工业网络与组态技术教案 庄艳艳

项目一S7-1200串口通信任务1.1ModbusRTU通信应用一、教学基本信息课程名称工业网络与组态技术授课地点工业网络实训室（PLC实训室）授课班级电气自动化技术专业授课学时2学时授课内容第一部分串行通信基础知识（串行通信概述、RS232/RS485接口、通信参数）

第二部分ModbusRTU协议原理（主从站模式、报文结构、功能码）

第三部分ModbusRTU通信指令（Comm_Load、Master、Slave指令）

第四部分ModbusRTU通信应用实例（两台S7-1200PLC通信实施）

第五部分任务工单实践与考核评价教学方法1.讲授法：对知识点进行讲授，帮助学生理解，启发学生思维。2.案例法：通过引入案例故事，帮助学生加深对课程内容的理解。3.（小组）讨论法：通过组织学生对开放性问题进行讨论，促进学生主动思考，互相交流想法，从而延展思路，深刻理解知识。4.课堂活动法：通过组织各种形式的课堂活动，在活跃课堂气氛的同时，调动学生学习的积极性，使学生在互动与实践中掌握并提升技能。5.体验式教学法：通过组织学生进行体验式活动，使学生对教学知识加深理解，并学以致用。6.归纳（总结）法：对重要的知识点进行归纳、总结，从而强化学生的认知。7.针对某一课题（或者知识点等）要求，综合运用资料搜集的方法，制作课件，增强学习主动性，锻炼学生的演讲能力，活跃课堂气氛。8.课后实践，让学生们参与大赛活动、访谈、调研等工作，更加具有实操性。教学目标1.掌握串行通信基本概念，理解单工/半双工/全双工、同步/异步通信的区别；

2.掌握RS232与RS485接口的电气特性、接线方式和应用场景；

3.理解ModbusRTU协议的主从站通信模式、报文结构和常用功能码；

4.掌握S7-1200PLCModbusRTU三条通信指令的功能及参数含义。1.能正确选型并组态S7-1200通信模块/通信板（CM1241/CB1241）；

2.能正确配置RS485通信参数（波特率、数据位、停止位、校验位）；

3.能独立编写ModbusRTU主站轮询程序和从站响应程序；

4.能使用监控表进行通信调试，并排查常见通信故障。1.培养严谨规范的工程操作习惯和工匠精神；

2.增强团队协作意识与沟通表达能力；

3.树立工业通信系统安全可靠的责任意识；

4.结合国产工业通信技术发展，增强核心技术自主化的使命感。教学重点1.ModbusRTU协议报文结构与功能码；

2.Modbus_Comm_Load、Modbus_Master、Modbus_Slave指令的使用；

3.ModbusRTU主站轮询程序的编写逻辑。教学重点解决策略1.通过动画演示报文逐位传输过程，直观解析报文结构；2.结合实例逐条讲解指令参数含义与配置方法；3.将轮询程序拆解为"启动读→读操作→启动写→写操作→循环"五步，分步演示编写。教学难点1.ModbusRTU主站轮询程序的时序控制与标志位运用；

2.通信参数不匹配导致的通信故障排查；

3.数据地址区与PLC数据区的对应关系。教学难点解决策略1.绘制轮询时序图，配合程序逐行讲解标志位跳转逻辑；2.整理"通信故障排查清单"（接线→参数→地址→程序），引导学生按步骤排查；3.通过对照表和实例演算，建立Modbus地址与PLC数据区的映射关系。思政融入1.核心技术自主化：结合华为、中兴等企业在工业通信领域的技术突破，引导学生理解"核心技术买不来、讨不来"，树立科技报国志向；

2.工匠精神：强调通信参数必须精确匹配（波特率、数据位等），培养一丝不苟、严谨细致的职业态度；

3.职业道德与责任感：讨论工业通信中数据错误或中断对生产的影响，强化工程师的社会责任；

4.规范意识：通过硬件接线规范、程序编写规范的训练，培养遵守行业标准的职业素养。教学资源1.教材：《工业网络与组态技术》项目一任务1.1；

2.硬件：S7-1200CPU1214C两台、CB1241RS485通信板两块、通信电缆、环境传感器；

3.软件：TIAPortalV15.1博途软件；

4.多媒体：教学课件、Modbus报文动画演示视频、接线示意图；

5.教学文件：任务工单、考核评价表、故障排查记录表。二、教学实施过程第一阶段课前课前准备教学内容教师活动学生活动设计意图教学内容：

1.发布预习任务：观看"串行通信基础"和"Modbus协议简介"微课视频；

2.推送预习思考题：RS232和RS485有何区别？Modbus为什么采用主从模式？

3.检查实训设备（S7-1200PLC、CB1241通信板、通信线）和软件环境。教师活动：

1.在学习平台发布预习资源和思考题；

2.提前检查实训室设备完好性，确保博途软件正常运行；

3.准备任务工单和考核评价表。学生活动：

1.观看预习视频，完成思考题；

2.查阅教材1.1.1节内容，标记疑问点；

3.分组（每组2人），明确分工。设计意图：

通过课前预习使学生初步建立串行通信和Modbus协议的概念，带着问题进入课堂，提高课中学习效率；提前检查设备保障实训顺利进行。第二阶段课中教学环节教学内容教师活动学生活动设计意图环节一

情境导入

（5分钟）教学内容：

展示工业自动化生产线视频，提出问题：PLC如何与变频器、传感器、仪表等设备交换数据？引出串行通信和Modbus协议的应用场景。教师活动：

1.播放工业现场通信应用视频；

2.提出引导问题，组织学生简短讨论；

3.引出本任务学习目标。学生活动：

1.观看视频，思考工业设备间的数据交换方式；

2.参与讨论，分享已知的通信方式；

3.明确本任务学习目标。设计意图：

从真实工业场景切入，激发学生学习兴趣，建立"为什么学"的认知，明确学习目标。环节二

串行通信

基础知识

（12分钟）教学内容：

1.串行通信概述：并行vs串行、单工/半双工/全双工、同步/异步；

2.异步串行通信数据格式：起始位、数据位、校验位、停止位；

3.串行通信接口：RS232（三线制、全双工、点对点、≤15m）、RS485（两线制、半双工、总线型、≤1000m、≤32从站）；

4.通信参数：波特率、数据位、停止位、奇偶校验。教师活动：

1.结合示意图讲解串行通信基本概念；

2.对比讲解RS232与RS485的区别（电气特性、接线、距离、方式）；

3.强调通信参数必须匹配的重要性；

4.随堂提问检验理解。学生活动：

1.听讲并记录关键知识点；

2.完成RS232与RS485对比表格；

3.回答教师提问，参与互动。设计意图：

夯实通信基础理论，为后续Modbus协议学习和硬件接线做铺垫；通过对比表格加深记忆。环节三

ModbusRTU

协议原理

（13分钟）教学内容：

1.Modbus协议概述：Modicon公司1979年开发，工业标准协议，ASCII/RTU两种模式；

2.主从站通信模式：一个主站、多个从站（地址1~247），主站发起请求、从站应答；

3.报文结构：从站地址(1B)+功能码(1B)+数据区(NB)+CRC校验(2B)；

4.常用功能码：01读线圈、02读离散输入、03读保持寄存器、05写单线圈、06写单寄存器、15写多线圈、16写多寄存器；

5.Modbus数据地址区与S7-1200数据区对应关系。教师活动：

1.播放Modbus报文传输动画，逐字段解析报文结构；

2.举例演算报文：将H0017写入01号从站H0001地址；

3.讲解功能码分类及对应操作；

4.板书Modbus地址与PLC数据区映射表。学生活动：

1.观看动画，理解报文传输过程；

2.跟随教师演算报文实例；

3.记录功能码和地址映射关系；

4.小组讨论：为什么Modbus采用主从模式？设计意图：

通过动画和实例演算将抽象的协议报文具体化，帮助学生理解ModbusRTU通信原理，为编程实操奠定理论基础。环节四

ModbusRTU

通信指令

（15分钟）教学内容：

1.S7-1200串口通信硬件：CM1241RS232/RS422/485模块、CB1241RS485通信板；

2.Modbus_Comm_Load指令：组态通信端口参数（PORT、BAUD、PARITY、BITS、STOP_BITS、MODE、MB_DB）；

3.Modbus_Master指令：主站通信（REQ、MB_ADDR、MODE、DATA_ADDR、DATA_LEN、DATA_PTR）；

4.Modbus_Slave指令：从站通信（MB_ADDR、MB_HOLD_REG）；

5.指令使用注意事项：先执行Comm_Load、同一接口只能主或从、多Master需轮询。教师活动：

1.展示通信模块/通信板实物，介绍选型和安装；

2.在博途软件中演示三条指令的调用和参数配置；

3.逐条讲解关键参数含义；

4.强调指令调用顺序和注意事项。学生活动：

1.观察硬件实物，认识通信模块和通信板；

2.跟随教师在博途中查看指令；

3.记录各指令关键参数；

4.提问互动，澄清疑问。设计意图：

理论与软件操作结合，使学生掌握ModbusRTU通信指令的使用方法，为独立编程做好准备。环节五

实例演示

硬件接线与

组态（10分钟）教学内容：

实例：两台S7-1200PLCModbusRTU通信，主站读从站DB100.DBW0~4，主站写从站Q0.0~4。

1.硬件组成：CPU1214C两台、CB1241RS485两块、编程计算机；

2.RS485接线：两线制A/B对接，终端电阻120Ω；

3.博途项目创建：新建项目、添加CPU、设置IP地址、激活系统存储器字节；

4.组态CB1241通信板：设置9.6kbps、无校验、8数据位、1停止位。教师活动：

1.展示RS485接线图，演示硬件接线；

2.在博途中演示新建项目、添加设备、设置IP和系统存储器；

3.演示组态CB1241通信板及参数配置；

4.强调主从站通信参数必须一致。学生活动：

1.观察接线演示，记录接线要点；

2.跟随教师操作博途软件；

3.完成硬件组态和通信参数配置；

4.互相检查组态结果。设计意图：

通过教师演示+学生跟练，掌握硬件接线和软件组态的规范流程，培养规范操作习惯。环节六

实例演示

主站程序

编写（15分钟）教学内容：

1.创建数据块DB10（取消优化访问），建立接收数据区（5字数组）和写数据区（5位数组）；

2.设置RS485半双工模式：首次循环将MODE赋值为4；

3.调用Modbus_Comm_Load：首次循环执行，配置端口参数，MB_DB指向Master背景DB；

4.主站轮询程序编写：

①启动读轮询标志位；

②Modbus_Master读指令（MODE=0，读从站保持寄存器5个字）；

③启动写轮询标志位；

④Modbus_Master写指令（MODE=1，写从站线圈5个位）；

⑤完成后回到读轮询，实现循环。教师活动：1.创建数据块和变量；2.编写主站通信程序；3.讲解轮询逻辑，关键指令；学生活动：

1.跟随教师创建数据块和变量；

2.逐步编写主站通信程序；

3.理解轮询逻辑，标注关键指令；

4.遇到问题及时提问。设计意图：

突破教学难点——主站轮询程序编写，通过分步演示和流程图辅助，使学生掌握时序控制方法。环节七

从站程序

与通信调试

（10分钟）教学内容：

1.从站组态：添加第二台CPU、设置IP、组态CB1241（参数与主站一致）；

2.创建DB100数据块（取消优化访问），建立5字数组作为保持寄存器；

3.从站程序：设置RS485模式→调用Comm_Load（MB_DB指向Slave背景DB）→调用Modbus_Slave（MB_ADDR=2，MB_HOLD_REG指向DB100）；

4.程序下载与监控：编译下载到两台PLC，用监控表观察通信数据；

5.常见故障：接线错误、参数不匹配、地址冲突、DB块优化访问未取消。学生活动：

1.完成从站程序编写；

2.下载程序并使用监控表调试；

3.观察通信数据是否正确传输；

4.记录故障现象和排查过程。设计意图：

完成完整通信实例的实施，通过监控表验证通信效果，培养调试和故障排查能力。环节八

总结与

任务布置

（5分钟）教学内容：

1.课堂总结：回顾串行通信基础、ModbusRTU协议、三条通信指令、主从站编程要点；

2.布置任务工单：S7-1200PLC与环境传感器ModbusRTU通信，读取温度、湿度数据到DB2.DBW0/DBW2；

3.布置课后作业：巩固与提高（理论题、实践题、编程题、拓展应用题）。学生活动：

1.参与知识点回顾，梳理知识体系；

2.领取任务工单，明确实践任务；

3.记录课后作业要求。设计意图：

梳理巩固所学知识，通过任务工单实现知识迁移应用，课后作业延伸学习并融入思政思考。第三阶段课后拓展巩固教学内容教师活动学生活动设计意图教学内容：

1.完成任务工单：S7-1200与环境传感器ModbusRTU通信实践（计划→决策→实施→验收）；

2.分组完成接线、编程、调试，填写工作计划表、电气连接检测表、程序调试过程表、测试结果表、故障排查记录表；

3.拓展探究：调研ModbusRTU与ModbusTCP的优缺点及适用场景。教师活动：

1.在线答疑，指导学生完成任务工单；

2.巡查各组实践进度，提供技术支持；

3.组织小组汇报和互评；

4.收集学生常见问题，下次课集中解答。学生活动：

1.分组完成任务工单实践；

2.填写各类过程记录表；

3.小组汇报实施过程和结果；

4.完成拓展调研，形成简短报告。设计意图：

通过任务工单实现"做中学"，将课堂知识迁移到新的应用场景；拓展探究培养自主学习和对比分析能力。课后作业：

（一）理论题：

1.解释ModbusRTU协议基本工作原理（主从站模式、数据帧结构、校验方式）；

2.列举至少三种ModbusRTU功能码并简述作用；

3.列举S7-1200配置ModbusRTU主站的主要参数及作用。

（二）实践题：

1.如何配置CM1241RS485模块通信参数以匹配从站？列出关键步骤；

2.描述如何通过S7-1200对Modbus从站进行写操作以改变保持寄存器值；

3.针对Modbus通信故障，提出可能原因及排查步骤。

（三）编程题：

1.用TIAPortal编写ModbusRTU主站程序，周期性读取从站保持寄存器40001并存入DB块；

2.编写S7-1200作为Modbus主站读取从站保持寄存器值的程序。

（四）拓展应用题：

从站地址=1，读取保持寄存器40001，写出完整ModbusRTU请求帧并解释各字段；讨论工程师如何确保工业通信系统可靠性；比较ModbusRTU与ModbusTCP；结合国产工业通信发展谈核心技术自主化。三、学生学习评价1.基本能达到要求，进行课堂互动，能够积极思考，以及完成相关拓展训练等活动。

2.部分同学能够根据教师的提示主动搜寻相关资料，以期得到更多的知识。

3.课程多样性激发学生的积极主动性。

4.过程性评价：课前预习（10%）、课堂参与（20%）、任务工单完成（40%）、课后作业（20%）、团队协作（10%）。

5.结果性评价：通信程序编写正确性、通信调试成功率、故障排查能力。四、反思与改进创新点1.采用"动画演示+实例演算"方式解析抽象的Modbus报文结构，降低理解难度；

2.主站轮询程序采用"流程图+分步编写"教学法，突破教学难点；

3.设置"故意故障"环节，引导学生自主排查，培养工程实践能力；

4.将核心技术自主化、工匠精神等思政元素自然融入教学内容。不足点1.2学时内完成理论讲解+实例演示时间较紧，部分学生可能跟不上编程节奏；

2.实训设备数量有限，部分学生动手操作时间不足；

3.Modbus协议理论部分较抽象，基础薄弱学生理解有困难。改进措施1.将部分理论内容前移至课前预习视频，课中侧重实操和答疑；

2.采用"异质分组"和"小老师"制度，让先完成的学生帮助组内同学；

3.增加课后开放实训室时间，为学生提供更多动手练习机会；

4.制作Modbus报文交互小程序，让学生可手动组包观察报文，增强互动体验。

任务1.2自由口通信应用一、教学基本信息课程名称工业网络与组态技术授课地点工业网络实训室授课班级自动化/电气自动化专业授课学时12学时授课内容第一部分：自由口通信原理与应用场景（扫码枪、智能仪表）。

第二部分：S7-1200自由口通信指令（RCV_PTP,SEND_PTP）。

第三部分：扫码自动分拣产线案例的硬件连接与参数设置。

第四部分：扫码枪数据收发与自动分拣的PLC程序编写与调试。教学方法1.案例法：以超市商品扫码分拣为案例，贯穿整个教学过程。

2.讲授法：讲解自由口通信的灵活性和数据格式处理。

3.演示法：演示扫码枪参数设置和PLC程序逻辑。

4.任务驱动法：学生分组完成两台PLC间的自由口数据发送与接收任务。教学目标知识目标

1.理解自由口通信的原理及其与标准协议通信的区别。

2.掌握S7-1200自由口通信指令（RCV_PTP,SEND_PTP）的使用方法。

3.了解扫码枪等第三方设备的通信参数设置方法。

能力目标

1.能够完成PLC与扫码枪（通过转换器）的硬件连接。

2.能够编写程序实现PLC对扫码枪数据的接收、解析和处理。

3.能够设计并调试一个基于自由口通信的简单自动化控制流程。

素质目标

1.培养学生处理非标准化问题的灵活性和创新能力。

2.强化学生在数据解析和处理中的逻辑思维能力。教学重点1.自由口通信指令RCV_PTP和SEND_PTP的应用。

2.扫码枪数据的接收与字符串处理。解决策略1.结合扫码枪案例，分步讲解数据接收、缓存、转换的流程。

2.提供数据格式示例，指导学生编写数据解析程序。教学难点1.自由口通信参数的匹配（波特率、校验位等）。

2.接收数据的完整性判断与解析。1.强调通信双方参数必须一致，并使用串口调试助手辅助验证。

2.引导学生利用接收完成信号和定时器来判断数据帧的结束。思政融入1.创新精神：鼓励学生探索自由口通信在连接各种非标设备中的应用，培养解决复杂工程问题的创新思维。

2.严谨细致：在数据解析环节，强调对每一个数据位的精确处理，培养严谨的科学态度。教学资源1.硬件：S7-1200PLC、CB1241通信板、Honeywell扫码枪、RS232转RS485转换器、传感器、气缸。

2.软件：TIAPortalV15.1。

3.资料：教材、扫码枪设置手册、任务工单。二、教学实施过程第一阶段课前课前准备教学内容教师活动学生活动设计意图知识预习1.自由口通信概念。

2.扫码枪工作原理。1.发布预习资料，介绍自由口通信的灵活性。

2.布置思考题：自由口通信与ModbusRTU有何不同？1.阅读教材1.2.1节。

2.思考并尝试回答问题。引导学生对比不同通信方式，理解自由口通信的应用价值。第二阶段课中教学环节教学内容教师活动学生活动设计意图环节一

（15分钟）案例导入

1.介绍超市商品保质期复检的背景。

2.引出扫码自动分拣产线的任务需求。1.展示产线示意图，讲解工作流程。

2.提出任务：如何用PLC读取扫码枪信息并控制分拣？1.理解案例背景和控制要求。

2.分析任务，思考解决方案。以实际工程案例激发学习兴趣，明确学习任务。环节二

（30分钟）知识讲解

1.自由口通信原理与指令（RCV_PTP,SEND_PTP）。

2.扫码枪参数设置（波特率、数据位、触发模式）。1.讲解自由口通信的特点和指令用法。

2.演示如何通过扫描设置码来配置扫码枪。1.学习自由口通信指令。

2.动手扫描设置码，配置扫码枪参数。掌握实现自由口通信的理论知识和硬件准备。环节三

（30分钟）硬件连接

1.PLC、转换器、扫码枪的接线。

2.PLC通信板参数组态。1.展示硬件连接图，强调接线顺序。

2.指导学生在TIAPortal中组态CB1241模块的通信参数。1.根据图纸完成硬件接线。

2.在软件中设置与扫码枪匹配的通信参数（9600,偶校验,8,1）。培养学生规范接线和硬件组态的能力。环节四

（120分钟）任务实施

1.编写扫码枪数据收发子程序（FC2）。

2.编写自动分拣主程序（FC3）。

3.程序下载与联合调试。1.引导学生分模块编程：先调试通信，再调试逻辑。

2.巡视指导，帮助学生解决数据解析和程序逻辑中的问题。

3.演示如何使用监控表观察字符串数据。1.编写程序，实现扫码枪数据的接收和字符串到整数的转换。

2.编写分拣逻辑，控制输送带和气缸。

3.下载程序，进行整体调试，观察分拣效果。通过综合性项目，全面提升学生的编程、调试和系统集成能力。环节五

（15分钟）总结与拓展

1.总结自由口通信的关键点。

2.讨论自由口通信的其他应用场景。1.总结数据接收、解析、应用的完整流程。

2.引导学生思考自由口通信还可用于连接哪些设备（如打印机、仪表）。1.回顾学习过程，总结经验。

2.拓展思维，探讨自由口通信的广泛应用。巩固知识，并引导学生将所学迁移到其他应用场景。第三阶段课后拓展巩固教学内容教师活动学生活动设计意图作业布置1.完成两台PLC之间的自由口通信任务工单。

2.预习任务1.3（USS通信）。1.布置课后任务，明确要求。

2.提供参考思路。1.分组完成两台PLC的自由口通信编程与调试。

2.预习USS协议。巩固自由口通信技能，并为下一任务做准备。课后作业撰写实训报告，分析在数据解析过程中遇到的问题及解决方法。三、学生学习评价1.过程评价：观察学生在硬件接线、参数设置、程序编写过程中的规范性和独立性。

2.结果评价：根据扫码分拣功能的实现情况、数据解析的准确性进行评价。

3.报告评价：评价实训报告的完整性和对问题的分析深度。四、反思与改进创新点不足点改进措施

任务1.3USS通信应用一、教学基本信息课程名称工业网络与组态技术授课地点工业网络实训室授课班级自动化/电气自动化专业授课学时12学时授课内容第一部分：USS通信协议基础及其在驱动控制中的应用。

第二部分：S7-1200USS通信指令（USS_Port_Scan,USS_Drive_Control等）。

第三部分：SINAMICSV20变频器的USS通信参数设置。

第四部分：PLC与变频器USS通信的程序编写与调试（启停、调速、读写参数）。教学方法1.讲授法：讲解USS协议的主从结构和报文特点。

2.演示法：演示变频器参数设置和USS指令的调用。

3.任务驱动法：学生完成PLC通过USS协议控制变频器运行的任务。

4.对比法：对比USS指令库“USS通信”与“USS”的区别。教学目标知识目标

1.掌握USS通信协议的基本原理和特点。

2.熟悉S7-1200的USS通信指令及其功能。

3.掌握SINAMICSV20变频器USS通信相关参数的设置方法。

能力目标

1.能够正确设置变频器的USS通信参数。

2.能够编写PLC程序，通过USS协议实现对变频器的启停、调速控制。

3.能够使用USS指令读写变频器的参数。

素质目标

1.培养学生对驱动控制系统的整体认知。

2.强化安全操作意识，特别是在调试电机运行时。教学重点1.变频器USS通信参数的设置。

2.USS_Drive_Control指令的应用。解决策略1.提供变频器参数设置清单，让学生逐项设置并核对。

2.详细讲解USS_Drive_Control指令各引脚的含义，并通过实例演示。教学难点1.USS通信中PZD（过程数据）和PKW（参数区）的理解。

2.循环中断OB（OB30）在USS通信中的作用。1.用比喻（如PZD是高速公路，PKW是小路）帮助学生理解。

2.强调USS_Port_Scan指令需要在循环中断中调用，以保证通信的实时性。思政融入1.规范意识：强调严格按照设备手册设置参数，培养遵守技术规范的职业素养。

2.安全意识：在电机调试环节，反复强调安全操作规程，培养“安全第一”的责任意识。教学资源1.硬件：S7-1200PLC、CM1241RS485模块、SINAMICSV20变频器、电机。

2.软件：TIAPortalV16。

3.资料：教材、V20变频器手册、任务工单。二、教学实施过程第一阶段课前课前准备教学内容教师活动学生活动设计意图知识预习1.USS协议简介。

2.变频器基本操作。1.发布USS协议和变频器入门资料。

2.布置预习任务：了解变频器面板操作。1.阅读资料，了解USS协议。

2.熟悉变频器操作面板。为课堂上的参数设置和调试打下基础。第二阶段课中教学环节教学内容教师活动学生活动设计意图环节一

（15分钟）任务导入

1.介绍USS协议在驱动控制中的应用。

2.明确任务：PLC通过USS控制V20变频器。1.讲解USS协议的特点和应用场景。

2.展示任务目标：启停、调速、读写参数。1.了解USS协议的重要性。

2.明确本任务的学习目标。激发学习兴趣，明确任务导向。环节二

（30分钟）知识讲解与参数设置

1.USS通信指令介绍。

2.V20变频器USS参数设置（P2000-P2014等）。1.讲解USS指令库的区别和主要指令功能。

2.演示并指导学生设置变频器参数，强调修改P2023后需重新上电。1.学习USS指令。

2.动手设置变频器参数，并记录。掌握USS通信的软硬件准备。环节三

（30分钟）硬件连接与组态

1.PLC与变频器的RS485接线。

2.TIAPortal中CM1241模块的组态。1.展示接线图，强调A/B线的连接。

2.指导学生在软件中组态通信模块，设置波特率等参数。1.完成硬件接线。

2.在TIAPortal中完成硬件组态，确保参数与变频器一致。培养学生硬件连接和软件组态的实践能力。环节四

（120分钟）任务实施

1.创建循环中断OB30，调用USS_Port_Scan。

2.编写主程序，调用USS_Drive_Control实现启停和调速。

3.调用USS_Read_Param和USS_Write_Param读写参数。

4.程序下载与调试。1.引导学生分步实施：先建立通信，再实现控制，最后读写参数。

2.巡视指导，解决学生在指令调用和参数设置中遇到的问题。

3.强调调试时的安全注意事项。1.编写并调试程序，实现变频器的正反转、调速。

2.尝试读取和修改变频器的加减速时间等参数。

3.观察电机运行状态，记录调试结果。通过实践掌握USS通信的完整应用流程。环节五

（15分钟）总结与评价

1.总结USS通信的关键步骤和注意事项。

2.展示学生成果，进行评价。1.总结USS通信的要点，特别是OB30的作用。

2.邀请学生分享调试经验，并进行点评。1.回顾学习内容，总结经验教训。

2.参与成果展示和互评。巩固知识，分享经验，提升表达能力。第三阶段课后拓展巩固教学内容教师活动学生活动设计意图作业布置1.完成USS通信任务工单。

2.思考USS与ModbusRTU的异同。1.布置作业，提供参考思路。

2.鼓励学生进行对比分析。1.完成工单，巩固技能。

2.进行对比分析，深化理解。巩固所学知识，并培养对比分析和归纳总结的能力。课后作业撰写实训报告，重点描述变频器参数设置过程和USS通信调试中遇到的问题。三、学生学习评价1.过程评价：观察学生在变频器参数设置、程序编写和调试过程中的表现。

2.结果评价：根据变频器控制功能（启停、调速、参数读写）的实现情况进行评价。

3.安全评价：评价学生在电机调试过程中的安全操作规范。四、反思与改进创新点不足点改进措施

项目2S7-1200以太网通信任务2.1PROFINET通信应用一、教学基本信息课程名称工业网络与组态技术授课地点工业网络实训室授课班级自动化/电气自动化专业授课学时4学时授课内容第一部分：工业以太网与PROFINET基础（IO控制器、IO设备）。

第二部分：S7-1200的PROFINET通信能力与智能IO设备功能。

第三部分：两台S7-1200PLC的PROFINET通信组态（控制器与设备）。

第四部分：通信数据交换区的配置与程序测试。教学方法1.讲授法：讲解PROFINET的实时通信机制和角色划分。

2.演示法：演示在TIAPortal中组态IO控制器和IO设备。

3.任务驱动法：学生完成两台PLC之间的PROFINETIO通信任务。

4.对比法：对比PROFINET与串口通信的区别。教学目标知识目标

1.理解工业以太网和PROFINET的基本概念。

2.掌握PROFINETIO控制器和IO设备的角色与功能。

3.了解S7-1200的智能IO设备功能。

能力目标

1.能够正确配置两台S7-1200PLC的IP地址。

2.能够在TIAPortal中组态PROFINETIO通信，并设置数据交换区。

3.能够通过监控表验证PROFINET通信的数据交换。

素质目标

1.培养学生对工业以太网技术的认知。

2.强化网络规划与配置的规范性。教学重点1.PROFINETIO控制器与IO设备的组态。

2.传输区域（数据交换区）的配置。解决策略1.通过图示和实例，清晰讲解控制器与设备的角色关系。

2.分步演示传输区域的添加和地址分配，强调地址的一致性。教学难点1.智能IO设备概念的理解。

2.传输区域地址的对应关系。1.用“既是员工又是老板”的比喻解释智能IO设备。

2.使用表格清晰地列出控制器和设备两端的地址映射关系。思政融入1.标准意识：强调遵循PROFINET等国际标准的重要性，培养标准化思维。

2.全局观念：在网络配置中，强调IP地址规划的全局性，培养系统思维。教学资源1.硬件：S7-1200PLC两台、工业交换机、网线。

2.软件：TIAPortalV15.1。

3.资料：教材、PPT、任务工单。二、教学实施过程第一阶段课前课前准备教学内容教师活动学生活动设计意图知识预习1.工业以太网基础。

2.PROFINET简介。1.发布预习资料，介绍工业以太网的优势。

2.布置思考题：PROFINET与ModbusTCP有何关系？1.阅读资料，了解工业以太网。

2.思考问题，带着疑问上课。引导学生了解技术发展趋势，激发学习兴趣。第二阶段课中教学环节教学内容教师活动学生活动设计意图环节一

（10分钟）任务导入

1.介绍智能工厂对高速、实时通信的需求。

2.引出PROFINET通信任务。1.讲解工业以太网在现代自动化中的地位。

2.明确本任务目标：实现两台PLC间的PROFINETIO通信。1.理解PROFINET的应用背景。

2.明确学习任务和目标。激发学习兴趣，明确任务导向。环节二

（25分钟）知识讲解

1.PROFINET基础：IO控制器、IO设备、智能设备。

2.S7-1200的PROFINET通信能力。1.结合图示，讲解PROFINET的角色划分和通信原理。

2.介绍S7-1200作为IO控制器和IO设备的能力。1.认真听讲，理解PROFINET的核心概念。

2.思考不同角色的功能差异。夯实理论基础，为后续组态做准备。环节三

（20分钟）硬件连接与IP配置

1.使用交换机连接两台PLC。

2.在TIAPortal中为两台PLC设置IP地址。1.演示硬件连接方法。

2.指导学生在设备视图中配置PROFINET接口的IP地址和子网掩码。1.完成硬件接线。

2.分别为两台PLC设置不同的IP地址（如192.168.0.1和192.168.0.2）。掌握PROFINET通信的硬件准备和基本网络配置。环节四

（90分钟）任务实施

1.组态IO控制器（PLC_1）。

2.组态IO设备（PLC_2），并分配给控制器。

3.配置传输区域（数据交换区）。

4.程序下载与监控测试。1.演示：演示如何将PLC_2组态为IO设备，并分配给PLC_1。

2.引导：指导学生配置传输区，如IB500<->QB500。

3.巡视指导：帮助学生解决组态和地址分配中的问题。

4.演示调试：演示如何使用监控表验证数据交换。1.在TIAPortal中完成IO控制器和IO设备的组态。

2.配置输入和输出传输区域，确保地址对应。

3.下载程序，通过修改和监控QB/IB地址，验证数据是否能双向传输。通过实践掌握PROFINETIO通信的核心组态和调试技能。环节五

（15分钟）总结与拓展

1.总结PROFINETIO通信的配置流程。

2.介绍PROFINET的实时性（RT/IRT）。1.带领学生回顾从设备组态到数据交换的完整步骤。

2.简要介绍PROFINET的实时通信等级，拓展学生视野。1.回顾学习内容，总结经验。

2.了解PROFINET的高级特性。巩固知识，并引导学生了解更深入的工业以太网技术。第三阶段课后拓展巩固教学内容教师活动学生活动设计意图作业布置1.完成PROFINET通信任务工单。

2.预习任务2.2（S7通信）。1.布置作业，明确要求。

2.提示S7通信与PROFINETIO通信的区别。1.完成工单，巩固技能。

2.预习S7通信，思考其应用场景。巩固所学知识，并为下一任务做准备。课后作业撰写实训报告，总结PROFINETIO通信的配置要点和调试心得。三、学生学习评价1.过程评价：观察学生在网络组态、IP地址配置和传输区设置过程中的规范性和准确性。

2.结果评价：根据PROFINET通信是否成功建立，数据能否准确交换进行评价。

3.报告评价：评价实训报告的完整性和对问题的分析深度。四、反思与改进创新点不足点改进措施

任务2.2S7通信应用实例一、教学基本信息课程名称工业网络与组态技术授课地点工业网络实训室授课班级自动化/电气自动化专业授课学时4学时授课内容第一部分：S7通信协议基础（客户端/服务器模型）。

第二部分：S7通信指令（GET/PUT）的功能与参数。

第三部分：两台S7-1200PLC的S7通信组态与编程。

第四部分：程序下载与通信测试。教学方法1.讲授法：讲解S7通信的客户端/服务器模型。

2.演示法：演示S7连接的组态和GET/PUT指令的调用。

3.任务驱动法：学生完成两台PLC间的S7通信数据读写任务。

4.对比法：对比S7通信与PROFINETIO通信的异同。教学目标知识目标

1.理解S7通信的客户端/服务器模型。

2.掌握S7通信指令GET和PUT的功能及参数含义。

3.了解S7通信的连接资源概念。

能力目标

1.能够在TIAPortal中组态S7连接。

2.能够编写程序，使用GET/PUT指令实现PLC间的数据交换。

3.能够配置服务器端的“允许来自远程对象的PUT/GET通信访问”。

素质目标

1.培养学生对西门子私有通信协议的理解。

2.强化编程中的地址规划和数据安全意识。教学重点1.S7连接的组态方法。

2.GET/PUT指令的应用。解决策略1.通过“网络视图”拖拽连线的方式，直观演示S7连接的建立。

2.详细讲解GET/PUT指令的ID、ADDR、RD/SD等关键参数。教学难点1.客户端与服务器角色的理解。

2.GET/PUT指令中指针参数的使用。1.用“点菜（客户端）”和“上菜（服务器）”的比喻来解释角色。

2.通过实例详细解释指针的格式（P#DBx.DBXy.z类型长度）。思政融入1.安全意识：讲解服务器端访问权限设置的重要性，培养学生的网络安全意识。

2.规范意识：强调编程时地址规划和注释的规范性。教学资源1.硬件：S7-1200PLC两台、工业交换机、网线。

2.软件：TIAPortalV15.1。

3.资料：教材、PPT、任务工单。二、教学实施过程第一阶段课前课前准备教学内容教师活动学生活动设计意图知识预习1.S7通信简介。

2.客户端/服务器模型。1.发布预习资料，介绍S7通信的特点。

2.布置思考题：S7通信与以太网通信的关系？1.阅读资料，了解S7通信。

2.思考问题，建立初步概念。引导学生了解S7通信的基本模型，为课堂学习做准备。第二阶段课中教学环节教学内容教师活动学生活动设计意图环节一

（10分钟）任务导入

1.回顾PROFINETIO通信。

2.引出S7通信任务：实现PLC间更灵活的数据交换。1.对比PROFINETIO通信，引出S7通信的应用场景。

2.明确本任务目标：使用GET/PUT指令进行数据读写。1.回顾旧知，理解新任务的出发点。

2.明确学习任务。建立知识联系，激发学习兴趣。环节二

（25分钟）知识讲解

1.S7通信原理：客户端/服务器模型。

2.GET/PUT指令详解。1.讲解S7通信的单向连接特性（客户端主动）。

2.详细剖析GET/PUT指令的各个引脚参数，特别是指针格式。1.理解客户端和服务器的角色分工。

2.学习GET/PUT指令的用法，记录关键参数。掌握S7通信的核心理论和编程工具。环节三

（20分钟）硬件与连接组态

1.PLC的IP地址配置。

2.在“网络视图”中组态S7连接。1.指导学生配置两台PLC的IP地址。

2.演示如何在网络视图中拖拽创建S7连接，并查看连接ID。1.完成IP地址配置。

2.在TIAPortal中组态S7连接，记录连接ID。掌握S7通信的组态方法。环节四

（90分钟）任务实施

1.编写客户端程序：调用GET/PUT指令。

2.配置服务器端：激活“允许PUT/GET访问”。

3.创建数据块并取消优化访问。

4.程序下载与监控测试。1.引导：引导学生分步编写客户端程序，正确填写ID和指针。

2.强调：重点提醒学生必须在服务器端激活访问权限。

3.巡视指导：帮助学生解决指针错误、连接失败等问题。

4.演示调试：演示如何通过监控表验证数据读写。1.编写客户端程序，实现从服务器读取数据和向服务器写入数据。

2.在服务器CPU属性中激活访问权限。

3.创建非优化DB块用于数据交换。

4.下载程序，监控数据变化，验证通信功能。通过实践掌握S7通信的完整编程和调试流程。环节五

（15分钟）总结与对比

1.总结S7通信的配置与编程要点。

2.对比S7通信与PROFINETIO通信。1.带领学生回顾S7通信的关键步骤。

2.组织讨论两种通信方式的区别和适用场景。1.回顾学习内容，总结经验。

2.参与讨论，深化对两种通信方式的理解。巩固知识，并通过对比提升学生的综合应用能力。第三阶段课后拓展巩固教学内容教师活动学生活动设计意图作业布置1.完成S7通信任务工单。

2.预习任务2.3（ModbusTCP）。1.布置作业。

2.提示ModbusTCP是开放式协议。1.完成工单，巩固技能。

2.预习ModbusTCP，思考其与S7通信的区别。巩固所学知识，并为下一任务做准备。课后作业撰写实训报告，比较S7通信和PROFINETIO通信的优缺点。三、学生学习评价1.过程评价：观察学生在连接组态、指令调用和权限设置过程中的表现。

2.结果评价：根据S7通信是否成功，数据读写是否准确进行评价。

3.报告评价：评价实训报告的完整性和对比分析能力。四、反思与改进创新点不足点改进措施

任务2.3ModbusTCP通信应用一、教学基本信息课程名称工业网络与组态技术授课地点工业网络实训室授课班级自动化/电气自动化专业授课学时6学时授课内容第一部分：ModbusTCP协议基础（与ModbusRTU的对比）。

第二部分：ModbusTCP通信指令（MB_CLIENT,MB_SERVER）。

第三部分：S7-1200作为ModbusTCP客户端/服务器的组态与编程。

第四部分：连接参数（TCON_IP_v4）的配置与通信调试。教学方法1.讲授法：讲解ModbusTCP的报文结构和通信机制。

2.演示法：演示MB_CLIENT/MB_SERVER指令的调用和连接参数的配置。

3.任务驱动法：学生完成两台PLC间的ModbusTCP通信任务。

4.对比法：对比ModbusTCP与ModbusRTU的异同。教学目标知识目标

1.理解ModbusTCP协议的原理及其与ModbusRTU的区别。

2.掌握ModbusTCP通信指令MB_CLIENT和MB_SERVER的功能及参数。

3.了解TCON_IP_v4数据类型的结构和作用。

能力目标

1.能够配置S7-1200作为ModbusTCP客户端和服务器。

2.能够编写程序，实现PLC间的ModbusTCP数据读写。

3.能够正确配置连接参数，建立TCP连接。

素质目标

1.培养学生对开放式通信协议的理解和应用能力。

2.强化网络通信中的IP地址规划和管理意识。教学重点1.MB_CLIENT/MB_SERVER指令的应用。

2.TCON_IP_v4连接参数的配置。解决策略1.通过实例详细讲解客户端和服务器指令的调用流程和参数设置。

2.分步演示如何创建和配置TCON_IP_v4数据块。教学难点1.客户端与服务器角色的程序逻辑差异。

2.TCON_IP_v4结构体中各参数的含义和设置。1.通过流程图清晰地展示客户端（主动连接）和服务器（被动监听）的逻辑区别。

2.使用表格详细解释TCON_IP_v4的每个字段，如RemoteAddress,RemotePort等。思政融入1.开放与兼容：通过ModbusTCP这一开放协议，培养学生开放兼容、协同合作的技术视野。

2.规范意识：强调IP地址和端口号等网络参数配置的规范性。教学资源1.硬件：S7-1200PLC两台、工业交换机、网线。

2.软件：TIAPortalV15.1。

3.资料：教材、PPT、任务工单。二、教学实施过程第一阶段课前课前准备教学内容教师活动学生活动设计意图知识预习1.ModbusTCP协议简介。

2.TCP/IP基础。1.发布预习资料，对比ModbusTCP和RTU。

2.布置思考题：ModbusTCP的优势是什么？1.阅读资料，了解ModbusTCP。

2.思考问题，建立初步概念。引导学生了解开放式通信协议，为课堂学习做准备。第二阶段课中教学环节教学内容教师活动学生活动设计意图环节一

（15分钟）任务导入

1.回顾S7通信。

2.引出ModbusTCP任务：实现与第三方设备的通信。1.对比S7通信（西门子私有协议），引出ModbusTCP（开放式协议）的广泛应用。

2.明确本任务目标：实现两台PLC间的ModbusTCP通信。1.理解开放式协议的重要性。

2.明确学习任务。建立知识联系，激发学习兴趣。环节二

（30分钟）知识讲解

1.ModbusTCP协议原理。

2.MB_CLIENT/MB_SERVER指令详解。1.讲解ModbusTCP的报文结构和通信机制。

2.详细剖析MB_CLIENT/MB_SERVER指令的各个引脚参数。1.理解ModbusTCP的通信模型。

2.学习指令的用法，记录关键参数。掌握ModbusTCP的核心理论和编程工具。环节三

（30分钟）硬件与连接组态

1.PLC的IP地址配置。

2.创建并配置TCON_IP_v4数据块。1.指导学生配置两台PLC的IP地址。

2.演示如何创建TCON_IP_v4类型的DB块，并设置IP和端口号。1.完成IP地址配置。

2.创建并配置连接参数DB块。掌握ModbusTCP通信的连接配置方法。环节四

（120分钟）任务实施

1.编写服务器程序：调用MB_SERVER指令。

2.编写客户端程序：调用MB_CLIENT指令。

3.程序下载与监控测试。1.引导：引导学生先编写服务器程序，再编写客户端程序。

2.巡视指导：帮助学生解决连接失败、地址映射错误等问题。

3.演示调试：演示如何通过监控表验证数据读写。1.编写服务器程序，监听客户端请求。

2.编写客户端程序，向服务器发起读写请求。

3.下载程序，监控数据变化，验证通信功能。通过实践掌握ModbusTCP通信的完整编程和调试流程。环节五

（15分钟）总结与拓展

1.总结ModbusTCP通信的配置与编程要点。

2.介绍ModbusTCP在工业物联网中的应用。1.带领学生回顾ModbusTCP通信的关键步骤。

2.拓展介绍ModbusTCP在连接上位机、SCADA系统中的应用。1.回顾学习内容，总结经验。

2.了解ModbusTCP的广泛应用前景。巩固知识，并引导学生了解技术的实际应用。第三阶段课后拓展巩固教学内容教师活动学生活动设计意图作业布置1.完成ModbusTCP通信任务工单。

2.预习任务3.1（WinCC组态基础）。1.布置作业。

2.提示WinCC是西门子主流的HMI/SCADA软件。1.完成工单，巩固技能。

2.预习WinCC，了解其基本功能。巩固所学知识，并为下一任务做准备。课后作业撰写实训报告，比较ModbusTCP与S7通信的异同点。三、学生学习评价1.过程评价：观察学生在连接配置、指令调用和程序调试过程中的表现。

2.结果评价：根据ModbusTCP通信是否成功，数据读写是否准确进行评价。

3.报告评价：评价实训报告的完整性和对比分析能力。四、反思与改进创新点不足点改进措施

项目3MCGS组态技术实战任务3.1照明系统组态监控一、教学基本信息课程名称工业网络与组态技术授课地点组态技术实训室授课班级自动化/电气自动化专业授课学时4学时授课内容第一部分：MCGS组态软件基础与工程建立。

第二部分：实时数据库的定义与数据对象创建。

第三部分：用户窗口的创建与图形界面组态。

第四部分：动画连接（按钮输入、填充颜色）与脚本程序编写。教学方法1.讲授法：讲解MCGS软件界面、五大窗口功能及组态基本概念。

2.演示法：演示从新建工程到动画运行的完整流程。

3.任务驱动法：学生以小组为单位，完成“三按钮控一灯”的监控任务。

4.体验式教学法：学生亲自动手操作，体验组态软件的开发过程。教学目标知识目标

1.理解“组态”的含义及MCGS软件的体系结构。

2.掌握MCGS五大窗口（主控、设备、用户、实时数据库、运行策略）的作用。

3.掌握数据对象（开关型、数值型等）的定义方法。

能力目标

1.能够独立建立MCGS工程并定义实时数据库。

2.能够使用工具箱绘制简单的监控画面。

3.能够实现图形对象与数据对象的动画连接（如颜色变化、按钮控制）。

4.能够编写简单的脚本程序实现逻辑控制。

素质目标

1.培养严谨细致的工程习惯，规范命名变量。

2.提升团队协作能力，分工完成画面设计与脚本编写。

3.培养解决组态过程中常见问题的排查能力。教学重点1.实时数据库的建立与数据对象属性设置。

2.动画连接（按钮输入、填充颜色）。解决策略1.通过“照明系统”案例，现场演示数据对象的创建过程。

2.分步演示动画连接设置，强调“数据对象”与“图形对象”的绑定关系。教学难点1.脚本程序的逻辑编写。

2.动画连接中不同状态（0/1）的属性设置。1.提供脚本参考代码，逐行解释逻辑含义（If...Then...）。

2.通过对比演示，展示设置错误与设置正确的动画效果差异。思政融入1.工匠精神：在画面组态中追求美观、布局合理，培养精益求精的审美与工匠精神。

2.规范意识：强调变量命名的规范性，养成良好的编程习惯。教学资源1.硬件：计算机、触摸屏（可选）、通讯网线。

2.软件：MCGS嵌入版组态软件。

3.资料：MCGS用户手册、任务工单、教学PPT。二、教学实施过程第一阶段课前课前准备教学内容教师活动学生活动设计意图知识预习1.了解组态软件的基本概念。

2.预习MCGS软件界面。1.发布预习资料（软件安装包、简介视频）。

2.布置思考题：生活中哪些地方用到了人机界面？1.安装软件，熟悉界面。

2.思考人机交互的应用场景。激发兴趣，为实操做准备。第二阶段课中教学环节教学内容教师活动学生活动设计意图环节一

（20分钟）概念导入与软件认知

1.什么是组态？

2.MCGS五大窗口介绍。1.讲解“组态”（Configuration）的含义。

2.演示MCGS工作台界面，介绍主控、设备、用户、数据库、策略窗口的功能。1.听讲，理解组态概念。

2.打开软件，对照认识五大窗口。建立整体框架认知。环节二

（40分钟）工程建立与数据库定义

1.新建工程。

2.定义数据对象（开关、灯状态）。1.演示：新建“照明系统”工程。

2.演示：在实时数据库中新增“按钮1”、“按钮2”、“按钮3”、“指示灯”等开关型变量。

3.巡视：检查学生变量定义情况。1.动手新建工程并保存。

2.根据任务要求，定义4个开关型数据对象。

3.设置对象的初始值和注释。掌握数据核心的构建方法。环节三

（60分钟）画面组态与动画连接

1.绘制按钮与指示灯。

2.设置动画连接。1.演示：使用工具箱绘制矩形作为按钮和灯。

2.演示：设置“填充颜色”连接（0-红，1-绿）。

3.演示：设置“按钮输入”连接（按下置1，抬起置0）。

4.指导：解答学生连接过程中的疑惑。1.绘制监控画面，调整布局。

2.为指示灯设置颜色变化动画。

3.为按钮设置数据对象连接。

4.尝试模拟运行，观察效果。实现人机交互的可视化。环节四

（40分钟）脚本编写与调试

1.编写控制逻辑。

2.模拟运行与故障排查。1.讲解：脚本程序的基本语法（If...Then）。

2.演示：在运行策略或按钮动作中编写脚本，实现“按钮1亮、按钮2闪、按钮3灭”。

3.组织：学生进行模拟运行测试。1.编写脚本程序。

2.下载工程到模拟运行环境。

3.点击按钮，观察灯的状态变化。

4.记录故障并排查（如变量名错误）。提升逻辑控制与调试能力。第三阶段课后拓展巩固教学内容教师活动学生活动设计意图报告撰写1.整理任务工单。

2.拓展设计。1.布置课后作业：设计一个楼层供电控制系统。

2.批阅任务报告。1.填写故障排查记录表。

2.尝试设计更复杂的照明逻辑。巩固技能，拓展应用。课后作业1.提交任务工单（含截图）。

2.预习水位控制系统原理。三、学生学习评价1.过程评价：观察学生在变量定义和动画连接时的操作规范性。

2.结果评价：根据模拟运行结果（灯能否按逻辑亮灭闪烁）进行评分。

3.报告评价：评价任务工单填写的完整性和故障分析的准确性。四、反思与改进创新点不足点改进措施

任务3.2水位控制系统组态监控一、教学基本信息课程名称工业网络与组态技术授课地点组态技术实训室授课班级自动化/电气自动化专业授课学时6学时授课内容第一部分：复杂图形界面的组态（水罐、管道、阀门）。

第二部分：数值型数据对象的定义与百分比填充构件。

第三部分：脚本程序的编写（液位升降逻辑）。

第四部分：模拟仿真运行与调试。教学方法1.案例法：以双容水箱液位控制为案例，分析控制流程。

2.演示法：演示百分比填充构件的设置及脚本逻辑编写。

3.小组讨论法：讨论液位变化的逻辑条件（如：水满停泵）。

4.任务驱动法：完成水位控制系统的组态与仿真。教学目标知识目标

1.掌握数值型数据对象的定义及属性设置。

2.理解“百分比填充”构件的原理及设置方法。

3.掌握MCGS脚本程序的循环执行机制。

能力目标

1.能够组态具有动态效果（液位升降）的监控画面。

2.能够编写脚本程序模拟物理过程（液位增减）。

3.能够处理多条件逻辑控制（如：水满自动关泵）。

素质目标

1.培养系统思维，理解物理过程与数字模型的映射关系。

2.培养严谨的逻辑思维能力，确保控制逻辑无漏洞。

3.强化安全操作意识，防止误操作导致仿真溢出。教学重点1.百分比填充构件的属性设置。

2.液位控制脚本程序的编写。解决策略1.详细演示“大小变化”与“百分比填充”的区别与联系。

2.将复杂的脚本逻辑分解为“进水”、“出水”、“互锁”三个模块讲解。教学难点1.脚本中数值变化的步长控制。

2.多条件判断（AND/OR）的逻辑实现。1.通过调试修改步长，让学生观察液位变化速度的差异。

2.画出逻辑流程图，辅助学生编写代码。思政融入1.工程伦理：强调自动化控制在保障生产安全（如防止溢罐）中的重要性。

2.创新意识：鼓励学生在画面设计上发挥创意，制作美观的监控界面。教学资源1.硬件：计算机。

2.软件：MCGS嵌入版组态软件。

3.资料：水位控制任务书、脚本参考代码。二、教学实施过程第一阶段课前课前准备教学内容教师活动学生活动设计意图知识回顾1.复习开关型变量与动画连接。

2.预习液位控制原理。1.发布复习题。

2.准备水位控制素材（水罐图片等）。1.复习上节课内容。

2.思考如何用软件模拟水位上升。温故知新，降低难度。第二阶段课中教学环节教学内容教师活动学生活动设计意图环节一

（20分钟）需求分析与数据库定义

1.分析水位控制流程。

2.定义数值型变量（液位1、液位2）。1.引导学生分析：水泵开->液位升->满->停。

2.演示：定义“液位1”、“液位2”为数值型，设置量程（0-12）。1.参与讨论，理清控制逻辑。

2.定义开关型（泵、阀）和数值型（液位）变量。培养需求分析能力。环节二

（60分钟）画面组态与高级动画

1.组态水罐、管道、阀门。

2.设置“百分比填充”与“大小变化”。1.演示：从元件库调入水罐、水泵。

2.演示：使用“百分比填充”构件显示液位，设置最大值/最小值对应关系。

3.指导：帮助学生调整图形位置。1.搭建水位控制系统画面。

2.设置水罐的“大小变化”动画。

3.设置液位条的“百分比填充”属性。掌握动态数据的可视化方法。环节三

（80分钟）脚本编程与逻辑实现

1.编写液位变化脚本。

2.编写自动保护逻辑。1.讲解：脚本程序中液位=液位+0.5的含义。

2.演示：编写“水满停泵”、“无水关阀”的保护逻辑。

3.巡视：检查脚本语法错误。1.在运行策略中编写循环脚本。

2.实现手动控制水泵/阀门。

3.实现液位随时间自动增减。

4.调试逻辑，确保不溢出、不抽空。突破逻辑控制难点。环节四

（20分钟）仿真运行与总结

1.模拟运行测试。

2.总结常见问题。1.组织运行测试，观察动态效果。

2.总结脚本编写中的易错点（如死循环、逻辑冲突）。1.运行系统，操作按钮观察液位变化。

2.记录运行结果，填写工单。验证成果，总结经验。第三阶段课后拓展巩固教学内容教师活动学生活动设计意图拓展设计1.完善系统功能。

2.设计新案例。1.布置拓展任务：设计一个温泉供水系统。

2.提供参考资料。1.尝试添加液位报警功能。

2.设计更复杂的供水逻辑。提升综合应用能力。课后作业1.提交水位控制系统工程文件。

2.完成故障排查记录表。三、学生学习评价1.过程评价：观察学生在脚本编写时的逻辑思维和调试耐心。

2.结果评价：根据液位升降是否平滑、保护逻辑是否生效进行评价。

3.报告评价：评价任务报告的规范性和数据分析能力。四、反思与改进创新点不足点改进措施

任务3.3交通灯监控系统组态一、教学基本信息课程名称工业网络与组态技术授课地点组态技术实训室授课班级自动化/电气自动化专业授课学时6学时授课内容第一部分：交通灯控制流程分析与时序图绘制。

第二部分：复杂动画连接（可见度、闪烁、水平/垂直移动）。

第三部分：基于时间的脚本程序编写（定时器逻辑）。

第四部分：系统联调与优化。教学方法1.讲授法：讲解交通灯控制时序和MCGS定时器原理。

2.演示法：演示车辆移动动画和灯光闪烁效果的设置。

3.任务驱动法：完成十字路口交通灯的组态与仿真。

4.归纳法：总结多状态控制的编程技巧。教学目标知识目标

1.理解交通灯控制系统的时序逻辑。

2.掌握“可见度”、“闪烁”、“移动”等高级动画连接属性。

3.掌握利用脚本程序实现定时控制的方法。

能力目标

1.能够设计复杂的十字路口监控画面。

2.能够实现红绿灯的自动切换和倒计时显示（选做）。

3.能够编写基于时间变量的复杂脚本程序。

4.能够调试多对象协同动作的系统。

素质目标

1.培养遵守交通规则的意识，理解自动化在交通管理中的价值。

2.培养处理复杂逻辑问题的耐心和条理性。

3.提升团队协作解决复杂工程问题的能力。教学重点1.交通灯时序逻辑的脚本实现。

2.车辆的移动动画与灯光的同步控制。解决策略1.绘制详细的时间轴图，将时间点转化为脚本中的Iftime>X。

2.分步演示：先做灯，再做车，最后联调。教学难点1.脚本中时间变量的管理与复位。

2.多方向车辆与灯光的同步协调。1.引入“总时间”变量和“阶段时间”变量的概念。

2.采用模块化编程思想，分方向调试。思政融入1.法治意识：通过交通灯案例，强调“红灯停绿灯行”的规则意识和法治精神。

2.社会责任：探讨智能交通系统对缓解城市拥堵、保障人民生命财产安全的意义。教学资源1.硬件：计算机。

2.软件：MCGS嵌入版组态软件。

3.资料：交通灯控制任务书、时序图素材。二、教学实施过程第一阶段课前课前准备教学内容教师活动学生活动设计意图逻辑预习1.分析十字路口交通灯工作流程。

2.绘制时序图。1.发布交通灯控制要求文档。

2.要求学生画出时序图。1.阅读控制要求。

2.绘制红绿灯变化时序图。培养逻辑分析能力。第二阶段课中教学环节教学内容教师活动学生活动设计意图环节一

（20分钟）方案设计与数据库

1.确定I/O分配。

2.定义时间变量与灯变量。1.检查学生绘制的时序图。

2.演示：定义“东西红灯”、“南北绿灯”、“时间”等变量。1.确认控制方案。

2.在实时数据库中建立所有需要的变量。磨刀不误砍柴工。环节二

（60分钟）画面组态与动画设置

1.搭建十字路口场景。

2.设置灯光动画（可见度/闪烁）。

3.设置车辆移动动画。1.演示：调入交通灯、车辆元件。

2.演示：利用“可见度”实现灯的亮灭，利用“闪烁”实现黄灯/绿灯闪烁。

3.演示：设置车辆的“水平移动”和“垂直移动”。

4.指导：纠正画面布局问题。1.绘制十字路口背景。

2.设置12个灯（东西南北各3）的动画连接。

3.设置4个方向车辆的移动动画。掌握复杂动画的组合应用。环节三

（80分钟）脚本编程与逻辑实现

1.编写时间累加脚本。

2.编写灯光控制脚本。

3.编写车辆移动脚本。1.讲解：如何利用一个循环策略实现总计时。

2.演示：根据时序图，分段编写If...Then...语句控制灯的亮灭。

3.演示：在对应时间段内，改变车辆位置变量的值。

4.巡视：解决学生脚本逻辑错误。1.编写时间累加脚本。

2.分段实现东西、南北方向的灯光控制逻辑。

3.实现车辆随绿灯移动的动画逻辑。

4.调试程序，确保时序准确。突破复杂时序控制难点。环节四

（20分钟）系统联调与总结

1.整体运行测试。

2.总结与评价。1.组织运行测试，观察交通灯和车辆的协同效果。

2.总结脚本编程中的技巧（如时间复位、逻辑分段）。1.运行系统，观察整体效果。

2.记录问题并优化。

3.分享调试经验。培养系统集成与调试能力。第三阶段课后拓展巩固教学内容教师活动学生活动设计意图拓展设计1.增加倒计时功能。

2.设计更复杂的路口。1.布置拓展任务：为交通灯增加倒计时显示。

2.提供思路指导。1.尝试使用数值输出构件显示剩余时间。

2.修改脚本，实现倒计时逻辑。提升综合应用能力。课后作业1.提交交通灯系统工程文件。

2.完成巩固与提高任务（铁道车辆运行系统）。三、学生学习评价1.过程评价：观察学生在处理复杂逻辑时的条理性和耐心。

2.结果评价：根据交通灯时序是否准确、车辆移动是否流畅进行评价。

3.报告评价：评价任务报告的完整性和逻辑清晰度。四、反思与改进创新点不足点改进措施

项目4柑橘分拣产线工业网络控制系统设计与实施任务4.1工业网络架构设计与边缘层设备配置一、教学基本信息课程名称工业网络与组态技术授课地点工业网络实训室授课班级自动化/电气自动化专业授课学时6学时授课内容第一部分：工业网络分层架构（边缘层、网络层、应用层）原理。

第二部分：网络拓扑图设计规范与绘制（Visio）。

第三部分：边缘层设备（PLC、传感器）通信参数配置。

第四部分：柑橘分拣产线网络方案设计与实施。教学方法1.讲授法：讲解工业网络分层架构和拓扑设计规范。

2.案例法：以柑橘分拣产线为案例，分析其网络需求。

3.演示法：演示使用Visio绘制拓扑图，以及在TIAPortal中配置设备。

4.任务驱动法：学生以小组为单位，完成指定产线的网络设计与配置任务。教学目标知识目标

1.掌握工业网络分层架构（边缘层、网络层、应用层）的组成与功能。

2.理解常见网络拓扑结构（星型、环型等）的特点与应用场景。

3.掌握边缘层设备（PLC、智能传感器）的通信协议与配置方法。

能力目标

1.能够根据项目需求，设计并绘制规范的工业网络拓扑图。

2.能够独立完成PLC（S7-1200）的Profinet网络参数设置。

3.能够配置智能传感器（如视觉相机）的IP地址及ModbusTCP通信参数。

素质目标

1.培养系统化的工程设计思维和严谨规范的职业习惯。

2.强化团队协作与沟通能力。

3.树立节约材料、安全操作的意识。教学重点1.工业网络分层架构的理解与应用。

2.网络拓扑图的绘制。

3.边缘层设备的通信配置。解决策略1.通过柑橘分拣产线案例，将抽象的架构具体化。

2.提供拓扑图绘制模板和标准，并进行演示。

3.分步讲解PLC和相机的配置流程，并提供配置检查清单。教学难点1.网络拓扑的合理规划。

2.ModbusTCP的寄存器映射与通信建立。1.对比不同拓扑结构的优缺点，引导学生根据需求选择。

2.详细解释寄存器地址、数据类型等概念，并通过实例进行配置和测试。思政融入1.工匠精神：在方案设计和设备配置中，强调“失之毫厘，谬以千里”，培养学生严谨细致、精益求精的工匠精神。

2.团队协作：通过小组合作完成设计与配置任务，培养学生的沟通协调能力和集体荣誉感。教学资源1.硬件：西门子S7-1200PLC、视觉相机、工业交换机、PC机。

2.软件：TIAPortalV15.1、MicrosoftVisio、相机配置软件（如MVS）。

3.资料：项目任务书、设备手册、网络拓扑图设计规范。二、教学实施过程第一阶段课前课前准备教学内容教师活动学生活动设计意图知识预习1.预习工业网络分层架构。

2.了解柑橘分拣产线的基本流程。1.发布预习资料（PPT、视频）。

2.布置预习任务，提出引导性问题。1.阅读资料，了解工业网络的基本概念。

2.思考柑橘分拣产线需要哪些网络设备。让学生带着问题进入课堂，提高听课效率。第二阶段课中教学环节教学内容教师活动学生活动设计意图环节一

（20分钟）项目导入与知识讲解

1.介绍柑橘分拣产线项目背景。

2.讲解工业网络分层架构。1.展示柑橘分拣产线视频或图片，引出项目任务。

2.结合图示，详细讲解边缘层、网络层、应用层的功能与设备。1.了解项目背景和目标。

2.学习并理解工业网络的分层架构。激发学习兴趣，建立知识框架。环节二

（40分钟）网络拓扑图设计

1.讲解网络拓扑类型与设计规范。

2.演示使用Visio绘制拓扑图。1.介绍星型、环型等拓扑结构，并讲解IP地址、设备型号等标注要素。

2.演示如何绘制柑橘分拣产线的网络拓扑图。1.学习拓扑图设计规范。

2.观看教师演示，掌握绘图方法。掌握网络规划的核心技能。环节三

（80分钟）边缘层设备配置实践

1.PLC（S7-1200）Profinet配置。

2.视觉相机ModbusTCP配置。1.演示：在TIAPortal中设置PLC的IP地址和设备名称。

2.演示：使用相机软件配置IP、启用ModbusTCP、设置寄存器映射。

3.巡视指导：解答