第第頁全國職業(yè)院校技能大賽競賽任務(wù)書賽題六賽項名稱：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)智能控制與維護(hù)英文名稱：IntelligentControlandMaintenanceofIndustrialNetworks賽項組別：高等職業(yè)教育（教師賽）賽項編號：GZ0169/122023年全國職業(yè)院校技能大賽高職組“工業(yè)網(wǎng)絡(luò)智能控制與維護(hù)”賽項（教師賽）賽題六選手須知：1.任務(wù)書共12頁，如出現(xiàn)任務(wù)書缺頁、字跡不清等問題，請及時向裁判申請更換任務(wù)書。2.參賽隊?wèi)?yīng)在6小時內(nèi)完成任務(wù)書規(guī)定內(nèi)容。3.競賽過程配有兩臺編程計算機(jī)，參考資料（使用手冊、使用說明書、IO變量表）以.pdf格式放置在“E:\參考資料”文件夾下。4.選手在競賽過程中創(chuàng)建的程序文件必須存儲到“D:\賽位號”文件夾下，未存儲到指定位置的運(yùn)行記錄或程序文件均不予給分。5.選手提交的試卷不得出現(xiàn)學(xué)校、姓名等與身份有關(guān)的信息，否則成績無效。6.每一個任務(wù)的初始狀態(tài)和具體測試要求根據(jù)評判要求在開賽時、任務(wù)評分前或任務(wù)評分時給定。7.在完成任務(wù)過程中，請及時保存程序及數(shù)據(jù)。競賽場次：第場賽位號：第號基于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制的液體自動罐裝生產(chǎn)線一、平臺概述本比賽項目需通過物理平臺達(dá)成考察目標(biāo)，平臺為一條工業(yè)網(wǎng)絡(luò)液體自動罐裝生產(chǎn)線。整個產(chǎn)線系統(tǒng)由四部分構(gòu)成：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場工作站、控制系統(tǒng)單元和感知執(zhí)行單元，每個部分均配有通信系統(tǒng)接口，組網(wǎng)實現(xiàn)整個生產(chǎn)線的互聯(lián)互通。現(xiàn)場感知執(zhí)行單元配有人機(jī)交互模塊（觸摸屏），并應(yīng)配有通信接口（如CCLINK、以太網(wǎng)、MODBUS等）保證系統(tǒng)安全和產(chǎn)品信息溯源，產(chǎn)線系統(tǒng)包括用于工藝設(shè)計的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)仿真軟件和生產(chǎn)管理監(jiān)控系統(tǒng)（人機(jī)界面）。控制系統(tǒng)單元集成包括PLC、變頻器、伺服控制器、繼電器等電氣部件；感知執(zhí)行單元包括各種傳感器、執(zhí)行部件、現(xiàn)場觸摸控制屏和顯示屏等，集成于一個平臺上，用于模仿產(chǎn)線車間現(xiàn)實環(huán)境。各類傳感器用于感知監(jiān)測物理量的狀態(tài)，為系統(tǒng)決策與執(zhí)行提供信息；各執(zhí)行部件執(zhí)行系統(tǒng)的控制命令，完成既定的動作，包括的工序模塊有：送料（送料模塊采用履帶傳送方式）、固定、切割、同步誤差檢測與分揀等；現(xiàn)場觸摸控制屏是現(xiàn)場控制重要組成部分，用于方便操作人員輸入控制參量、控制現(xiàn)場執(zhí)行部件完成各種動作；顯示屏是用于顯示整個生產(chǎn)車間（產(chǎn)線）的各個環(huán)節(jié)實時狀態(tài)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)軟件系統(tǒng)用于根據(jù)任務(wù)設(shè)計網(wǎng)絡(luò)控制切料產(chǎn)線，并能用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制仿真軟件進(jìn)行仿真和驗證；生產(chǎn)管理監(jiān)控系統(tǒng)（人機(jī)界面）用于根據(jù)生產(chǎn)線任務(wù)制定相關(guān)必要的信息要素，并自動記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，比如操作者、加工任務(wù)、原料、成品等等信息。二、任務(wù)要求（1）根據(jù)任務(wù)書功能要求進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計，完成后填寫設(shè)備選型設(shè)計表，同時編寫技術(shù)論證報告，保存到“D:\賽位號”。（2）根據(jù)系統(tǒng)方案設(shè)計完成器件的選型、安裝、電氣線路連接并進(jìn)行參數(shù)配置和測試。施工過程應(yīng)符合相關(guān)電氣施工規(guī)范的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。（3）根據(jù)任務(wù)要求操作虛擬仿真編程軟件，對各個部件進(jìn)行搭建，并按照工藝流程，將各部件進(jìn)行聯(lián)機(jī)運(yùn)行。（4）根據(jù)任務(wù)要求編寫PLC、觸摸屏等程序完成下載至PLC、觸摸屏并進(jìn)行調(diào)試使其實現(xiàn)并達(dá)到任務(wù)要求。（5）根據(jù)任務(wù)要求，通過MES系統(tǒng)下達(dá)任務(wù)指令完成任務(wù)內(nèi)容。（6）根據(jù)系統(tǒng)報警或故障信息，檢測到故障出處，并按規(guī)范排除故障使其恢復(fù)正常等等。三、競賽內(nèi)容模塊一：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)智能控制與維護(hù)系統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計任務(wù)1：系統(tǒng)方案設(shè)計根據(jù)任務(wù)需求設(shè)計系統(tǒng)方案，填寫設(shè)計方案要素表，包括主要元件的選型、功能描述和位置布局，完成后填寫設(shè)備選型設(shè)計表。表1系統(tǒng)元器件選型設(shè)計表序號設(shè)備名稱選用型號功能描述位置布局任務(wù)2：繪制拓?fù)鋱D（1）采用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)計軟件進(jìn)行繪制，包括根據(jù)設(shè)計方案中確定的設(shè)備進(jìn)行選型、組網(wǎng)，完成虛擬系統(tǒng)的搭建。（2）使用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D設(shè)計軟件設(shè)計整個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)拓?fù)鋱D，完成智能生產(chǎn)系統(tǒng)的邊緣層，包括設(shè)備層、控制層、數(shù)據(jù)接入層），應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層的繪制。同時，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中標(biāo)注各設(shè)備之間所采用的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊總線，不同工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊總線采用不同顏色線條標(biāo)注。并將繪制的文件保存。任務(wù)3：配置IP地址表根據(jù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對遠(yuǎn)程服務(wù)器，工作站運(yùn)維計算機(jī)，數(shù)據(jù)管理網(wǎng)絡(luò)中主控PLC、觸摸屏，生產(chǎn)線PLC、伺服驅(qū)動器、掃碼器和搬移機(jī)械裝置等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備IP地址進(jìn)行規(guī)劃和分配。表2系統(tǒng)IP地址分配表序號設(shè)備名稱IP地址12345678910任務(wù)4：系統(tǒng)方案的可行性分析及評價要求：根據(jù)項目背景和上述元器件選型、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等技術(shù)方案，從項目的可行性、技術(shù)性等維度進(jìn)行分析，編寫技術(shù)論證報告，保存到“D:\賽位號”。報告以文字、圖片的形式呈現(xiàn)，報告應(yīng)包含以下內(nèi)容，編寫格式規(guī)范：（1）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)的組網(wǎng)方式簡要說明；（2）數(shù)據(jù)傳輸與可視化運(yùn)維方案；（3）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可實施性論證。任務(wù)5：物理系統(tǒng)的安裝和組網(wǎng)（1）設(shè)備安裝根據(jù)設(shè)計方案和仿真結(jié)果進(jìn)行部件或設(shè)備選型，如根據(jù)檢測物理量選擇相應(yīng)傳感器；根據(jù)要求的氣動上料要求，選擇合適的氣動執(zhí)行設(shè)備；根據(jù)皮帶傳輸功能要求，選擇相應(yīng)的電機(jī)；根據(jù)任務(wù)書中的要求視覺檢測，選擇滿足需求的視覺檢測設(shè)備，等等，并將這些設(shè)備安裝固定，要求符合相關(guān)電氣施工規(guī)范的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。（2）系統(tǒng)組網(wǎng)將相關(guān)設(shè)備采用對應(yīng)的通信接口和線纜進(jìn)行連接，完成系統(tǒng)組網(wǎng)，如觸摸屏與PLC1采用以太網(wǎng)通信接口進(jìn)行連接；PLC1、PLC2和PLC3與信息采集單元模擬量輸出端、數(shù)字輸出端、電機(jī)部件之間，制作相應(yīng)的連接線纜進(jìn)行連接組網(wǎng)；同時，完成總線的通訊電路連接。安裝過程中，元部件、設(shè)備安裝，線纜表示和固定、線段壓線等均符合工業(yè)電氣相關(guān)電氣施工規(guī)范的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。任務(wù)6：網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置和測試根據(jù)任務(wù)書要求和設(shè)計中的要求，需要完成相關(guān)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定，并填寫相應(yīng)參數(shù)，使系統(tǒng)能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊測試，要求：（1）觸摸屏采用對應(yīng)的通信接口與PLC連接，使用對應(yīng)的通信協(xié)議通信，并填寫“系統(tǒng)IP地址分配表”表格；使用“對應(yīng)的通信協(xié)議”將感知設(shè)備總線連接至計算機(jī)對應(yīng)通信協(xié)議口。根據(jù)“通訊參數(shù)設(shè)定表”，檢測設(shè)備的連通完好性，并保存測試結(jié)果。（2）PLC之間通信可采用對應(yīng)通信協(xié)議智能輸入輸出方式，根據(jù)設(shè)計中的要求對相關(guān)設(shè)備設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)，并填寫“通訊參數(shù)設(shè)定表”，使用相關(guān)通用性軟件（設(shè)備廠商提供）將組態(tài)界面的“網(wǎng)絡(luò)視圖”界面和“操作模式-智能設(shè)備通信”界面保存。（3）PLC與遠(yuǎn)程IO模塊1、遠(yuǎn)程IO模塊2、RFID網(wǎng)管控制、伺服驅(qū)動等設(shè)備部件之間采用對應(yīng)通信協(xié)議的通訊方式，但要實現(xiàn)與遠(yuǎn)程IO模塊2之間通訊，需對應(yīng)通信協(xié)議劃分主站模塊和從站模塊，并進(jìn)行設(shè)備組態(tài)，設(shè)置相關(guān)屬性參數(shù)。任務(wù)7：網(wǎng)絡(luò)控制虛擬系統(tǒng)仿真設(shè)計與調(diào)試（1）虛擬系統(tǒng)仿真設(shè)計采用虛擬仿真編程軟件，并對各個模塊進(jìn)行編程，其中包括根據(jù)功能進(jìn)行對象、信號定義，并將信號映射到PLC中；編寫PLC程序?qū)⑿盘栍成涞椒抡孳浖校瓿上嚓P(guān)設(shè)備的自動運(yùn)行；編寫PLC和觸摸屏程序，實現(xiàn)在觸摸屏中下發(fā)數(shù)據(jù)到PLC，實現(xiàn)相關(guān)設(shè)備模擬自動運(yùn)行等等。同時還要求：①打開設(shè)備模型庫，調(diào)用與實物機(jī)構(gòu)相同的設(shè)備模型；②將調(diào)用的設(shè)備設(shè)置在安裝位置，與設(shè)計方案中布局圖安裝位置相同；③設(shè)置各設(shè)備仿真模型的屬性，并進(jìn)行輸入輸出IO點關(guān)聯(lián)，虛擬關(guān)聯(lián)應(yīng)對應(yīng)實際PLC等設(shè)備的輸入輸出連接點。（2）虛擬系統(tǒng)仿真調(diào)試在虛擬仿真編程開發(fā)環(huán)境中完成，要求：①設(shè)置虛擬仿真編程開發(fā)環(huán)境的可編程控制器模擬軟件通訊參數(shù)；②通過通信參數(shù)設(shè)置控制相關(guān)設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備模型動作完成，虛擬設(shè)備模型動作應(yīng)與實際設(shè)備的動作一致；③控制虛擬部件模型運(yùn)動到指定位置，虛擬傳感器模型能夠正確檢測并輸出信號給可編程控制器模擬軟件；④在仿真系統(tǒng)中，按照工藝流程，將各部件進(jìn)行聯(lián)機(jī)運(yùn)行。模塊二：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)智能控制與維護(hù)系統(tǒng)調(diào)試人機(jī)交互界面上設(shè)有運(yùn)行和調(diào)試選項，調(diào)試選項包括各工序選項，如進(jìn)料、罐裝、檢測與分揀，還包括可視化單元、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)選項。每一個子選項根據(jù)環(huán)節(jié)設(shè)置子項調(diào)試項目，如罐裝工序，包括同步跟隨機(jī)構(gòu)和罐裝機(jī)構(gòu)，這兩個部分均要能夠單獨手動調(diào)試，在每一個環(huán)節(jié)可設(shè)置相關(guān)參數(shù)。聯(lián)調(diào)應(yīng)該在各個單元完成后進(jìn)行。在每項任務(wù)調(diào)試前，需要編寫PLC和觸摸屏程序（可在仿真程序的基礎(chǔ)上修改），通過操作觸摸屏控制自動進(jìn)料單元、安裝單元、檢測分揀單元和搬移單元的手動和自動運(yùn)行。任務(wù)1：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)調(diào)試（1）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上電后，判定各設(shè)備指示器是否正常；（2）編寫PLC、觸摸屏等相關(guān)程序進(jìn)行信號聯(lián)通性測試。任務(wù)2：進(jìn)料模塊調(diào)試選擇單機(jī)調(diào)試模式，選擇進(jìn)料模塊調(diào)試。進(jìn)料模塊由變頻器帶動三相異步電動機(jī)拖動，該模塊調(diào)試時HL1以亮2S滅1S的周期閃爍。按下SB1按鈕，電機(jī)以正轉(zhuǎn)15Hz（運(yùn)行3秒）-反轉(zhuǎn)20Hz（運(yùn)行2秒）-正轉(zhuǎn)15Hz（運(yùn)行3秒）-反轉(zhuǎn)20Hz（運(yùn)行2秒）的周期一直運(yùn)行。【注：電機(jī)速度由PLC模擬量4-20mA給定?！空麄€過程中按下停止按鈕SB2，電機(jī)停止。任務(wù)3：罐裝模塊調(diào)試（1）選擇單機(jī)調(diào)試模式，選擇罐裝模塊調(diào)試。（2）罐裝模塊分為跟隨單元(伺服電機(jī))和罐裝單元(步進(jìn)電機(jī))。跟隨滑臺會帶動噴嘴在產(chǎn)線中移動。該環(huán)節(jié)的兩個子環(huán)節(jié)可單獨調(diào)試。（3）當(dāng)選擇跟隨單元時，HL1以2Hz閃爍。跟隨機(jī)構(gòu)伺服電機(jī)安裝在絲杠位置上，（滑塊模擬灌裝噴嘴）。初始狀態(tài)斷電手動調(diào)節(jié)回原點SQ3，按鈕SB1實現(xiàn)正向點動運(yùn)轉(zhuǎn)功能，按鈕SB2實現(xiàn)反向點動運(yùn)轉(zhuǎn)功能；選擇開關(guān)SA1指定2級速度選擇，SA1接通時速度要求為4mm/s，SA1斷開時速度要求為12mm/s。在按下SB1或SB2實現(xiàn)點動運(yùn)轉(zhuǎn)時，應(yīng)允許切換SA1，改變當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)速度。調(diào)試中按下SB2后，伺服電機(jī)自動回原點SQ3。（4）觸摸屏上滑動條位置刻度與實物鋼尺相同（單位：厘米），顯示實物滑動塊當(dāng)前位置。（5）選擇罐裝單元時，HL1以1Hz閃爍。按下啟動按鈕SB1后，步進(jìn)電機(jī)以30r/min的速度正轉(zhuǎn)5s-停2s-反轉(zhuǎn)5s-停2s的周期一直運(yùn)行，按下停止按鈕SB2，步進(jìn)電機(jī)停止。任務(wù)4：分揀模塊調(diào)試（1）選擇單機(jī)調(diào)試模式，選擇分揀模塊調(diào)試。（2）分揀模塊分為正品分揀單元(三相異步電動機(jī))和次品分揀單元(三相異步電動機(jī))。（3）選擇正品分揀單元時，HL1以2Hz閃爍。按下SB1按鈕，電機(jī)啟動，3秒后停止，2秒后又自動啟動，按此周期反復(fù)運(yùn)行，可隨時按下SB2停止。（4）選擇次品分揀單元時，HL2以2Hz閃爍。按下啟動按鈕SB1后，延時5秒后電機(jī)才啟動運(yùn)行，按下停止按鈕SB2后，電機(jī)延時3秒后才停止。任務(wù)5：系統(tǒng)聯(lián)調(diào)系統(tǒng)啟動后通過觸摸屏在MES系統(tǒng)中下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)時，系統(tǒng)進(jìn)入自動生產(chǎn)循環(huán)運(yùn)行狀態(tài)。此時觸摸屏畫面主要包含：各個電機(jī)的工作狀態(tài)指示燈、返回啟動選擇畫面按鈕、設(shè)定主軸傳送帶速度、設(shè)定灌裝物料瓶個數(shù)、顯示跟隨軸速度、顯示合格灌裝液體瓶數(shù)量、顯示不合格灌裝液體瓶數(shù)量等信息。伺服灌裝機(jī)系統(tǒng)工藝流程與控制要求：（1）系統(tǒng)初始化狀態(tài)自動模式時初始狀態(tài)：開關(guān)SQ1～SQ6常開、所有電機(jī)停止，SA2檢測有液體。觸摸屏上主軸傳送帶速度設(shè)定范圍2.0～5.0mm/s(設(shè)定比例V=0.5*f)。自動運(yùn)行前手動將絲杠滑塊移動到SQ3位置。（2）自動運(yùn)行過程①設(shè)定灌裝物料瓶個數(shù)和主軸傳送帶速度后，按下自動模式啟動按鈕SB3,設(shè)備運(yùn)行指示燈HL3閃爍（0.5Hz），當(dāng)進(jìn)料傳感器SQ6初始檢測到有空物料瓶進(jìn)入主軸傳送帶，則HL3常亮。主軸傳送帶電機(jī)送料正轉(zhuǎn)啟動，同時X軸跟隨伺服跟隨以2.5r/s的速度運(yùn)行至SQ2處（SQ2～SQ1區(qū)間為同步區(qū)間），此時灌裝噴嘴追上空物料瓶，然后灌裝噴嘴向下移動，即步進(jìn)電機(jī)噴嘴3r/s的速度正轉(zhuǎn)3r停止，停止期間開始向物料瓶灌裝液體，HL4以2Hz頻率閃爍，代表液體正在灌裝；當(dāng)跟隨電機(jī)運(yùn)行到SQ1位置時，灌裝液體結(jié)束，HL4指示燈滅，主軸傳送帶電機(jī)送料停止，反轉(zhuǎn)3r后停止，然后跟隨電機(jī)以3r/s的速度高速運(yùn)行至SQ2處，然后為下一個空物料瓶灌裝液體，依上述流程循環(huán)運(yùn)行，直到需灌裝物料瓶數(shù)數(shù)量為0，跟隨電機(jī)回到SQ3位置，系統(tǒng)停止（運(yùn)行期間可增加需灌裝瓶數(shù)量），HL2常亮。②跟隨電機(jī)在運(yùn)行至SQ2期間，正品檢測裝置開始檢測合格瓶裝液體，并在觸摸屏上顯示合格和不合格數(shù)量。液體量在450ml～500ml之間，是合格品；液體量小于450ml，是不合格品。若瓶裝液體合格就啟動正品傳送帶電機(jī)，正品傳送帶電機(jī)5s后停止；否則機(jī)械手抓到次品傳送帶，次品傳送帶電機(jī)啟動運(yùn)行5s后停止。任務(wù)6：可視化系統(tǒng)調(diào)試在調(diào)試狀態(tài)下，選擇“可視化”選項，系統(tǒng)能夠在自動運(yùn)行情況下，實現(xiàn)整個系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)圖和相關(guān)數(shù)據(jù)顯示。任務(wù)7：故障診斷調(diào)試模擬故障調(diào)