《工业网络组态构建与运行》教学大纲

《工业网络组态构建与运行》教学大纲
课程类别专业核心课程开课部门机电工程系
总学时96学时学分6学分
面向专业电气自动化技术开设学期 5
教学模式教学做一体化课程
《工业网络组态构建与运行》是电气自动化技术专业的专业核心课程之一，是专业综合能力课程。

通过对以PLC为控制器的网络组态构建与运行的学习和训练，使学生掌握以西门子S7 系列PLC为控制器的工业以太网、现场总线、仪表及执行器网络的硬件选型及安装、网络组态、软件设计等知识和技能。

一、课程定位
工业控制网络及组态技术在现代工业生产中的使用日益广泛，企业急需掌握工业控制网络及组态实践知识的高素质技术人才，因此《工业网络组态构建与运行》是电气自动化技术专业学生必修的重要综合专业课，是培养学生掌握专业综合技能的重要途径。

《工业网络组态构建与运行》以物料加工分拣生产线等为主要载体，讲述了工业以太网的构建与运行、现场总线的网络构建与运行、执行器传感器网络的构建与运行等工业网络组态知识，并引入了典型组态案例。

在电气自动化技术专业课程体系中，它是前续课程设备低压电气控制与检修、电机控制与检修、可编程控制技术与应用、机械基础等专业课程知识和能力的综合应用，本课程的后续课程是顶岗实践和毕业设计，本课程将基础知识渗透在技能训练中，是一门职业性和实用性强的技术课程，是学生知识和技能大展示的场所。

课程定位如图所示。

二、教学目标
通过课程学习，使学生拥有下列能力：
1.专业能力
（1）按照生产要求，进行工业控制网络及组态控制系统配置，以及电气原理图的分析、设计；
（2）按照原理图连接控制系统电路，并按照生产工艺流程和控制要求，科学合理地配线；
（3）正确使用工具和设备对工业控制网络及组态设备进行安装调试；
（4）能够按照生产工艺要求以及安全需要，进行工业控制网络及组态设备的参数设置及程序编写；
（5）查阅、使用、管理相关的技术资料。

2.方法能力
（1）使用网络、图书等各种媒介主动获取知识信息和处理信息能力；
（2）在小组分工完成任务的过程中，通过独立完成自己角色内的任务，培养学生分析问题、解决问题的能力；
（3）通过小组讨论，共同制订实施方案，使学生具备制定工作计划的能力；
（4）在任务导入之后，通过自主查询技术手册，获得完成任务所需要的知识，使学生具备终身学习能力。

3.社会能力
（1）在任务的组织实施环节，通过规范操作，使学生具备符合电气自动化技术行业的基本职业道德和职业素质；
（2）具备质量意识、环境保护意识、节约意识，并能言行一致；
（3）在小组团队的学习过程中，通过头脑风暴等教学方法运用，使学生善于观察、发现和学习，能与团队成员共同协作、沟通、协商完成相关工作；
（4）诚实守信、辨明是非、积极进取并快乐工作与生活。

三、教学内容
模块
学习单元参考学时模块任务描述
企业岗位认知
工业网络设备认知，了解岗
位工作流程及工作任务
6 6
模块一工业以太网的构建与运行
以物料加工分拣生产线的加
工站、机械手的网络控制为载体，
学习使用S7-300、S7-200与
WinCC的工业以太网络组态构建
与运行
任务一基于多个S7-200PLC的工业以
太网络构建与运行
6
24
任务二基于S7-300/S7-200PLC的工业
以太网络构建与运行
6
任务三基于多个S7-300PLC的工业以
太网络构建与运行
6
任务四基于S7-300/S7-200PLC与
WinCC的工业以太网络构建与运行
6
模块二现场总线的网络构建与运行
以物料加工分拣生产线的送
料站、装配站、分拣站、搬运站，
以及多工作台的网络控制为载
体，学习使用S7-300、S7-200与
HMI、WinCC的PROFIBUS-DP
网络、MPI网络、PPI网络组态构
建与运行
任务一基于S7-300/S7-200与HMI的
PROFIBUS-DP网络构建与运行
6
36
任务二基于多个S7-300与WinCC的
PROFIBUS-DP网络构建与运行
6
任务三基于S7-300与MM440的
PROFIBUS-DP网络构建与运行
6
任务四基于S7-300与ET200S的
PROFIBUS-DP网络构建与运行
6
任务五基于S7-300/ S7-200的MPI网
络构建与运行
6
任务六基于多个S7-200的PPI网络构
建与运行
6
模块三执行器/传感器网络的构建与运行
以具有人机界面的恒压供水
控制为载体，学习使用PA/DP网
络、As-i/DP网络组态构建与运行
任务一PA/DP网络的构建与运行8 14
任务二As-I网络的构建与运行 6
模块四组态案例（多层工控网络的构建与运行）
使用仪表总线、现场总线、
工业以太网等多层工控网络，构
建小型企业工控网络。

掌握多层
工控网络的构建、运行知识
项目一基于现场总线的物料加工分拣
生产线网络组态
8
16
项目二基于三层网络的物料加工分拣
生产线网络组态
8
四、各模块说明
模块1：工业以太网的构建与运行参考学时：24
学习目标
以物料加工分拣生产线的加工站、机械手的网络控制为载体，学习S7-300、S7-200与WinCC的工业以太网络组态构建与运行
学习任务
任务名称任务主要内容
1.基于多个S7-200PLC的工业以太网络构建与运行以物料加工分拣生产线的加工站的网络控制为载体，学习S7-200之间的工业以太网络组态构建与运行
2.基于S7-300/S7-200PLC的工业以太网络构建与运行以物料加工分拣生产线的加工站的网络控制为载体，学习S7-200与S7-300之间的工业以太网络组态构建与运行
3.基于多个S7-300PLC的工业以太网络构建与运行以物料加工分拣生产线的机械手网络控制为载体，学习S7-300之间的工业以太网络组态构建与运行
4.基于S7-300/S7-200PLC与WinCC的工业以太网络构建与运行以物料加工分拣生产线的加工站、机械手网络控制为载体，学习S7-300/ S7-200与WinCC的网络构建与运行
模块2：现场总线的网络构建与运行参考学时：36
学习目标
以物料加工分拣生产线的送料站、装配站、分拣站、搬运站，以及多工作台的网络控制为载体，学习使用S7-300、S7-200与HMI、WinCC的PROFIBUS-DP网络、MPI网络、PPI网络组态构建与运行
学习任务
任务名称任务主要内容
1.基于S7-300/S7-200与HMI的PROFIBUS-DP网络构建与运行以物料加工分拣生产线的供料站的网络控制为载体，学习S7-300/S7-200与HMI的PROFIBUS-DP网络构建与运行
2.基于多个S7-300与WinCC的PROFIBUS-DP网络构建与运行以物料加工分拣生产线的机械手的网络控制为载体，学习多个S7-300与WinCC的PROFIBUS-DP网络构建与运行
3.基于S7-300与MM440的PROFIBUS-DP网络构建与运行以物料加工分拣生产线的分拣站的网络控制为载体，学习S7-300/MM440的PROFIBUS-DP网络构建与运行
4.基于S7-300与ET200S的PROFIBUS-DP网络构建与运行以物料加工分拣生产线的分拣站的网络控制为载体，学习S7-300与ET200S的PROFIBUS-DP网络构建与运行
5.基于S7-300/S7-200的MPI网络构建与运行以物料加工分拣生产线的搬运站网络控制为载体，学习S7-300/S7-200的MPI网络构建与运行
6.基于多个S7-200的PPI网络构建与运行以多工作台的网络控制为载体，学习多个S7-200的PPI网络构建与运行
模块3：执行器、传感器网络的构建与运行参考学时：14
学习目标
以具有人机界面的恒压供水控制为载体，学习使用PA/DP网络、As-i/DP网络组态构建与运行
学习任务
任务名称任务主要内容
1.PA/DP网络的构建与运行以具有人机界面的恒压供水控制为载体，学习PA/DP网络组态构建与运
行
2.As-I网络的构建与运行以物料加工分拣生产线的搬运站网络控制为载体，学习As-i/DP网络组态构建与运行
模块4：组态案例（多层工控网络的构建与运行）参考学时：16
学习目标
掌握多层工控网络的构建及小型企业工控网络设计与实现
学习任务
项目名称任务主要内容
1.基于现场总线的物料加工分拣生产线
网络组态的构建与运行
以物料加工分拣生产线为载体学习现场总线的网络构建与运行
2.基于三层网络的物料加工分拣生产线
网络组态的构建与运行
以物料加工分拣生产线为载体实现三层工业网络的构建与运行五、教学活动
在教学过程中采用以行动为导向的任务驱动教学模式，基于完成实际岗位中的工作过程来进行任务的学习与实施，按照能力培养目标的要求，突出学生的主体地位，进行教学过程的系统化设计并组织实施。

课程实施过程中采用任务导入、知识学习、方案制订、组织实施、交流评估五个教学步骤的任务驱动教学模式，称“五步教学法”。

基于行动导向的课程实施以天为单位安排每个学习任务单元，根据每个任务要求，一天安排6～8节课。

六、教学方法
本课程是“任务驱动”课程，结合板书、讲授、示范演示等传统教学方法，按照“以学生为主体，以教师为主导”的教学理念，以调动学生积极性为核心，以职业能力培养为主线，以行动导向教学法为主要教学方法，对不同的知识点及不同的学习环节综合运用引导文法、团队学习法、头脑风暴法、成果展示法、案例分析法、岗位体验法等各种恰当、有效的教学方法，引导学生独立思考，积极实践，促进学生自主学习，提高“教、学”效果，以培养学生在岗位上的工业网络组态构建、运行的核心职业能力，提升综合职业素质。

在任务导入和知识学习的环节中，教师通过多媒体课件对任务进行描述，现场启动自动化生产线设备供料站的动作，让学生了解控制对象的动作要求，通过教师示范演示操作，了解在本任务中要学习的网络硬件安装、组态设置等新知识、新概念，使学生有直观的印象，再通过学生自己操作，掌握知识和技能。

在任务导入环节向学生发放学习指南、任务书、工作单等引导文，在任务组织实施的过程中，学生通过学习指南、工作任务单等教学文件的指引，有目标有方向地进行自主学习。

在方案制订和组织实施环节中，根据学习任务，让学生组建学习团队，采用团队学习法及角色扮演法，通过小组讨论制订任务实施方案，让小组各成员分别完成硬件安装、程序设计、系统调试等工作，培养学生的团队协作、沟通交流能力，训练学生独立分析问题、解决问题的能力，提高学生综合素质。

在完成工作任务的最后一个环节是交流评估，通过每个学习小组首先要进行自我检查评价，然后派代表讲解任务的实施过程，进行互相评价，通过任务报告讲演及答辩，展示任务完成的情况，充分锻炼学生的语言表达能力、沟通能力、讲演能力以及分析、解决问题的方法能力。

为了缩短课堂与生产实际之间的距离，突出理论知识的真实感，让学生切实感受到所学知识与生产生活密切相关，以激发学生的学习兴趣，制作或收集工业网络组态案例等资料，以生产现场典型案例为教学载体，提高学生学习的积极性，便于学生自主学习，拓宽思路。

教师可以在任务导入的环节，展示与本任务相关的案例，学生也可以自主学习案例，了解课程内容在工业控制领域中的应用。

七、评价方式
学生成绩的评定，以学生平时表现和任务完成情况的过程评价及最终考核来核定，采用累计计分制。

评分细则如下表：
计分项目分值权重
过程评价企业岗
位认知
工业网络设备认知，岗位工作流程及工作任务100 0.05 模块一
任务一基于多个S7-200PLC的工业以太网络构建与运行100 0.05
任务二基于S7-300/S7-200PLC的工业以太网络构建与运行100 0.05
任务三基于多个S7-300PLC的工业以太网络构建与运行100 0.05 任务四基于S7-300/S7-200PLC与WinCC的工业以太网络构
建与运行
100 0.05
模块二任务一基于S7-300/S7-200与HMI的DP网络构建与运行100 0.05 任务二基于多个S7-300与WinCC的DP网络构建与运行100 0.05 任务三基于S7-300与MM440的DP网络构建与运行100 0.05 任务四基于S7-300与ET200S的DP网络构建与运行100 0.05 任务五基于S7-300/S7-200的MPI网络构建与运行100 0.05 任务六基于多个S7-200的PPI网络构建与运行100 0.05
模块三任务一PA/DP网络的网络构建与运行100 0.05 任务二As-I网络的网络构建与运行100 0.05
模块四项目一基于现场总线的物料加工分拣生产线100 0.05 项目二基于三层网络的物料加工分拣生产线100 0.05
考核评价抽签选择考核项目100 0.25
总成绩过程评价+考核评价100
其中，过程包括平时上课的表现和各任务的完成情况，占总成绩的75％；最终考核成绩所用考核方式为通过抽签选择考核题目，根据考核题目任务完成情况给出成绩，占总成绩的25％。

八、使用教材
1.自编教材
借鉴国外教材建设理念，课题组与企业合作编写电子教材由主体教材、学生自主学习资料、课程网站等构成的立体化资源，搭建不受时空局限、开放的立体化“教、学”资源体系。

教学时，以主体教材为主线，以课程网站为辅开展教与学活动。

为有效开展“一体化”教学，实现教学目标，课程组与华瑞电子等企业合作为每个“任务实施方案”开发配置了：教学动画、虚拟实训、工程案例、技术手册、学习任务书、学习工作单、实训指导书、电子课件、电子教案、视频库、动画库以及在线测试和技能测试等立体化资源，增加了学生趣味性，提高了学生学习积极性和学习效率。

2.使用教材
[1]《西门子PLC与工业网络技术》吉顺平主编，机械工业出版社，2008. 2
[2]《可编程控制技术及应用》王芹、王浩主编，天津大学出版社2009.03
3.参考教材
自课程开设以来，课题组精心选用具有显著高职特色先进、适用的教材及技术资料做参考教材。

[1]《自动化生产线安装与调试》吕景泉主编、李文副主编，中国铁道出版社，2008.12
[2]《西门子PLC高级培训教程》柴瑞娟、孙承志、孙书芳、陈海霞、熊田忠、任庆海编著，人民邮电出版社2009.03
[3]《西门子工业通信网络组态编程与故障诊断》廖常初主编，祖正容副主编，机械工业出版社，2009.10
[4]《S7-300/400 PLC应用技术》（第2版）廖常初主编，机械工业出版社，2008.06
[5]《S7-300/400 PLC实用开发指南》边春元、任双艳、满永奎等编著，机械工业出版社，2007.05
[6]《变频器应用与维护技术》刘美俊编著，中国电力出版社，2008.01。