《数据采集与监控技术》课程简介 课程名称 数据采集与监控技术 课程性质 专业核心课程 适用对象 智能控制技术、电气自动化技术、机电一体化技术等专业学生 课程类型 理论实践一体化课程 建议学时 64 建议学分 4 先修课程 电路基础、模拟电子技术、数字电子技术、传感器应用技术等 后续课程 计算机控制技术、运动控制系统、机器视觉应用技术等 本课程适应生产自动控制应用要求，综合智能控制、工控机组态监控、工业网络控制（现场总线、工业以太网、无线网络等）、电机电器控制等应用技术，基于企业项目开发真实工作过程，重点培养学生对工控SCADA（数据采集与监控）项目构建及调试能力，提高电气自动化类学生的专业素质与操作技能。 1、课程性质 本课程是高职自动化类智能控制、电气自动化、机电一体化等专业的一门专业核心课程。采用理论实践一体化的教学方法，综合工业控制计算机、电气控制、智能控制、网络通信等技术，实现对生产过程设备的数据采集监控（SCADA）。课程内容按模块、项目、任务、知识点/技能点进行组织，可按要求选择485现场总线、工业以太网、无线通信等不同模块开展教学。课程实施数据采集、存储、监视、控制、通信等技术技能训练，为工业物联网、自动化生产线及智能控制系统提供现场底层的生产监控信息，并通过工业通信网络，实现与人机界面的数据交互，从而提高生产效率和管理效率。 2、课程定位 本课程适应自动控制、智能控制相关的职业岗位和生产控制应用要求，重点培养学生对数据采集与监控（SCADA）项目设计、编程及调试能力，培养项目实施过程中的团队精神、人际沟通和协作能力等方面人文（职业）素质，提高自动化类学生的专业素质与操作技能。所介绍的知识和技能直接为学生今后的工作提供知识和技能，是一门综合性强的自动化类应用技术课程。 本课程的前续课程主要有电路基础、模拟电子技术、数字电子技术、电机与电器控制、C语言等。后续课程有自动生产线综合实训、毕业设计、顶岗实习等。 3、课程目标 通过本课程的学习，培养学生从事工控SCADA应用项目的设计、编程、调试能力等多种工程实践方法和实际应用能力，培养项目实施过程中的团队精神、人际沟通和协作能力等方面的人文（职业）素质，为今后从事智能控制系统开发、调试等岗位奠定良好的基础。通过团队合作、工匠精神、学习创新、责任担当等思政元素的融入，激发学生学习、学好本课程的兴趣,培养学生养成良好的职业工作习惯。 课程具体目标为： 1. 知识目标 （1）理解数据采集与监控SCADA系统基本概念及项目设计的一般方法； （2）掌握工业控制通信组网、基于RS-485、工业以太网、无线通信三种方式组网的基本知识和方法； （3）掌握基于RS-485总线的ADAM-4000模块及温湿传感器的性能及应用基础知识； （4）掌握基于工业以太网的ADAM-5000TCP控制器及ADAM-5000模块的性能及应用基础知识； （5）掌握基于工业以太网的S7-1200 PLC的性能及应用基础知识; （6）掌握基于无线技术的WISE模块的性能及应用基础知识 （7）掌握组态王Kingview组态HMI人机界面的基本知识。 2. 技能目标 （1）能组建基于RS-485总线的ADAM-4000模块及温湿传感器的工业网络， （2）能组建基于工业以太网ADAM-5000TCP控制器及ADAM-5000模块的工业网络； （3）能组建基于工业以太网的S7-1200 PLC的工业网络； （4）能组建基于无线技术的WISE模块的工业网络； （5）对上述智能器件进行硬件接线、性能配置、信号测试，并在项目中进行具体应用； （6）能采用组态王Kingview软件进行HMI（人机界面）设计； （7）能对项目调试过程中的问题进行分析，并进行故障排除处理； （8）具备对数据采集与监控SCADA项目进行综合设计及调试的能力。 3. 素质目标 （1）培养实训室6S日常管理素养，能独立进行实验实训室日常管理； （2）培养学生团队协作与配合的精神，能进行良好的交流沟通； （3）培养学生自主学习的能力，能踏实进行数据采集与监控SCADA系统的设计、组态及调试； （4）培养学生的工匠精神，对完成的作品做到精益求精，一丝不苟； （5）培养学生的责任担当能力，能积极主动完成任务，不推诿不推迟； （6）培养学生的独立工作能力，在项目设计和实施过程中能主动提出问题、分析问题，并独立解决问题。 4. 思政育人目标 （1）培养自主学习意识，主动收集技术资料，撰写项目报告文档； （2）立德树人，为国产化工业控制智能设备的应用服务； （3）养成良好的操作规范，遵守劳动纪律； （4）培养集体意识，在工作过程中能相互进行交流沟通和团队协作； （5）培养工匠精神，组态监控做到精益求精、一丝不苟、严谨认真； （6）培养勇于担当的素质，能踏实操作项目，诚信做人，勇担责任； （7）敢于创新，主动发现问题、分析问题、解决问题并能拓展应用。 四、课程基本内容 本课程由4个模块、10个项目、28个任务组成。课程采用理论和实践一体化教学方式，总体上理论课时不到30％，实践课时占70％以上。 课程内容及教学要求如下： 1. 模块1 数据采集与监控系统认知及项目训练 （1）项目1 数据采集与监控SCADA项目设计基础及典型应用案例 【教学内容】 任务1-1 SCADA系统综述 任务1-2 SCADA系统典型应用案例 【知识点/技能点】 知识点1-1-1：课程教学目标和主要内容 知识点1-1-2：SCADA基本概念 知识点1-1-3：SCADA系统组成 知识点1-2-1：水库大坝沉降及水平位移检测项目案例 知识点1-2-2：电厂水汽品质SCADA系统项目案例 知识点1-2-3：电厂化学加药SCADA系统项目案例 【教学要求】 要求掌握课程教学目标和主要内容、数据采集与监控SCADA系统基本概念及SCADA系统典型应用案例。 （2）项目2 工业控制通信及联网 【教学内容】 任务2-1 通信概述 任务2-2 SCADA智能设备联网 【知识点/技能点】 知识点2-1-1：RS-232/422/485通信 知识点2-1-2：工业以太网通信 知识点2-1-3：无线通信 知识点2-2-1：485网络架构 知识点2-2-2：工业以太网网络架构 知识点2-2-3：无线网络架构 【教学要求】 要求掌握工业控制通信的基本概念，能进行SCADA系统的智能设备联网。 （3）项目3 数据采集与监控系统人机界面组态 【教学内容】 任务3-1 组态软件概述 任务3-2 组态王KingView软件基本操作 任务3-3 化学车间监控中心项目组态及调试 【知识点/技能点】 知识点3-1-1：组态软件的定义和功能 知识点3-1-2：常用组态软件 技能点3-2-1：创建项目及组态画面 技能点3-2-2：组态动画 技能点3-2-3：命令语言编程 技能点3-3-1：监控中心画面及对象组态 技能点3-3-2：监控中心动画组态 技能点3-3-3：监控中心项目调试 【教学要求】 要求掌握组态软件的基本概述，以及组态王KingView软件的基本操作，并以化学车间监控中心项目为例，采用组态王KingView软件进行组态及调试。 2. 模块2 基于RS-485的数据采集与监控系统设计与调试 （1）项目4 RS-485现场总线智能设备的数据采集与监控 【教学内容】 任务4-1 ADAM-4000系列智能模块认知、接线及测试 任务4-2 温湿度传感器认知、接线及测试 任务4-3 组态王与485智能设备的通信、组态及调试 【知识点/技能点】 知识点4-1-1：ADAM-4000模块认知 技能点4-1-2：ADAM-4000模块接线 技能点4-1-3：ADAM-4000模块测试 知识点4-2-1：温湿度传感器认知 技能点4-2-2：温湿度传感器接线 技能点4-2-3：温湿度传感器测试 技能点4-3-1：组态王与485智能设备的通信 技能点4-3-2：组态王与485智能设备的组态 技能点4-3-3：组态王与485智能设备的调试 【教学要求】 要求掌握ADAM-4000系列智能模块的认知、接线及测试，以及温湿度传感器的认知、接线及测试，并采用组态王KingView软件，基于RS-485现场总线，对ADAM-4000系列智能模块和温湿度传感器二种智能设备进行通信、组态及调试。 （2）项目5 基于RS-485现场总线的农业温室监控系统设计与调试 【教学内容】 任务5-1 温室监控项目背景、监控要求及设备配置 任务5-2 温室监控电气及网络接线设计 任务5-3 温室监控组态、编程及调试运行 【知识点/技能点】 知识点5-1-1：温室监控项目背景 知识点5-1-2：温室监控要求及设备配置 技能点5-2-1：温室监控电气接线设计 技能点5-2-2：温室监控网络接线设计 技能点5-3-1：温室监控组态及编程 技能点5-3-2：温室监控调试运行 【教学要求】 要求掌握基于RS-485现场总线的农业温室监控系统的项目背景、监控要求及设备配置，能进行系统电气及网络接线设计，在组态王KingView软件中进行系统组态、编程及调试运行。 3. 模块3 基于工业以太网的数据采集与监控系统设计与调试 （1）项目6工业以太网智能设备的数据采集与监控 【教学内容】 任务6-1 ADAM-5000 TCP控制器认知、接线及测试 任务6-2 组态王建立与ADAM-5000TCP控制器的通信、组态及调试 任务6-3 S7-1200 PLC认知、接线及测试 任务6-4 组态王建立与S7-1200 PLC的通信、组态及调试 【知识点/技能点】 知识点6-1-1：ADAM-5000TCP控制器认知 技能点6-1-2：ADAM-5000TCP控制器接线 技能点6-1-3：ADAM-5000TCP控制器测试 技能点6-2-1：组态王与ADAM-5000TCP控制器的通信 技能点6-2-2：组态王与ADAM-5000TCP控制器的组态 技能点6-2-3：组态王与ADAM-5000TCP控制器的调试 知识点6-3-1：S7-1200 PLC认知 技能点6-3-2：S7-1200 PLC接线 技能点6-3-3：S7-1200 PLC测试 技能点6-4-1：组态王与S7-1200 PLC的通信 技能点6-4-2：组态王与S7-1200 PLC的组态 技能点6-4-3：组态王与S7-1200 PLC的调试 【教学要求】 要求掌握ADAM-5000 TCP控制器认知、接线及测试，以及S7-1200 PLC认知、接线及测试，并采用组态王KingView软件，基于工业以太网，对ADAM-5000TCP控制器及智能模块、S7-1200 PLC二种智能设备进行通信、组态及调试。 （2）项目7 基于工业以太网智能控制器的电厂热井检漏控制系统设计与调试 【教学内容】 任务7-1 热井检漏控制项目背景、监控要求及设备配置 任务7-2 热井检漏控制电气及网络接线设计 任务7-3 热井检漏控制组态、编程及调试运行 【知识点/技能点】 知识点7-1-1：热井检漏控制项目背景 知识点7-1-2：热井检漏监控要求及设备配置 技能点7-2-1：热井检漏控制电气接线设计 技能点7-2-2：热井检漏控制网络接线设计 技能点7-3-1：热井检漏控制组态及编程 技能点7-3-2：热井检漏控制调试运行 【教学要求】 要求掌握基于工业以太网智能控制器的电厂热井检漏控制系统的项目背景、监控要求及设备配置，能进行系统电气及网络接线设计，在组态王KingView软件中进行系统组态、编程及调试运行。 （3）项目8 基于PLC的三相交流电机监控系统设计与调试 【教学内容】 任务8-1 电机监控项目背景、监控要求及设备配置 任务8-2 电机监控电气及网络接线设计 任务8-3 电机监控组态、编程及调试运行 【知识点/技能点】 知识点8-1-1：电机监控项目背景 知识点8-1-2：电机监控要求及设备配置 技能点8-2-1：电机监控电气接线设计 技能点8-2-2：电机监控网络接线设计 技能点8-3-1：电机监控组态及编程 技能点8-3-2：电机监控调试运行 【教学要求】 要求掌握基于PLC的三相交流电机监控系统的项目背景、监控要求及设备配置，能进行系统电气及网络接线设计，在组态王KingView软件中进行系统组态、编程及调试运行。 4. 模块4 基于无线的数据采集与监控系统设计与调试 （1）项目9 Wireless无线智能设备的数据采集与监控 【教学内容】 任务9-1 WISE系列无线智能模块认知、接线及测试 任务9-2 组态王与WISE智能模块的通信、组态及调试 【知识点/技能点】 知识点9-1-1：WISE模块认知 技能点9-1-2：WISE模块接线 技能点9-1-3：WISE模块测试 技能点9-2-1：组态王与WISE模块的通信 技能点9-2-2：组态王与WISE模块的组态 技能点9-2-3：组态王与WISE模块的调试 【教学要求】 要求掌握WISE系列无线智能模块的认知、接线及测试，并采用组态王KingView软件，基于无线通信方式，对WISE智能模块进行通信、组态及调试。 （2）项目10 基于无线通信技术的水库大坝监控系统设计与调试 【教学内容】 任务10-1 水库大坝监控项目背景、监控要求及设备配置 任务10-2 水库大坝监控电气及网络接线设计 任务10-3 水库大坝监控组态、编程及调试运行 【知识点/技能点】 知识点10-1-1：水库大坝监控项目背景 知识点10-1-2：水库大坝监控要求及设备配置 技能点10-2-1：水库大坝监控电气接线设计 技能点10-2-2：水库大坝监控网络接线设计 技能点10-3-1：水库大坝监控组态及编程 技能点10-3-2：水库大坝监控调试运行 【教学要求】 要求掌握基于无线通信方式的水库大坝监控系统的项目背景、监控要求及设备配置，能进行系统电气及网络接线设计，在组态王KingView软件中进行系统组态、编程及调试运行。 五、教学方法及组织形式 作为智能控制技术、电气自动化技术、机电一体化技术等专业的专业核心课程，考虑到学生的培养目标以及课时限制，课程将以工业控制智能设备及组态软件实训、数据采集与监控基本技能训练作为主要教学内容，并参考《工业控制技术及应用》一书，将部分工程实例作为案例分析穿插引入课程教学过程，使学生在项目操作中深化对SCADA系统的认知，能结合实际需求进行HMI组态、设备通信、变量连接、程序编写，以及调试运行。 采用理论实践一体化进行授课，并采用多媒体等多种教学手段，教师对知识点/技能点及项目操作进行详细讲解及操作演示，学生按照教师的教学内容，分析任务需求，进行操作和系统调试，培养实践动手能力、观察与创新思维能力。 主要教学方法及组织形式如下： 1）项目导向、任务驱动贯穿教学全过程 教学过程中做到工学结合，以项目为导向、以任务为驱动，加强学生技能学习。选取典型任务，涵盖相关知识点和技能点。注重培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力以及创新思维与技术综合应用能力。 2）理论实践一体化教学 在专用实训室进行教学，理论与实践有机结合，进行一体化授课，建立学生对数据采集与监控项目感性认识，提高对项目背景的理解能力，帮助学生更好地掌握数据采集监控技术的相关知识和操作技能。 3）多种教学方式相结合进行混合教学 采用传统板书、实物操作演示教学、多媒体教学、移动APP教学等多种教学方式并有机结合，师生进行教学互动。 4）信息化教学手段深入应用 多媒体在教学过程中全程贯穿使用。恰当应用现代辅助教学手段。教学过程中，以采用真实项目教学环境为主，移动客户端APP教学平台（主要是泛亚平台）等为辅助教学手段。充分利用课程网络资源，学生可通过泛亚平台在线学习本课程相关教学资源 5）案例教学法 在课程设计中，引入了多个项目案例，如在“项目1 数据采集与监控SCADA项目设计基础及典型应用案例”中，就设计了电厂水汽品质SCADA监控、化学加药监控、水库大坝安全监测等工控SCADA真实项目案例。通过典型案例讲解及画面操作演示，帮助学生建立工控SCADA项目设计的一般概念，激发学生学习本课程的兴趣。 6）项目演示法 本课程是一门应用性技术，在项目教学中应特别注重项目演示环节的教学。具体教学中，教师利用多媒体手段，先给学生演示播放项目虚拟操作过程及人机界面，然后教师亲自对关键环节动手操作演示，把真实的操作过程呈现在学生面前。这种教学方法受到学生们的普遍认可。 7）教、学、练一体的教学法 本课程重点是培养学生的实践操作技能，围绕这一中心任务，教师先进行基础知识的讲解和关键操作步骤的操作演示，即教师的“教”；学生边听边进行操作练习，即学生的“学”和“练”；然后学生结合具体项目进行实战训练，即学生对所学知识应用的进一步的“练”。通过教、学、练一体的教学方法，基础知识通过具体操作实训获得理解，实践操作则在理论的指导下得到领悟。课堂上教师讲解直观、详细，学生身临项目操作环境，教学效果明显。 六、课程实施基础与条件 （1）采用数据采集与监控理实一体化教学专用实训室：研华工控实训室SC212，占地120m2，2020年立项校级实训室改建项目，2021年12月通过验收。该实训室为学校与研华科技、常州汇巨电气有限公司合作共建。 主要设备包括：PC机41套，研华工业物联网数据采集与监控设备（支持RS-485、工业以太网及无线通信）21套、西门子S7-1200 PLC 21套，组态王KingView软件41套。 （2）学生的学习基础 学生先修课程：电路基础、C语言、模拟电子技术、数字电子技术、电机与电器控制等。 （3）课程老师条件 主讲教师应具备双师型素质，深厚的实践操作技能、扎实的理论知识基础和较强的教学能力。课程的教学团队配备有兼职教师和专门的实验室管理人员。 7、课程教材 （1）教材：《工业控制技术及应用》，姚立波主编，天津大学出版社，2009.6； （2）组态王KingView操作手册； （3）ADAM-4000模块操作手册； （4）ADAM-5000TCP控制器操作手册； （5）WISE无线模块操作手册； （6）S7-1200 PLC操作手册。 8、课程作用 （1）着重培养学生从事工控SCADA系统（Supervisory Control And Data Acquisition即数据采集与监控）应用项目的设计、接线、编程、调试、排故等多种工程实践方法和实际应用能力。 （2）培养学生在项目实施过程中的团队精神、人际沟通和协作能力等职业素质，着力培养和提高学生的职业技能和可持续发展能力。 （3）通过课程的学习环境和项目训练，全面提升学生的职业素养和专业技能，为工控行业培养高素质高技能的电气自动化应用人才。