工業(yè)網絡技術與應用 教學大綱、授課計劃

《工業(yè)控制系統(tǒng)與工業(yè)網絡》課程教學大綱課程編號：課程類型：專業(yè)基礎課程課程名稱：工業(yè)網絡技術與應用學時學分：68學時，4學分（其中：理論36學時，實踐32學時）適用專業(yè)：自主學習：16學時開課單位：開課學期：一、課程定位《工業(yè)網絡技術與應用》是信息安全專業(yè)的學科專業(yè)基礎課程，其目的是培養(yǎng)現(xiàn)代制造業(yè)中從事工業(yè)信息安全技術人員的核心職業(yè)能力，通過對本課程的學習，培養(yǎng)學生理解工業(yè)網絡中數(shù)據交換的基本原理，掌握工業(yè)網絡中工業(yè)交換機配置與管理、工業(yè)路由器配置與管理、VLAN虛擬專用網技術、工業(yè)網絡冗余技術、工業(yè)網絡路由技術、NAT地址轉換技術。本課程以工業(yè)網絡設備為核心，融合S7-1200系列PLC、HMI等工業(yè)設備，通過工業(yè)以太網絡連接，并結合PLC編程技術實現(xiàn)工業(yè)設備間的通信，實現(xiàn)實際工程項目的聯(lián)網控制，為后面的工業(yè)信息安全課程、畢業(yè)設計和頂崗實踐打下專業(yè)基礎，同時在團隊合作、小組討論、虛擬實踐等學習方法運用的過程中，培養(yǎng)學生的社會能力和方法能力。本課程屬于理實一體化課程，課程在第3學期開設，是該專業(yè)的專業(yè)基礎課程，學習本課程前應學習過《電氣控制技術》、《計算機網絡與協(xié)議基礎》、《可編程控制器應用》，通過本課程學習，可以為該專業(yè)學生進行專業(yè)頂崗實習打下良好的基礎，為學生將來就業(yè)和職業(yè)生涯發(fā)展提供知識和技能儲備。二、課程目標《工業(yè)網絡技術與應用》課程主要培養(yǎng)學生具工業(yè)網絡設備管理與配置能力、工業(yè)控制設備通訊程序編寫能力、工業(yè)網絡設計、搭建、調試、維護工作中的基本職業(yè)能力，學生們通過本課程學習后，應具有的以下職業(yè)能力：1. 知識目標（1）了解計算機網絡和工業(yè)網絡的基礎知識；（2）理解工業(yè)網絡的發(fā)展歷程、分類和網絡體系結構；（3）了解工業(yè)網絡中的常見設備；（4）掌握工業(yè)管理型二層交換機和三層的基本用法；（5）熟練掌握VLAN虛擬專用網技術基本原理及在交換機中的應用；（6）熟練掌握路由技術基本原理及在交換機中的應用；（7）熟練掌握冗余技術基本原理及在交換機中的應用；（8）熟練掌握NAT地址轉換技術基本原理及在交換機中的應用2. 能力目標（1）具備需求分析的能力；（2）具備根據需求進行工業(yè)網絡整體設計的能力；（3）具備工業(yè)網絡實施能力；（4）具備根據工業(yè)網絡通訊需求，對控制系統(tǒng)硬件組態(tài)、梯形圖編程的能力；（5）具備采用相關工具進行工業(yè)網絡調試的能力；（6）具備故障診斷分析的能力。3. 思政目標（1）培養(yǎng)文明操作、規(guī)范操作的意識和素質；（2）培養(yǎng)耐心、細致和認真的工作精神；（3）培養(yǎng)獨立思考、遇見問題不退縮的素質；（4）培養(yǎng)團隊協(xié)作、團隊精神；（5）培養(yǎng)較強的工程實踐意識、質量意識、市場和價值效益意識、節(jié)約資源和保護環(huán)境意識；（6）培養(yǎng)遵紀守法、愛崗敬業(yè)、誠實守信的品格。三、教學內容與要求序號教學內容教學要求建議學時重點難點教學方法和手段1第1章緒論1、了解現(xiàn)場總線及工業(yè)控制系統(tǒng)的產生、現(xiàn)狀和發(fā)展情況2、理解現(xiàn)代工業(yè)網絡的層次結構3、了解工業(yè)以太網絡的發(fā)展4、理解主流工業(yè)以太網技術5、掌握PROFINET工業(yè)以太網協(xié)議結構4重點：1、理解工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)場總線、工業(yè)網絡之間的關系難點：1、掌握PROFINET工業(yè)以太網協(xié)議結構教學方法：1.啟發(fā)式教學2.情境教學法教學手段：1.講解2第2章工業(yè)網絡設備基礎1、了解各種工業(yè)網絡設備及終端設備包括：可編程控制器、HMI人機界面、工業(yè)交換機、工業(yè)路由器、工業(yè)防火墻2、掌握網絡地址原理及配置方法3、熟練掌握工業(yè)以太網電纜接口制作4、熟練掌握西門子S7-1200PLC、西門子觸摸屏TP700、西門子SCALANCEXB208交換機IP地址配置方法5、熟練掌握S7-1200PLC與交換機復位方法8重點：1、掌握工業(yè)網絡IP地址、MAC地址、子網掩碼、基本概念及子網劃分方法難點：1、掌握子網劃分及IP地址規(guī)劃2、熟練掌握工業(yè)設備地址配置和還原方法教學方法：1.啟發(fā)式教學2.情境教學法教學手段：1.講解2.教師演示3.學生實踐3第3章VLAN虛擬專用網技術1、理解VLAN虛擬專用網原理2、掌握VLAN協(xié)議格式3、熟練掌握單交換機VLAN配置4、熟練掌握跨交換機VLAN配置5、熟練掌握西門子私有VLAN技術8重點：1、理解VLAN虛擬專用網原理難點：1、利用原理配置各種VLAN網絡教學方法：1.啟發(fā)式教學2.情境教學法教學手段：1.講解2.教師演示3.學生實踐4第4章網絡冗余技術1、理解STP生成樹與RSTP快速生成樹基本原理2、熟練掌握生成樹配置方法4重點：1、STP生成樹與RSTP快速生成樹基本原理難點：1、根據原理配置網絡快速生成樹。教學方法：1.啟發(fā)式教學2.情境教學法教學手段：1.講解2.教師演示3.學生實踐5第4章網絡冗余技術1、理解HRP環(huán)網冗余協(xié)議2、理解MRP環(huán)網冗余協(xié)議3、熟練掌握HRP單環(huán)網絡配置4、熟練掌握MRP單環(huán)網絡配置4重點：1、HRP環(huán)網冗余協(xié)議2、MRP環(huán)網冗余協(xié)議難點：1、HRP網絡配置2、MRP網絡配置教學方法：1.啟發(fā)式教學2.情境教學法教學手段：1.講解2.教師演示3.學生實踐6第4章網絡冗余技術1、理解備用環(huán)網間冗余協(xié)議；2、熟練掌握雙環(huán)網間備用配置4重點：1、備用環(huán)網間冗余協(xié)議難點：1雙環(huán)網間備用配置教學方法：1.啟發(fā)式教學2.情境教學法教學手段：1.講解2.教師演示3.學生實踐7第4章網絡冗余技術1、理解RSTP+協(xié)議2、掌握PRP和HSR平行冗余協(xié)議3、熟練掌握平行冗余配置4重點：1、PRP和HSR平行冗余協(xié)議難點：2、平行冗余配置教學方法：1.啟發(fā)式教學2.情境教學法教學手段：1.講解2.教師演示3.學生實踐8第5章路由技術1、掌握路由、網關、路由表等基本概念；2、掌握靜態(tài)路由基本概念；3、熟練掌握子網配置及VLAN間路本地路由配置4重點：1、子網配置及VLAN間路本地由配置；2、靜態(tài)路由基本概念；難點：1、VLAN間路本地由配置方法。教學方法：1.啟發(fā)式教學2.情境教學法教學手段：1.講解2.教師演示3.學生實踐9第5章路由技術1、掌握動態(tài)路由原理；2、熟練掌握OSPF動態(tài)路由配置4重點：1、動態(tài)路由原理；難點：1、OSPF動態(tài)路由配置教學方法：1.啟發(fā)式教學2.情境教學法教學手段：1.講解2.教師演示3.學生實踐10第5章路由技術1、掌握VRRP虛擬路由原理；2、熟練掌握VRRP虛擬路由配置；4重點：1、VRRP虛擬路由原理難點：1、VRRP虛擬路由配置教學方法：1.啟發(fā)式教學2.情境教學法教學手段：1.講解2.教師演示3.學生實踐11第6章NAT網絡地址轉換1、掌握靜態(tài)地址轉換基本原理2、熟練掌握NAT靜態(tài)地址轉換配置4重點：1、靜態(tài)地址轉換基本原理難點：1、NAT靜態(tài)地址轉換配置教學方法：1.啟發(fā)式教學2.情境教學法教學手段：1.講解2.教師演示3.學生實踐12第6章NAT網絡地址轉換1、掌握動態(tài)地址轉換基本原理2、熟練掌握NAT動態(tài)地址轉換配置4重點：1、動態(tài)地址轉換基本原理難點：1、NAT動態(tài)地址轉換配置教學方法：1.啟發(fā)式教學2.情境教學法教學手段：1.講解2.教師演示3.學生實踐13第6章NAT網絡地址轉換1、掌握NAPT基本原理2、熟練掌握NAPT端口映射配置4重點：1、NAPT基本原理難點：1、NAPT端口映射配置教學方法：1.啟發(fā)式教學2.情境教學法教學手段：1.講解2.教師演示3.學生實踐14第7章工業(yè)無線網絡技術1、了解工業(yè)無線網絡技術的基本概念和主要設備2、掌握西門子工業(yè)無線訪問接入點和無線客戶端的基本配置重點：1、工業(yè)無線網絡設備2、工業(yè)無線AP和無線客戶端的基本配置教學方法：1.啟發(fā)式教學2.情境教學法教學手段：1.講解2.教師演示3.學生實踐15第8章工業(yè)網絡安全技術1、理解訪問控制列表基本原理2、熟練掌握訪問控制列表配置4重點：1訪問控制列表基本原理難點：1、訪問控制列表配置教學方法：1.啟發(fā)式教學2.情境教學法教學手段：1.講解2.教師演示3.學生實踐合計681.備課準備提前了解所授課班級學生學習的基本情況，提前了解實驗課程所使用設備及實驗內容。2.課后答疑第一次上課與學生預定答疑時間、地點等，與全體學生或學生干部、課代表建立通暢的信息溝通渠道，及時了解學生學習中遇到的問題和困難并給予指導。并在答疑的過程中收集學生對本次課的反饋信息，作為后續(xù)授課方法、思路調整的依據。3.作業(yè)布置作業(yè)組成由教材每章課后習題+自設題目。四、實踐教學該課程的實踐教學類型為實驗，每人一組，實驗室儀器設備使用說明及安全注意事項見《實驗指導書》。實驗1：工業(yè)網絡設備基本配置（建議4學時）1、類別：實驗2、內容；（1）掌握工業(yè)以太網電纜接口制作的能力；（2）掌握西門子S7-1200PLC、西門子觸摸屏TP700、XB208交換機的IP地址配置的能力；（3）掌握S7-1200PLC與交換機復位的能力；3、步驟：（1）制作工業(yè)以太網線（2）系統(tǒng)接線（3）地址設置（4）網絡測試（5）整理實驗工具4.分組：4人一組.依照學號順序5.儀器設備要求：安裝有博途15以上版本軟件的PC機1臺；工業(yè)網絡實驗設備一套；工業(yè)以太網線及接頭若干；總線制作工具一套。項目二：西門子交換機VLAN配置（建議8學時）1、類別：實驗2、內容；（1）理解VLAN虛擬專用網原理（2）熟練掌握單交換機VLAN配置（3）熟練掌握跨交換機VLAN配置（4）熟練掌握西門子私有VLAN技術3、步驟：（1）繪制網絡拓撲（2）根據拓撲進行連線（3）進行交換機配置（4）網絡測試（5）網絡分析及排除4.分組：4人一組.依照學號順序5.儀器設備要求：安裝有博途15以上版本PC機4臺；工業(yè)網絡實訓設備一套；工業(yè)網絡線纜若干。項目三：西門子交換機冗余配置（建議8學時）1、類別：實驗2、內容；（1）熟練掌握生成樹配置方法的能力；（2）熟練掌握HRP單環(huán)網絡配置的能力；（3）熟練掌握MRP單環(huán)網絡配置的能力；（4）熟練掌握雙環(huán)網間備用配置的能力；（5）熟練掌握平行冗余配置的能力3、步驟：（1）繪制網絡拓撲（2）根據拓撲進行連線（3）進行交換機配置（4）網絡測試（5）網絡分析及排除4.分組：4人一組.依照學號順序5.儀器設備要求：安裝有博途15以上版本PC機4臺；工業(yè)網絡實訓設備一套；工業(yè)網絡線纜若干。項目四：西門子交換機路由配置（建議8學時）1、類別：實驗2、內容；（1）掌握子網配置及VLAN間路本地路由配置的能力；（2）掌握OSPF動態(tài)路由配置的能力；（3）掌握VRRP虛擬路由配置的能力；3、步驟：（1）繪制網絡拓撲（2）根據拓撲進行連線（3）進行交換機配置（4）網絡測試（5）網絡分析及排除4.分組：4人一組.依照學號順序5.儀器設備要求：安裝有博途15以上版本PC機4臺；工業(yè)網絡實訓設備一套；工業(yè)網絡線纜若干。項目五：西門子交換機NAT配置（建議4學時）1、類別：實驗2、內容；（1）熟練掌握NAT靜態(tài)地址轉換配置的能力；（2）熟練掌握NAT動態(tài)地址轉換配置的能力；（2）熟練掌握NAPT端口映射配置的能力；3、步驟：（1）繪制網絡拓撲（2）根據拓撲進行連線（3）進行交換機配置（4）網絡測試（5）網絡分析及排除4.分組：4人一組.依照學號順序5.儀器設備要求：安裝有博途15以上版本PC機4臺；工業(yè)網絡實訓設備一套；工業(yè)網絡線纜若干。五、考核及成績評定方式1.考核方式：考試2.成績評定辦法（1）成績評定構成：考勤×5%﹢自主學習×5%﹢實驗成績×30%﹢期末成績×60%＝總成績（2）成績評定細則：考勤成績：①學生應該按時上課，不遲到不早退，有事請假（公假學院出具證明）。②每學期任課教師按照院歷上規(guī)定的統(tǒng)計考勤時間開始記錄學生出勤情況。③學生缺課課（因病、因事、曠課）三分之一以上（含三分之一）不允許參加期末考試，總評成績?yōu)榱惴帧＂軐W生遲到、早退達10分鐘以上（含15分鐘），按曠課計算，遲到、早退在15分鐘以內，三次計曠課一節(jié)。實驗成績：5個實驗項目，每個實驗項目提交一份實驗報告，實驗報告中包含報告成績和操作成績；評分依據：[(實驗報告1+實驗報告2+實驗報告3+實驗報告4+實驗報告5)/5]×30%；評分標準：每份實驗報告以1-100分評判自主學習：評分依據：自主學習報告1份×5%，報告以1-100分評判。期末考試成績：根據卷面成績給出六、與其他課程的聯(lián)系1.先修課程及聯(lián)系先修課程主要有：《電氣控制技術》、《計算機網絡與協(xié)議基礎》、《可編程控制器應用》。2.后續(xù)課程及聯(lián)系后續(xù)課程主要有：《工控網絡安全配置》、《工業(yè)網絡協(xié)議分析》、《工控系統(tǒng)漏洞分析與防范》。七、教材及參考資料1.推薦教材：李穎.馮俊梅.廖旭金《工業(yè)網絡技術與實踐》西安電子科技大學出版社.2024；2.參考資料：[1]范其明.《工業(yè)網絡與現(xiàn)場總線》.西安電子科技大學出版社.2020；[2]張帆.《工業(yè)控制網絡技術》.機械工業(yè)出版社.2018；[3]王德吉.《西門子工業(yè)網絡通信技術詳解》.機械工業(yè)出版社.2012。[4]律德財.《工業(yè)網絡技術與應用》.大連理工大學出版社.2022。執(zhí)筆人：日期：系（教研室）審核：日期：2023.7教學單位審核：日期：

附件1：《工業(yè)控制系統(tǒng)與工業(yè)網絡》課程自主學習安排一、學習目標通過自主學習，學生能夠：（1）掌握工業(yè)防火墻基礎知識；（2）掌握工業(yè)防火墻規(guī)則設計及配置；（3）掌握工業(yè)防火墻VPN技術及配置。二、學習形式教師通過視頻或者網站鏈接等方式為學生提供學習資源，發(fā)布學習要求。學生規(guī)定的時間內完成自主學習，并完成相關的自主學習報告。三、學習內容學生需要完成不少于16學時的自主學習任務。序號學習內容建議學時1工業(yè)防火墻基礎知識42工業(yè)防火墻規(guī)則設計及配置63工業(yè)防火墻VPN技術及配置6合計16學時四、學習評價學生自主學習效果的評價，除了包含學生學習記錄、作業(yè)、測驗成績以外，突出學生自主評價。學生完成自主學習總結，對自主學習的情況進行自評。PAGE2/2xxxx大學教師學期授課計劃課程名稱:依據大綱：班級:考試考查:考試課程類型:專業(yè)基礎課程使用教材:《工業(yè)網絡技術與實踐（微課版》學時學分:68學時，4學分（其中：理論36學時，實踐32學時）授課學期:任課教師:系/教研室審核:部門審核:填寫日期

序號月/日周次星期教學內容作業(yè)授課學時備注1第1章緒論1、了解現(xiàn)場總線及工業(yè)控制系統(tǒng)的產生、現(xiàn)狀和發(fā)展情況2、理解現(xiàn)代工業(yè)網絡的層次結構3、了解工業(yè)以太網絡的發(fā)展培養(yǎng)學生具備需求分析的能力培養(yǎng)學生耐心、細致和認真的工作精神22第1章緒論1、理解主流工業(yè)以太網技術2、掌握PROFINET工業(yè)以太網協(xié)議結構3、了解工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展培養(yǎng)學生具備需求分析的能力培養(yǎng)學生耐心、細致和認真的工作精神第1章書后作業(yè)23第2章工業(yè)網絡設備基礎 1、了解各種工業(yè)網絡設備及終端設備2、理解可編程控制器、HMI人機界面、工業(yè)交換機、工業(yè)路由器、工業(yè)防火墻基本功能培養(yǎng)學生具備需求分析的能力培養(yǎng)學生耐心、細致和認真的工作精神24第2章工業(yè)網絡設備基礎 1、理解網絡地址原理及配置方法2、掌握MAC地址基本格式3、掌握工業(yè)網絡IP地址基本概念4、掌握子網掩碼基本概念及子網劃分方法培養(yǎng)學生具備需求分析的能力培養(yǎng)學生耐心、細致和認真的工作精神實驗報告1準備2詳見實驗指導書5第2章工業(yè)網絡設備基礎 1、熟練掌握工業(yè)以太網電纜接口制作2、熟練掌握西門子S7-1200PLC、西門子觸摸屏TP700、西門子SCALANCEXB208交換機IP地址配置方法3、熟練掌握S7-1200PLC與交換機復位方法培養(yǎng)學生工業(yè)網絡整體設計的能力、實施能力、調試的能力及故障診斷分析的能力培養(yǎng)學生文明操作、規(guī)范操作的意識和素質完成實驗報告14詳見實驗指導書6第3章VLAN虛擬專用網技術 1、理解VLAN虛擬專用網原理2、掌握VLAN協(xié)議格式3、熟練掌握單交換機VLAN配置培養(yǎng)學生工業(yè)網絡整體設計的能力、實施能力、調試的能力及故障診斷分析的能力培養(yǎng)學生獨立思考、遇見問題不退縮的素質實驗報告2準備4詳見實驗指導書7第3章VLAN虛擬專用網技術 1、熟練掌握跨交換機VLAN配置2、熟練掌握西門子私有VLAN技術培養(yǎng)學生工業(yè)網絡整體設計的能力、實施能力、調試的能力及故障診斷分析的能力培養(yǎng)學生培養(yǎng)團隊協(xié)作、團隊精神完成實驗報告24詳見實驗指導書8第4章網絡冗余技術 1、理解STP生成樹與RSTP快速生成樹基本原理培養(yǎng)學生具備需求分析的能力培養(yǎng)學生耐心、細致和認真的工作精神29第4章網絡冗余技術 1、理解HRP環(huán)網冗余協(xié)議基本原理2、理解MRP環(huán)網冗余協(xié)議基本原理培養(yǎng)學生具備需求分析的能力培養(yǎng)學生耐心、細致和認真的工作精神實驗報告3任務1-3準備2詳見實驗指導書10第4章網絡冗余技術 1、熟練掌握生成樹配置方法2、熟練掌握HRP單環(huán)網絡配置3、熟練掌握MRP單環(huán)網絡配置培養(yǎng)學生工業(yè)網絡整體設計的能力、實施能力、調試的能力及故障診斷分析的能力培養(yǎng)學生培養(yǎng)工程實踐意識、質量意識、市場和價值效益意識、節(jié)約資源和保護環(huán)境意識；完成實驗報告3任務1-34詳見實驗指導書11第4章網絡冗余技術 1、理解備用環(huán)網間冗余協(xié)議基本原理；2、理解RSTP+協(xié)議基本原理培養(yǎng)學生具備需求分析的能力培養(yǎng)學生耐心、細致和認真的工作精神212第4章網絡冗余技術 1、掌握PRP和HSR平行冗余協(xié)議基本原理培養(yǎng)學生具備需求分析的能力培養(yǎng)學生耐心、細致和認真的工作精神實驗報告3任務4-5準備2詳見實驗指導書13第4章網絡冗余技術 1、熟練掌握雙環(huán)網間備用配置2、熟練掌握平行冗余配置培養(yǎng)學生工業(yè)網絡整體設計的能力、實施能力、調試的能力及故障診斷分析的能力培養(yǎng)學生遵紀守法、愛崗敬業(yè)、誠實守信的品格完成實驗報告3任務4-54詳見實驗指導書14第5章路由技術 1、掌握路由、網關、路由表等基本概念；2、掌握靜態(tài)路由基本概念；培養(yǎng)學生具備需求分析的能力培養(yǎng)學生耐心、細致和認真的工作精神215第5章路由技術 1、掌握動態(tài)路由原理；培養(yǎng)學生具備需求分析的能力培養(yǎng)學生耐心、細致和認真的工作精神實驗報告4準備2詳見實驗指導書16第5章路由技術 1、熟練掌握子網配置及VLAN間路本地路由配置2、熟練