20工业控制网络及组态技术教学大纲
《工业控制网络与人机界面组态技术》电子教案 第五章网络互联设备
（3）网络的互操作 指网络中的计算机具有透明地访问对方资源的 能力，这种能力是建立在互联接和互通基础之 上，通过高层软件实现的。 注意：互联接、互通和互操作分别表示了不同 层次的内涵，互联接是网络连接的物质基础， 互通是通信手段，互操作是网络互联的最终目 的，只有解决好这三个层次上的问题才能真正 实现网络的“互联”。
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✓ 10BASET：100m ✓ 10BASE2：185m ✓ 10BSEE5：500m 2. 网络分段
在组建局域网时，往往需要进行网络分段。所 谓网络分段是指将一个大的网络系统分解成几 个小的局域网，然后通过网络互联设备（交换 机、网桥或路由器）将各个子网连接成一个整 体网络。
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3. 网络互联的类型
（1）网络互联的应用类型 局域网之间的互联 局域网与广域网之间的互联 局域网通过广域网与Internet之间的互联 多个远程局域网之间互联为广域网
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（2）互联局域网的类型 同构网络 所谓同构网络是指具有相同特性和性质的网络，也就
是说它们具有相同的通信协议，呈现给接入设备的 界面也相同。 异构网络 所谓异构网络是指具有完全不同的传输性质和通信协 议的网络。
有目的地转发数据帧。 网络层的互连设备 ✓ 主要设备有：路由器。 ✓ 功能：路径选择、拥塞控制和控制广播信息 ✓ 主要用于：不同网络之间的互连。如，当一个局域
网通过广域网与远程局域网连接时，就应当使用这 层设备。
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高层互连设备 ✓ 主要设备：网关。 ✓ 当互连的网络的传输层及以上层协议不同
时就需要网关进行协议转换。 ✓ 目前使用最多的是：应用层网关。
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2. 网间互连设备的层次
物理层的设备
✓ 主要设备有：中继器和集线器。
✓ 物理层互连设备的主要功能：对不同电缆段 之间的信号进行复制、整形、再生和转发位 信号。
《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。
《工业控制组网与组态技术》
工业控制组网与组态技术》教学大纲
课程代码：01ANN803 适用专业：自动化专业
教学时数：56 学时其中实践56 学时
一、课程简介及基本要求
本课程主要是现场总线/工业以太网的网络通讯基本原理，面向底层PLC控制，构建控制网络，人机交互界面HMI(Human Machine Interface )实现远程监视及优化控制，并以工程实践为例，从整体上掌握现代大中型自动化系统的实施过程。
二、课程实验目的要求
通过课程的教学与实践使学生掌握大中型自动化系统的控制网络基本原理、设计方法、
实施方法；掌握HMI的设计方法；结合S7-300 PLC工程实例，达到一定运用能力。
三、主要仪器设备
I ／A S 小型集散控制系统、过程控制实验装置
四、实验方式与基本要求
1、试验方式：综合设计
2、基本要求：掌握大中型自动化系统的控制网络基本原理、设计方法、实施方法
五、考核与报告（小四号黑体字）
1、考核方式：以平时考核（考勤、课堂组织纪律、课堂讨论发言）、平时实训完成度和期末考试（大作业）相结合的方式进行，综合评价学生的学习成绩
2、成绩评定：平时成绩（20% +实训操作成绩（30% +期末成绩（50%
3、报告填写要求：不少于6次
六、实验项目设置与内容（小四号黑体字）
七、教材及实践指导书
1使用教材：陈在平•《工业控制网络与现场总线技术》第三版.机械工业出版社.2006年.
2、参考教材：
杨卫华．《工业控制网络与现场总线技术》．机械工业出版社，2008．
何衍庆，俞金寿．《工业数据通信与控制网络》．化学工业出版社．2002 年.。
《工业控制网络与人机界面组态技术》电子教案 第八章+工业以太网技术与应用
首选，并且有逐渐向下延伸直接应用于工业现场设备间的 通信的趋势。
工业以太网应具有的特性：
工业以太网与商业以太网在技术上兼容，但在 产品设计时，在材质的选用、产品强度和适用性方 面应能满足工业现场的需要。工业以太网产品需具 有一下特性：
因此，以太网成为“确定性”网络，为它应 用于自动化控制领域消除了主要障碍。
与其他现场总线或工业通信网络相比，以太 网具有一下优点：
以太网技术的优点：
（1）应用广泛。
（2）成本低廉
（3）通信速率高 （4）软硬件资源丰富 （5）可持续发展，潜力大 （6）易与Internet连接，能实现办公自动化网络与工业控
第六章 工业以太网技术与应用
近几年来，随着互联网技术的普及与推广，以太网得 到了飞速的发展，特别是以太网通信速率的提高、以太网 交换技术的发展，给以太网的非确定性问题的解决带来了 新的契机。
首先，以太网通信速率的一再提高，从10M到100M到 1000M甚至10Gbps，在相同通信量的条件下，通信速率的 提高意味着网络负荷的减轻和碰撞的减少，也就意味着确 定性的提高；
控制与信息协议（CIP）
CIP的主要特点 （1）基于生产者/消费者的网络模型
目前市场上的总线通信模型有较大的区别，根据所基于的模 型不同，可以把工业网络分为两类： 1） 基于源/目的地模型 2） 基于生产者/消费者模型（生产者是发送报文的节 点，而消费者是接受报文的节点。 基于生产者消费者模型的网络除了CIP网络外，还有 基金会现场总线（FF）。而PROFIBUS等是基于源/目的地 模型的。
（1）环境适应性。具体包括机械环境适应性 （如耐振动、耐冲击）、气候环境适应性（工业温 度要求为－40～85℃，并要耐腐蚀、防尘、防水）、 电磁环境适应性或电磁兼容性（EMC应符合 EN50081-2、 EN50082-2 ）。
《工业网络与组态技术》电子教案 项目2任务1
3 RXD/TXD-P 接收/发送数据-正，B线
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CNTR-P 方向控制信号P
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DGND 数据基准电位（地）
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VP
供电电压-正
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P24 正24V输出电压（辅助电源）
8 RXD/TXD-N 接收/发送数据-负，A线
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CMTR-N 方向控制信号
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工业网络与组态技术
项目二 基于Profibus DP及Modbus TCP通讯的水位控制 任务1 Profibus-DP现场总线认识
【任务实施】 Profibus网络通讯的本质是RS485串 口通讯， Profibus-DP 电缆很简单的， 就只有两根线在里面，一根红的一根 绿的，然后外面有屏蔽层。接线的时 候，要把屏蔽层接好，不能和里面的 电线接触到。要分清楚进去的和出去 的线分别是哪个，假如是一串的，就 是一根总线下去，中间不断地接入分 站，这个是很常用的方法。
2023/11/5
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工业网络与组态技术
项目二 基于Profibus DP及Modbus TCP通讯的水位控制 任务1 Profibus-DP现场总线认识
【任务总结】 在制作 Profibus DP电缆时要注意一下质量要点 （1）接线无松动，线芯无损伤 （2）屏蔽层不能碰触到信号线 （3）紫色外皮应压在固定位置 (4）盒盖紧固严密，无松动
2023/11/5
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Profibus成为国际标准IEC61158的组成部分（Type3）
Profibus-DP批准成为中国的行业标准JB/T 10308.3-2001
PROFINET成为国际标准IEC61158的组成部分（Type10）
PROFINET成为中国国家标准
2023/11/5
工业控制组态软件大纲
《工业组态软件》课程教学大纲编号：40022570英文名称：Industry ConfigurationSoftware适用专业：工业电气自动化……责任教学单位：电子工程系自动化教研室总学时：48学分：3考核形式：考查课程类别：专业课修读方式：必修教学目的：本课程是自动化专业本科生的专业选修课程。
通过对本课程的学习，使学生了解监控组态软件地位、作用、产生与发展趋势。
以我国优秀的组态软件“组态王”作为具体示例，系统地讲述组态软件的系统结构、原理、功能及技术指标。
着重就自动化工程中普遍遇到的要求，介绍如何利用监控组态软件的标准功能模块进行定制实现，满足工程上的要求。
主要教学内容与具体要求：1．了解常用的工业组态软件及发展趋势2．掌握组态王工程管理器的应用3．掌握组态王工程浏览器的基本功能4，掌握生产现场静态画面的制作5．掌握建立动态数据库6．掌握数据库变量与现场画面的动画连接7．掌握建立实时数据库和历史数据库8．掌握建立实时数据报表和历史数据报表9．掌握建立实时数据曲线和历史数据曲线10．熟悉各种内部控件与外部控件的使用，11．掌握使用ODBC建立与外部数据库的连接12．掌握使用DDE通信建立与Excel的连接13．掌握使用OPC通信建立与外部设备的连接14．熟悉报警窗口制作使用，15．掌握组态王的网络控制功能16．了解系统安全性维护与安全措施。
本课程与其他课程的联系与分工：本课程是自动化专业的专业课之一，这门课程基础是：计算机控制技术、过程控制仪表、可编程控制技术、C语言程序设计、SQLSEVER 数据库应用技术。
实践教学内容和要求实验一生产现场的静态画面制作实验目的：1学习工具箱几何工具的使用2学习工具箱内部控件的使用3学习工具箱通用控件的使用4 组态王图库的使用实验内容和要求：建立一个化工配方车间，用两种化学原料配比制作出成品，要求使用图库中的容器、管道和阀门，使用工具箱中的文本输入工具制作标题和各个器件的注释。
《工业控制网络》课程教学大纲(本科)
《工业控制网络》课程教学大纲课程编号：081408271课程名称：工业控制网络英文名称：Industrial Control Networks课程类型：学科基础课程要求：必修学时/学分：32/2（讲课学时：32 实验学时：0 上机学时：0）适用专业：自动化一、课程性质与任务1．课程性质：工业控制网络是自动化专业的学科基础课，是一门基础知识综合应用能力要求较高且应用性较强的学科基础课程。
2．课程任务：开拓学生的视野，培养和提高学生综合应用基础知识以及学习、掌握新理论和新技术的能力。
工业控制网络是目前工业控制领域重要的技术，也是从事工业控制相关课题研究必不可少的现代控制技术。
通过本课程的学习要使学生较为全面、系统、深入的了解工业控制网络的基本知识和基本理论，以及控制网络的集成技术和其构建实现方法，并为自动化专业学生学习后续有关专业课程和将来从事专业工作打下良好基础；同时还要让学生知道工业控制网络仍在不断完善和发展。
；要注重培养学生分析问题、解决问题的能力。
二、课程与其他课程的联系先修课程：《大学计算机基础》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《计算机软件技术基础》、《信号与系统》、《微机原理与接口技术》、《单片机原理》、《检测与转换》、《电气控制及PLC技术》、《计算机控制技术》后续课程：《PLC应用技术》三、课程教学目标课程学习的总体目标：不仅要使学生能够正确了解工业控制网络的基本理论和控制网络的集成技术和其构建实现方法，还要使学生能够更加系统、深入的了解工业控制网络技术的本质、核心关键技术和实现方案分析，为将来从事专业工作打下坚实的理论基础。
1．通过本课程的学习，学习控制网络基本概念和原理，掌握控制网络的结构、特性等基本知识，了解各种现场总线；了解典型控制网络的基本结构；掌握计算机网络和通信技术的基本概念，以及控制网络的集成技术和其构建实现方法达成毕业要求1.5、3.2、10.3 2．使学生初步具有综合运用控制网络的理论知识和分析手段对控制网络的集成技术和其构建实现方法，设计过程中能够综合考虑节省制造材料、降低能耗和环境污染等因素，培养学生的工程伦理素养，达成毕业要求7.1和11.2。
010132053-工业控制网络及组态技术教学大纲
《工业控制网络及组态技术》课程教学大纲课程代码：010132053课程英文名称：Industrial Control Network and HMI Technology课程总学时：16 讲课：16 实验：0 上机：0适用专业：机械电子工程大纲编写（修订）时间：2010.7一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标1.本课程是机电一体化专业的专业选修课2.现场总线/工业以太网技术是当今工业控制系统的主流组网技术，是控制向分散化、网络化、智能化方向发展的技术基础。
本课程主要包括：现场总线/工业以太网的网络通讯基本原理，面向底层PLC控制，构建控制网络，人机交互界面HMI（Human Machine Interface）实现远程监视及优化控制，并以工程实践为例，从整体上掌握现代大中型自动化系统的实施过程。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求1.掌握大中型自动化系统的控制网络基本原理、设计方法、实施方法。
2.掌握HMI的设计方法。
3.结合S7-300 PLC工程实例，达到一定运用能力。
（三）实施说明本课程应重点讲授工业控制网络原理、设计方法、结合PLC系统，以实例为主线，以作业、讲解等互动形式，调动学生的积极性。
（四）对先修课的要求本课程的先修课有：计算机基础、机电传动控制、电工及电子技术、控制工程基础。
（五）对习题课、实践环节的要求1.习题要求：习题应促进学生消化、巩固所学内容。
习题要密切配合教师的讲授内容，注意要使概念类、分析类和设计类习题并存，培养学生的分析和设计能力。
教师通过习题发现问题，改进教学，同时习题也是考核学生的依据之一。
2．实验要求：根据课时较短，同时仿真系统在脱离实验设备亦能进行的实际情况，实验环节以作业形式安排在课后，以实例、作业、互动来完成实践过程，不单独设置实验课。
（六）课程考核方式1.考核方式：课程大作业。
2.考核目标：在考核学生对控制网络基本知识和方法掌握的基础上，重点考核学生实际运用能力。
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《工业控制网络及组态技术》课程教学大纲
课程代码：010132053
课程英文名称：Industrial Control Network and HMI Technology
课程总学时：16 讲课：16 实验：0 上机：0
适用专业：机械电子工程
大纲编写（修订）时间：2010.7
一、大纲使用说明
（一）课程的地位及教学目标
1.本课程是机电一体化专业的专业选修课
2.现场总线/工业以太网技术是当今工业控制系统的主流组网技术，是控制向分散化、网络化、智能化方向发展的技术基础。
本课程主要包括：现场总线/工业以太网的网络通讯基本原理，面向底层PLC控制，构建控制网络，人机交互界面HMI（Human Machine Interface）实现远程监视及优化控制，并以工程实践为例，从整体上掌握现代大中型自动化系统的实施过程。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求
1.掌握大中型自动化系统的控制网络基本原理、设计方法、实施方法。
2.掌握HMI的设计方法。
3.结合S7-300 PLC工程实例，达到一定运用能力。
（三）实施说明
本课程应重点讲授工业控制网络原理、设计方法、结合PLC系统，以实例为主线，以作业、讲解等互动形式，调动学生的积极性。
（四）对先修课的要求
本课程的先修课有：计算机基础、机电传动控制、电工及电子技术、控制工程基础。
（五）对习题课、实践环节的要求
1.习题要求：习题应促进学生消化、巩固所学内容。
习题要密切配合教师的讲授内容，注意要使概念类、分析类和设计类习题并存，培养学生的分析和设计能力。
教师通过习题发现问题，改进教学，同时习题也是考核学生的依据之一。
2．实验要求：根据课时较短，同时仿真系统在脱离实验设备亦能进行的实际情况，实验环节以作业形式安排在课后，以实例、作业、互动来完成实践过程，不单独设置实验课。
（六）课程考核方式
1.考核方式：课程大作业。
2.考核目标：在考核学生对控制网络基本知识和方法掌握的基础上，重点考核学生实际运用能力。
3.成绩构成：出勤（约占20%），平时考察（约占30%），课程大作业（占50%）
（七）参考书目
《S7-300/400 PLC 应用技术》，廖常初编，机械工业出版社，2008
《工业控制网络与现场总线技术》，陈在平，机械工业出版社，2006
《工业控制网络技术》，杨卫华，机械工业出版社，2008。
二、中文摘要
对于机电一体化专业的学生而言，《工业控制网络及组态技术》是一门重要的专业课程。
本大纲规定了该课程的教学目标和内容，提出了知识、能力及技能培养方面的基本要求。
课程通过对当今主流工业控制网络技术内容的讲授，使学生掌握工业控制网路基本知识和基本使用设计方法。
三、课程学时分配表
序号教学内容学时讲课实验上机
1 计算机网络基础
2 2
2 工业控制网络原理简介 4 4
3 PROFIBUS-DP应用
4 4
4 HMI组态软件 4 4
5 工程实例分析 2 2
合计16 16
四、教学内容及基本要求
第1部分计算机网络基础
总学时（单位：学时）：2 讲课 2 实验0 上机0
具体内容：
1）网络定义/分类/结构/功能/作用；
2）数据编码方式、信号传输方式、通信方式等数据通信基础知识；
3）网络拓扑结构、传输介质、硬件组成与介质访问控制方式等计算机网络基础知识； 4）OSI体系，TCP/IP体系。
重点：
形成网络的概念，清楚组成、工作过程。
难点：
网络工作机制、协议。
习题内容：
网络知识基础练习。
第2部分工业控制网络原理简介
总学时（单位：学时）：4讲课 4 实验0 上机0
具体内容：
1）FCS\DCS\工业以太网：概念\发展\组成\技术特点\标准\应用领域；
2）Modibus协议介绍；PROFIBUS-DP结构特点；其他总线简介：ControlNet。
重点：
各总线的访问特点。
难点：
各总线的工作原理。
习题内容：
各具体总线的实现过程。
第3部分PROFIBUS-DP应用
总学时（单位：学时）：4讲课 4 实验0 上机0
具体内容：
1）STEP 7环境/S7-300硬件模板/硬件网络组态/语言编程；PLCSIM 模拟仿真软件使用；
2）SIEMENS网络形式介绍：PROFIBUS，MPI，全局数据，PROFINET，各方式下的实现过程；
3）智能从站设备通讯：S7-300，S7-200，变频器；网络系统故障及诊断。
重点：
构建网络的具体过程。
难点：
网络的诊断功能。
习题内容：
STEP7使用方法。
第4部分HMI组态软件
总学时（单位：学时）：4讲课 4 实验0 上机0
具体内容：
1）WinCC：安装\与PLC通讯\项目\标签变量\动画\脚本\报表\报警\历史趋势\数据库功能\OPC；
2）组态王\力控简介\Intouch。
重点：
HMI的使用步骤。
难点：
HMI的本质工作
习题内容：
工程实例分析
第5部分实例作业交流
总学时（单位：学时）：2讲课 2实验0 上机0
具体内容：
由实际任务构建控制网络，在STEP7中建立硬件组态，完成基本PLC功能，WINCC中做画面，完成交互功能，仿真调试，分析具体问题。
重点：
对整个过程的掌握。
难点：
面向应用的设计方法。
编写人：王海
审核人：陈白宁
批准人：丁茹。