《工业控制网络与通信》课程标准

第3页共3页《工业控制网络与通信》课程标准课程代码：114110060课程承担单位：智能制造与信息学院课程学时：54课程实训学时：16适用专业：智能控制技术学制：3制定人：胡星江制定日期：2025年8月合作单位：合作人：审核人：审核日期：2025年8月一、课程定位1.课程对应的岗位及其任务本课程是智能控制技术专业必修的一门专业平台课程，是在学习了电气识图与制图、电工与电子技术、传感器技术、维修电工课程、可编控制应用技术，具备了初步的电工电子基础、电器识别和操作能力的基础上，开设的一门理实一体化的课程。工业控制网络与通信基于PLC控制技术和计算机通信技术，是自动化与信息化相互融合的产物，推动工业实现数字化、网络化、智能化发展的关键基础技术。工业网络通过将工业中的人、机、物全面互联互通，变革传统制造模式、生产组织方式和产业形态，推动形成全新的工业生产制造和服务体系，对支撑制造强国和网络强国建设，提升产业链现代化水平，推动经济高质量发展和构建新发展格局，都具有十分重要的意义。该课程对接专业人才培养目标，面向自动化系统集成人员、智能产线维护调试人员、工业互联网工程技术人员、智能系统运行维护工程技术人员、自动控制工程技术人员等职业群，培养能够从事工业网络设计、安装、接线、编程和调试，工业网络现场设备节点接入与数据采集、工业以太网网络互联、工业标识解析服务、工业边缘计算部署、工业数据挖掘与应用、工业互联网平台管理与安全防护等岗位工作的高素质复合型技术技能人才。2.课程性质：专业基础课。3.课程地位和作用本课程是一门聚焦工业场景、实践性极强的理实一体化课程，通过本课程的学习，学生能够较熟练掌握工业控制网络的基本拓扑结构、主流通信协议（如Modbus、Profinet、EtherNet/IP等）的工作原理及数据传输规则，掌握工业控制网络的配置与调试技巧，能够读懂典型工业控制网络的通信程序，理解工业控制网络中控制器、传感器、执行器等设备的连接逻辑与信号交互方式。​本课程重点让学生掌握工业控制网络的典型应用场景（如分布式控制系统DCS、现场总线控制系统FCS、工业以太网应用等），通过理实一体化教学方法加强学生工业控制网络搭建、通信故障排查、网络参数优化等动手能力的培养，注重结合工业生产中的实际工程实例（如生产线设备协同通信、智能车间数据采集网络、工业设备远程监控网络等），培养学生利用所学知识和技能解决工业生产中所遇到的控制网络组建、通信稳定性保障、网络故障诊断等实际问题。​同时，加强创新能力培养，让学生了解与工业控制网络与通信相关的科技前沿新技术（如5G工业互联网、边缘计算与工业网络融合、时间敏感网络TSN、工业无线传感器网络WSN等），拓宽技术视野，提高学生在工业控制网络领域的技术创新与应用拓展能力。​在课程体系中，该课程先导课程是单片机技术、电工技术、电子技术、PLC技术等课程，其后续课程为工业物联网技术、智能制造系统、工业大数据分析与应用、智能工厂系统集成等课程。二、课程设计思路（1）先基础后应用的梯次课程内容安排学生在学习CAN、DeviceNet、Modbus、Profibus等典型现场总线系统之前，先学习数据编码方式、信号传输方式、通信方式、网络拓扑结构、传输介质与硬件组成、介质访问控制方式、协议分层、OSI和TCP/IP参考模型等数据通信与计算机网络基础知识。在打下较好的基础之后，再学习典型现场总线之应用知识及技能。（2）选用典型现场总线系统的典型应用案例作为教学项目选用CAN、DeviceNet、Modbus、Profibus等工业领域典型现场总线中的典型应用案例作为本课程的教学项目，以达到学以致用之目的。（3）尽可能采用现场教学的教学方法由于本课程教学内容实践性非常强，因此，尽可能地利用校内实训室、校外实习基地的资源进行现场教学。通过讲练结合、学做相辅、形成理实一体、融会贯通，让学生有效地掌握典型现场总线的知识和技能。三、课程目标1.知识目标①熟悉工业网络控制技术的基本概念和发展历程，了解其对工业生产和管理的影响和作用；②掌握工业网络控制技术的技术原理和基础知识，包括通信基础知识、现场总线基础知识、常用的工业总线、工业以太网通信技术等；③了解工业网络控制技术的应用场景和解决方案，包括智能制造、智能物流、智能供应链等；④熟悉工业网络控制技术的安全保障措施和数据隐私保护方法，掌握信息安全管理的基本要求和技术手段；⑤掌握工业网络控制技术的管理方法和实践经验，了解如何在企业中推广和应用工业网络控制技术技术，提升企业的生产效率和管理水平；⑥熟悉工业网络控制技术相关的国家政策和行业标准，了解相关法规和规范要求，掌握企业合规管理的基本知识和方法。2.能力目标①拥有工业网络控制技术的综合素质，具备开发和应用工业网络控制技术技术的能力和实践经验；②能够熟练掌握工业网络控制技术的技术和工具，包括工业总线技术、工业以太网技术等，能够运用这些技术和工具解决实际问题；③具备工业网络控制技术的管理和运营能力，能够设计和实施工业网络控制技术项目，并进行项目管理和运营管理；④具备信息安全和数据隐私保护的能力，能够识别和解决工业网络控制技术中的安全问题，制定和实施信息安全管理措施；⑤具备创新思维和创新能力，能够提出新的工业网络控制技术解决方案，并进行创新实践；⑥具备跨学科的综合能力，能够与不同领域的专业人员进行协作和沟通，实现跨学科合作。3.思政与素质目标①具备科学的工作态度和严谨的工作方法，能够以科学的态度开展工作，遵循规范的流程和方法，保证工作的质量和效率；②具备较强的学习能力和自我管理能力，能够不断学习新知识和新技术，不断完善自我，提高自身素质和能力；③具备团队协作和沟通能力，能够与团队成员和客户进行有效的沟通和合作，实现团队目标；④具备创新精神和创业意识，能够在工业网络控制技术领域中发现新机遇，提出新的解决方案，并有创业意识；⑤具备国际化视野和跨文化交流能力，能够了解国际工业网络控制技术的发展动态和趋势，具有跨文化交流能力，能够与国际合作伙伴开展合作；⑥具备良好的沟通和团队合作能力，能够与团队成员和客户进行有效的沟通和合作。四、课程内容和要求序号名称技能内容及要求知识内容及要求课程思政元素参考学时模块1工业互联网基础知识能使用行业常用资料分析工具，梳理工业互联网典型应用场景；能借助可视化工具，呈现工业互联网“云-边-端”架构关系。了解工业互联网的发展背景与行业意义；熟悉工业互联网核心技术（如物联网、大数据）的应用逻辑；掌握工业互联网“云-边-端”三级架构的组成与功能分工。结合我国工业互联网发展战略，培养家国情怀与行业使命感；通过分析工业互联网对制造业升级的推动作用，树立科技赋能产业的创新意识。4模块2数据通信基础能使用通用数据通信调试工具，捕捉并分析简单数据传输信号；能根据通信需求，选择合适的数据编码方式完成模拟传输验证。了解数据通信的基本概念（如信号、信道、带宽）；熟悉数据传输方式（串行/并行、同步/异步）的特点与适用场景；掌握数据编码（如曼彻斯特编码）、差错控制（如奇偶校验）的原理与实现方法。通过数据传输“零差错”要求，强调工业领域的严谨态度与质量意识；结合通信技术迭代史，培养追求精准、持续改进的科学精神。6模块3计算机网络基础能使用网络配置工具，完成小型局域网的IP地址分配与连通性测试；能借助网络分析工具，识别OSI七层模型中不同层的数据包特征。了解计算机网络的分类（如局域网、广域网）与拓扑结构；熟悉OSI参考模型、TCP/IP协议栈的分层逻辑与各层功能；掌握IP地址规划、子网划分及TCP/UDP协议的核心区别。通过网络分层“各司其职”的协作机制，培养团队协作意识；结合网络安全合规要求，树立网络空间法治观念与责任意识。6模块4工业串行通信接口认知能使用接口测试工具，检测工业串行接口（如RS232/485）的通信状态；能根据接口引脚定义，完成标准串行通信链路的接线与通断验证。了解工业串行通信接口的类型、引脚定义与应用场景；熟悉RS232、RS485接口的电气特性（如传输距离、抗干扰能力）差异；掌握串行通信参数（波特率、数据位、停止位、校验位）的配置原则。通过接口接线“标准化”操作，培养规范作业的工匠精神；结合串行通信“抗干扰”设计，强调工业场景中细节决定安全的责任意识。4模块5CAN总线能使用CAN总线配置工具，完成总线节点的ID设置与通信参数配置；能借助故障诊断工具，识别CAN总线常见故障（如总线开路、节点冲突）并提出解决方案。了解CAN总线的发展背景与工业应用领域；熟悉CAN总线的拓扑结构、报文格式（如数据帧、远程帧）与仲裁机制；掌握CAN总线节点配置、通信测试及故障排查的核心方法。通过CAN总线“非破坏性仲裁”机制，培养公平协作、高效解决问题的思维；结合总线故障排查的严谨流程，强化责任担当与问题解决能力。6模块6DeviceNet总线能使用组态软件，完成DeviceNet总线节点的设备组态与数据映射；能通过通信测试工具，验证DeviceNet总线的通信稳定性与数据传输准确性。了解DeviceNet总线的技术特点与适用场景（如工业设备互联）；熟悉DeviceNet总线的网络拓扑、报文结构与设备描述规范；掌握DeviceNet总线组态配置、数据交换及通信性能测试的方法。结合DeviceNet总线“设备即插即用”的标准化设计，培养工业标准化意识与合规理念；通过总线组态的协同逻辑，强化团队协作与系统思维。6模块7Modbus总线能使用Modbus调试工具，读取/写入远程设备的寄存器数据；能根据通信需求，选择ModbusRTU/TCP协议类型并完成通信链路搭建与故障排查。了解Modbus总线的协议特点与工业应用范围；熟悉ModbusRTU/TCP协议的帧结构、地址编码规则与通信流程；掌握Modbus协议配置、数据交互及常见通信故障（如超时、校验错误）的解决方法。通过Modbus协议的通用性与兼容性，培养开放协作、互联互通的行业视野；结合寄存器数据“精准读写”要求，强调工业数据的真实性与诚信意识。6模块8Profibus总线能使用Profibus专用配置工具，完成主从站网络组建与通信参数设置；能通过性能测试工具，分析Profibus总线的通信速率、响应时间等关键指标。了解Profibus总线的分类（如Profibus-DP/PA）与应用场景差异；熟悉Profibus总线的协议规范、拓扑结构与主从通信机制；掌握Profibus总线组网配置、性能测试及网络优化的核心方法。结合Profibus总线在高端制造领域的应用，培养精益求精的工匠精神；通过总线性能优化的迭代过程，树立持续改进、追求卓越的职业态度。6模块9以太网能使用工业以太网配置工具，完成交换机VLAN划分与端口参数设置；能借助网络抓包工具，分析工业以太网（如Profinet、EtherNet/IP）的报文特征与通信流程。了解工业以太网与商用以太网的技术差异及工业适配需求；熟悉工业以太网常见协议（如Profinet、EtherNet/IP）的核心特点与应用场景；掌握工业以太网组网设计、VLAN配置及报文分析的方法。结合我国工业以太网自主技术发展，培养科技自立自强的自信；通过工业以太网“高可靠、低延迟”设计要求，强化工业安全意识与责任担当。6模块10综合应用与评价能综合运用多总线配置工具，组建包含串行通信、CAN/Profibus总线及工业以太网的混合控制网络；能根据工业控制需求，完成网络数据交互、控制逻辑验证及系统优化，并撰写实训报告。了解多总线融合的工业控制网络架构设计原则；熟悉不同总线协议的适配方法与数据交互逻辑；掌握工业控制网络系统集成、性能测试、故障诊断及综合优化的完整流程。通过多总线融合的系统集成实践，培养系统思维与跨领域协作能力；结合实训报告的严谨撰写与成果评价，强化职业素养与精益求精的工作态度。4五、实施要求及建议1.师资要求任课教师需具备扎实的专业素质及高水平的工业控制领域技术能力，熟悉工业控制网络的基本拓扑原理、主流通信协议（如Modbus、Profinet、EtherNet/IP、TSN等）的技术标准与应用逻辑，掌握工业控制网络配置软件（如西门子TIAPortal、罗克韦尔Studio5000等）的操作方法，具备工业控制网络搭建、设备（控制器、传感器、执行器、工业交换机等）连接调试及通信故障诊断的实际应用能力，同时了解5G工业互联网、边缘计算与工业网络融合等前沿技术的应用场景。​教师需能够结合工业生产中的具体工程实例（如生产线设备协同通信系统、智能车间数据采集网络、工业设备远程监控网络搭建等），参考课程核心内容开展理实一体化教学，通过案例拆解、现场演示、分组实操等方式降低学习难度，增强学生的知识可接受性，激发学生对工业控制网络领域的学习兴趣；在教学过程中注重引导学生自主探索工业网络问题（如通信延迟优化、网络故障排查思路），通过任务驱动式教学培养学生的自主学习能力与问题探究能力。​教学实施中需严格落实“教学做一体化”教学模式，以真实工业场景中的网络组建、调试、优化任务为载体，引导学生将理论知识转化为实践操作，培养其运用工业控制网络知识分析解决实际问题（如控制网络稳定性保障、多协议设备兼容通信、工业网络安全防护等）的能力。因此，教师需具备较强的理论教学功底（能清晰讲解网络原理、协议逻辑等抽象内容）、高水平的实践操作能力（能熟练完成工业网络搭建与故障排查示范），以及工业控制网络软、硬件课程设计能力（可设计符合教学目标的网络配置实训、综合项目设计等教学任务）。同时，教师应具有良好的职业道德和职业精神，在教学中融入工业生产安全规范、网络通信可靠性意识、工程责任意识等职业素养内容，引导学生理解工业控制网络在智能制造中的核心作用，帮助学生提升行业职业素养，树立严谨、负责的职业道德观念。2.实训设施配备要求满足工业控制网络与通信课程实验实训需求，设施配备需围绕核心能力培养，具体要求如下：硬件平台：支持主流工业通信协议，可搭建现场层、控制层、监控层多级网络架构，能模拟工业现场数字/模拟信号采集与传输场景；软件工具：配备网络配置调试工具、组态监控软件，支持通信参数设置、数据可视化及控制逻辑验证；功能支持：具备工业网络故障模拟（如丢包、延迟）与诊断功能，可开展网络安全（如访问控制、协议防护）相关实验；实训环境：设施稳定性达标，支持分组实操，满足多组并行完成网络组建、通信测试、故障排查等实训任务。3.教学建议在教学过程中，应立足于加强学生实际操作能力的培养，采用项目式教学，以工作任务引领培养学生学习兴趣，激发学生的热情。适度应用线上资源，开展线上线下混合式教学，鼓励学生相互激励，适时进行内部编程比赛、难点悬赏等，推动教学活动从信息的单向传递向双向交流转变；学生单独学习向合作学习转变。在教学过程中，要加大实