第二屆職業(yè)技能大賽機(jī)械行業(yè)選拔賽工業(yè)4.0項(xiàng)目樣題

中華人民共和國第二屆職業(yè)技能大賽機(jī)械行業(yè)選拔賽

工業(yè)4.0項(xiàng)目樣題

機(jī)械工業(yè)教育發(fā)展中心

二〇二三年五月

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一、模塊A：編程調(diào)試與MES集成

（一）任務(wù)一

為滿足生產(chǎn)需要，設(shè)計(jì)人員開發(fā)了裝配和鉆孔工作站，現(xiàn)要

求進(jìn)行模塊組裝并集成到工作站中。安裝部分要求：

1.機(jī)械安裝位置正確，無松動(dòng)。

2.電氣安裝正確，無漏氣。

3.扎帶工藝、電氣工藝符合機(jī)電一體化設(shè)備要求。

（二）任務(wù)二

按要求對(duì)PLC和HMI等設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置，具體如表1-

1（其他設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)按需要自行設(shè)置）：

表1-1設(shè)備網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

序號(hào)設(shè)備IP默認(rèn)網(wǎng)關(guān)

1S1500/2454

2ET200/2454

3V900/2454

4G1200/2454

5HMI0/2454

6MESPC0/2454

（三）任務(wù)三

通過編寫PLC程序，實(shí)現(xiàn)操作面板功能要求如下：

1.在自動(dòng)模式下，復(fù)位按鈕可以復(fù)位設(shè)備。

2.非自動(dòng)模式下或復(fù)位完成后，復(fù)位燈滅。自動(dòng)模式下，未

復(fù)位完成時(shí)復(fù)位燈1赫茲閃爍；復(fù)位過程中，復(fù)位燈常亮。

3.在自動(dòng)模式且復(fù)位完成后，啟動(dòng)按鈕可以啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)行。

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4.非自動(dòng)模式下，啟動(dòng)燈滅。自動(dòng)模式且復(fù)位完成后，啟動(dòng)

燈1赫茲閃爍；設(shè)備啟動(dòng)運(yùn)行后啟動(dòng)燈常亮。

（四）任務(wù)四

集成和編寫HMI程序，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，開發(fā)“運(yùn)行模式設(shè)

定”界面、“手動(dòng)控制”界面、“自動(dòng)控制”界面，各界面能夠進(jìn)

行切換。

1.運(yùn)行模式設(shè)定界面可以將系統(tǒng)切換至手動(dòng)控制、自動(dòng)運(yùn)行

以及待機(jī)狀態(tài)模式。

2.手動(dòng)控制界面能夠?qū)Ω鳉鈩?dòng)部件進(jìn)行控制，并監(jiān)視其到位

狀態(tài)；傳送帶高速及低速模式切換，正反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)控制；移載模塊

正反向點(diǎn)動(dòng)控制，及當(dāng)前位置監(jiān)視。

3.自動(dòng)控制界面顯示當(dāng)前生產(chǎn)的產(chǎn)品類型（詳見如下）。

為提高系統(tǒng)柔性，滿足多產(chǎn)品類型的生產(chǎn)要求，設(shè)計(jì)人員在

托盤上使用4個(gè)編碼螺釘對(duì)托盤進(jìn)行標(biāo)識(shí)（圖1-2），每種托盤

用于生產(chǎn)對(duì)應(yīng)產(chǎn)品。編寫PLC程序，按不同工藝生產(chǎn)產(chǎn)品，具體

要求如表1-2。

圖2-2托盤的螺釘編碼

表1-2編碼及其工藝要求

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托盤類型產(chǎn)品類型編碼1編碼2編碼3編碼4裝配鉆孔

1裝配半成品—√×—√×

2鉆孔半成品—×√—×√

3成品—√√—√√

（五）任務(wù)五

為實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)，現(xiàn)對(duì)工作站進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)。集成RFID，

編寫PLC程序按照RFID信息和配置的加工工藝進(jìn)行生產(chǎn)，樣例

如表1-3。生產(chǎn)完成后，RFID還需記錄加工的年月日時(shí)分信息和

加工耗時(shí)（傳送帶頂升氣缸上升開始計(jì)時(shí)，下降結(jié)束計(jì)時(shí)）。

表1-3RFID與加工工藝配置樣例

RFID讀取裝配鉆孔R(shí)FID寫入

10√×20

20×√30

30√√0

為提高系統(tǒng)安全性，需要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行錯(cuò)誤進(jìn)行監(jiān)控，錯(cuò)誤類

型如下：

1.托盤進(jìn)入阻隔器后10秒未檢測(cè)到托盤到位。

2.需要裝配時(shí)，未檢測(cè)到杯體或杯蓋。

3.需要鉆孔時(shí)，未檢測(cè)到杯體。

4.裝配模塊平移氣缸伸出或縮回時(shí)5秒后未移動(dòng)到位。

報(bào)警發(fā)生后，觸摸屏彈出報(bào)警提示，系統(tǒng)停止運(yùn)行并等待操

作人員的重新檢測(cè)、結(jié)束放行、強(qiáng)制終止命令。接收重新檢測(cè)命

令，系統(tǒng)再次進(jìn)行檢測(cè)；接收結(jié)束放行命令，系統(tǒng)執(zhí)行放行，不

再進(jìn)行生產(chǎn)；接收強(qiáng)制終止命令，系統(tǒng)退出自動(dòng)模式，進(jìn)入待機(jī)

模式。

（六）任務(wù)六

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HMI擴(kuò)展“RFID”界面，可以手動(dòng)寫入和讀取RFID信息（至

少滿足加工信息的展示）；能夠配置表1-3。

HMI擴(kuò)展“錯(cuò)誤報(bào)警”界面，至少包含時(shí)間以及具體錯(cuò)誤信

息。

HMI擴(kuò)展報(bào)警彈出界面，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)彈出，操作人員

可以下達(dá)重新檢測(cè)、結(jié)束放行、強(qiáng)制終止命令。

（七）任務(wù)七

個(gè)性化定制是工業(yè)4.0的重要特征，為滿足客戶的不同需求，

對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行軟件升級(jí)。

1.PLC擴(kuò)展“MES”運(yùn)行模式，與MES建立通信，通過MES實(shí)

現(xiàn)訂單的生產(chǎn)。

2.MES創(chuàng)建鉆孔工作站資源和操作、制定工藝計(jì)劃（成品工

藝）、創(chuàng)建定制產(chǎn)品，能夠根據(jù)客戶需要更改加工工藝參數(shù)（鉆

孔時(shí)間）。

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二、模塊B第一部分：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)

（一）任務(wù)一

為加強(qiáng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理以及提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全性，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行

網(wǎng)絡(luò)化改造升級(jí)。將交換機(jī)和路由器集成到系統(tǒng)中，并滿足以下

需求：

1.劃分三個(gè)VLAN（如圖1-1），一個(gè)用于網(wǎng)絡(luò)管理的維護(hù)網(wǎng)

絡(luò)，一個(gè)用于能量測(cè)量系統(tǒng)的工廠網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)用于連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備

的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)。各網(wǎng)絡(luò)參數(shù)按網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖進(jìn)行配置，交換機(jī)和路由

器的管理界面僅在維護(hù)網(wǎng)絡(luò)中可見。

2.兩臺(tái)交換機(jī)之間的連接能夠提供冗余保護(hù)和增加帶寬。

3.所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（交換機(jī)、路由器、S1500）都要從PC獲取

時(shí)間信息。

4.路由器通過電子郵件發(fā)送上電信息到維護(hù)員郵箱

（support@）。

（二）任務(wù)二

為保障設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)安全，要求：

1.PLC需要受到保護(hù)，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。訪問的功能等

級(jí)及對(duì)應(yīng)密碼如下表：

功能等級(jí)密碼

寫訪問Siemens4.0

讀訪問Siemens3.0

2.按圖1-2設(shè)置防火墻保護(hù)。

3.訪問維護(hù)網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行地址偽裝。

（三）任務(wù)三

網(wǎng)絡(luò)分析工具使用，要求：

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1.使用proneta掃描系統(tǒng)拓?fù)鋱D，保存為圖片格式。

2.使用wireshark網(wǎng)絡(luò)抓包工具，僅保留工廠網(wǎng)絡(luò)到生產(chǎn)網(wǎng)

絡(luò)的ping信息，保存為.pcapng格式。

/24

.1

/18

DHCP

From:00

To:00Switch-LSwitch-R

GWGWRouter

維護(hù)網(wǎng)絡(luò).254(P1)

GW

.63.254(P3-P4)

/24.254(P2)

GW.63.253.63.252

.1S1500、ET200、HMI、變頻控

制器、伺服控制器、MESPC

生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)

工廠網(wǎng)絡(luò)

圖1-1網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)

OPCUA

Http

Ping

Https

All

None

維護(hù)網(wǎng)絡(luò)工廠網(wǎng)絡(luò)

None

圖1-2防火墻要求

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三、模塊B第二部分：數(shù)據(jù)采集及監(jiān)

（一）任務(wù)一

開發(fā)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)，包含“設(shè)備控制”界面、“系統(tǒng)運(yùn)

行”界面和“生產(chǎn)記錄”界面，具體要求如下：

1.設(shè)備控制界面能夠切換系統(tǒng)的運(yùn)行模式，手動(dòng)模式下能夠

控制阻隔器和頂升氣缸動(dòng)作。

2.系統(tǒng)運(yùn)行界面記錄自動(dòng)運(yùn)行過程中發(fā)生的報(bào)警信息（報(bào)警

時(shí)間、錯(cuò)誤內(nèi)容），并可以進(jìn)行清空；統(tǒng)計(jì)各系統(tǒng)運(yùn)行模式所占

時(shí)間。

3.生產(chǎn)記錄界面記錄生產(chǎn)情況，包含生產(chǎn)完成時(shí)間、加工工

藝、生產(chǎn)耗時(shí)。

4.數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)擴(kuò)展“MES”界面，能夠根據(jù)訂單編

號(hào)查詢訂單的生產(chǎn)情況。

（二）任務(wù)二

為貫徹節(jié)約能源、綠色生產(chǎn)理念，需要制定節(jié)能策略，限制

工作站的能耗功率。儀表盤擴(kuò)展“節(jié)能策略”界面，監(jiān)測(cè)工作站

的能