验报告1次未完成。实验预习部分未完成。实验操作部分未完成。实验报告基本完成。实验预习部分未完成。实验操作部分未完成。实验报告基本完成。实验预习基本完成。实验操作基本完成。实验报告准确完成。实验预习准确完成。实验操作准确完成。闭卷考试-评价标准（支撑课程目标123）按标准答案进行评价；未达成课程目标要求，未能掌握工业控制网络的基本理论、基本方法和基本技能。按标准答案进行评价；基本掌握工业控制网络的基本理论、基本方法，能够掌握工业控制网络的具体应用技能，存在一些错误。按标准答案进行评价；掌握工业控制网络的基本理论、基本方法，能够掌握工业控制网络的具体应用技能。按标准答案进行评价；较好掌握工业控制网络的基本理论、基本方法，能够较好掌握工业控制网络的具体应用技能。按标准答案进行评价；熟练掌握工业控制网络的基本理论、基本方法，能够准确掌握工业控制网络的具体应用