开封市第二届职业技能大赛工业4.0项目技术文件（世赛选拔项目）

开封市第二届职业技能大赛

工业4.0(世赛选拔）项目

技

术

工

作

文

件

开封市第二届职业技能大赛组委会

2024年2月

目录

一、技术描述...............................................1

（一）项目概要........................................1

（二）基本知识与能力要求..............................1

二、试题及评分标准.........................................7

（一）试题............................................7

（二）比赛时间及试题具体内容.........................10

（三）评判标准.......................................10

三、竞赛细则..............................................11

（一）竞赛流程及时间安排.............................11

（二）参赛选手.......................................12

（三）裁判人员.......................................12

（四）工作人员.......................................13

（五）问题或争议处理.................................13

（六）项目特别规定...................................14

四、竞赛场地、实施设备安排...........................15

（一）赛场规格要求...................................15

（二）场地布局图.....................................15

五、安全、健康要求......................................18

（一）选手禁止携带易燃易爆物品.......................18

（二）赛场必须留有安全通道...........................18

（三）医护人员药品的配备.............................18

（四）赛场安全.......................................19

一、技术描述

（一）项目概要

新一代信息技术与制造业的深度融合，将使制造模式、生产

组织方式和产业形态发生着深刻变革，昭示着第四次工业革命（工

业4.0）即将来临。纵向集成和网络化制造、价值网络的横向集成

和跨越整个价值链的端到端的集成，出现了产品个性化定制、网

络化协同制造和远程运维等新模式，极大提高了生产效率，降低

运营成本，缩短产品研发周期，降低产品不良品率和单位产值能

耗。

工业4.0将对劳动力的结构产生影响，从业人员的技能要求

发生着极大的变化。工业4.0是系统的系统（Systemofsystems），

只有既懂机械自动化，又懂网络通信和工业软件的系统的综合型

技能人才，才能满足未来基于信息物理融合的工作环境。

工业4.0项目通过将现场生产设备和加工对象等制造资源的

互联互通，并实现与制造执行系统和系统仿真软件的纵向集成，

高效、柔性安全地完成产品个性化定制。

（二）基本知识与能力要求

选手能力要求包括：工作的组织与管理；交流与人际沟通；

设计、装配和调试；软件设计和实现；网络和网络安全；测试、

维护和故障查找；说明见下表所示。

相关要求权重比例（%）

1工作的组织与管理5%

个人需要了解和理解：

理论

—集成自动化生产的原则和参数

1

—他们在集成自动化生产中的特定角色

—项目管理的原则、应用、责任和技术

—广泛而具体的安全工作实践的原则和应用

—设备、设施和材料的用途、使用、保养和维护

—组织、控制和管理工作及其结果的原则和方法

—他们在分配的角色，项目和任务方面的个人优势和

局限性

个人应能够：

—建立并保持安全、清洁和高效的工作区域

—保持适当的准备状态，有效地接收信息，安排和处

理请求和任务

—根据制造商的说明和公认的良好做法，订购、选择、

使用和保养所有设备、设施和材料

—小心谨慎地进行操作，并考虑安全、成本、效率和

实操

环境

—在个人权限范围内，通过合理的流程监控进度，修

订工作计划

—完成任务，并将工作区恢复到准备状态以备后续使

用

—作为持续专业发展的一部分，反思并审查他们的个

人表现。

2交流与人际沟通5%

个人需要了解和理解：

—他们的个人优势和局限

—感知和意识

—与其他人交流

—作为同事，领导者，学习者或助理工作

—沟通原则和有目的的社会学习理论

—正式和非正式，直接和间接地与团队成员、经理和

客户沟通

—角色所需的技术语言

—电子和电子通信的标准和协议网络空间

—纸质文档和电子文档的阅读和整理

个人应能够：实操

2

—接收任务，确定其重点，并提出问题以便澄清和确

认

—以所有可用格式阅读，解释和提取给定文档中的技

术数据和说明

—与相关其他人讨论并计划任务的复杂、重叠要素

—使用具有效率和有效性的方法，以口头、书面和电

子方式进行沟通

—以所需格式制定工作进度、遇到的问题和工作方法

的报告

—向其他人提供反馈和支持

—审查团队的表现，自己的贡献，以及个人和集体学

习要点。

3设计、装配和调试40%

个人需要了解和理解：

—工程科学和技术在虚拟及真实设计、生产、服务中

的实际应用

—将本地/人工智能与更广泛的通信能力相集成的原

理论

则和方向

—原则和应用、设计、装配、连通性和试运行，满足

网络物理要求的硬件和外围设备

—数据收集、存储、网络和使用的原则和应用。

个人应能够：

—按照给定的网络物理系统参数设计系统，系统用于

生产任务的自动化和通信

—根据设计方案进行测试和实施

—组装机器和设备

—应用传感器技术、通信技术及相关设备实现运动控

实操

制、过程控制和网络控制

—根据设计的预期要求来测试电气、电子、机械集成

系统和设备的性能

—数据采集、联网、交换和使用，将其用于系统集成

—调试系统

—创建和维护项目文件。

4软件设计和实现10%

3

个人需要了解和理解：

—数学及应用

—电子学的原理及应用

理论

—计算机能力

—计算机硬件和软件及应用

—人机通讯的原理和应用。

个人应能够：

—编写、分析、审查和调整程序

—通过适当的修改来纠正错误，重新检查生成的结果

—执行或直接修订、修复或扩展现有计划，以提高运实操

营效率或适应新要求

—编写、更新和维护计算机程序或软件包以处理特定

工作，如存储或检索数据、控制其他设备等

5网络和网络安全10%

个人需要了解和理解：

—组织遭受信息安全破坏的漏洞的规模和性质

—恶意攻击的趋势、性质和意图

—人为和系统性的数据泄露的性质和原因

—建立和维护最高程度的信息安全和数据完整性的原

则和方法

—解决轻微（漏洞）入侵行为的原则和方法理论

—设计和实施问题恢复计划的原则

—开发环境软件

—网络协议和拓扑

—网络检测软件

—传输安全和病毒防护软件

—网络平台开发软件。

个人应能够：

—设计并实现网络协议和拓扑结构

—制定计划，以保护计算机文件免遭意外或未经授权

的修改、破坏或泄露，并满足紧急数据处理需求实操

—监视计算机病毒，以确定随时更新病毒防护系统

—加密数据传输和建立防火墙，以在传输过程中隐藏

机密信息，并防止受污染的数字传输

4

—进行风险评估，并对数据处理系统进行测试，以确

保数据处理和安全措施的安全运行

—修改计算机安全文件以合并新软件、更正错误或更

改个人访问状态

—监控数据文件的使用并规范对保护信息的访问

—审查违反安全原则的行为并采取措施防范其再次发

生

—记录计算机安全措施和紧急措施

—培训用户并提升安全意识，确保系统安全，提高服

务器和网络效率。

6测试、维护和故障查找15%

个人需要了解和理解：

—智能维护的原理和应用，基于数据启用状态监测、

数据分析和相互关系、预测性维护、移动维护

—使用增强现实和其他新兴技术和工具理论

—使用仿真模型，重新配置和虚拟化

—操作参数/过程数据

—设计方案、制定决策的原则和方法

个人应能够：

—识别需要应用智能维护的生产系统零件

—建立零件操作的参数

—在适当的数据点或移动设备上使用访问工具

—监控每个零件的状况，需要时使用增强现实或其他

工具实操

—与相关人员讨论并检查调查结果

—通过审查行动方案和安排，以进行预防性或预测性

维护

—采取可用的技术和措施进行维护，同时最大限度地

减少对生产的干扰。

7增强和优化10%

个人需要了解和理解：

—智能生产系统可增强的潜力；

理论

—在生产中实现更大的灵活性和个性化；

—缩短生产中的反应和响应时间；

5

—减少生产中的时间和成本；

—收集、分享和使用信息以进行持续增强；

—识别、分析和寻求加强能力的机会的原则和方法；

—增加数据存储和交换的影响；

—成本效益分析的原则和方法；

—工作组织和劳动力规划与发展的原则和方法。

个人应能够：

—通过消除浪费和消费来降低成本；

—生产过剩、库存和存储、过度和不必要的工艺、质

量低劣；

—传输和移动、等待的时间；

实操

—分析并推荐使用优化的方法；

—仿真、原型设计、数字阴影/双胞胎；

—关注以下相关趋势；

—横向和纵向一体化、使用云技术；

—确定优化的成本效益影响，包括财务和人力。

8分析、评估和报告5%

个人需要了解和理解：

—应用批判性思维的原理和复杂问题的解决；

—自我监测设备和工具的用途和可用性；

—基于技术和工具创建和使用绩效分析模型处理下列

数据，包括设计要求或规范、数值和可量化的参数、

数据要求、约束和变量、备选方案；

理论

—如何概念化、定义和评估提交给他们的问题，并为

解决方案提出建议；

—用于不同目的的报告的内容、结构和表达；

—管理人员、同行和客户进行演示/陈述的原则和应

用；

—成本效益分析，用于推荐替代之前方案。

个人应能够：

—考虑系统和子系统设计中的监测、审查和评估要求；

—在可行的范围内优化自我监测设备和工具的使用；实操

—设计并应用适当的模型，以监控和评估与规范相关

的性能；

6

—预期反馈和报告请求，并在数据合理的基础上做出

相应准备；

—为日常和例外情况报告准备适当格式的报告；

—根据特定群体和个人定制的演示文稿；

—保持对新的可能性和改进方案的认识，在投资回报

的基础上提出建议

二、试题及评分标准

（一）试题

1.竞赛方式

本赛项为双人赛项，选手通过给予的模块案例描述，在规定

时间内，利用提供的设备，完成规定的任务和整体的过程。工作

过程中允许使用自己携带准备的工具、仪器，以及现场准备的已

知设备、电子资料、操作台、组件、零件、耗材等。

模块A：工业4.0系统搭建与调试

模块B：工业组网与网络安全

模块C：数字孪生技术应用

模块D：生产系统运维管理与优化

7

2.竞赛模块

操作比赛包含以下4个模块,各模块具体内容如下：

模块A：工业4.0系统搭建与调试

需要选手根据比赛现场提供的资料、组件、零件对已知单站

进行安装、编程、调试及运行。工作过程中允许使用自己携带准

备的工具、仪器，以及现场准备的已知设备、电子资料、操作台、

组件、零件、耗材等。

考核范围涵盖：机械设备的组装与调整、系统的连接、PLC

技术、传感器技术、RFID技术、IO-LINK技术、驱动技术、HMI

人机界面开发、系统调试及运行等。

模块B：工业组网与网络安全

根据任务书中的要求对设备进行设置和组网，通过数据加密、

防火墙设置、权限控制等技术，保护生产网络、办公网络、计算

机系统的安全，免遭意外或未经授权的修改、破坏或泄露，并满

足紧急数据处理需求。

考核范围涵盖：系统组网、网络设备的基础配置、用户管理、

防火墙、NAT、Routing、VPN、通讯协议、网络连接测试等。

模块C：数字孪生技术应用

根据任务书中的要求，在任务A的基础上，完成模型的整体

布局，对硬件部件及运动部件进行定义与设置，完成信号的设置，

建立PLC与模型之间的通讯连接，实现实际产线与虚拟产线之间

的虚实同步。

8

考核范围涵盖：模型的移动与组装、运动部件的定义与设置、

物料流的定义、信号设置、模型与PLC连接及通讯设置、PLC编程

控制模型运动、整体工艺流程虚拟调试、通过自动化程序控制循

环生产的工时等。

模块D：生产系统运维管理与优化

根据任务书中的要求使用MES软件对系统进行控制，同时实

现产品生产能耗监测，并提供数据分析报告；获取系统操作、物

料配置、订单下发、生产线运行数据记录。

考核范围涵盖：MES操作、能源管理系统的操作、数据采集、

PLC技术等。

3.试题命制的办法、基本流程及公布方式

（1）试题命制的办法

竞赛题目依托第二届全国技能大赛的竞赛范围确定初稿，内

容按照规定予以正式公布，公布内容包括全部确定的竞赛题目。

赛前裁判组会议，对竞赛题目进行必要的修改，但不超过30%。

（2）基本流程

命题流程按照开封市第二届职业技能大赛组委会要求的命题

方式进行，由大赛组委会指定专家进行题目的设计与制作，赛前

由技术工作组结合承办地物料准备情况命制样题并公布，按照大

赛组委会统一安排进行比赛。

（3）公布方式

公开内容包括：样题、物料清单（参照附件3）。

9

（二）比赛时间及试题具体内容

1．比赛时间安排

比赛一共两天，考核场景分别是：模块A工业4.0系统搭建与

调试；模块B工业组网与网络安全；模块C数字孪生技术应用；模

块D生产系统运维管理与优化。

模块编号模块名称比赛时间分数

模块A工业4.0系统搭建与调试50

模块B工业组网与网络安全10

C1

5h

模块C数字孪生技术应用30

模块D生产系统运维管理与优化10

合计5h100

2.试题

竞赛测试项目具体内容及评分框架详见附件2。

（三）评判标准

1.分数权重

工业4.0项目采用测量和评价两种评分。

（1）评价分（主观）

评价评分打分方式：3名裁判为一组，各自单独评分，计算出

平均权重分，除以每组裁判人数后再乘以该子项的分值计算出实

际得分。裁判相互间分差必须小于等于1分，否则需要给出确切

理由并在小组长或裁判长的监督下进行调分。

权重分值要求描述

0各方面均低于行业标准，包括“没做”

10

1达到行业标准

2达到行业标准，且某些方面超过标准

3达到行业期待的优秀水平

（2）测量分（客观）

具体评分方式如下：评分过程由评分裁判（3人及以上）构成，

每个组所有裁判一起商议，对选手在该项中的实际得分达成一致

后最终只给出一个分值，达到要求为“满分”，达不到要求为“0”

分。

2.评判方法

本项目采用结果评分，中间过程不评分。各模块均为单独模

块进行评分，评分采用纸质版评分表，所有裁判完成工作签名后，

由承办方指定专人输入电脑系统进行统计。

3.成绩并列

当选手的总成绩相同导致名次排名出现并列时，将按照A、C、

B、D次序的模块分值高低决定，选手的最终排名名次（优先级在

前的模块得分高的选手排名靠前）。

三、竞赛细则

（一）竞赛流程及时间安排

本赛项的竞赛将在1个竞赛日内分两场次完成。为保证公平，

所有选手在竞赛日当天开赛前共同到达赛场，抽取比赛场次，抽

到第2场次比赛的选手需在选手休息区等待，直至第2场比赛检

录。

竞赛流程为：检录→抽取场次→第2场选手到休息区→第1

11

场选手做比赛准备→第1场台位抽取→分发任务书（赛题）→完

成竞赛内容→第1场选手离场→第2场选手做比赛准备→第2场

台位抽取→分发任务书（赛题）→完成竞赛内容→结束。

竞赛时间安排如下：

日期时间工作内容参与人员

选手抽取场次

第1场选手检录、入场

参赛选手、裁判组、场地主任、

赛前准备、抽号

上午监督仲裁组

第1场竞赛

第1场评分

C1

午餐后勤保障组

第2场选手检录、入场

赛前准备、抽号参赛选手、裁判组、场地主任、

下午

第2场竞赛监督仲裁组

第2场评分

注：以上竞赛日程仅供参考。竞赛开始前或将根据实际情况

做适当调整，以竞赛现场公布的时间要求为准。

（二）参赛选手

参赛选手应为2001年1月1日以后出生，具有开封市户籍或

在豫工作学习满1年以上的人员，可按属地原则报名参赛。

（三）裁判人员

包括各项目裁判组全体成员。

1.裁判长

裁判长由省组委会技术工作组遴选确定。秉承公平公正原则

做好相应沟通协调、落实竞赛各项技术工作、不参与参赛选手评

判工作。做好本项目裁判员（含裁判长助理）的赛前培训和本项

12

目赛前技术交流，组织本项目开展赛后技术总结和技术点评。

2.裁判长助理

协助裁判长做好各项竞赛组织实施工作、不参与参赛选手评

判工作。

3.裁判员

裁判员由各代表队择优推荐，每个参赛项目限推荐1名裁判

员。经省组委会技术工作组审核确定后承担裁判员执裁工作。全

部裁判工作均采取回避制度，裁判员不对来自同一参赛队的选手

进行评判。如裁判员人数不能满足工作需要，由项目裁判长在赛

前提出增加裁判员人选申请，由省组委会技术工作组遴选确定后

增补。

裁判员服从裁判长工作安排，认真做好本职工作；熟练掌握

竞赛技术规则，参加赛前培训和技术讨论；对有争议的问题提出

客观、公正、合理的意见和建议；公平公正执裁，不徇私舞弊；

坚守岗位，严格遵守执裁时间安排，保证执裁工作正常进行。

（四）工作人员

包括技术支持人员、录分员及赛务保障人员等。按照大赛统

一要求，在裁判长领导下做好相应的竞赛保障工作。

（五）问题或争议处理

对竞赛期间出现的问题或争议按以下程序解决：

1.竞赛项目内解决。参赛选手、裁判员发现竞赛过程中存在

问题或争议，应向项目裁判长反映。项目裁判长依据相关规定处

13

理或组织比赛现场裁判员研究解决。最终处理意见应及时告知意

见反映人，并填写《开封市第二届职业技能大赛问题或争议处理

记录表》。

2.监督仲裁组解决。对项目内处理结果有异议的，在规定时

间内，各参赛队领队可向监督仲裁组出具署名的书面反映材料并

举证。

（六）项目特别规定

1.参赛选手、裁判不能在赛场区域使用个人相机和视频拍摄

设备；

2.参赛选手不能携带及使用自己的U盘、纸张；

3.比赛试题和现场使用的纸张均不能带到赛场区域外；

4.裁判不能携带个人笔记本电脑、平板电脑和手机进入赛场；

5.参赛选手在赛前需将自己携带的竞赛所需物品带到为选手

准备的固定区域内并完全打开接受检查，凡是不符合安全规范的

工具将会被禁止携带和使用，不得将个人的工具、设备等带入及

带出比赛区域；

6.选手自带的物品及手机比赛前一律放到赛场为选手准备的

储物箱内；

7.比赛期间因为断电导致程序丢失，不会另外加时；

8.在竞赛过程中如发现问题（设备故障等），选手应立即向

现场裁判反映。得到同意后，选手退出到工作区外等候，等待故

障处理完后方可继续比赛。如属于设备故障，补时时间为从选手

14

示意到故障处理结束这段时间。若不属于设备问题，则不补时；

9.比赛结束铃声响起以后，选手应立即停止工作，经过提示

或警告仍不改正者，将取消该选手的本次竞赛成绩，禁止该选手

继续比赛。

10.选手如果违反有关约定，比赛成绩将以零分计算（裁判长

允许的例外）。

四、竞赛场地、实施设备安排

（一）赛场规格要求

1．竞赛工位：每个工位占地15平方米（3m×5m），标明工

位号，并配备工作台2张、座椅2把、垃圾桶1个、接线板2个。

赛场每个工位提供独立控制并带有漏电保护装置的电气控制箱1

个，配380V三相交流电源最小5A输出（四个5P插座）和220V交

流电源（2个单相13/1814/18插座）。提供气源压力为0.6～

1.0Mpa的6mm快插接口一个。

2．现场讨论区：在比赛场地内设有现场讨论区，为裁判和选

手提供休息及开放式讨论与交流。讨论区内设有投影仪及桌椅。

以6个参赛队为例竞赛工位及现场讨论区如下图所示。赛场总面

积：90平方米。场地布局图仅供参考。竞赛开始前或将根据实际

情况做适当调整，以竞赛现场实际摆放情况为准。

（二）场地布局图

15

场地布局图

（三）基础设施清单

根据竞赛举办地的情况，赛场使用的设备和耗材可能与技术

文件可能有少量出入。

1.竞赛设备及要求（详见附表3）

序号名称品牌单套数量

1工业4.0竞赛平台肯拓CTATC-I4.0-03J1

2终端编程单元电脑3

2.建议选手自备的设备、工具以及材料清单表

16

序号名称技术规格数量

1工具箱/工具车工具箱/工具车1套

2内六角扳手内六角扳手1套

3外六角扳手（套筒）外六角扳手（套筒）1套

4活动扳手活动扳手（开口不小于25mm）1把

5气管钳气管钳1把

6尖嘴钳尖嘴钳1把

7剥线钳剥线钳1把

8压线钳压线钳（针型、O型）1套

9网线钳RJ45压线钳4P/8P1把

10网线测试仪屏蔽网线测试4P/8P1把

11游标卡尺刻度0-200mm1把

12高度尺刻度0-300mm1把

13卷尺5m1把

14镊子镊子1把

15电缆剥皮器电缆剥皮器1把

16水口钳水口钳1把

17一字螺丝刀一字螺丝刀1套

18十字螺丝刀十字螺丝刀1套

19钢板尺钢板尺1把

20水平尺水平尺（精度±0.1°）1把

21电工胶布电工胶布1把

22地毯胶、地垫地毯胶、地垫1套

23剪刀剪刀1把

24万用表数字1把

25书写工具钢笔或水笔/HB铅笔/三角尺/橡皮/铅1把

笔刀

26收纳盒收纳盒1套

27腰包、腕带腰包、腕带1个

17

设备和物品验收：裁判组在赛前确认设备和物品是否符合要

求；确认设备和物品数量是否正确；确认比赛设备和物品的功能

和性能是否可以满足比赛的需要；以及是否可以及时更换不符合

要求的材料；应急预案准备（含备用设备、突发事件应急预案等）。

选手无自备的设备和工具要求，决赛场地禁止自带使用的设

备和材料。

赛场禁止携带物品清单

序号设备和材料名称

1手机等通信设备

2移动存储设备

3任何与竞赛内容相关的物品和资料

五、安全、健康要求

竞赛的安全目标——事故为零。

（一）选手禁止携带易燃易爆物品

1.参赛选手严禁在赛场区域内吸烟和私自动用明火，严禁携

带易燃易爆物品。

2.禁止选手及所有参加赛事的人员携带任何有毒有害物品进

入竞赛现场。

（二）赛场必须留有安全通道

必须配备灭火设备。赛场应具备良好的通风、照明和操作空

间的条件。做好竞赛安全、健康和公共卫生及突发事件预防与应

急处理等工作。

（三）医护人员药品的配备

18

竞赛现场必须配备必要的医务人员药品。

（四）赛场安全

1.竞赛组委会须检查、消除赛场中存在的安全隐患，做好各

种可能出现的突发事件预案。

2.竞赛过程中，赛场内的工作人员有责任对选手的操作安全

进行监护，发现问题及时制止，避免发生人身或设备安全事故。

3.竞赛过程中，裁判及工作人员有责任对选手使用的设备安

全进行监护，发现问题及时制止，避免发生设备损坏。

19

附件2

开封市第二届职业技能大赛

工业4.0（世赛选拔）项目

样

题

开封市第二届职业技能大赛组委会

2024年2月

20

模块A硬件安装及程序设计

技术描述

某制造企业购买了一台钻孔工作站，对钻孔工作站进行了设备更

新，需要根据企业的业务要求，完成钻孔工作站的安装、编程和调试

工作。钻孔工作站由传送带模块、移栽机模块、装配模块、钻孔模块、

称重模块和喷码模块等组成，可完成工件的装配、钻孔、称重、喷码

等工艺生产。钻孔工作站的平面布局示意如图1-1所示。

图1-1钻孔单元平面示意图

钻孔工作站待生产工件包括杯盖和杯体两种，在托盘位置4完成

装配，在托盘位置6完成钻孔，在托盘位置6完成称重，成品运送至

托盘位置3。产品类型的工艺如表1-1所示。

表1-1产品类型及工艺要求

生产工艺代加工物料装配工艺钻孔工艺

21

PS01黑杯体黑杯盖√√

PS02黑杯体灰杯盖√√

PS03红杯体黑杯盖√√

PS04红杯体灰杯盖√√

其中装配工艺需要确定装配参数，钻孔工艺需要确定钻孔参数，

系统才能运行。其中钻孔时间为钻孔模块升降气缸下降到位后开始计

时；装配时间为装配模块升降缸离开上限位后延时1秒开始计时。托

盘及托盘编码标识见图1-2所示。

图1-2托盘及托盘标识

工作类别实物样图工件类别实物样图

黑色杯体黑色杯盖

红色杯体灰色杯盖

移栽机输送机构有5个位置，分别是原点位置、安全位置、托盘

位置4、托盘位置6、交接位。其位置示意图及参考位置见表1-2所

22

示。

表1-2移栽机输送机构位置名称与说明

原点位置移栽机在原点位置

安全位置移栽机负方向距离原点约20mm位置

托盘位置4移栽机负方向距离原点约80mm位置

托盘位置6移栽机负方向距离原点约330mm位置

交接位移栽机正方向距离原点约80mm位置

特别提醒：

请选手注意保存项目文件，由于任何原因造成的选手程序或软件

成果丢失和损坏，后果由选手自行承担，选手上电调试前需要确认设

备符合安全用电条件，比赛结束选手离开工位需关闭设备电源、气源，

清除设备上的所有工件。

详细任务描述如下：

任务1设备安装

1、请将表1-3中的模块完成装配，并满足安装工艺规范，模块的安

装要求如下：

（1）传送带模块、钻孔模块、称重模块、喷码模块、IO-LINK主

站安装固定在设备工作台面上。

（2）移载机模块：调整移载机L型定位支架，并将此模块安装固定

在设备工作台面上。

（3）装配模块：安装传感器，连接信号线，并将此模块安装固定在

23

设备工作台面上。

表1-3模块参考图片

模块

序号模块参考图片

名称

传送

1带模

块

移栽

2机模

块

装配

3

模块

24

钻孔

4

模块

称重

5

模块

喷码

6

模块

IO-LI

NK主

7

站模

块

25

2、调整传送带模块、移载机模块、装配模块、钻孔模块、称重模块、

喷码模块的传感器和执行机构的安装位置。

3、各模块安装后，在运行过程中要求不能发生碰撞。

4、安装需遵照专业技术规范。

任务2电路和气路连接

1、根据气路图完成气管的连接。

2、给交换机SW1、SW2、SW3、气能测量表供电，保证设备正常工

作。

3、给IO-LINK主站进行电源、信号和网络的连接，保证模块正常

工作。

4、连接需要遵照专业技术规范。

5、各模块的电路和气路连接要求：

（1）传送带模块：连接电缆、气管。

（2）移载机模块：连接电缆、气管。

（3）装配模块：连接电缆、气管。

（4）钻孔模块：连接电缆、气管。

（5）称重模块：连接电缆、气管。

（6）喷码模块：连接电缆。

表1-4I/O分配表

26

名称连接模块参考地址描述

I250+0.0托盘位置1检测信号

S7-1500I250+0.1减速信号

传送带

CPU1516-3I250+0.6托盘位置3检测信号

模块

PN/DPI250+1.3托盘槽1物料检测信号

I250+1.4托盘槽2物料检测信号

I250+0.7阻挡气缸挡件位置信号

I250+1.0阻挡气缸通过位置信号

传送带I250+1.1顶升气缸上限位信号

S7-1500

顶升气I250+1.2顶升气缸下限位信号

CPU1516-3

缸及阻Q250+0.2阻挡气缸挡件

PN/DP

挡气缸Q250+0.0顶升气缸上升

Q250+0.1顶升气缸下降

Q250+0.3分隔气缸下降

I500+0.0SB1

通信连接到I500+0.1SB2

倍加福I500+0.2SB3

触摸屏

IO-LINK主I500+0.3SA1-R(右侧）

及主令

站（巴鲁夫I500+0.4SA1-R(左侧）

模块

10-LINK通I500+0.5ES1

信模块）Q600+0.0HL3

Q600+0.1HL4

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Q600+0.2HL1

Q600+0.3HL2

传送带I250+0.2托盘位置2检测信号

托盘检S7-1500I250+0.3托盘编码1检测信号

测及编CPU1516-3I250+0.4托盘编码2检测信号

码传感PN/DP

I250+0.5托盘编码3检测信号

器

I100+0.2伸缩气缸伸出位置信号

I100+0.3伸缩气缸缩回位置信号

I100+0.1升降气缸上限位信号

DECWELL

钻孔模I100+0.0升降气缸下限位信号

远程IO模

块Q100+0.1伸缩气缸缩回

块

Q100+0.0升降气缸下降

Q100+0.2钻孔电机转速固定值1

Q100+0.3钻孔电机转速固定值2

I100+0.5伸缩气缸伸出位置信号

I100+0.4伸缩气缸缩回位置信号

I100+0.7升降气缸上限位信号

装配模DECWELL

I100+0.6吸盘已吸上工件信号

块远程I0模块

Q100+0.6伸缩气缸伸出

Q100+0.7伸缩气缸缩回

Q100+0.4升降气缸下降

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Q100+0.5真空吸盘吸工件

I100+1.2移载定位模块正限位信号

I100+1.1移载定位模块原点信号

I100+1.0移载定位模块负限位信号

I100+1.3顶升气缸上限位信号

移载机DECWELLI100+1.4顶升气缸下限位信号

模远程IO模块I100+1.5托盘位置4检测信号

I100+1.6备用

I100+1.7托盘位置6检测信号

Q100+1.0顶升气缸上升

Q100+1.1顶升气缸下降

I252+0.0伸缩气缸伸出位置信号

S7-1500I252+0.1伸缩气缸缩回位置信号

称重模

CPU1516-3Q252+0.0伸缩气缸缩回

块

PN/DP称重反馈值（AICH4，电压

IW262

0-10V/重量0-300g）

S7-1500

喷码模

CPU1516-3Q250+0.4触发喷码

块

PN/DP

任务3生产网络设置

1、生产网络拓扑结构如图1-3所示，设置各设备的IP地址。

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图1-3生产网络网络连接图

任务4HMI画面

绘制HMI画面，完成以下画面绘制和功能。

1、模版要求：页眉中能够通过浏览域切换各个画面、实时的日

期时间、手动模式、自动模式显示，模式显示要求激活时背景颜色状

态为绿色否则为灰色。界面下方包含首页画面、手动、自动、RFID、

退出按钮。能够通过以上按钮切换各个画面，当画面处于哪个画面时，

以上按钮激活，背景颜色状态为绿色，否则为灰色。

2、首页参考见图1-4画面要求：画面中包含标题、竞赛项目、

竞赛工位。点击首页内各按钮可以切换到对应画面。

30

图1-4首页界面参考图

3、手动操作界面参考见图1-5，要求画面中有"模块选择"、"部

件选择"和"速度选择"下拉框，其中只有先选择了"模块选择"下拉框对

应模块后，才能选择"部件选择"下拉框。只有先选择了移载机部件、

传送带部件模块或钻孔电机部件后，才能选择低速、高速；不选择以

上三个部件时，不能选择速度；以上部件只有选择了对应速度后相应

部件才能运行，否则无法运行。其中传送带低速运行的速度为

500Rpm，高速运行的速度为1000Rpm。其中移载机低速运行的速度

为50Rpm，高速运行的速度为100Rpm。当部件选择并操作控制时，

相应的传感器状态激活时背景颜色状态为绿色，否则为灰。

（1）工作站的模块有传送带模块、移载机模块、装配模块、钻

孔模块、称重模块。

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图1-5手动界面参考图

1）传送带模块的部件有：分隔气缸、顶升气缸、阻挡气缸和传送带；

2）移载机模块的部件有：移载机和顶升气缸；

3）装配模块的部件有：伸缩气缸、升降气缸和真空吸盘；

4）钻孔模块的部件有：升降气缸、伸缩气缸和钻孔电机；

5）称重模块的部件有：伸缩气缸；

（2）选择传送带模块的分隔气缸、阻挡气缸；装配模块的升降气缸、

真空吸盘；钻孔模块的升降气缸、伸缩气缸，按下FWD按钮，相应

对象工作，松开FWD按钮，恢复初始状态。

（3）选择传送带模块的顶升气缸、移载机模块的顶升气缸、装配模

块的伸缩气缸，按下FWD按钮，相应对象工作。按下REV按钮，恢

32

复初始状态。

（4）选择传送带模块的传送带或移载机模块的移载机（选择速度），

按下FWD按钮，正方向运行。松开FWD按钮，停止运行。按下REV

按钮，负方向运行。松开REV按钮，停止运行。

（5）选择钻孔模块的钻孔电机（选择速度），按下FWD按钮，电机

运行。松开FWD按钮，停止运行。

（6）称重传感器要求正确并实时显示物料重量。

4、数据区RFID格式如表1-5所示，RFID操作界面参考见图1-6，能

手动写入、读出生产数据，生产数据包括工艺序号、装配时间、钻孔

时间、钻孔次数、废品累计数量（不合格）、正品累计数量（合格）。

操作控制区域包括读出、写入和删除操作，数据区包括RFID读出和

RFID写入。数据区显示框和输入框的初始值为空（即不显示内容）。

RFID进行读写操作后，显示框的数据保持至下次更新前。

表1-5数据区RFID格式

工艺装配钻孔钻孔废品正品累

序号时间时间次数数量积数量

代号PS01ZTKTZCFCZC

单位-秒秒次个个

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图1-6RFID界面示意图

5、自动运行界面参考见图1-7，能够实现自动程序的启动和停

止，RFID数据的读出，实时显示当时生产的状态，包括工艺序号；工

序名称、产品的加工状态（正在加工/已完成）、各类产品的加工数

量（正品数量），能对各数据的错误状态进行报警。

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图1-7自动界面参考图

工序包括：

（1）工序名称“传送带传输”，包括传送带正向传输和反向传输；

（2）工序名称“托盘交接”，包括托盘正向交接和托盘反向交接；

（3）工序名称“移栽传输”，包括移载正方向传输和移载反方向传

输，该工序为托盘在位置4与位置6之间的传输。

（4）工序名称“装配”，该工序为伸缩气缸、升降气缸、真空吸盘

完成一个杯盖杯杯装配的过程。

（5）工序名称“钻孔”；该工序为伸缩气缸、升降气缸、钻孔电机

完成一个钻孔工艺的过程。

6.能源画面参考见图1-8所示，能实现生产线运行数据记录，并

35

完成生产过程中相关数据的分析。

1-8能源界面参考图

任务5程序设计

完成钻孔工作单元的编程任务，实现下列功能。

1、系统包含手动和自动两种模式；在手动模式，能完成各个执

行机构的手动动作，也可完成RFID载码体数据的写入和读出。

2、通过模式开关SAI切换手自动模式，SA1-L为1时为手动模式，

SA1-R为1时为自动模式。

3、按下复位按钮，系统回到初始位置，系统初始位置如下：

1）传送带模块的传送带处于停止运行状态；

36

2）传送带模块的顶升气缸处于下限位；

3）传送带模块的阻挡气缸处于阻挡位置；

4）传送带模块的分隔气缸处于限位；

5）移载机输送机构处于停止运行状态；

6）移载机输送机构位于原点位置；

7）移载机顶升气缸处于下限位；

8）吸盘伸缩气缸处于缩回位置；

9）吸盘升降气缸在上限位；

10）真空吸盘不工作；

11）钻孔模块伸缩气缸处于伸出位置；

12）钻孔模块升降气缸处于上限位；

13）钻孔模块钻孔电机不工作；

14）称重模块伸缩气缸处于伸出位置；

15）喷码模块不工作；

16）自动画面产品检测结果复位（请选择结果）;

17）HL1、HL2、HL3灯灭；

18）托盘位置4、6为空。

4、加工参数包括钻孔参数和装配参数，其中钻孔参数包括：钻

孔时间（ZT）、钻孔次数（ZC）；装配参数包括：装配时间（ZT），

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默认值为0。

5、传送带模块工艺流程包括传送带正向传输和反向传输；

1）传送带正向传输：托盘在托盘位置1，分隔气缸下降，传送

带运行，到达减速信号，传送带速度以50％设定值运行，托盘运行

到托盘位置2，或托盘在托盘位置2，阻挡气缸放行，传送带运行，

托盘运行到托盘位置3；

2）传送带反向传输：托盘在托盘位置3，阻挡气缸放行，传送

带运行，托盘运行到托盘位置2，或托盘在托盘位置2，分隔气缸下

降，传送带运行，托盘运行到托盘位置1;

6、托盘交接模块工艺流程包括托盘正向交接和托盘反向交接；

1）托盘反方向交接：当托盘在托盘位置2时传送带顶升气缸上

升到上限位，移载机运行至交接位，移载机顶升气缸上升到上限位，

传送带顶升气缸下降到下限位，移载机运行至托盘位置4或托盘位置

6，移载机顶升气缸下降到下限位。

2）托盘正方向交接：当托盘在托盘位置4或托盘位置6时，移

载机顶升气缸上升到上限位，移载机运行至托盘交接位，传送带顶升

气缸上升到上限位，移载机顶升气缸下降到下限位，移载机运行至安

全位，传送带顶升气缸下降到下限位。

7、移载传输模块包括移载正方向传输和移载反方向传输，该工

序为托盘在位置4与位置6之间的传输。

1）移载机负方向传输：当托盘在位置4，移载机顶升气缸上升

38

到上限位，移载机运行至托盘位置6，移载机顶升气缸下降到下限位；

2）移载机正方向传输：当托盘在位置6，移载机顶升气缸上升

到上限位，移载机运行至托盘位置4，移载机顶升气缸下降到下限位；

8、装配模块装配流程为：装配模块伸缩气缸伸出，伸出到位后

升降气缸下降，开始延时，延时1S后，真空吸盘动作吸附，吸盘吸

附工件后升降气缸上升，升降气缸上升到位后伸缩气缸缩回，伸缩气

缸缩回到位后升降气缸下降，开始延时，延时1S后，开始装配，到

达装配时间（TS01）后升降气缸上升。

9、钻孔模块工艺流程。该工序为伸缩气缸、升降气缸、钻孔电

机完成一个钻孔工艺的过程，当托盘在托盘位置6时，伸缩气缸缩回

到位，升降气缸下降，钻孔电机运行，开始钻孔，到达钻孔工艺要求

后钻孔完成，升降气缸上升到位。

10、自动流程中按下暂停按钮，执行暂停功能，背景颜色变为绿

色，再次按下暂停按钮，暂停功能结束，背景颜色变为灰色。

11、在自动模式下，当系统有报警时，按以下要求工作：

（1）系统报警分为两个等级，分别为警告和错误。

1）当警告发生时，系统报警，各执行机构保持当前状态，指示

灯HL1和HL2交替1Hz闪烁，指示灯HL4以2Hz闪烁，手动消除错

误后，按下SB3，指示灯HL1、HL2、HL4灭，按下SB1，系统继续运

行：

2）当错误发生时，系统报警，指示灯HL1和HL2交替1Hz闪烁，

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系统立即停止运行，按下SB2，停止当前系统，HL1、HL2、HL3灭，

当前正在生产的产品为废品，手动清除产线上的废品。按下SB3，系

统恢复初始状态，按下SB1，系统方可继续开始新的任务。

（2）自动运行时，警告涉及的内容为：

1）运行时缺少托盘（托盘位置1、托盘位置4和托盘位置6）;

（3）自动运行时，错误涉及的内容为：

1）运行时，按下急停按钮：

2）运行时，伺服执行机构的正负限被触发；

3）网络通讯报警（变频器网络通讯故障）。

40

样例：

41

模块B工业组网与网络安全

任务背景介绍

为了实现多系统的集成以及数据安全，需要对网络进行配置，网络拓

扑图如图2-1所示。

图2-1网络拓扑图

网络设备的端口如下：

RT1：

PORTVLAN连接

1100，管理网络连接MES

2200，维护网络连接SW2

3300，生产网络连接SW1

4裁判测试端口

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5100，管理网络裁判测试端口

SW1：

PORTVLAN连接

1RT1

2SW2

3300，生产网络SW4

4200，维护网络SW3

5裁判测试端口

6300，生产网络裁判测试端口

7300，生产网络裁判测试端口

8300，生产网络裁判测试端口

SW2：

PORTVLAN连接

1200，维护网络RT1

2SW1

3300，生产网络SW4

4200，维护网络SW3

5