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2023 年全国职业院校技能大赛高职组
“工业网络智能控制与维护”赛项
选手须知：
19 页，如出现任务书缺页、字迹不清等问题，请
及时向裁判申请更换任务书。
6 小时内完成任务书规定内容。
，参考资料（使用手册、使用
说明书、IO 变量表）以 .pdf 格式放置在“E:\参考资料”文件夹下。
、表格、图片等文件必须存
储到“E:\赛位号\”文件夹下，未存储到指定位置的文件均不予给分。
文件夹需要自己新建，例：赛位号：1 号，文件夹名称为：01；评
价时只评价对应文件夹下的文件。
、姓名等与身份有关的信息，
否则成绩无效。
时、任务评分前或任务评分时给定。
，请及时保存程序及数据。
竞赛场次：第 场 赛位号：第 号
1
: .
基于工业网络控制的钢珠罐装生产线
一、平台概述
本比赛项目通过物理平台达成赛项考核目标，该平台有多个部分构成：工业
网络、控制、检测、执行和信息管理等单元，每个单元均配有通信接口，通过组
网能够实现对整个钢珠罐装生产线系统的工业网络智能控制与维护。
工业网络单元利用以太网通信接口实现整个生产线系统的网络通信，能够实
现与其它单元的网络通信与数据传输。
控制单元包括 PLC、伺服控制器、远程I/O 等电气部件，用于接收来自检测
单元的传感数据，发送控制指令，实现执行单元的动作执行，以及和信息管理单
元实现数据可视化、信息化管理等功能。
检测单元主要包括条码/二维码检测、称重检测等产品检测装置，以及对整
个生产线系统的设备状态、环境参数实时监测的各类传感装置，包括温度、湿度、
电能、电量等动力环境监测。
执行单元包括机械手、传输带、气缸等执行元件，能够实现整个生产线系统
的物料入库、物料组装、物料搬运等生产执行环节。
信息管理单元配置触摸屏（HMI）、显示屏等人机交互硬件，同时也配置基
于工业网络仿真测试和生产管理系统（MES）等软件，能够实现工业网络与生产
线系统的设计分析、仿真优化，以及整个生产线系统生产状态、生产数据、工艺
工序的数字化、信息化管理等功能。
二、任务要求
总体任务是设计并利用现场物理平台，组网完成对钢珠罐装生产线的智能控
制。分项任务如下：
；
、通信协议实现生产线系统的组网、联网；
；
、可编程控制器、执行器，通过操作、编程、调试
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: .
等手段实现对生产线系统各功能单元、部件装置的全流程自动化控制，实现对钢
珠罐装生产线的模拟；
（MES）软件实现对整个生产线系统各类生产信息、物
料状态、环境数据的实时监测及信息化管理。
具体要求如下：
（以下简称“操作人员”）启动整个系统，系统自
检以后，进入待命状态；
，实现工业互联网络的规划与设
计；
，完成系统主要电气元器件选型设计表，
同时编写技术论证报告，保存到“E:\赛位号”；
，可以借助生产管理系统（MES）软件实现在线生
成订单、在线派发订单、订单跟踪管理等功能；
、编程与调试，完成整个装配生产
线系统的自动运行、自动监测和自动管理，并经过工业网络单元与生产管理系统
（MES）软件实现数据互联互通及对生产过程的数字化和信息化管理功能；
，检测单元的各类传感器装置、检测装置能够实
现对物料生产全流程的数据采集与感知；
、控制指令，能够通过工业网
络单元传输至执行单元、信息管理单元等终端，实现生产过程的网络化传输和信
息化管理；
、状态数据、环境数据，均可以通过工业
网络单元实现与生产管理系统（MES）软件的信息交互，所有数据信息能够显示
于大屏之上等。
三、比赛内容
钢珠罐装生产线工艺流程参考系统工艺流程如图 1 所示。
通过生产管理系统（MES）软件，完成订单下达；5 个料盒随机顺序供料，
在供料前完成 RFID 信息写入并显示在触摸屏（HMI）上 （①订单号②小钢珠数
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量③大钢珠数量④生产设备号⑤操作员信息）；输送到称重模块进行称重检测，
并将重量值记录下来。由称重搬运搬回输送带末端，再由搬运机械手搬运至扫码
检测并显示在触摸屏（HMI）上 ，视觉检测料盒形状，“不合格”圆形料盒分拣至
“废料滑槽”；“合格”方形料盒，再进行料盒高度检测，“高度不合格”（空料盒）
分拣至“废料滑槽”，“高度合格”（非空料盒）进行料盒材质检测，钢珠装配单
元，随机装填大小钢珠各 3 颗，视觉检测大小钢珠颜色数量，并显示在触摸屏
（HMI）上，再完成盒盖装配称重等工序；RFID 信息写入（①订单号②小钢珠
数量③大钢珠数量④生产设备号⑤操作员信息⑥仓库号⑦称重数据⑧生产日期
⑨扫码数据⑩高度数据 mm⑪材质信息非金属 0，金属 1）；再通过三轴线性搬移装
置按照先 X 轴、后 Y 轴顺序，送入指定仓位，摆放顺序金属料盒放置 E 库位，
非金属材质分别放置 I、A 库位。
图 1 系统工艺流程示意图（参考）
订单所需原料包括同一颜色料盒（无盖）5 个，且带有条形码，并带有未写
入信息的 RFID 芯片，包括 3 个“合格”料盒（含一个金属，两个非金属）和 2 个
“不合格”料盒（圆形料盒和空方形料盒），具体见料盒标识，瓶盖5 个；大小钢
珠各 9 颗（每个料盒装填大小各 3 颗）。
模块一：工业网络智能控制与维护系统设计、仿真和
物理系统的安装、接线、组网与参数设置
※提示：模块一建议完成时长 180 分钟。
4
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任务一：工业网络智能控制与维护工业网络设计
根据任务书要求设计系统方案，补充并填写“系统主要电气元器件选型表（如
表 1 所示）”的选用型号。将填写的文件存储为 pdf 格式文件，文件名为 “1 系
统主要电气元器件选型表 .pdf”，文件存放在 “E:\赛位号\”文件夹内。
表 1 系统主要电气元器件选型表
序号 设备名称 选用型号 功能描述（参考）
采集设备端传感器数据，上传数据至云平台、
1 主站 PLC
下发数据至执行设备
从站 PLC#1 采集设备端传感器数据；接收主站信息；控制
2
从站 PLC#2 执行器动作
3 防火墙（FW） 配置不同端口，设置安全策略，安全拦截
三层交换机
#1(SW1)
三层交换机 组建环网，划分 VLAN 网段，实现不同网段互
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#2(SW2) 通
三层交换机
#3(SW3)
实现有线设备和无线设备的数据交换；连接外
5 无线 AP
部网络
6 边缘网关 采集边缘端数据，协议转换，上传至云端
7 智能电表 用于采集设备用电信息
8 变频器 控制交流三相异步电机的动作
RFID#1 写入订单信息
9
RFID#2 写入合格品信息
10 视觉传感器 颜色检测，缺陷检测，大小检测
根据图 2 所示的工业网络系统结构，绘制拓扑图。该拓扑图采用环形组网结
构，通过三层交换机（SW1、SW2、SW3）和防火墙(FW)进行子网划分与隔离，
将云服务器、计算机#1(PC1)、计算机#2(PC2)、主站 PLC、无线 AP、边缘网关
分别配置在不同网段，具体工业网络系统结构示意图如图 2 所示。
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: .
图 2 工业网络系统结构示意图
使用VISIO 软件设计并绘制系统网络架构拓扑图，完成钢珠罐装生产线
系统边缘层、网络层、应用层的划分。在网络架构拓扑图中应标注：设备名
称、地址、通讯方式、组网结构。拓扑图应包含使用 Profinet（绿色）通讯协
议的所有元件， Profibus-DP（紫色）通讯协议的远程 I/O 元件、Modbus-RTU
（蓝色）通讯协议的环境数据检测元件、Modbus-TCP（红色）通讯协议的 RFID
元件、TCP/IP（黑色）通讯协议的视觉传感器元件，其它未选用元件无需绘
制，各元件之间所采用的各类工业网络通讯协议用不同颜色线条标注。将绘
格式文件，文件名为 “2网络架构拓扑图 .pdf”，文件存放
在“E:\赛位号\”文件夹内。
对系统进行网络规划（ VLAN 划分），VLAN 划分及网关 IP 地址分配表
如表2 所示。结合表 2 内容，完成网络单元设备的 IP 地址分配，填写系统 IP
地址分配表，即表 3 所示。将填写的文件存储为 .pdf 格式文件，文件名为 “3
”，文件存放在 “E:\赛位号\”文件夹内。
表 2 VLAN 划分及网关 IP 地址分配表
设备名称 VLAN 网络单元
（符号） 名称 网关 端口号 名称 IP 地址
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主干网络 1，2 环网 （结果填入表3）
三层交换机 设计网络 自定义 计算机#1(PC1)
#1（SW1）
数据管理网络
自定义 主站 PLC
（S7-1500PLC）
主干网络 1，2 环网
三层交换机
维护网络 自定义 计算机#2(PC2)
#2（SW2）
边缘网络 自定义 边缘计算网关
主干网络 1，2 环网
三层交换机 产线网络
自定义 产线
#3（SW3） （S7-1200PLC）
无线 AP 自定义 —
防火墙 内网 GE2