工业互联网

《工业互联网》14周教学计划(中职版)

适用对象: 中等职业技术学校高三年级学生

课程名称: 工业互联网技术应用与实战

课时安排: 14周 × 每周3课时 × 每课时40分钟 = 42课时(总计1680分钟)

教学理念: 项目式教学 + 任务驱动 + 重难点聚焦

编写时间: 2026年3月

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📋 教学计划总览

周次	项目名称	课时数	核心任务	产出成果
第1周	项目1-1:工业互联网认知	3	描绘数字化蓝图	改造方案初稿
第2周	项目1-2:设备认知与安全	3	检阅核心装备	设备识读表
第3周	项目2-1:PLC硬件组态	3	构建控制核心	PLC组态完成
第4周	项目2-2:PLC编程与HMI	3	编写运动逻辑	简单控制程序
第5周	项目3-1:传感器应用	3	部署健康探针	传感器数据采集
第6周	项目3-2:运动控制	3	实现精密执行	电机定位控制
第7周	项目4-1:网络搭建	3	搭建控制网络	工业网络连通
第8周	项目4-2:协议配置	3	开放数据接口	Modbus配置完成
第9周	项目5-1:网关南向采集	3	连接数据源头	多协议数据采集
第10周	项目5-2:MQTT上云	3	打通上云通道	数据上传平台
第11周	项目6-1:设备接入	3	创建虚拟映像	物模型定义完成
第12周	项目6-2:可视化开发	3	开发数字驾驶舱	监控大屏完成
第13周	综合项目实战	3	全流程整合	完整系统运行
第14周	成果展示与考核	3	项目答辩演示	期末考核完成

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📚 详细教学安排

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第1周 项目1-1:描绘数字化蓝图

🎯 本周目标

• 理解工业互联网的基本概念和价值
• 掌握工业互联网三层架构
• 能够分析企业数字化改造需求

📖 课时安排

第1课时(40分钟):工业互联网认知

【教学重点】

• 工业互联网的定义和特征
• 三层架构:网络层、平台层、应用层

【教学内容】

1. 导入(5分钟)

   • 播放短视频《智能制造工厂的一天》
   • 提问:传统工厂有什么问题?

2. 新知讲解(25分钟)

   • 什么是工业互联网?(用比喻:工业互联网=工厂的神经系统)
   • 三层架构讲解(用图示+实物对照):
     • 网络层:像人的神经,负责传递信息
     • 平台层:像人的大脑,负责处理数据
     • 应用层:像人的手脚,负责执行操作
   • 典型应用案例(海尔、三一重工等,用3个简短案例)

3. 互动讨论(10分钟)

   • 小组讨论:如果你是工厂老板,想改造什么?
   • 每组分享1个想法

【板书重点】

工业互联网 = 设备联网 + 数据采集 + 智能决策
三层架构:
  网络层 - 传递数据
  平台层 - 处理数据
  应用层 - 使用数据

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第2课时(40分钟):牛头刨床改造案例分析

【教学重点】

• 通过案例理解工业互联网价值
• 学习如何分析企业需求

【教学内容】

1. 案例导入(10分钟)

   • 讲述"牛头刨床工厂的故事"(将framework.md中的案例简化)
   • 问题:设备老化、效率低、故障多、能耗高

2. 案例分析(20分钟)

   • 改造前vs改造后对比
   • 改造方案讲解(简化为3个步骤):
     • 步骤1:给机床装上"眼睛"(传感器)
     • 步骤2:给机床装上"大脑"(PLC)
     • 步骤3:给机床装上"嘴巴"(网关+云平台)
   • 效果展示(数据、图表)

3. 小组活动(10分钟)

   • 分析实训台的设备
   • 讨论哪些设备对应"眼睛、大脑、嘴巴"

【板书重点】

改造三部曲:
眼睛 → 传感器(看数据)
大脑 → PLC(做决策)
嘴巴 → 网关(传数据)

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第3课时(40分钟):绘制改造方案

【教学重点】

• 将理论应用于实际
• 培养系统思维能力

【教学内容】

1. 任务布置(5分钟)

   • 任务:为智能车床实训台设计数字化改造方案
   • 提供《任务指导书1-1》

2. 小组活动(25分钟)

   • 4人一组
   • 画出简单的系统架构图(不要求专业,能表达清楚即可)
   • 列出需要采集的数据(至少5种)
   • 思考这些数据能解决什么问题

3. 成果展示(10分钟)

   • 2-3组分享方案
   • 教师点评,强调创意和可行性

【任务指导书1-1】(简化版)

任务名称:描绘数字化蓝图
任务时间:25分钟
任务要求:
1. 画出系统架构图(手绘即可)
2. 列出5种要采集的数据
3. 说明这些数据的作用

评价标准:
✓ 架构图清晰
✓ 数据合理
✓ 有创新想法

【课后作业】

• 完成方案图的电子版(可拍照上传)
• 思考:生活中哪些地方也用到了工业互联网?

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第2周 项目1-2:检阅核心装备

🎯 本周目标

• 识别实训台所有核心设备
• 理解各设备的基本功能
• 掌握安全操作规范

📖 课时安排

第1课时(40分钟):设备识读

【教学重点】

• 认识PLC、HMI、传感器、网关等设备
• 理解设备的作用

【教学内容】

1. 导入(5分钟)

   • 回顾上周的"眼睛、大脑、嘴巴"比喻
   • 今天来找找这些设备在哪里

2. 现场教学(25分钟)

   • 带领学生到实训台前
   • 逐一识别设备(每台设备3-4分钟):
     • PLC:这是"大脑",负责控制整个系统
     • HMI:这是"脸",用来和机器对话
     • 伺服/步进电机:这是"手",负责执行动作
     • 温振传感器:这是"温度计和听诊器"
     • 网关:这是"翻译器",把数据传到云端
   • 每识别一个设备,贴上标签(名称+功能)

3. 巩固练习(10分钟)

   • 发放《设备识读记录表》
   • 学生独立填写,看谁能填得又快又准

【设备识读记录表】(简化版)

设备名称 | 型号(不要求记住) | 作用 | 标签颜色
--------|----------------|------|----------
PLC     | (已填好)       | 大脑 | 红色
HMI     |                |      |
...      |                |      |

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第2课时(40分钟):安全操作规范

【教学重点】

• 掌握上电/下电顺序
• 学会使用急停按钮
• 培养安全意识

【教学内容】

1. 安全故事(5分钟)

   • 讲一个真实的电气安全事故(简化,不吓人但要重视)
   • 强调:"安全永远是第一位的"

2. 示范演示(15分钟)

   • 教师示范标准的上电流程:
     • 检查设备是否正常
     • 按顺序打开电源
     • 观察指示灯状态
   • 教师示范急停使用:
     • 什么时候按急停
     • 怎么正确按急停
     • 急停后怎么恢复

3. 学生练习(20分钟)

   • 分组练习上电/下电(每组都要操作一次)
   • 教师在旁监督,及时纠正错误动作
   • 要求:动作规范,不慌不忙

【安全口诀】

上电要:先检查,再通电,后开机
急停要:遇到险,果断按,不犹豫
下电要:先关机,再断电,后整理

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第3课时(40分钟):电气巡检与考核

【教学重点】

• 学会基本的设备检查方法
• 巩固设备认知和安全操作

【教学内容】

1. 巡检方法讲解(10分钟)

   • 看:指示灯是否正常
   • 听:设备声音是否异常
   • 闻:是否有焦糊味
   • 摸:设备温度是否过高(强调:要断电后摸!)

2. 巡检实操(20分钟)

   • 发放《电气巡检记录表》
   • 学生按表格进行巡检(教师指导)
   • 记录发现的问题(实训台可能是正常的,主要是练习方法)

3. 本周考核(10分钟)

   • 随机抽查5名学生
   • 考核内容:
     • 指认设备(3个)
     • 演示上电/下电
   • 给予鼓励性评价

【课后作业】

• 画出实训台的简单布局图
• 标出各个设备的位置

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第3周 项目2-1:构建控制核心

🎯 本周目标

• 认识TIA Portal软件界面
• 完成PLC硬件组态
• 配置IP地址并建立通信

📖 课时安排

第1课时(40分钟):软件认知

【教学重点】

• 认识TIA Portal软件
• 学会创建项目

【教学内容】

1. 软件介绍(10分钟)

   • TIA Portal是什么?(西门子的全集成自动化软件)
   • 能做什么?(编程序、设计界面、配置设备)
   • 界面展示(投影):项目视图、设备视图、编辑器

2. 创建项目(20分钟)

   • 教师演示完整流程:
     • 打开软件 → 新建项目 → 命名 → 选择路径
   • 学生跟随操作(边讲边练)
   • 常见问题处理:
     • 项目名称不能有中文
     • 路径不能有特殊字符
     • 软件卡住怎么办

3. 添加设备(10分钟)

   • 演示如何添加PLC
   • 选择正确型号(S7-1200 CPU 1212C)
   • 保存项目

【板书重点】

TIA Portal操作流程:
1. 新建项目
2. 添加PLC
3. 配置参数
4. 编写程序
5. 下载到设备

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第2课时(40分钟):硬件组态

【教学重点】

• 完成PLC硬件组态
• 配置IP地址

【教学内容】

1. 硬件组态概念(5分钟)

   • 什么是硬件组态?(告诉软件我们用了什么设备)
   • 为什么需要组态?(软件和设备要"对上号")

2. 组态操作(25分钟)

   • 教师演示:
     • 打开项目视图
     • 添加CPU 1212C
     • 设置IP地址(192.168.1.10)
     • 激活"在线访问"功能
   • 学生跟随操作:
     • 每人独立完成
     • 小组成员互相帮助
     • 教师巡视指导

3. 测试连接(10分钟)

   • 使用Ping命令测试PC与PLC的连通性
   • 成功标准:Ping通无丢包
   • 失败排查:检查网线、IP地址、防火墙

【常见问题速查】

问题1:找不到PLC
解决:检查网线是否插好,IP是否在同一网段

问题2:Ping不通
解决:关闭防火墙,检查IP地址是否正确

问题3:软件报错
解决:重启软件,重新创建项目

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第3课时(40分钟):程序下载与调试

【教学重点】

• 将配置下载到PLC
• 验证组态是否成功

【教学内容】

1. 下载准备(10分钟)

   • 检查硬件连接
   • 设置PG/PC接口
   • 选择在线访问方式

2. 下载操作(20分钟)

   • 教师演示下载步骤
   • 学生分组下载(每2人一组,1人操作1人记录)
   • 常见下载错误处理:
     • 下载失败:检查IP
     • 设备忙:等待或停止PLC
     • 差异确认:选择"覆盖"

3. 验证测试(10分钟)

   • 下载成功后检查PLC状态
   • 查看PLC的信息
   • 确认IP地址配置正确
   • 教师签字确认完成

【任务指导书2-1】

任务名称:构建控制核心
完成标准:
✓ 项目创建成功
✓ PLC添加正确
✓ IP配置正确(192.168.1.10)
✓ 能够Ping通PLC
✓ 程序成功下载

验收方式:教师现场检查+截图提交

【课后作业】

• 练习创建项目和组态(至少重复2次)
• 记录遇到的问题和解决方法

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第4周 项目2-2:编写运动逻辑

🎯 本周目标

• 学会梯形图基本指令
• 编写简单控制程序
• 设计基础HMI界面

📖 课时安排

第1课时(40分钟):梯形图编程基础

【教学重点】

• 认识梯形图编程语言
• 掌握基本逻辑指令

【教学内容】

1. 梯形图介绍(10分钟)

   • 什么是梯形图?(像电路图一样的编程语言)
   • 为什么叫梯形图?(长得像**)
   • 基本元素:
     • 触点(开关)
     • 线圈(输出)
     • 母线(电源线)

2. 基本指令(20分钟)

   • 只讲3个最常用的:
     • 常开触点:按下才通
     • 常闭触点:不按才通
     • 输出线圈:通电就工作
   • 每个指令用生活实例类比:
     • 常开=家里的电灯开关
     • 常闭=冰箱门开关(门关灯灭)
     • 线圈=电灯泡

3. 编程练习(10分钟)

   • 任务:编写一个"单按钮控制灯"的程序
   • 要求:按下按钮,灯亮;松开按钮,灯灭
   • 学生独立完成,教师巡视指导

【板书示例】

简单的启保停电路:

按钮I0.0 ──┬─( ) Q0.0 (灯)
          │
        Q0.0 (自锁)

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第2课时(40分钟):车床简单控制程序

【教学重点】

• 编写车床控制逻辑
• 理解程序结构

【教学内容】

1. 程序需求(5分钟)

   • 功能:实现手动/自动切换
   • 输入:切换按钮、启动按钮、停止按钮
   • 输出:运行指示灯

2. 编程演示(20分钟)

   • 教师演示编写一个简化版程序:
     • IO映射(简化,只映射3个)
     • 手动/自动切换逻辑
     • 启动/停止控制
   • 边写边讲解每一步的作用

3. 学生实践(15分钟)

   • 学生跟随教师编写程序
   • 提供标准代码供参考
   • 允许照抄,但要理解每行的作用

【简化程序代码】

网络1:手动/自动切换
I0.0(手动开关) → M10.0(手动标志)

网络2:启动控制
I0.1(启动按钮) AND M10.0 → Q0.0(运行灯)

网络3:停止控制
I0.2(停止按钮) → Q0.0复位

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第3课时(40分钟):HMI界面设计

【教学重点】

• 认识HMI设计环境
• 设计简单监控界面

【教学内容】

1. HMI介绍(10分钟)

   • 什么是HMI?(人机界面,机器的"脸")
   • 能做什么?(显示数据、操作设备)
   • 设计原则(简单、清晰、易操作)

2. 界面设计(20分钟)

   • 教师演示:
     • 添加HMI设备到项目
     • 创建第一个画面
     • 添加3个控件:按钮、指示灯、文本
   • 学生跟随设计:
     • 设计要求:至少包含启动、停止按钮和运行指示
     • 界面布局自选,鼓励创新
     • 完成后保存

3. 联调测试(10分钟)

   • 将PLC和HMI程序都下载
   • 测试按钮是否能控制PLC
   • 测试指示灯是否正确显示

【任务指导书2-2】

任务名称:打造操作终端
界面要求:
✓ 1个启动按钮
✓ 1个停止按钮
✓ 1个运行指示灯
✓ 按钮能控制PLC
✓ 指示灯能显示状态

评价标准:
界面美观(20分)
功能正确(60分)
创意加分(20分)

【课后作业】

• 美化HMI界面(可以添加背景、图片等)
• 思考:如果让你设计,还想加什么功能?

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第5周 项目3-1:部署健康探针

🎯 本周目标

• 认识温振传感器
• 学会模拟量数据采集
• 将原始数据转换为工程量

📖 课时安排

第1课时(40分钟):传感器认知

【教学重点】

• 理解传感器的作用
• 认识模拟量信号

【教学内容】

1. 传感器导入(5分钟)

   • 回顾:上周我们做了"大脑"(PLC)
   • 今天给设备装上"眼睛"(传感器)
   • 提问:机器有哪些数据需要监测?

2. 传感器原理(20分钟)

   • 只讲两种传感器(简化):
     • 温度传感器:测量设备是否过热
     • 振动传感器:测量设备是否异常震动
   • 模拟量信号讲解:
     • 什么是模拟量?(连续变化的数值,如温度25.5℃)
     • 什么是数字量?(只有开/关两种状态,如灯亮/灭)
     • 模拟量信号标准:0-10V电压,4-20mA电流

3. 信号转换(15分钟)

   • 为什么需要转换?(传感器输出的是电压,不是实际温度)
   • 转换公式(简化):

     温度 = (电压值 / 10) × 量程
     例如:电压5V,量程0-100℃
     温度 = (5 / 10) × 100 = 50℃
     

   • 学生练习计算(3个例题)

【板书重点】

模拟量转换:
PLC读取 → 电压值 → 计算公式 → 工程量
  27648   →   5V    → 公式计算 →  50℃

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第2课时(40分钟):传感器接线与配置

【教学重点】

• 学会传感器接线方法
• 配置PLC模拟量输入

【教学内容】

1. 接线方法(15分钟)

   • 教师示范温振传感器接线:
     • 红线:电源正(24V)
     • 蓝线:电源负(0V)
     • 黑线:信号输出(0-10V)
   • 强调安全:接线前必须断电!
   • 学生分组练习接线(教师监督)

2. PLC配置(15分钟)

   • 在TIA Portal中配置模拟量输入:
     • 添加模拟量输入模块
     • 设置信号类型(电压0-10V)
     • 配置通道地址
   • 学生跟随操作

3. 测试验证(10分钟)

   • 下载配置到PLC
   • 在软件监控模拟量值
   • 用手触摸传感器,观察数值变化

【接线口诀】

红线接正极
蓝线接负极
黑线出信号
千万断电接!

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第3课时(40分钟):数据转换编程

【教学重点】

• 使用NORM_X和SCALE_X指令
• 实现数据从原始值到工程量的转换

【教学内容】

1. 转换指令(15分钟)

   • 介绍两个指令(简化用法):
     • NORM_X:归一化(将原始值转为0-1之间的小数)
     • SCALE_X:缩放(将0-1转为实际工程量)
   • 用流程图讲解数据流:

     原始值 → NORM_X → 0~1 → SCALE_X → 温度值
     

2. 编程实战(20分钟)

   • 教师演示完整程序:
     • 读取模拟量输入(IW20)
     • NORM_X归一化
     • SCALE_X转换为温度
     • 将结果存到DB块
   • 学生跟随编写:
     • 提供标准模板
     • 重点讲解参数设置
     • 调试直到显示正确

3. HMI显示(5分钟)

   • 在HMI上添加IO域显示温度
   • 测试实时显示

【任务指导书3-1】

任务名称:部署健康探针
任务要求:
✓ 正确连接温振传感器
✓ 采集到原始数据
✓ 转换为工程量(温度)
✓ 在HMI上实时显示

验收标准:
接线正确(20分)
程序正确(50分)
显示准确(30分)

【课后作业】

• 记录不同情况下的温度值(静止、触摸、运行)
• 思考:为什么会有误差?

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第6周 项目3-2:实现精密执行

🎯 本周目标

• 认识步进电机和伺服电机
• 了解运动控制基本概念
• 实现简单的电机定位控制

📖 课时安排

第1课时(40分钟):运动控制基础

【教学重点】

• 理解步进电机工作原理
• 认识运动控制概念

【教学内容】

1. 电机导入(10分钟)

   • 回顾:传感器是"眼睛",能感知
   • 今天学"手"(电机),能执行动作
   • 提问:哪些设备需要精确运动?(数控机床、3D打印机、机器人)

2. 步进电机原理(20分钟)

   • 工作原理(简化):
     • 步进电机=一步一步走的电机
     • 一个脉冲走一步(比如1脉冲=0.01mm)
     • 脉冲越多,走得越远
   • 与普通电机对比:
     • 普通电机动了就转,不知道转了多少
     • 步进电机动多少知道多少,能精确定位

3. 伺服电机简介(10分钟)

   • 伺服电机=更高级的步进电机
   • 优点:更快、更准、更稳定
   • 应用:高端设备(工业机器人、精密机床)

【板书对比】

普通电机:通电就转,不知道转多少
步进电机:一个脉冲走一步,能计数
伺服电机:最快最准,带反馈,最贵

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第2课时(40分钟):工艺对象组态

【教学重点】

• 创建定位轴工艺对象
• 配置电机参数

【教学内容】

1. 工艺对象概念(10分钟)

   • 什么是工艺对象?(西门子提供的现成功能包)
   • 为什么用工艺对象?(不用从零写程序,像搭积木)
   • 定位轴工艺对象:专门用来控制电机运动的

2. 组态演示(20分钟)

   • 教师演示创建定位轴:
     • 添加工艺对象
     • 选择驱动类型(PTO脉冲输出)
     • 配置机械参数:
       • 每转脉冲数(如1600脉冲/转)
       • 丝杆导程(如5mm/转)
     • 设置动态参数:
       • 最大速度
       • 加减速时间
   • 学生跟随操作(提供参数表)

3. 参数计算练习(10分钟)

   • 例题:电机1600脉冲/转,丝杆5mm/转,要走10mm需要多少脉冲?
   • 公式:脉冲数 = 目标距离 / 丝杆导程 × 每转脉冲数
   • 学生计算:10 / 5 × 1600 = 3200脉冲

【参数配置表】

机械参数:
每转脉冲数: 1600
丝杆导程: 5mm
(意思:发1600个脉冲,平台移动5mm)

动态参数:
最大速度: 10mm/s
加速时间: 0.5s
减速时间: 0.5s

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第3课时(40分钟):运动控制编程

【教学重点】

• 使用运动控制指令
• 实现电机定位

【教学内容】

1. 运动控制指令(15分钟)

   • 只讲3个最常用的(简化):
     • MC_Power:使能(给电机"上电")
     • MC_Home:回零(找到原点)
     • MC_MoveAbsolute:绝对定位(走到指定位置)
   • 用流程图解释:

     上电 → 回零 → 定位 → 到达
     

2. 编程实战(20分钟)

   • 教师演示编写控制程序:
     • 调用MC_Power使能
     • 调用MC_Home回零
     • 调用MC_MoveAbsolute定位到10mm
   • 学生跟随编写:
     • 提供完整程序模板
     • 重点讲解参数设置
     • 下载并测试

3. 实操验证(5分钟)

   • 学生观察电机运动
   • 检查是否准确到达指定位置
   • 记录实验结果

【任务指导书3-2】

任务名称:实现精密执行
任务要求:
✓ 完成定位轴工艺对象组态
✓ 编写运动控制程序
✓ 实现电机回零功能
✓ 实现电机定位到10mm位置

验收标准:
组态正确(30分)
程序正确(40分)
定位准确(30分)

【课后作业】

• 尝试修改定位距离,观察效果
• 思考:如何让电机来回运动?

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第7周 项目4-1:搭建控制网络

🎯 本周目标

• 理解工业以太网基本概念
• 掌握IP地址规划方法
• 能够使用工业交换机搭建网络

📖 课时安排

第1课时(40分钟):网络基础认知

【教学重点】

• 理解网络的基本概念
• 掌握IP地址规则

【教学内容】

1. 网络导入(5分钟)

   • 回顾:前面我们做了单个设备的控制
   • 问题:如果有很多设备,怎么让它们"说话"?
   • 答案:需要网络

2. 网络概念(15分钟)

   • 用生活例子类比:
     • 网络像"电话系统"
     • IP地址像"电话号码"
     • 交换机像"电话总机"
   • 工业网络vs家庭网络:
     • 工业网络更稳定(不能断网)
     • 工业网络更快速(实时性要求高)
     • 工业网络更可靠(环境恶劣)

3. IP地址(20分钟)

   • 什么是IP地址?(设备的网络编号,如192.168.1.10)
   • IP地址组成:
     • 网络位:前3段(192.168.1),表示在哪个局域网
     • 主机位:最后1段(.10),表示是哪台设备
   • IP规划规则:
     • 同一网段,网络位必须相同
     • 同一网段,主机位必须不同
   • 练习:判断以下IP是否在同一网段
     • 192.168.1.10 和 192.168.1.20 (是)
     • 192.168.1.10 和 192.168.2.10 (否)

【板书重点】

IP地址格式: XXX.XXX.XXX.XXX
             网络位.主机位

同网段条件:
1. 网络位相同
2. 主机位不同

示例:
192.168.1.10 ✓
192.168.1.11 ✓ (同网段)
192.168.2.10 ✗ (不同网段)

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第2课时(40分钟):网络搭建实操

【教学重点】

• 制作网线
• 连接网络设备

【教学内容】

1. 网线制作(15分钟)

   • 认识网线:
     • 8芯线,每芯有颜色
     • T568B线序:橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕
   • 教师示范制作网线:
     • 剥线(2cm,不要伤到线芯)
     • 排线(按颜色顺序)
     • 剪齐(留1.5cm)
     • 压接(用力压到底)
   • 学生练习制作(每人至少做1根)

2. 网络连接(15分钟)

   • 教师演示设备连接:
     • PLC接交换机端口1
     • HMI接交换机端口2
     • 网关接交换机端口3
     • 电脑接交换机端口4
   • 学生分组连接(每组1台交换机)
   • 检查连接:指示灯亮起

3. IP配置(10分钟)

   • 配置各设备IP地址:
     • PLC: 192.168.1.10
     • HMI: 192.168.1.11
     • 网关: 192.168.1.20
     • 电脑: 192.168.1.100
   • 学生在设备上配置IP(教师指导)

【IP地址规划表】

设备名称 | IP地址          | 用途
---------|----------------|--------
PLC      | 192.168.1.10   | 控制器
HMI      | 192.168.1.11   | 人机界面
网关     | 192.168.1.20   | 数据采集
电脑     | 192.168.1.100  | 编程调试

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第3课时(40分钟):网络测试与故障排查

【教学重点】

• 使用Ping命令测试网络
• 排查常见网络故障

【教学内容】

1. Ping命令(10分钟)

   • 什么是Ping?(测试网络是否通的命令)
   • 怎么用?Ping IP地址
   • 结果判断:
     • Reply from...:通了
     • Request timed out:不通
   • 教师演示Ping测试

2. 网络测试(20分钟)

   • 学生分组测试:
     • 电脑Ping PLC
     • 电脑Ping HMI
     • 电脑Ping网关
   • 记录测试结果(通/不通)
   • 如果不通,进行排查

3. 故障排查(10分钟)

   • 常见故障及解决:
     • Ping不通 → 检查网线是否插好
     • IP冲突 → 修改IP地址
     • 指示灯不亮 → 更换网线或端口
   • 学生练习排查(教师设置1-2个故障让学生找)

【故障排查流程图】

Ping不通
   ↓
检查网线(重新插拔)
   ↓
检查IP(是否同网段)
   ↓
检查端口(更换端口)
   ↓
检查设备(重启设备)

【任务指导书4-1】

任务名称:搭建控制网络
任务要求:
✓ 制作1根网线
✓ 连接所有设备到交换机
✓ 配置正确的IP地址
✓ 完成Ping测试,所有设备互通

验收标准:
网线合格(20分)
连接正确(30分)
配置正确(30分)
测试通过(20分)

【课后作业】

• 画出网络拓扑图(标出IP地址)
• 思考:为什么要用交换机而不是直接连?

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第8周 项目4-2:开放数据接口

🎯 本周目标

• 理解Modbus TCP协议
• 配置PLC为Modbus服务器
• 实现数据开放访问

📖 课时安排

第1课时(40分钟):工业通信协议

【教学重点】

• 理解通信协议的概念
• 认识Modbus协议

【教学内容】

1. 协议概念(10分钟)

   • 什么是协议?(设备间"说话"的规则,像语言)
   • 为什么需要协议?(不同设备要统一语言才能交流)
   • 类比:中国人说中文,英国人说英文,要有统一语言

2. Modbus协议(20分钟)

   • Modbus是什么?(工业界最常用的通信协议)
   • 两种模式:
     • Modbus RTU:串口通信(老式设备,速度慢)
     • Modbus TCP:以太网通信(新式设备,速度快)
   • 工作原理(简化):
     • 客户端问:我要你的数据
     • 服务器答:给你数据
   • 三个关键参数:
     • IP地址:设备在哪
     • 端口号:502(Modbus TCP固定端口)
     • 寄存器地址:数据在哪

3. S7协议简介(10分钟)

   • S7协议:西门子专有协议
   • 优点:功能强大,安全性好
   • 缺点:只能用于西门子设备

【板书对比】

Modbus TCP: 通用,简单,所有设备都能用
S7协议:     西门子专用,功能强,只能西门子用

类比:
Modbus = 普通话,大家都懂
S7 = 方言,只有本地人懂

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第2课时(40分钟):Modbus服务器配置

【教学重点】

• 开启PLC的Modbus功能
• 创建数据块并整理数据

【教学内容】

1. 服务器概念(5分钟)

   • 什么是服务器?(提供数据的一方)
   • 什么是客户端?(请求数据的一方)
   • 类比:服务器=图书馆,客户端=借书人

2. 配置Modbus服务器(25分钟)

   • 教师演示完整流程:
     • 步骤1:在PLC属性中开启"允许通过Modbus TCP通信"
     • 步骤2:创建DB数据块(存放要共享的数据)
     • 步骤3:取消"优化的块访问"(重要!否则外部无法读取)
     • 步骤4:将需要共享的数据整理到DB块:
       • 温度值(Real类型)
       • 振动值(Real类型)
       • 运行状态(Bool类型)
       • 等等...
   • 学生跟随操作:
     • 提供《数据整理模板》
     • 重点强调取消优化访问
     • 记录每个变量的偏移量

3. 验证配置(10分钟)

   • 下载配置到PLC
   • 查看Modbus连接是否建立
   • 记录端口号(默认502)

【数据整理模板】

DB块名称: ModbusData
取消优化: ✓

变量名     | 数据类型 | 偏移量 | 说明
-----------|---------|--------|--------
Temperature| Real    | 0      | 温度值
Vibration  | Real    | 4      | 振动值
RunStatus  | Bool    | 8.0    | 运行状态
...

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第3课时(40分钟):数据访问测试

【教学重点】

• 使用Modbus调试工具
• 验证数据能否读取

【教学内容】

1. 调试工具介绍(10分钟)

   • 介绍Modbus Poll软件(或其他调试工具)
   • 界面说明:
     • IP地址:192.168.1.10
     • 端口:502
     • 寄存器地址:对应DB块偏移量
   • 教师演示连接

2. 数据读取(20分钟)

   • 学生练习读取数据:
     • 配置连接参数
     • 设置寄存器地址(从0开始)
     • 设置读取数量
     • 点击"Read"读取数据
   • 验证数据是否正确:
     • 改变温度传感器读数
     • 观察Modbus Poll中数值是否变化
     • 一致则成功,不一致则排查

3. 故障排查(10分钟)

   • 常见问题:
     • 连接失败:检查IP和端口
     • 读不到数据:检查偏移量是否正确
     • 数据为0:检查是否取消优化访问
   • 学生练习排查

【任务指导书4-2】

任务名称:开放数据接口
任务要求:
✓ 开启PLC的Modbus TCP功能
✓ 创建DB块并整理5个以上数据点
✓ 使用调试工具成功读取数据
✓ 记录所有参数供网关采集使用

验收标准:
配置正确(30分)
数据完整(40分)
读取成功(30分)

【课后作业】

• 整理《数据点地址表》(供下周网关采集使用)
• 思考:为什么需要取消优化访问?

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第9周 项目5-1:连接数据源头

🎯 本周目标

• 认识IoT网关
• 配置S7协议采集PLC数据
• 配置Modbus RTU采集仪表数据

📖 课时安排

第1课时(40分钟):网关认知与软件使用

【教学重点】

• 理解网关的作用
• 认识IDEV2配置软件

【教学内容】

1. 网关导入(10分钟)

   • 回顾:前面我们做了设备控制和网络
   • 问题:数据都在PLC里,怎么传到云端?
   • 答案:需要网关(数据"中转站")

2. 网关功能(15分钟)

   • 网关是什么?(连接OT和IT的桥梁)
   • 网关能做什么?
     • 南向采集:从PLC、仪表读取数据(支持多种协议)
     • 北向上传:将数据发送到云端(用MQTT协议)
     • 协议转换:把S7协议转为MQTT协议
   • 类比:网关=翻译官,把PLC的话翻译成云平台能听懂的话

3. IDEV2软件(15分钟)

   • 软件介绍:网关配置工具
   • 界面展示:
     • 工程树:项目结构
     • 设备列表:要采集的设备
     • 通道配置:通信参数设置
   • 教师演示创建工程:
     • 新建工程
     • 命名
     • 保存

【板书重点】

网关数据流:
PLC/仪表 → 网关(协议转换) → 云平台
(S7/Modbus)     ↓            (MQTT)
              南向采集   北向上传

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第2课时(40分钟):S7协议采集配置

【教学重点】

• 配置网关的S7采集通道
• 实现PLC数据读取

【教学内容】

1. S7采集原理(5分钟)

   • S7协议:西门子PLC专用协议
   • 网关作为S7客户端
   • PLC作为S7服务器
   • 网关主动读取PLC数据

2. 配置步骤(25分钟)

   • 教师演示完整配置:
     • 步骤1:添加S7采集通道
     • 步骤2:配置通道参数:
       • 通道名称:PLC_S7
       • 设备IP:192.168.1.10
       • 机架号:0
       • 插槽号:1(对应CPU位置)
     • 步骤3:添加数据点:
       • DB块号(如DB1)
       • 偏移量(如0对应温度)
       • 数据类型(如Real)
       • 缩放因子(如1.0)
   • 学生跟随操作:
     • 提供配置模板
     • 至少配置5个数据点
     • 教师巡视指导

3. 下载测试(10分钟)

   • 下载工程到网关
   • 使用NMCV2监控软件查看采集数据
   • 验证数据是否正确

【S7配置模板】

通道名称: PLC_S7
设备IP:   192.168.1.10
机架号:   0
插槽号:   1

数据点配置:
变量名      | DB号 | 偏移量 | 类型
------------|------|--------|--------
Temperature | 1    | 0      | Real
Vibration   | 1    | 4      | Real
RunStatus   | 1    | 8      | Bool

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第3课时(40分钟):Modbus RTU采集配置

【教学重点】

• 配置Modbus RTU采集
• 理解串口通信参数

【教学内容】

1. Modbus RTU介绍(10分钟)

   • RTU vs TCP:
     • RTU:串口通信,速度慢,老式设备
     • TCP:以太网通信,速度快,新式设备
   • 串口参数(必须一致才能通信):
     • 波特率:9600(传输速度)
     • 数据位:8
     • 校验位:None
     • 停止位:1
   • 类比:两个对讲机必须设置相同频道才能通话

2. 配置Modbus RTU(20分钟)

   • 教师演示配置电能表采集:
     • 步骤1:添加Modbus RTU通道
     • 步骤2:配置串口参数:
       • 串口号:COM1
       • 波特率:9600
       • 数据位:8
       • 校验位:None
       • 停止位:1
     • 步骤3:配置设备参数:
       • 设备地址:1
     • 步骤4:添加数据点:
       • 功能码:03(读取保持寄存器)
       • 寄存器地址:0x0000
       • 数据类型:Float
   • 学生跟随配置温湿度仪表(COM2)

3. 验证测试(10分钟)

   • 下载工程到网关
   • 在NMCV2中查看采集数据
   • 对比仪表实际读数,验证准确性

【任务指导书5-1】

任务名称:连接数据源头
任务要求:
✓ 配置S7通道采集PLC数据(5个点以上)
✓ 配置Modbus RTU通道采集仪表数据(2个点以上)
✓ 使用NMCV2验证数据采集成功
✓ 数据误差<5%

验收标准:
S7配置正确(40分)
RTU配置正确(30分)
数据准确(30分)

【课后作业】

• 记录所有采集通道的参数
• 思考:为什么有的设备用S7,有的用Modbus?

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第10周 项目5-2:打通上云通道

🎯 本周目标

• 理解MQTT协议
• 配置网关MQTT上传
• 实现数据上云

📖 课时安排

第1课时(40分钟):MQTT协议认知

【教学重点】

• 理解MQTT发布/订阅模式
• 掌握MQTT关键参数

【教学内容】

1. MQTT导入(10分钟)

   • 回顾:网关已经采集到数据了
   • 问题:数据还在网关里,怎么传到云平台?
   • 答案:用MQTT协议上传

2. MQTT协议(25分钟)

   • 什么是MQTT?(物联网专用通信协议)
   • 工作模式:发布/订阅
     • 发布者:发送数据的一方(网关)
     • 订阅者:接收数据的一方(云平台)
     • 代理:转发数据的服务器
   • 类比:微信朋友圈
     • 发布者:发朋友圈
     • 订阅者:看朋友圈
     • 代理:微信服务器
   • 关键参数:
     • Broker地址:iot.cosmoplat.com
     • 端口:1883
     • ClientID:设备唯一标识
     • 用户名/密码:鉴权信息

3. Topic设计(5分钟)

   • 什么是Topic?(数据的"主题",像分类标签)
   • Topic格式:/设备ID/数据类型
   • 示例:/device001/temperature

【板书示例】

MQTT数据流:
网关(发布) → 云平台(代理) → 应用(订阅)

类比:
发朋友圈 → 微信服务器 → 好友看到

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第2课时(40分钟):MQTT通道配置

【教学重点】

• 配置网关的MQTT上传
• 创建虚拟设备

【教学内容】

1. 虚拟设备概念(10分钟)

   • 什么是虚拟设备?(逻辑上的设备,不是物理设备)
   • 为什么需要虚拟设备?(将多个采集通道的数据聚合在一起)
   • 类比:文件夹,把相关文件放一起

2. 配置MQTT通道(25分钟)

   • 教师演示完整配置:
     • 步骤1:添加MQTT数据服务通道
     • 步骤2:配置服务器参数:
       • 服务器:iot.cosmoplat.com
       • 端口:1883
       • ClientID:(自动生成)
       • 用户名:(平台提供)
       • 密码:(平台提供)
     • 步骤3:创建虚拟设备
     • 步骤4:加载采集数据:
       • 从S7通道选择数据点
       • 从RTU通道选择数据点
       • 设置上传频率(如1秒1次)
   • 学生跟随操作:
     • 提供配置模板
     • 重点检查参数正确性
     • 教师巡视指导

3. 下载测试(5分钟)

   • 下载工程到网关
   • 观察MQTT连接状态指示灯
   • 绿色=连接成功

【MQTT配置模板】

MQTT服务器:
服务器: iot.cosmoplat.com
端口:   1883
ClientID: Gateway_001
用户名: (平台提供)
密码:   (平台提供)

上传策略:
周期: 1秒
QoS: 1

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第3课时(40分钟):数据上云验证

【教学重点】

• 验证数据成功上传到云平台
• 排查上传问题

【教学内容】

1. 验证方法(15分钟)

   • 方法1:使用MQTT调试工具订阅
     • 安装MQTT.fx软件
     • 配置连接参数(与网关相同)
     • 订阅相关Topic
     • 观察接收到的数据
   • 方法2:登录云平台查看遥测数据
     • 登录卡奥斯平台
     • 进入设备管理
     • 查看最新数据
   • 教师演示两种方法

2. 学生验证(20分钟)

   • 学生分组验证数据上传:
     • 使用MQTT.fx订阅Topic
     • 观察数据是否实时更新
     • 记录数据变化
   • 对比网关采集数据,验证一致性

3. 故障排查(5分钟)

   • 常见问题:
     • 连接失败:检查服务器地址和端口
     • 鉴权失败:检查用户名密码
     • 数据不上传:检查虚拟设备配置
   • 学生练习排查

【任务指导书5-2】

任务名称:打通上云通道
任务要求:
✓ 配置MQTT数据服务通道
✓ 创建虚拟设备并加载所有采集数据
✓ 使用MQTT工具验证数据上传
✓ 数据上传延迟<2秒

验收标准:
配置正确(40分)
连接成功(30分)
数据实时(30分)

【课后作业】

• 绘制完整的数据流图(从传感器到云平台)
• 思考:如果网络断了,数据会丢失吗?

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第11周 项目6-1:创建虚拟映像

🎯 本周目标

• 认识卡奥斯云平台
• 掌握设备注册流程
• 定义物模型

📖 课时安排

第1课时(40分钟):云平台认知

【教学重点】

• 理解工业互联网平台架构
• 认识数字孪生概念

【教学内容】

1. 云平台导入(10分钟)

   • 回顾:数据已经上传到云端了
   • 问题:数据在云端怎么管理?怎么使用?
   • 答案:需要云平台

2. 平台架构(20分钟)

   • 三层架构(简化):
     • IaaS层:基础设施(服务器、存储)
     • PaaS层:平台服务(数据管理、应用开发)
     • SaaS层:软件应用(监控、分析、预测)
   • 类比:盖房子
     • IaaS:土地和建材
     • PaaS:建筑设计图
     • SaaS:装修好的房子

3. 数字孪生(10分钟)

   • 什么是数字孪生?(物理设备在虚拟世界的镜像)
   • 为什么需要数字孪生?
     • 实时监控设备状态
     • 模拟和预测
     • 优化和控制
   • 类比:数字克隆人

【板书重点】

工业互联网平台:
IaaS - 基础设施(服务器)
  ↓
PaaS - 平台服务(数据处理)
  ↓
SaaS - 应用软件(监控大屏)

数字孪生:
物理设备 ←→ 虚拟模型
(数据双向同步)

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第2课时(40分钟):设备注册

【教学重点】

• 在平台创建产品和设备
• 配置MQTT鉴权

【教学内容】

1. 账号注册(5分钟)

   • 教师演示注册卡奥斯平台账号
   • 学生跟随注册(每人1个账号)

2. 创建产品(15分钟)

   • 教师演示创建产品:
     • 步骤1:进入"产品管理"
     • 步骤2:点击"创建产品"
     • 步骤3:填写产品信息:
       • 产品名称:智能车床
       • 产品类型:网关设备
       • 节点类型:网关设备
     • 步骤4:点击确定
   • 学生跟随创建

3. 添加设备(20分钟)

   • 教师演示添加设备:
     • 步骤1:进入产品详情
     • 步骤2:点击"添加设备"
     • 步骤3:填写设备信息:
       • 设备名称:Lathe_001
       • 设备ID:(自动生成或自定义)
     • 步骤4:配置MQTT鉴权:
       • ClientID:与网关一致
       • 用户名:(平台生成)
       • 密码:(平台生成)
     • 步骤5:记录鉴权信息(重要!)
   • 学生跟随添加设备
   • 强调:必须记录好鉴权信息!

【设备注册检查表】

产品创建:
✓ 产品名称:智能车床
✓ 产品类型:网关设备

设备添加:
✓ 设备名称:Lathe_001
✓ 设备ID:____________
✓ ClientID:___________
✓ 用户名:___________
✓ 密码:_______________

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第3课时(40分钟):定义物模型

【教学重点】

• 理解物模型概念
• 定义设备属性

【教学内容】

1. 物模型概念(10分钟)

   • 什么是物模型?(设备特征的数字化描述)
   • 物模型三要素:
     • 属性(Property):设备状态数据(如温度)
     • 事件(Event):设备告警信息(如过温告警)
     • 服务(Service):远程控制命令(如启动设备)
   • 类比:人的体检报告
     • 属性:身高、体重、体温
     • 事件:发烧、感冒
     • 服务:吃药、打针

2. 定义属性(25分钟)

   • 教师演示添加物模型:
     • 步骤1:进入设备详情
     • 步骤2:点击"物模型"→"添加属性"
     • 步骤3:填写属性信息:
       • 属性名称:Temperature
       • 标识符:temperature
       • 数据类型:float(浮点数)
       • 单位:℃
       • 取值范围:0-100
     • 步骤4:点击确定
   • 学生跟随定义至少5个属性:
     • Temperature(温度)
     • Vibration(振动)
     • Voltage(电压)
     • RunStatus(运行状态)
     • Current(电流)
   • 提供属性模板供参考

3. 验证数据(5分钟)

   • 进入"设备监控"
   • 查看"遥测数据"
   • 验证数据是否实时更新
   • 成功标准:数据每秒更新

【物模型模板】

属性列表:
名称         | 标识符      | 类型  | 单位 | 范围
------------|------------|-------|------|--------
温度        | temperature| float | ℃   | 0-100
振动        | vibration  | float | mm/s | 0-50
电压        | voltage    | float | V   | 0-250
运行状态    | runStatus  | bool  | -   | -
电流        | current    | float | A   | 0-10

【任务指导书6-1】

任务名称:创建虚拟映像
任务要求:
✓ 注册卡奥斯平台账号
✓ 创建产品:智能车床
✓ 添加设备并配置MQTT鉴权
✓ 定义物模型:至少5个属性
✓ 验证数据成功接入平台

验收标准:
创建成功(20分)
物模型完整(40分)
数据接入(40分)

【课后作业】

• 整理《设备信息表》(包含所有鉴权信息)
• 思考:除了属性,还需要定义哪些事件和服务?

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第12周 项目6-2:开发数字驾驶舱

🎯 本周目标

• 掌握数据可视化方法
• 创建监控大屏
• 实现数据展示

📖 课时安排

第1课时(40分钟):数据可视化认知

【教学重点】

• 理解数据可视化价值
• 认识常见图表类型

【教学内容】

1. 可视化导入(5分钟)

   • 回顾:数据已经在平台上了
   • 问题:一堆数字看不懂,怎么办?
   • 答案:用图表展示,一目了然

2. 可视化原则(15分钟)

   • 为什么需要可视化?
     • 数据量太大,看不过来
     • 图表比数字直观
     • 快速发现异常和趋势
   • 好的可视化标准:
     • 简洁:不花哨
     • 准确:不误导
     • 清晰:易懂
   • 案例对比:展示好vs坏的可视化

3. 图表类型(20分钟)

   • 只讲4种最常用的:
     • 仪表盘:显示单个实时值(如温度表)
     • 趋势图:显示历史变化(如温度曲线)
     • 数字翻牌器:突出显示关键指标(如总产量)
     • 表格:显示详细数据(如设备列表)
   • 每种图表用示例说明

【板书示例】

图表选择指南:
实时数值 → 仪表盘
历史趋势 → 趋势图
关键指标 → 数字翻牌器
详细列表 → 表格

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第2课时(40分钟):创建数据源

【教学重点】

• 配置数据集
• 编写SQL查询

【教学内容】

1. 数据源概念(10分钟)

   • 什么是数据源?(图表的数据来源)
   • 什么是数据集?(从数据源筛选出来的数据)
   • 类比:
     • 数据源:水库
     • 数据集:从水库抽上来的水
     • 图表:用这些水养的花

2. 创建数据源(10分钟)

   • 教师演示:
     • 进入"数据可视化"
     • 点击"数据源"
     • 添加ClickHouse数据源
     • 配置连接信息(平台自动配置)
   • 学生跟随操作

3. 创建数据集(20分钟)

   • 教师演示创建SQL数据集:
     • 步骤1:点击"数据集"→"新建"
     • 步骤2:选择数据源
     • 步骤3:编写SQL查询语句:

       SELECT
         timestamp,
         temperature,
         vibration
       FROM iot_data
       WHERE device_id = 'Lathe_001'
       ORDER BY timestamp DESC
       LIMIT 100
       

     • 步骤4:预览数据
     • 步骤5:保存数据集(名称:实时温度)
   • 学生跟随创建至少3个数据集:
     • 实时温度
     • 历史振动
     • 设备状态
   • 提供SQL模板供参考

【SQL模板】

实时数据查询:
SELECT timestamp, temperature
FROM iot_data
WHERE device_id = '设备ID'
ORDER BY timestamp DESC
LIMIT 1

历史趋势查询:
SELECT timestamp, vibration
FROM iot_data
WHERE device_id = '设备ID'
  AND timestamp >= NOW() - INTERVAL 1 HOUR
ORDER BY timestamp ASC

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第3课时(40分钟):设计可视化大屏

【教学重点】

• 创建仪表板
• 添加图表组件
• 绑定数据

【教学内容】

1. 创建仪表板(5分钟)

   • 教师演示:
     • 点击"仪表板"→"新建"
     • 命名:智能车床监控大屏
     • 选择布局:空白画布

2. 添加图表(25分钟)

   • 教师演示添加3个组件:
     • 组件1:仪表盘(显示实时温度)
       • 从组件库拖入仪表盘
       • 绑定数据集:实时温度
       • 设置标题:当前温度
       • 设置单位:℃
       • 设置量程:0-100
     • 组件2:趋势图(显示1小时温度曲线)
       • 拖入折线图
       • 绑定数据集:历史温度
       • 设置X轴:时间
       • 设置Y轴:温度
     • 组件3:数字翻牌器(显示运行状态)
       • 拖入数字翻牌器
       • 绑定数据集:设备状态
   • 学生跟随设计自己的大屏:
     • 至少包含3种不同类型的图表
     • 布局美观
     • 数据绑定正确
     • 教师巡视指导

3. 预览发布(10分钟)

   • 预览大屏效果
   • 检查数据是否实时更新
   • 调整样式和布局
   • 点击"发布"
   • 分享大屏链接

【任务指导书6-2】

任务名称:开发数字驾驶舱
任务要求:
✓ 创建至少3个数据集
✓ 设计监控大屏,包含至少5个图表组件
✓ 图表类型多样(仪表盘、趋势图、数字翻牌器等)
✓ 数据绑定正确,实时更新
✓ 界面美观,布局合理

评价标准:
数据完整性(30分)
图表多样性(30分)
界面美观(20分)
功能正确(20分)

【课后作业】

• 优化大屏设计(可以添加背景、图片等)
• 截图保存大屏效果
• 思考:如果让你设计,还想加什么功能?

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第13周 综合项目实战

🎯 本周目标

• 整合前12周所有内容
• 完成完整的数据采集到监控应用
• 培养系统集成能力

📖 课时安排

第1课时(40分钟):项目任务书解读

【教学重点】

• 明确综合项目要求
• 制定实施计划

【教学内容】

1. 项目导入(10分钟)

   • 宣布本周任务:完整实施智能车床数字化运维系统
   • 强调:这是对前12周学习内容的综合应用
   • 说明考核方式:小组答辩+成果展示

2. 任务书解读(20分钟)

   • 项目范围:
     • PLC编程:实现基本控制逻辑
     • HMI设计:创建监控界面
     • 传感器应用:采集温振数据
     • 网络搭建:实现设备互联
     • 网关配置:实现数据采集和上云
     • 平台应用:创建监控大屏
   • 成果要求:
     • 系统能够正常运行
     • 数据从采集到展示完整
     • 提供技术文档
     • 准备答辩PPT

3. 分组与分工(10分钟)

   • 4人一组
   • 角色分工:
     • 组长:统筹协调
     • PLC程序员:负责程序编写
     • 网络工程师:负责网络和网关
     • 应用开发师:负责平台应用
   • 制定实施计划(时间表)

【实施计划模板】

第1课时: 任务解读,分工,计划
第2课时: PLC编程+HMI设计
第3课时: 网络配置+网关配置
课后:   平台应用开发+文档整理
第14周: 答辩展示

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第2课时(40分钟):核心功能实施

【教学重点】

• 完成PLC程序编写
• 完成HMI界面设计

【教学内容】

1. PLC编程(20分钟)

   • 要求:实现车床的基本控制功能
   • 功能清单:
     • 启动/停止控制
     • 手动/自动切换
     • 传感器数据采集
     • 运动控制(可选)
   • 学生分工实施:
     • PLC程序员负责编写
     • 其他成员提供测试和反馈
   • 教师巡视指导

2. HMI设计(20分钟)

   • 要求:设计友好的监控界面
   • 界面要求:
     • 主画面:显示运行状态
     • 监控画面:显示传感器数据
     • 控制画面:启动/停止按钮
     • 报警画面:显示告警信息
   • 学生分工实施:
     • 应用开发师负责设计
     • 其他成员提供美化和建议
   • 教师巡视指导

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第3课时(40分钟):系统集成

【教学重点】

• 完成网络搭建
• 完成网关配置
• 联调测试

【教学内容】

1. 网络和网关(30分钟)

   • 要求:实现数据采集和上云
   • 任务清单:
     • 网络搭建:连接所有设备
     • PLC配置:开放Modbus接口
     • 网关配置:
       • S7采集:采集PLC数据
       • Modbus采集:采集仪表数据
       • MQTT上传:上传到云平台
   • 学生分工实施:
     • 网络工程师负责配置
     • 其他成员协助测试
   • 教师巡视指导

2. 联调测试(10分钟)

   • 完整流程测试:
     • 启动PLC程序
     • 观察HMI界面
     • 检查网关采集数据
     • 验证云平台接收数据
     • 查看监控大屏更新
   • 记录问题和解决方案

【课后任务】

• 完成平台应用开发(如果没有完成)
• 整理技术文档(系统架构图、配置参数、运行截图等)
• 准备答辩PPT(10-15页)

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第14周 成果展示与考核

🎯 本周目标

• 展示综合项目成果
• 进行项目答辩
• 完成期末考核

📖 课时安排

第1课时(40分钟):成果展示准备

【教学重点】

• 完善系统功能
• 准备展示材料

【教学内容】

1. 系统完善(20分钟)

   • 检查系统是否完整运行
   • 演示流程演练:
     • 开机顺序
     • 操作步骤
     • 功能展示要点
   • 排查并修复bug

2. 展示准备(20分钟)

   • 检查答辩PPT:
     • 封面:项目名称、组员
     • 背景:项目需求
     • 方案:系统架构
     • 实施:关键步骤截图
     • 成果:运行视频/演示
     • 总结:收获与不足
   • 准备演示环境:
     • 设备连线
     • 软件打开
     • 数据确认

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第2课时(40分钟):项目答辩(上)

【教学重点】

• 小组展示项目成果
• 回答教师提问

【教学内容】

1. 答辩流程说明(5分钟)

   • 每组答辩时间:8分钟
   • 展示:5分钟
   • 提问:3分钟
   • 评分标准:
     • 功能完整性(40分)
     • 技术规范性(30分)
     • 文档质量(15分)
     • 答辩表现(15分)

2. 小组答辩(35分钟)

   • 1-4组进行答辩
   • 每组展示要点:
     • 项目背景和目标
     • 系统架构和方案
     • 关键技术实施
     • 系统运行演示
     • 团队协作情况
   • 教师提问方向:
     • 为什么选择这个方案?
     • 遇到什么问题?如何解决?
     • 还有哪些可以改进?
     • 每个人的贡献是什么?

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第3课时(40分钟):项目答辩(下)+课程总结

【教学重点】

• 完成剩余小组答辩
• 课程总结与展望

【教学内容】

1. 小组答辩(20分钟)

   • 5-8组进行答辩
   • 流程同上

2. 课程总结(15分钟)

   • 回顾14周学习内容:
     • 第1-2周:认识工业互联网和设备
     • 第3-4周:PLC编程和HMI设计
     • 第5-6周:传感器和运动控制
     • 第7-8周:网络搭建和协议配置
     • 第9-10周:网关配置和数据上云
     • 第11-12周:平台应用和可视化
     • 第13周:综合项目实战
   • 强调核心知识点:
     • 工业互联网三层架构
     • 数据采集到应用的完整流程
     • 项目式学习和问题解决能力

3. 未来展望(5分钟)

   • 工业互联网的发展趋势:
     • 5G+工业互联网
     • AI+工业互联网
     • 数字孪生技术
   • 职业发展方向:
     • 工业互联网系统集成工程师
     • PLC编程工程师
     • 数据分析师
     • 工业APP开发工程师
   • 鼓励继续学习和深造

【期末考核评分标准】

综合项目(70分):
- 功能完整性: 40分
- 技术规范性: 30分

平时表现(30分):
- 出勤率: 10分
- 课堂表现: 10分
- 阶段测试: 10分

总分: 100分

【课后作业】

• 撰写《课程学习心得》(不少于500字)
• 规划未来的学习方向

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📊 教学资源清单

硬件设备

• 智能车床实训台(每2-4人1台)
• 笔记本电脑(每人1台)
• 工业交换机(每组1个)
• 网线测试仪(每组1个)
• 万用表(每组1个)

软件工具

• TIA Portal V17
• IDEV2网关配置软件
• NMCV2监控软件
• MQTT.fx调试工具
• 卡奥斯云平台账号

教学材料

• 《任务指导书》(每项目1份)
• 《设备识读记录表》
• 《电气巡检记录表》
• 《数据点地址表》
• 《答辩评分表》

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🎯 教学建议

针对中职学生的教学策略

1. 简化理论,强化实操

   • 理论讲解不超过15分钟/课时
   • 每个知识点都配合实操练习
   • 用生活例子类比抽象概念

2. 任务驱动,小步快跑

   • 每次课都有明确的任务产出
   • 任务分解为小步骤,逐步完成
   • 及时给予反馈和鼓励

3. 分组协作,优势互补

   • 4人一组,合理分工
   • 鼓励互帮互学
   • 培养团队协作能力

4. 评价多元,重在过程

   • 不仅看结果,更看过程
   • 鼓励创新和尝试
   • 允许失败,重在改进

常见问题应对

1. 学生理解慢

   • 多用图示和视频
   • 手把手演示
   • 耐心重复讲解

2. 实操出错多

   • 提供详细操作步骤
   • 准备常见错误手册
   • 鼓励互相检查

3. 学习积极性不高

   • 联系实际应用场景
   • 多展示成功案例
   • 及时表扬进步

4. 设备故障多

   • 课前充分检查
   • 准备备用设备
   • 教会基本排查方法

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📞 课后支持

学习资源

• 课程资料云端存储
• 操作视频在线点播
• 在线答疑群

拓展学习

• 推荐相关书籍
• 推荐在线课程
• 推荐技能竞赛

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祝教学顺利!

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文件信息

• 文件名: 14周教学计划-中职版.md
• 适用对象: 中等职业技术学校高三年级学生
• 总课时: 42课时(14周×3课时)
• 编写时间: 2026年3月
• 版本: V1.0