第二屆職業(yè)技能大賽機械行業(yè)選拔賽工業(yè)4.0項目樣題

中華人民共和國第二屆職業(yè)技能大賽機械行業(yè)選拔賽

工業(yè)4.0項目樣題

機械工業(yè)教育發(fā)展中心

二〇二三年五月

—1—

一、模塊A：編程調試與MES集成

（一）任務一

為滿足生產需要，設計人員開發(fā)了裝配和鉆孔工作站，現(xiàn)要

求進行模塊組裝并集成到工作站中。安裝部分要求：

1.機械安裝位置正確，無松動。

2.電氣安裝正確，無漏氣。

3.扎帶工藝、電氣工藝符合機電一體化設備要求。

（二）任務二

按要求對PLC和HMI等設備進行網(wǎng)絡參數(shù)配置，具體如表1-

1（其他設備的網(wǎng)絡參數(shù)按需要自行設置）：

表1-1設備網(wǎng)絡參數(shù)

序號設備IP默認網(wǎng)關

1S1500/2454

2ET200/2454

3V900/2454

4G1200/2454

5HMI0/2454

6MESPC0/2454

（三）任務三

通過編寫PLC程序，實現(xiàn)操作面板功能要求如下：

1.在自動模式下，復位按鈕可以復位設備。

2.非自動模式下或復位完成后，復位燈滅。自動模式下，未

復位完成時復位燈1赫茲閃爍；復位過程中，復位燈常亮。

3.在自動模式且復位完成后，啟動按鈕可以啟動設備運行。

—2—

4.非自動模式下，啟動燈滅。自動模式且復位完成后，啟動

燈1赫茲閃爍；設備啟動運行后啟動燈常亮。

（四）任務四

集成和編寫HMI程序，對系統(tǒng)進行監(jiān)控，開發(fā)“運行模式設

定”界面、“手動控制”界面、“自動控制”界面，各界面能夠進

行切換。

1.運行模式設定界面可以將系統(tǒng)切換至手動控制、自動運行

以及待機狀態(tài)模式。

2.手動控制界面能夠對各氣動部件進行控制，并監(jiān)視其到位

狀態(tài)；傳送帶高速及低速模式切換，正反轉點動控制；移載模塊

正反向點動控制，及當前位置監(jiān)視。

3.自動控制界面顯示當前生產的產品類型（詳見如下）。

為提高系統(tǒng)柔性，滿足多產品類型的生產要求，設計人員在

托盤上使用4個編碼螺釘對托盤進行標識（圖1-2），每種托盤

用于生產對應產品。編寫PLC程序，按不同工藝生產產品，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

—3—

托盤類型產品類型編碼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）任務五

為實現(xiàn)智能生產，現(xiàn)對工作站進行數(shù)字化升級。集成RFID，

編寫PLC程序按照RFID信息和配置的加工工藝進行生產，樣例

如表1-3。生產完成后，RFID還需記錄加工的年月日時分信息和

加工耗時（傳送帶頂升氣缸上升開始計時，下降結束計時）。

表1-3RFID與加工工藝配置樣例

RFID讀取裝配鉆孔RFID寫入

10√×20

20×√30

30√√0

為提高系統(tǒng)安全性，需要對系統(tǒng)運行錯誤進行監(jiān)控，錯誤類

型如下：

1.托盤進入阻隔器后10秒未檢測到托盤到位。

2.需要裝配時，未檢測到杯體或杯蓋。

3.需要鉆孔時，未檢測到杯體。

4.裝配模塊平移氣缸伸出或縮回時5秒后未移動到位。

報警發(fā)生后，觸摸屏彈出報警提示，系統(tǒng)停止運行并等待操

作人員的重新檢測、結束放行、強制終止命令。接收重新檢測命

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

再進行生產；接收強制終止命令，系統(tǒng)退出自動模式，進入待機

模式。

（六）任務六

—4—

HMI擴展“RFID”界面，可以手動寫入和讀取RFID信息（至

少滿足加工信息的展示）；能夠配置表1-3。

HMI擴展“錯誤報警”界面，至少包含時間以及具體錯誤信

息。

HMI擴展報警彈出界面，當系統(tǒng)發(fā)生錯誤時彈出，操作人員

可以下達重新檢測、結束放行、強制終止命令。

（七）任務七

個性化定制是工業(yè)4.0的重要特征，為滿足客戶的不同需求，

對生產系統(tǒng)進行軟件升級。

1.PLC擴展“MES”運行模式，與MES建立通信，通過MES實

現(xiàn)訂單的生產。

2.MES創(chuàng)建鉆孔工作站資源和操作、制定工藝計劃（成品工

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

孔時間）。

—5—

二、模塊B第一部分：工業(yè)網(wǎng)絡

（一）任務一

為加強系統(tǒng)網(wǎng)絡管理以及提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全性，對系統(tǒng)進行

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

需求：

1.劃分三個VLAN（如圖1-1），一個用于網(wǎng)絡管理的維護網(wǎng)

絡，一個用于能量測量系統(tǒng)的工廠網(wǎng)絡，一個用于連接現(xiàn)場設備

的生產網(wǎng)絡。各網(wǎng)絡參數(shù)按網(wǎng)絡架構圖進行配置，交換機和路由

器的管理界面僅在維護網(wǎng)絡中可見。

2.兩臺交換機之間的連接能夠提供冗余保護和增加帶寬。

3.所有網(wǎng)絡設備（交換機、路由器、S1500）都要從PC獲取

時間信息。

4.路由器通過電子郵件發(fā)送上電信息到維護員郵箱

（support@）。

（二）任務二

為保障設備和網(wǎng)絡安全，要求：

1.PLC需要受到保護，防止未經(jīng)授權的訪問。訪問的功能等

級及對應密碼如下表：

功能等級密碼

寫訪問Siemens4.0

讀訪問Siemens3.0

2.按圖1-2設置防火墻保護。

3.訪問維護網(wǎng)絡需要進行地址偽裝。

（三）任務三

網(wǎng)絡分析工具使用，要求：

—6—

1.使用proneta掃描系統(tǒng)拓撲圖，保存為圖片格式。

2.使用wireshark網(wǎng)絡抓包工具，僅保留工廠網(wǎng)絡到生產網(wǎng)

絡的ping信息，保存為.pcapng格式。

/24

.1

/18

DHCP

From:00

To:00Switch-LSwitch-R

GWGWRouter

維護網(wǎng)絡.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

生產網(wǎng)絡

工廠網(wǎng)絡

圖1-1網(wǎng)絡架構圖

生產網(wǎng)絡

OPCUA

Http

Ping

Https

All

None

維護網(wǎng)絡工廠網(wǎng)絡

None

圖1-2防火墻要求

—7—

三、模塊B第二部分：數(shù)據(jù)采集及監(jiān)

（一）任務一

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

行”界面和“生產記錄”界面，具體要求如下：

1.設備控制界面能夠切換系統(tǒng)的運行模式，手動模式下能夠

控制阻隔器和頂升氣缸動作。

2.系統(tǒng)運行界面記錄自動運行過程中發(fā)生的報警信息（報警

時間、錯誤內容），并可以進行清空；統(tǒng)計各系統(tǒng)運行模式所占

時間。

3.生產記錄界面記錄生產情況，包含生產完成時間、加工工

藝、生產耗時。

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

號查詢訂單的生產情況。

（二）任務二

為貫徹節(jié)約能源、綠色生產理念，需要制定節(jié)能策略，限制

工作站的能耗功率。儀表盤擴展“節(jié)能策略”界面，監(jiān)測工作站

的能