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全国职业院校技能大赛-GZ037工业互联网集成应用赛项-赛题3
全国职业院校技能大赛-GZ037工业互联网集成应用赛项-赛题4
全国职业院校技能大赛-GZ037工业互联网集成应用赛项-赛题3
第一部分 竞赛须知
- 竞赛要求
1.正确使用工具，操作安全规范；
2.竞赛过程中如有异议，可向裁判员反映，不得扰乱赛场秩序；
3.遵守赛场纪律，尊重裁判，服从安排。
- 职业素养与安全意识
1.完成竞赛任务所有操作符合安全操作规范，注意用电安全。
2.遵守赛场纪律，尊重赛场工作人员；爱惜赛场设备、器材。
- 扣分项
1.在竞赛过程中，因操作不当导致设备破坏性损坏或造成事故，视情节扣
10〜20 分，情况严重者取消比赛资格。
2.衣着不整、污染赛场环境、扰乱赛场秩序、干扰裁判工作等不符合职业规范的行为，在模块3中扣除相应职业素养分，情节严重者取消竞赛资格。
- 选手须知
1.任务书如出现缺页、字迹不清等问题，请及时向裁判示意，并进行更换；
比赛结束后，比赛提供的所有纸质材料、U 盘等不得带离赛场。
2.设备的安装配置请严格按照任务书的要求及工艺规范进行操作。
3.参赛团队应在规定时间内完成任务书要求的内容，任务实现过程中形成的文件资料必须存储到 U 盘的指定位置，同时拷贝一份“提交资料”副本至服务器的“D 盘”根目录下，未存储到指定位置的文件均不得分。
4.比赛过程中，选手认定设备或器件有故障可向裁判员提出更换；如器件或设备经测定完好属误判时，器件或设备的认定时间计入比赛时间；如果器件或设备经测定确有故障，则当场更换设备，此过程中（从设备检测开始到更换完成）造成的时间损失，在比赛时间结束后，对该小组进行等量时间延迟补偿。
5.比赛过程中由于人为操作失误造成器件损坏，器件不予更换。
6.在裁判组宣布竞赛结束后，参赛选手应立即停止对竞赛设备与计算机的任
何操作。
第二部分 竞赛任务
- 任务要求
为了响应国家能源双控与“碳达峰、碳中和”的总体指导方针，工业企业对以节能减排为目标具有真实价值的能源管理系统建设非常迫切，我国作为制造业大国，有众多高耗能工业企业，能源管理系统的建设可以实现企业有序、有效、有力开展能源利用和管理工作。
随着大型企业进入产业升级、降本增效的高质量发展阶段后，与能耗“双控”、环境污染、安全生产、技术升级等新要求的矛盾日益突出，某企业在能源管理领域面临的挑战与亟待解决的问题有：
- 能源利用水平不高，能源浪费情况普遍存在
企业近年来的产业升级与快速发展，能源发挥了巨大的辅助支撑作用，但企业总体单位产品能耗呈小幅度上升趋势，在各类能源过程中均存在不同程度浪费情况，近一年来发现企业至少21次（长时间）停产期间设备空转现象，通过企业自查发现的其它能源浪费情况174处。
- 能源安全存在隐患，能源质量影响生产运行
能源的高质量供应是企业稳定生产和产品质量的保障，其中电能质量、压力、温度等都是能源质量的关键指标，近一年来企业因能源质量异常造成设备停机或故障超121次。
- 能源系统专业繁多管理分散，难以集中调度
企业生产调度中心负责全企业生产和能源调度，本项目上线前，仅有部分能源自动化系统接入到生产调度中心，各级领导也无法远程了解现场能源状况，当能源异常时，由使用部门进行逐级反馈，公用事业部再进行现场排查，过程中造成大量时间浪费，甚至会出现信息传递错误的情况。
为了进行有效的智慧能源管理计划采用工业互联网集成应用架构，搭建工业生产环节的智慧能源系统，需要完成以下工作：
- 将现有工业生产环节中的设备进行互联集成。
- 对工业生产环节中的能源设备进行数据采集。
- 将工业生产设备和产品进行标识解析。
- 在边缘服务器上对采集到的能源数据进行预处理和多维度展示。
- 配置工业互联网平台，构建工业生产中的智慧能源管理。
- 任务环境
硬件资源：计算机、工业互联网集成应用工作站、工业互联网平台、工具箱、耗材等。
软件资源：见U盘中“竞赛资料”文件夹。
- 任务实施
模块一 工业互联网设备安装与调试（35分）
任务1-1 工业互联网设备安装
工业生产实训台上现有多种生产传感设备、控制设备和网络设备，要求完成工业互联网网络设备的网络互联集成，确保网络互联集成后，工业互联网网络设备环境正常运行。
任务要求：
- 参赛选手规划的工业生产网络拓扑图逻辑清晰。
- 参赛选手规划的IP工业生产设备地址逻辑正确。
- 参赛选手正确安装防火墙和工业交换机等网络设备。
完成以上任务后请做以下步骤：
- 使用绘图设计软件等工具，绘制工业生产设备网络互联拓扑图，将工业生产设备，工业能源设备，工业网络设备，边缘服务器，选手PC机进行网络拓扑图绘制。
- 使用Excel对工业设备进行IP工业生产设备地址规划编写。
- 安装防火墙、工业交换机等网络设备：使用直连网线将工业生产主服务器系统网络互联；使用网线将对应接口连接，使交换机网络互联。
任务1-2 工业互联网设备调试
任务要求：
- 参赛选手正确配置工业生产控制器等网络终端设备的IP地址。
- 参赛选手能通过线缆按照规划设计的工业生产设备拓扑图进行网络互联，并连接正确。
完成以上任务后请做以下步骤：
- 配置工业生产控制器等网络终端设备及IP地址：使用直连网线将PLC控制器进行连接；使用直连网将网关进行连接；使用直连网线将选手PC进行连接；系统上电：实训台上电、PC机上电和边缘服务器上电。
- 通过通信线缆按照规划设计工业生产设备拓扑图进行网络互联集成：进行网络调试，PC机与实训主机和边缘服务器相互通信。
模块二 工业互联网平台开发应用（60分）
任务2-1数据采集系统及应用
任务要求：
- 参赛选手需要正确配置网关工业以太网通信协议参数。
- 参赛选手需要将工业设备数据通过MQTT应用传输协议进行数据采集。
完成以上任务后请做以下步骤：
- 进行工业生产配置网关ModbusTCP工业以太网通信协议参数。
- 配置工业生产网关MQTT应用传输协议发布订阅主题。
- 需要MQTT发布和订阅测试。
- 对工业生产设备和能源采集设备进行数据采集调试测试。
任务2-2标识解析系统集成应用
任务要求：
- 参赛选手要将工业生产设备与产品正确的注册到平台中。
- 参赛选手将使用标识数据采集到平台，并进行设备和产品追溯。
完成以上任务后请做以下步骤：
- 对工业生产设备与产品标识编码与注册。
- 根据标识编码规则对产品进行标识编码。
- 将标识解析设备与产品标识数据采集设备与平台进行集成。
- 将工业设备和产品标识数据采集到平台进行追溯。
任务2-3 边缘计算及数据可视化应用
任务要求：
- 参赛选手能正确的搭建启动Pycharm环境，在Pycharm环境中正确运行Python脚本。
- 参赛选手正确导入采集到的工业能源数据，并进行数据的基本信息展示。
- 参赛选手能对工业能源数据进行正确的数据处理：去空值、去异常值等。
- 参赛选手能做出一个月内的能源趋势图。
- 参赛选手能生成以日为单位的能源数据对比图。
完成以上任务后请做以下步骤：
- Python IDE开发环境搭建。
- 工业互联网边缘端工业生产数据导入。
- 工业互联网边缘端工业生产数据处理：数据探索、数据预处理。
- 数据可视化环境构建。
- 使用Python脚本绘制直方图展示工业生产中能源数据的分布。
- 使用Python脚本绘制分组柱状图展示工业生产中能源数据的对比。
任务2-4 工业互联网应用平台服务开发
任务要求：
- 参赛选手需要正确配置工业互联网平台与边缘设备进行的连接。
- 参赛选手需要配置出云端监控应用，形成工业互联网能源监控。
完成以上任务后请做以下步骤：
- 连接工业互联网平台，配置边缘端设备与工业互联网平台的连接。
- 配置工业互联网平台的实时计算中心：设备数据和测点数据自动转换、时序数据的实时加工、自定义数据转发规则。
- 工业互联网平台基础应用服务配置：配置的阈值告警规则和监控、工艺流程2D组态。
- 展示配置好的基础应用服务：实时数据检测和历史数据查看。
全国职业院校技能大赛-GZ037工业互联网集成应用赛项-赛题4
第一部分 竞赛须知
- 竞赛要求
1.正确使用工具，操作安全规范；
2.竞赛过程中如有异议，可向裁判员反映，不得扰乱赛场秩序；
3.遵守赛场纪律，尊重裁判，服从安排。
- 职业素养与安全意识
1.完成竞赛任务所有操作符合安全操作规范，注意用电安全。
2.遵守赛场纪律，尊重赛场工作人员；爱惜赛场设备、器材。
- 扣分项
1.在竞赛过程中，因操作不当导致设备破坏性损坏或造成事故，视情节扣
10〜20 分，情况严重者取消比赛资格。
2.衣着不整、污染赛场环境、扰乱赛场秩序、干扰裁判工作等不符合职业规范的行为，在模块3中扣除相应职业素养分，情节严重者取消竞赛资格。
- 选手须知
1.任务书如出现缺页、字迹不清等问题，请及时向裁判示意，并进行更换；
比赛结束后，比赛提供的所有纸质材料、U 盘等不得带离赛场。
2.设备的安装配置请严格按照任务书的要求及工艺规范进行操作。
3.参赛团队应在规定时间内完成任务书要求的内容，任务实现过程中形成的文件资料必须存储到 U盘的指定位置，同时拷贝一份“提交资料”副本至服务器的“D 盘”根目录下，未存储到指定位置的文件均不得分。
4.比赛过程中，选手认定设备或器件有故障可向裁判员提出更换；如器件或设备经测定完好属误判时，器件或设备的认定时间计入比赛时间；如果器件或设备经测定确有故障，则当场更换设备，此过程中（从设备检测开始到更换完成）造成的时间损失，在比赛时间结束后，对该小组进行等量时间延迟补偿。
5.比赛过程中由于人为操作失误造成器件损坏，器件不予更换。
6.在裁判组宣布竞赛结束后，参赛选手应立即停止对竞赛设备与计算机的任
何操作。
第二部分 竞赛任务
- 任务要求
随着新一代信息技术的快速发展，工业互联网技术推动着传统制造业向数字化、智能化方向升级转型。工业设备的标识化与联网化在工业生产上具有重要意义，不仅可以优化生产流程和管理方式，提高生产效率，更可以促进工业化和信息化两化融合，实现工业生产的智能化，对构建现代智能化工业体系具有积极意义。
某公司为了实现物料的自动包装生产全过程，需要升级网络结构、采集产线信号，开发新的标识系统以对各个环节进行管理，利用边缘计算技术提升信息处理的实时性，另外设计工业互联网平台应用软件实现数据可视化及服务应用。
- 任务环境
硬件资源：计算机、工业互联网集成应用工作站、工业互联网平台、工具箱、耗材等。
软件资源：见U盘中“竞赛资料”文件夹。
- 任务实施
模块一 工业互联网设备安装与调试（35分）
任务1-1 工业互联网设备安装
1．任务描述
工业网络技术综合应用平台设备已经完成安装工作，但是其中智能仓储、智能检测单元的工业互联网标识解析设备（RFID读写器）还没完成安装和调试。现在你需要完成以下任务：
（1）根据网络接线图，完成智能仓储单元工业互联网标识解析设备（RFID读写器）完成安装、电气、网络接线连接。
（2）根据网络接线图，完成智能检测单元工业互联数据采集设备（智能IO\阀岛）完成安装、电气、网络接线连接。
2．网络接线图
任务1-2工业互联网设备调试
1．任务描述
（1）根据设备IP地址分配表，使用相关软件与配置文件，完成智能仓储单元、智能检测单元PLC和RFID读写器的网络配置，并且实现读取物料标签数据；软件已经安装到设备编程电脑上；RFID配置文件、RFID资料手册放置在电脑D盘大赛文件夹目录下。将RFID读写器配置内容、PLC通讯配置、PLC与RFID读写器测试结果截图存放在指定路径（“D:\技能竞赛\考场号+工位号\标识解析设备配置”），以“1-1-2-* 工业互联网标识解析设备配置”命名，作为评分结果。
（2）根据单元设备IP地址分配表（见表1-1）、单元地址分配表（见表1-2），使用相关软件与配置文件，完成智能IO\阀岛的网络配置、参数配置及系统的优化调试工作。软件已经安装到设备编程电脑上。
2．设备IP地址分配表
表1-1 智能仓储单元设备IP地址分配表
| 名称 |
IP地址 |
备注 |
| PLC |
192.168.1.21 |
|
| 智能阀岛\智能IO |
192.168.1.22 |
|
| RFID读写头 |
192.168.1.24 |
端口号：9000 |
表1-2 智能检测单元设备IP地址分配表
| 名称 |
IP地址 |
备注 |
| PLC |
192.168.1.31 |
|
| 智能阀岛\智能IO |
192.168.1.32 |
|
| RFID读写头 |
192.168.1.34 |
端口号：9000 |
| 视觉相机 |
192.168.1.35 |
模块二 工业互联网平台开发应用（60分）
任务2-1数据采集系统及应用
1.任务描述
工业网络技术综合应用平台设备与工业互联网平台对接，实现工业互联网平台数据监控、控制设备等操作，需要完成工业互联网网络设备安装调试。工业互联网平台（后称平台）通过边缘一体机和智能仓储单元、智能检测单元进行通信，完成物模型、订单的下发、数据的采集以及对设备的控制。因此在进行业务操作前需要优先完成工业网络配置，建立设备与工业互联网平台的数据通路。
请依据以下资料，在平台端和边缘一体机完成网络配置。配置文件见“D:\参考资料\网络配置”（备注：配置要求中包含考试组编号、物联网平台地址及登录账号和密码、边缘一体机IP地址、网络配置软件访问地址及登录用户名和密码、网关采集配置软件访问地址及登录用户名和密码）。
2.PLC设备IP地址分配表
表1-4 PLC设备IP地址分配表
| 名称 |
IP地址 |
备注 |
| 智能仓储单元PLC |
192.168.1.21 |
|
| 智能检测单元PLC |
192.168.1.31 |
|
| 智能物流单元PLC |
192.168.1.51 |
3. 边缘一体机和三台设备的IP地址规划
| 设备 |
IP地址 |
备注 |
| 边缘一体机 |
网口A：192.168.200.15(默认，固定) 网口B：192.168.1.200 |
网口A：固定不变，访问web页面；网口B：和设备通讯； 网口C：和平台通讯； |
| 智能仓储单元 |
192.168.1.21 |
|
| 智能检测单元 |
192.168.1.31 |
4.工业互联网组件信息
| HOST |
www.ChinaSkills2013.com |
| PORT |
1883 |
| 用户名 |
admin |
| 密码 |
ChinaSkills2013! |
任务2-2标识解析系统集成应用
工业网络技术综合应用平台设备与工业互联网平台对接，实现工业互联网平台数据监控、控制设备等操作，需要完成工业互联网网络设备安装调试控制。通过平台的配置，将智能仓储单元和智能检测单元的数据采集上来，并预处理智能检测单元的数据：合格率、外观合格率、仓储合格率、填充数量合格率配置，将采集两个单元的数据进行可视化展示。
预处理数据计算公式：
合格率=合格品数\检测总数；
外观合格率=外观合格品数\检测总数；
仓储合格率=仓储合格品数\检测总数；
填充数量合格率=填充数量合格品数\检测总数。
现在需要完成以下任务：
（1）截图模型列表，保存为“2-1-1-1模型.jpg”，批量导出模型属性文件保存为“2-1-1-2智能仓储模型属性.zip”和“2-1-1-3智能检测单元模型属性.zip”，保存路径为“D:\技能竞赛\考场号+工位号\工业数据上云”。
（2）创建设备名称分别为“智能仓储设备”+“考试组编号”和“智能检测单元设备”+“考试组编号”。截图保存设备列表 “2-1-2-1 设备列表.jpg”，保存路径为“D:\技能竞赛\考场号+工位号\工业数据上云”。
（3）创建名称为“工业产线PLC”+“考试组编号”的南向设备，并完成通信配置，截图保存 为“2-1-3-1 PLC设备.jpg”； 绑定产线生产单元到PLC设备，截图保存“2-1-3-2 PLC子设备列表.jpg”； 根据“设备信号表”配置每个设备的属性点位配置信息，截图保存“2-1-3-3 物料设备点位列表.jpg”和“2-1-3-4 智能物流设备点位列表.jpg”，保存路径为“D:\技能竞赛\考场号+工位号\工业数据上云”。
（4）在互联网平台的“资产监控”的“设备监控”中查看设备运行状态。截图保存两台设备的运行状态页面，分别保存为“2-1-4-1 智能仓储设备运行状态.jpg”、 “2-1-4-2 智能检测单元设备运行状态.jpg”， 保存路径为“D:\技能竞赛\考场号+工位号\工业数据上云”。
（5）智能仓储、智能检测单元的可视化页面绘制完成，截图保存为“2-1-5-1 智能仓储可视化绘制.jpg”，“2-1-5-2 智能检测单元可视化场景.jpg”，保存路径为“D:\技能竞赛\考场号+工位号\数据监控”。
（6）智能仓储、智能检测单元的可视化页面中“运行”图元绑点时脚本编写截图，保存为“2-1-6-1 智能仓储可视化脚本.jpg”，保存路径为“D:\技能竞赛\考场号+工位号\数据监控”。
（7）将智能仓储、智能检测单元的绑点完可视化界面绑定设备结果截图，保存为“2-1-7-1智能仓储可视化设备绑定.jpg”， “2-1-7-2 智能检测单元可视化设备绑定.jpg”，保存路径为“D:\技能竞赛\考场号+工位号\数据监控”。
任务2-3边缘计算及数据可视化应用
工业网络技术综合应用平台设备与工业互联网平台对接，实现工业互联网平台数据监控、控制设备等操作，需要完成工业互联网平台功能配置与集成应用调试。
平台录入生产数据，一键启动所有单元产线，将生产数据下发给产线，检测生产单元将设备信息及生产信息上传平台，平台设备监控更新生产订单信息，直至生产完工。
现在需要完成以下任务：
（1）根据PLC采集表、运行流程，在原有程序上，完成智能仓储、智能检测单元、智能物流单元的远程控制设备运行的PLC程序编辑，实现通过工业互联网平台操作产线可视化界面，控制整体设备运行。
（2）根据PLC采集表、运行流程，在原有程序上，完成智能仓储、智能检测单元、智能物流单元的远程订单下达的PLC程序编辑，实现通过工业互联网平台操作可视化界面，下发订单到设备。
（3）根据运行流程、单元I\O模块分配表，完成智能检测单元质量检测、智能物流单元分类存储物料的PLC程序编程。
（4）现工厂收到药品生产订单5瓶，药品种类为钙片，单瓶填装颗粒数量为4粒。由于每日产线可投入到该订单的生产时间有限，需要分三批完成该订单。第一天60%，第二批20%，第三批完成剩余，现生产第一批，截图工单保存为 “2-2-4-1工业产线生产订单.jpg”， 保存路径为“D:\技能竞赛\考场号+工位号\工业产线应用搭建”。
（5）配置产线生产监控和质量监控页面，截图保存为“2-2-5-1工业产线监控.jpg”、“2-2-5-2工业产线质量监控.jpg” 保存路径为“D:\技能竞赛\考场号+工位号\工业产线应用搭建”。
（6）在边缘一体机查看部署应用，截图保存为“2-2-6-1工业产线应用部署.jpg” 保存路径为“D:\技能竞赛\考场号+工位号\工业产线应用搭建”。
（7）生产完工，截图保存生产排程列表，保存为为“2-2-7-1生产监控_生产完工.jpg”， 保存路径为“D:\技能竞赛\考场号+工位号\工业产线应用搭建”。
（8）生产完工，截图质量监控和产线监控，保存为为“2-2-8-1生产监控_质量监控.jpg”，“2-2-9-1 生产监控_产线监控.jpg”， 保存路径为“D:\技能竞赛\考场号+工位号\工业产线应用搭建”。
任务2-4工业互联网应用平台服务开发
工业网络技术综合应用平台设备刚安装完成，存在故障，现需要完成设备故障查找与排除，并对设备进行调试，使其运行顺畅。
智能仓储单元和智能检测单元，在使用过程中有故障的风险，在平台中依据可能发生的故障配置告警，单元发生故障后，会触发告警，通知使用者发生故障。使用者依据触发的告警信息进行故障排除，故障排除后让设备重新运行，无告警信息再次触发。
（1）根据设备相关图纸资料，完成故障查找与排除；并在《故障排查表》的故障排查表上认真记录故障点与故障现象，写出故障原因和解决思路，如果排查表上行数不足，可自行追加表格行来填写。
（2）单元可能发生的故障：
- 智能仓储物料不足时，进行告警提示：级别为六级，类型为产量异常；
- 生产的合格率小于95%时，告警提示产线质量异常：级别为4级，类型为产量异常
- 生产订单下发到产线后，在未完成订单时，任意一个设备停止生产，进行告警提示：级别8级，类型为其他，发生故障；
- 规则列表截图，保存为“2-3-2-1 生产监控_规则列表.jpg”，保存路径“D:\技能竞赛\考场号+工位号\告警处理”
（3）在一键启动下发生产订单时，设备存在故障，会触发告警，触发告警截图，保存为2-3-3-1 生产监控_故障告警.jpg”，保存路径“D:\技能竞赛\考场号+工位号\告警处理”
（4）修复处理完告警详情截图，保存为“2-3-4-1生产监控_告警处理.jpg”，保存路径“D:\技能竞赛\考场号+工位号\告警处理”