《機(jī)器人工業(yè)總線技術(shù)》教學(xué)大綱

《機(jī)器人工業(yè)總線技術(shù)》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：22140151課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：2學(xué)分學(xué)時：32學(xué)時（理論24學(xué)時，實驗8學(xué)時）先修課程：電氣控制與PLC（A）、機(jī)器人檢測技術(shù)與傳感器等后續(xù)課程：機(jī)器人編程與系統(tǒng)集成適用專業(yè)：機(jī)器人工程專業(yè)開課單位：智能工程學(xué)院一、課程說明《機(jī)器人工業(yè)總線技術(shù)》是機(jī)器人工程專業(yè)必修的一門專業(yè)必修課。本課程主要傳授典型現(xiàn)場總線基本原理與方法，為學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程及以后從事技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)。本課程注重數(shù)字通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)知識的深入學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)運用典型現(xiàn)場總線基本方法解決生產(chǎn)實際中問題的能力，兼顧特定領(lǐng)域?qū)Ｓ每偩€技術(shù)的介紹，培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、高素質(zhì)、強(qiáng)能力”的人才。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握數(shù)字通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)，能夠正確理解數(shù)字編碼技術(shù)、通信接口、傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型、現(xiàn)場總線等知識，能夠合理選擇現(xiàn)場總線用于設(shè)備控制信息集成。課程目標(biāo)2：能正確運用Modbus網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理、工業(yè)以太網(wǎng)及OPC技術(shù)原理等知識分析工程需求，了解影響現(xiàn)場總線通訊的因素，能夠選擇合適的現(xiàn)場總線類型，并能夠設(shè)計或改進(jìn)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膭?chuàng)造性思維和研究性思維。課程目標(biāo)3：理解現(xiàn)場總線協(xié)議/規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建安全、穩(wěn)定、高效的信息通訊網(wǎng)絡(luò)，理解國家信息安全的重要性，能夠在工程實踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和行為規(guī)范，履行責(zé)任，培養(yǎng)學(xué)生積極思考、嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和解決實際問題的能力，塑造學(xué)生刻苦鉆研的使命感和愛國情懷，培養(yǎng)科學(xué)探索的工程素養(yǎng)。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《機(jī)器人工業(yè)總線技術(shù)》課程教學(xué)目標(biāo)對機(jī)器人工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識：具有從事機(jī)器人工程領(lǐng)域所需的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識，并能夠綜合應(yīng)用這些知識解決機(jī)器人工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題。1.2掌握機(jī)器人工程領(lǐng)域所需的電路分析、電子技術(shù)、計算機(jī)、機(jī)械等原理和思想，能將其知識方法用于復(fù)雜機(jī)器人工程問題的分析和表述。課程目標(biāo)1：掌握數(shù)字通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)，能夠正確理解數(shù)字編碼技術(shù)、通信接口、傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型、現(xiàn)場總線等知識，能夠合理選擇現(xiàn)場總線用于設(shè)備控制信息集成。M3.設(shè)計/開發(fā)解決方案：能夠針對機(jī)器人工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題設(shè)計解決方案，設(shè)計滿足特定需求的硬件部件、智能算法、系統(tǒng)集成應(yīng)用，并能夠在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，并考慮社會、環(huán)境、健康、安全、法律、文化等因素。3.1能夠針對機(jī)器人工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題提出網(wǎng)絡(luò)化、智能解決方案。課程目標(biāo)2：能正確運用Modbus網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理、工業(yè)以太網(wǎng)及OPC技術(shù)原理等知識分析工程需求，了解影響現(xiàn)場總線通訊的因素，能夠選擇合適的現(xiàn)場總線類型，并能夠設(shè)計或改進(jìn)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。H5.使用現(xiàn)代工具：能夠針對復(fù)雜機(jī)械工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對復(fù)雜機(jī)械工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。5.2能夠開發(fā)、選擇與使用現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具對復(fù)雜機(jī)械工程問題進(jìn)行輔助設(shè)計、預(yù)測和模擬，并理解其局限性。課程目標(biāo)2：能正確運用Modbus網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理、工業(yè)以太網(wǎng)及OPC技術(shù)原理等知識分析工程需求，了解影響現(xiàn)場總線通訊的因素，能夠選擇合適的現(xiàn)場總線類型，并能夠設(shè)計或改進(jìn)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膭?chuàng)造性思維和研究性思維。課程目標(biāo)3：理解現(xiàn)場總線協(xié)議/規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建安全、穩(wěn)定、高效的信息通訊網(wǎng)絡(luò)，理解國家信息安全的重要性，能夠在工程實踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和行為規(guī)范，履行責(zé)任，培養(yǎng)學(xué)生積極思考、嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和解決實際問題的能力，塑造學(xué)生刻苦鉆研的使命感和愛國情懷，培養(yǎng)科學(xué)探索的工程素養(yǎng)。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點難點理論學(xué)時實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.數(shù)字通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)1.1數(shù)字通信基本原理1.2介質(zhì)訪問控制MAC1.3網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型1.4現(xiàn)場總線與信息化集成技術(shù)思政1：大漠孤煙直-詩詞中的古代通信思政2：視聯(lián)動力-國產(chǎn)通信協(xié)議先驅(qū)教學(xué)要求：使學(xué)生在了解數(shù)字通信的基本概念基礎(chǔ)上，掌握數(shù)字通信基本原理，掌握數(shù)字通信的技術(shù)指標(biāo)，了解常用傳輸介質(zhì)特性，掌握傳輸介質(zhì)選擇和使用方法；培養(yǎng)學(xué)生積極思考、嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和解決實際問題的能力，塑造學(xué)生刻苦鉆研的使命感和愛國情懷，培養(yǎng)科學(xué)探索的工程素養(yǎng)。重點：通信系統(tǒng)基本概念、數(shù)字編碼技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型，了解現(xiàn)場總線技術(shù)特點，掌握數(shù)字通訊的基本原理。難點：通訊系統(tǒng)數(shù)字編碼技術(shù)。41、22.Modbus網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用2.1Modbus規(guī)范2.2Modbus串口調(diào)試工具2.3ModbusPlus網(wǎng)絡(luò)2.4Modbus網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實例思政3：學(xué)習(xí)Modbus規(guī)范，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膭?chuàng)造性思維和研究性思維思政4：通過實踐培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力教學(xué)要求：使學(xué)生了解Modbus規(guī)范，掌握Modbus通信報文格式，掌握使用串口調(diào)試工具測試Modbus通信的方法，掌握Modbus網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程實現(xiàn)方法；能夠在工程實踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和行為規(guī)范，履行責(zé)任，培養(yǎng)學(xué)生積極思考、嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和解決實際問題的能力。重點：Modbus協(xié)議規(guī)范的理解，Modbus協(xié)議編程方法。難點：Modbus協(xié)議應(yīng)用編程。841、23.PROFIBUS-DP總線應(yīng)用3.1PROFIBUS-DP協(xié)議概念3.2DP總線數(shù)據(jù)鏈路3.3DP總線控制3.4PROFIBUS-DP應(yīng)用思政5：學(xué)習(xí)PROFIBUS-DP規(guī)范，遵守工程職業(yè)道德和行為規(guī)范，履行責(zé)任教學(xué)要求：使學(xué)生了解PROFIBUS-DP總線協(xié)議；了解DP的傳輸技術(shù)、DP總線存取控制、DP數(shù)據(jù)鏈路層；掌握總線段結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析方法；了解PROFIBUS-DP故障診斷方法；培養(yǎng)學(xué)生積極思考、嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和解決實際問題的能力。重點：總線段結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析方法。難點：總線段結(jié)構(gòu)分析方法。41、2、34.工業(yè)以太網(wǎng)及OPC技術(shù)4.1CIP協(xié)議4.2常用工業(yè)以太網(wǎng)4.3OPC技術(shù)4.4OPC技術(shù)應(yīng)用實例思政6：組態(tài)王OPC，塑造學(xué)生刻苦鉆研的使命感和愛國情懷教學(xué)要求：使學(xué)生了解CIP協(xié)議、以太網(wǎng)幀格式；了解常用工業(yè)以太網(wǎng)；掌握ModbusTCP/IP應(yīng)用編程方法；了解OPC技術(shù)規(guī)范，掌握常用OPC通訊服務(wù)器和客戶端的配置和使用方法；能夠在工程實踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和行為規(guī)范，塑造學(xué)生刻苦鉆研的使命感和愛國情懷，培養(yǎng)科學(xué)探索的工程素養(yǎng)。重點：ModbusTCP/IP應(yīng)用和OPC應(yīng)用。難點：ModbusTCP/IP應(yīng)用和OPC應(yīng)用。841、2、3合計2482.實驗部分實驗部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表3。表3實驗項目、實驗內(nèi)容與學(xué)時實驗項目實驗內(nèi)容和要求實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.Modbus原理與應(yīng)用實驗實驗內(nèi)容：選作以下兩項內(nèi)容使用虛擬串口配置工具和串口調(diào)試工具進(jìn)行Modbus-RTU通訊原理實驗。PLC串口Modbus-RTU通訊實驗。變頻器Modbus-RTU通訊實驗。實驗要求：掌握Modbus-RTU通信報文結(jié)構(gòu)、掌握PLC、變頻器、測控儀表等現(xiàn)場設(shè)備Modbus-RTU編程和使用方法。422.工業(yè)以太網(wǎng)及OPC應(yīng)用實驗實驗內(nèi)容：工業(yè)以太網(wǎng)服務(wù)器和客戶端的配置和應(yīng)用，OPC服務(wù)器和客戶端的配置和應(yīng)用。實驗要求：配置ModSim服務(wù)器，使用電腦本地回送地址，實現(xiàn)ModbusTCP/IP通訊實驗。配置特定OPC服務(wù)器或通用OPC服務(wù)器，使用客戶端進(jìn)行通訊測試和通訊應(yīng)用。42合計8五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享、實驗等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學(xué)生比較全面地理解工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)的基本原理，掌握典型工業(yè)現(xiàn)場總線設(shè)計、調(diào)試和應(yīng)用編程方法，培養(yǎng)解決現(xiàn)場設(shè)備信息通訊的初步能力。在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字通訊的基本理論、基本知識和基本技能。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實際動手能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。實驗教學(xué)設(shè)計2個綜合性實驗項目，每個實驗項目均采用“虛實”結(jié)合的實驗內(nèi)容，“虛擬實驗項目”內(nèi)容側(cè)重原理和方法學(xué)習(xí)，“實物實驗項目”內(nèi)容側(cè)重應(yīng)用編程方法訓(xùn)練。實驗項目使用的通訊測試軟件和工具軟件有：八方匯PLC調(diào)試神器（配置多個虛擬串口等功能）、串口調(diào)試工具（通訊數(shù)據(jù)收發(fā)）、ModSim（Modbus服務(wù)器）等，可用于實際工程項目通訊測試。在實驗前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)和掌握與本實驗有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書，了解實驗原理；在實驗中要嚴(yán)格遵守實驗紀(jì)律，按操作規(guī)程使用儀器，需要學(xué)生記錄實驗數(shù)據(jù)和截圖測試運行畫面；實驗結(jié)束后，按規(guī)定對儀器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)；每完成一項實驗，分析處理實驗數(shù)據(jù)，解讀收發(fā)數(shù)據(jù)的信息，回答思考題內(nèi)容，認(rèn)真完成一份實驗報告。六、課程資源1.推薦教材：（1）王海.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2020年.2.參考書：（1）黃風(fēng).工業(yè)機(jī)器人與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2020年.（2）郭瓊.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用（第3版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2021年.（3）張帆.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2022年.（4）趙新秋.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2022年.（5）倪偉.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2022年.3.期刊：（1）李勃良.基于PLC技術(shù)和工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)的船舶電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].艦船科學(xué)技術(shù),2020,(16),118-120.（2）KummoolS,SuwanmaneeI,WeerathaweemasS,etal.AVAILABILITYTHROUGHFIELDDEVICEDIAGNOSISINFEEDFORWARDCONTROL:ACASESTUDYOFFOUNDATIONFIELDBUS-BASEDTEMPERATURECONTROL[J].Internationaljournalofinnovativecomputing,informationandcontrol,2022,(1):18-25.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）施耐德官網(wǎng)，/zh/search/modbus（2）西門子自動化與驅(qū)動官網(wǎng)，/download/（3）OPC基金會中國官網(wǎng)，/七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核（大作業(yè)）成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)10（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?42實驗15（1）根據(jù)每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質(zhì)量單獨評分，滿分100分；（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！?5作業(yè)15（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?63期末考核60（1）期末考核（大作業(yè)）成績100分，以期末考核（大作業(yè)）成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考掌握數(shù)字通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)、PROFIBUS-DP總線協(xié)議、Modbus規(guī)范、工業(yè)以太網(wǎng)及OPC技術(shù)，基本概念和基本原理及應(yīng)用?！獭獭?52510合計：100分355015八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以作業(yè)評價、課堂討論、課內(nèi)實驗、期末考核（大作業(yè)）等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價。考核基本要求：考核總成績由期末考核（大作業(yè)）成績和過程性評價成績組成。其中：期末考核（大作業(yè)）成績?yōu)?00分（權(quán)重60%）；作業(yè)評價、課堂討論、課內(nèi)實驗等過程性評價成績?yōu)?00分（權(quán)重40%）。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)25積極參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于90%。認(rèn)真參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于80%。偶爾參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于70%。上課不認(rèn)真，偶爾參與教學(xué)活動。上課不認(rèn)真，不參與教學(xué)活動。作業(yè)37.5作業(yè)完整，思路清晰，準(zhǔn)確率大于90%，字跡工整。作業(yè)完整，準(zhǔn)確率大于80%，字跡工整。不交作業(yè)2次以內(nèi)