第十六届山东省职业院校技能大赛高职组 “工业网络智能控制与维护”赛项（教师赛）试题B选手须知：1.任务书共16页，如出现任务书缺页、字迹不清等问题，请及时向裁判申请更换任务书。2.参赛队应在6小时内完成任务书规定内容。3.竞赛过程配有两台编程计算机，参考资料（使用手册、使用说明书、IO 变量表）以.pdf 格式放置在“E:参考资料”文件夹下。4.选手在竞赛过程中创建的录屏文件、源程序、表格、图片等文件必须存储到“E:GZ016+JS+赛位号”文件夹下，未存储到指定位置的文件均不予给分。文件夹需要自己新建，例：赛位号：1号，文件夹名称为：GZ016JS01；评价时只评价对应文件夹下的文件。 5.选手提交的试卷不得出现学校、姓名等与身份有关的信息，否则成绩无效。6.每一个任务的初始状态和具体测试要求根据评判要求在开赛时、任务评分前或任务评分时给定。7.在完成任务过程中，请及时保存程序及数据。竞赛场次：第场赛位号：第号第17页/共17页基于工业网络控制的汽车轮胎装配生产线一、平台概述本比赛项目通过物理平台达成赛项考核目标，该平台有多个部分构成：工业网络、控制、检测、执行和信息管理等单元，每个单元均配有通信接口，通过组网能够实现对整个轮胎装配生产线系统的工业网络智能控制与维护。工业网络单元利用以太网通信接口实现整个生产线系统的网络通信，能够实现与其它单元的网络通信与数据传输。控制单元包括PLC、伺服控制器、远程 I/O 等电气部件，用于接收来自检测单元的传感数据，发送控制指令，实现执行单元的动作执行，以及和信息管理单元实现数据可视化、信息化管理等功能。检测单元主要包括条码检测、称重检测等产品检测装置，以及对整个生产线系统的设备状态、环境参数实时监测的各类传感装置，包括温度、湿度、电能、电量等动力环境监测。执行单元包括机械手、传输带、气缸等执行元件，能够实现整个生产线系统的物料入库、物料组装、物料搬运等生产执行环节。信息管理单元配置触摸屏（HMI）、显示屏等人机交互硬件，同时也配置基于工业网络仿真测试和生产管理系统（MES）等软件，能够实现工业网络与生产线 系统的设计分析、仿真优化，以及整个生产线系统生产状态、生产数据、工艺工序的数字化、信息化管理等功能。二、任务要求总体任务是设计并利用现场物理平台，组网完成对汽车轮胎装配生产线的智能控制。分项任务如下：1.采用工业网络控制架构设计软件实现对工业网络的设计规划；2.采用工业网络各类通信接口、通信协议实现生产线系统的组网、联网；3.采用工业网络控制仿真软件实现对生产线系统的调试仿真设计；4.采用现场给定的传感器、可编程控制器、执行器，通过操作、编程、调试等手段实现对生产线系统各功能单元、部件装置的全流程自动化控制，实现对零部件装配检测生产线的模拟；5.采用生产管理系统（MES）软件实现对整个生产线系统各类生产信息、物料状态、环境数据的实时监测及信息化管理。具体要求如下：1.参选手以操作人员身份（以下简称“操作人员”）启动整个系统，系统自检以后，进入待命状态；2.操作人员现场操作工业网络设计规划软件，实现工业互联网络的规划与设计；3.根据任务书要求进行系统方案设计，完成系统主要电气元器件选型；4.操作人员根据生产任务，可以借助生产管理系统（MES）软件实现在线生成订单、在线派发订单、订单跟踪管理等功能；5.操作人员可以现场对控制单元进行操作、编程与调试，完成整个装配生产线系统的自动运行、自动监测和自动管理，并经过工业网络单元与生产管理系统（MES）软件实现数据互联互通及对生产过程的数字化和信息化管理功能；6.物料在生产全流程过程中，检测单元的各类传感器装置、检测装置能够实现对物料生产全流程的数据采集与感知；7.物料在生产全流程过程中所采集的传感数据、控制指令，能够通过工业网络单元传输至执行单元、信息管理单元等终端，实现生产过程的网络化传输和信息化管理；8.整个装配生产线系统的生产数据、状态数据、环境数据，均可以通过工业网络单元实现与生产管理系统（MES）软件的信息交互，所有数据信息能够显示于大屏之上等。三、比赛内容汽车轮胎装配生产线工艺流程参考系统工艺流程如图 1 所示图 1 系统工艺流程示意图通过生产管理系统（MES）软件，完成订单下达；4个料瓶随机顺序供料A，按指定仓位进行供料B，然后进行轮胎装配与高度检测，然后依次进行视觉检测、称重检测、盒盖装配、扫码并显示在触摸屏（HMI）上RFID读写、搬移入库和不合格品处理等流程；主要有高度检测不合格、称重检测不合格。高度检测 “不合格”料瓶送至“废品滑槽”； “合格”料瓶称重检测后加盖， “不合格”料瓶送至废料仓，合格料瓶通过 RFID 写入信息（包括：订单号、高度检测数据、仓位号、称重数据、相机检测结果、操作员、生产日期）后送至仓位，仓位放置顺序为 H、B、F、D。订单所需原料包括4个“料A”（带RFID芯片，不带内衬）、4个“料B”（ “高度合格”塑料料芯2个、“高度合格”金属料芯1个、，“高度不合格”塑料料芯1个）、4个“料C” 。 模块一：工业网络智能控制与维护系统设计、仿真和物理系统的安装、接线、组网与参数设置模块一建议完成时长180分钟。任务一：工业网络智能控制与维护工业网络设计1.系统方案设计根据任务书要求设计系统方案，补充并填写“系统主要电气元器件选型表（表 1）”的选用型号。将填写的文件存储为 pdf 格式文件，文件名为“1 系统主要电气元器件选型表.pdf”，文件存放在“E:GZ016+JS+赛位号”文件夹内。表 1 系统主要电气元器件选型表序号设备名称选用型号功能描述（参考）1主站 PLC采集设备端传感器数据，上传数据至云平台、下发数据至执行设备2从站 PLC#1采集设备端传感器数据；接收主站信息；控制执行器动作从站 PLC#23防火墙（FW）配置不同端口，设置安全策略，安全拦截4三层交换机#1(SW1)组建环网，划分 VLAN 网段，访问控制列表、实现不同网段互通或限制访问三层交换机#2(SW2)三层交换机#3(SW3)5无线 AP实现有线设备和无线设备的数据交换；连接外部网络6边缘网关采集边缘端数据，协议转换，上传至云端7协议网关用于采集设备用电信息8变频器控制交流三相异步电机的动作9RFID#1写入订单信息RFID#2写入合格品信息10视觉传感器颜色检测、缺陷检测，大小检测、数量检测2.绘制工业网络系统拓扑图根据图 2 所示的工业网络系统结构，绘制拓扑图。该拓扑图采用环形组网结构，通过三层交换机（SW1、SW2、SW3）和防火墙（FW）进行子网划分与隔离，将云服务器、计算机#1（PC1）、计算机#2（PC2）、主站PLC、无线AP、振动传感器、边缘网关分别配置在不同网段，WIFI模块或者无线客户端账号密码为：wuxian+（赛位号+26），例如1号赛位号账号密码为：wuxian27,具体工业网络系统结构示意图如图 2 所示。图 2 工业网络系统结构示意图使用绘图软件设计并绘制系统网络架构拓扑图，完成汽车轮胎装配生产系统边缘层、网络层、应用层的划分。在网络架构拓扑图中应标注：设备名称、地址、通讯方式、组网结构。拓扑图应包含使用 Profinet（绿色）通讯协议的所有元件，Profibus-DP（紫色）通讯协议的远程 I/O 元件、Modbus-RTU（蓝色）通讯协议的环境数据检测元件、Modbus-TCP（红色）通讯协议的 RFID元件、TCP/IP（黑色）通讯协议的视觉传感器元件，其它未选用元件无需绘制，各元件之间所采用的各类工业网络通讯协议用不同颜色线条标注。将绘制的文件存储为.pdf 格式文件，文件名为“2 网络架构拓扑图.pdf”，文件存放在“E:GZ016+JS+赛位号”文件夹内。3.配置 IP 地址表对系统进行网络规划（VLAN 划分），VLAN 划分及网关 IP 地址分配表如表 2 所示。结合表 2 内容，完成网络单元设备的 IP 地址分配，填写系统 IP地址分配表，如表 3 所示。将填写的文件存储为.pdf 格式文件，文件名为“3系统 IP 地址分配表.pdf”，文件存放在“E:GZ016+JS+赛位号”文件夹内。表 2VLAN 划分及网关 IP 地址分配表设备名称（符号）VLAN网络单元名称网关端口号名称IP 地址三层交换机#1（SW1）主干网络192.168.0.2015，8环网（结果填入表 3）设计网络192.168.10.1自定义计算机#1（PC1）三层交换机#2（SW2）主干网络192.168.0.2025，8环网维护网络192.168.20.1自定义计算机#2（PC2）边缘网络192.168.21.1自定义边缘计算网关三层交换机#3（SW3）主干网络192.168.0.2035，8环网产线网络192.168.40.1自定义产线数据管理网络192.168.41.1自定义主站 PLC防火墙（FW）内网192.168.0.254GE1SW1主干网络服务网络192.168.200.254GE2服务器无线网络172.2.1.100GE3表 3 系统 IP 地址分配表序号设备/元器件名称IP 地址1服务器2计算机#1(PC1)3计算机#2(PC2)4主站 PLC5防火墙（FW）GE1 端口6防火墙（FW）GE3 端口7三层交换机#1(SW1)（5，8 端口）8三层交换机#2(SW2)（5，8 端口）9三层交换机#3(SW3)（5，8 端口）10边缘计算网关4. 方案的可行性分析与评价从产线生产工艺、工序的合理性，各工序所采用的传感器、执行部件的可行性，网络搭建的合理性与安全性以及整个系统的经济性等方面去分析与评价。将填写的文件存储为.pdf 格式文件，文件名为“4 方案的可行性分析与评价报告.pdf ”，文件存放在“E:GZ016+JS+赛位号”文件夹内。任务二：工业网络智能控制系统虚拟仿真与调试采用软件进行虚拟仿真设计，结合系统实际功能，对各个部件进行属性定义，包括刚体、碰撞体、运动副等机械属性和电气属性的设置，建立动作信号，与虚拟 PLC 变量建立映射连接，完成的装配任务；编写虚拟 PLC 调试程序和虚拟 HMI 调试程序，并将装配调试好的“5 仿真模型”、“6虚拟 PLC 调试程序”和“7虚拟 HMI 调试程序”保存，文件存放在“E:GZ016+JS+赛位号”文件夹内。具体任务要求如下：提示：评分过程中，参赛选手通过虚拟 HMI 发出指令，完成以下“3.机构虚拟手动调试”、“4.单元仿真自动运行”的仿真动作，允许选手点击运行，禁止选手做任何修改。1.单元模型装配根据竞赛平台的实物布局完成供料A、高度检测机构、三轴线性搬运结构、料仓等装配并定义机电对象、信号。2.部件虚拟点动测试对系统的各单元模型进行仿真测试，在相关软件内使用“运行时察看器”，采取点动方式实现供料B、供料C、废料气缸推出、Z轴升降、称重气缸虚拟点