河北省职业院校技能大赛中职组通信与控制系统集成与维护赛项竞赛任务书B卷.docx
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河北省职业院校技能大赛中职组通信与控制系统集成与维护赛项竞赛任务书B卷
2021年河北省
“通信与控制系统集成与维护”赛项
竞赛任务书
工位______________
（1）任务书共36页，如出现任务书缺页、字迹不清等问题，请及时向裁判示意，更换任务书。
（2）竞赛时间共3.5小时，包括系统安装时间、接线时间、程序设计时间、测试时间、调试时间和提交成果时间等。
（3）参赛选手提交的答题卡与任务书上只能按要求填写工位号进行识别，不得填写指定内容之外的任何识别性标记。
如果出现地区、校名、姓名等其他任何与竞赛队有关的识别信息，一经发现，竞赛试卷和作品作废，比赛按零分处理，并且提请大赛组委会进行处罚。
（4）任务中要求提交的截图/照片、视频资料中都不允许出现本工位或者其他工位参赛选手图像、选手姓名、校名或者其他任何识别性的标记。
一经发现，竞赛试卷和作品作废，比赛按零分处理，并且提请大赛组委会进行处罚。
（5）竞赛任务书、竞赛答题卡、竞赛工具、竞赛器材及竞赛材料等不得带出竞赛场地，一经发现，竞赛作品作废，比赛按零分处理，并且提请大赛组委会进行处罚。
（6）正式比赛前，参赛选手需对竞赛平台中的设备工具模块进行清点确认，正式比赛开始后，参赛选手如测定竞赛技术平台中的设备工具模块有故障可提出更换，但该工具/模块经现场裁判与技术支持人员测定完好，确属参赛选手误判，不予任何延时。
（7）竞赛过程中，参赛选手要遵守安全操作规程，确保人身及设备安全，并接受裁判员的监督和警示。
竞赛过程中由于参赛选手不规范操作造成的设备模块损坏，裁判员与裁判长商定后，可根据现场情况给予酌情扣分。
（8）在竞赛过程中，参赛选手如有舞弊、不服从裁判判决、扰乱赛场秩序等行为，裁判长按照规定扣减相应分数。
情节严重的取消竞赛资格，竞赛成绩记为零分。
特别注意：
●比赛所用U盘根目录下包括2个文件夹：
“YooDao”、“提交资料”。
任务中所涉及的协议、原理图、接线图、素材等比赛资料，都存放在“YooDao”文件夹中。
●竞赛答题卡完成后，需转化为PDF格式。
最终成绩评判，以PDF格式竞赛答题卡为准，在任务书上作答无效。
在任务书上作答、未按照要求进行转换，对评分造成影响，责任自负。
●要求提交的截图\照片、视频、文档等资料都必须存放到“提交资料”文件夹中，比赛结束前，将需要提交的比赛文件按要求命名后全部拷贝到U盘“提交资料”文件夹中，比赛结束时一并提交。
比赛提交结果以U盘为准。
未按照要求存储或者提交，对评分造成影响，责任自负。
●各任务中要求的截图\照片必须按照题目要求进行命名。
提交的截图\照片必须保持清晰，若因照片模糊、排版错乱影响评分，责任自负。
●截图可使用windows自带“截图工具”，必须保存为PNG格式（默认设置）。
●使用考试配置的摄像头进行拍照，保存为PNG格式，使用方法见附录一。
●题目要求录像时，须将指定内容进行记录，视频输出格式为wmv（视频录制软件已经设置好）,视频名称要与题目要求完全一致。
录制使用方法见附录一。
●比赛答题过程中，定时保存答题卡，以防文件丢失。
建议在计算机中和U盘中对需要提交的比赛文件都进行备份，以防文件损坏和丢失。
任务一系统安装部署（20分）
（一）系统设备安装、内部配线（14分）
根据提供的“技术平台接线图”，完成PLC（可编程逻辑控制器）、EMAM06模拟量输入模块、交换机、直流24V正极电源接线端子排、直流24V负极电源接线端子排、速度表、风机、报警灯、温湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器、直流电压表、开右侧门按钮、关右侧门按钮、右侧门开启指示灯、右侧门关闭指示灯、紧急制动等模块的安装与接线。
注意：
1.安装过程遵守《安全操作规范》。
2.按照“技术平台接线图”安装模块，模块的安装位置正确牢固，螺丝、螺母、垫片选型正确。
3.线号管与线对应正确。
4.冷压端子选型合理，压制牢固。
5.严格按照“技术平台接线图”中的接线要求，正确选择接线端子，且线序正确，布局合理。
6.在整体上，线束布局合理牢固、长短适宜、美观大方。
7.提交试卷前，确保线槽盖好。
（二）功能调试（6分）
1．利用提供的USB-PPI电缆连接电脑与PLC，使用“STEP7MicroWIN”编程软件把U盘根目录“YooDao\任务一”中的“PLC测试程序.mwp”下载到PLC中，并运行PLC，按照“图1-1PLC拍照布局示意”的布局对PLC进行拍照，要求图片中能看清PLC各输入输出口指示灯的亮灭状态，将图片命名为“图1-1-PLC程序下载”，存放到U盘根目录“提交资料\任务一”中，并将此图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
（注意：
PLC测试程序.mwp已加密，但不影响下载）
图1-1PLC拍照布局示意
2．利用提供的USB线连接电脑与人机交互界面设备，将U盘根目录“YooDao\任务一”中的“HMI测试程序”下载到人机交互界面设备中。
下载完成后对人机交互界面进行完整拍照，图片命名为“图1-2-HMI测试程序下载”，存放到U盘根目录“提交资料\任务一”中，并将此图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
3．功能测试与记录
按照表1.1所示动作顺序，测试开关门按钮与指示灯功能，并记录各指示灯的亮灭状态。
指示灯点亮状态用“1”表示，指示灯熄灭状态用“0”表示。
表1.1功能测试记录
动作顺序
动作名称
右侧门开启指示灯
右侧门关闭指示灯
左侧门开启指示灯
左侧门关闭指示灯
1
启动PLC
2
按下开左侧门按钮
3
按下关左侧门按钮
4
按下开右侧门按钮
5
按下关右侧门按钮
按照表1.2所示动作顺序，在人机界面中查看测量数据、控制执行器动作状态，并记录。
风机转动/照明灯点亮/报警灯闪烁/有烟雾用“1”表示，风机停转/照明灯熄灭/报警灯熄灭/无烟雾用“0”表示。
表1.2传感器数据测量与控制器功能记录
动作顺序
动作名称
数据1
数据2
数据3
照明灯
报警灯
风机
烟雾
1
启动PLC
2
按下烟雾模块上黑色按钮10S，松开前烟雾状态
/
/
/
/
/
/
3
进入第二界面
/
/
/
/
4
点击X1
/
/
/
/
5
点击X2
/
/
/
/
6
点击X3
/
/
/
/
任务二通信配置及调试（20分）
（一）平台网络配置（1分）
1．无线路由器的配置（0.4分）
★路由器配置连接网址：
http:
//192.168.3.1
★默认用户名为“admin”，默认管理员密码为“admin”
本地局域网络（LAN口）的搭建和配置：
按照表2.1要求，对无线路由器进行本地局域网络的搭建和配置。
设置完毕后：
将带有Wi-Fi名称、Wi-Fi密码、频段带宽的“无线加密设置”配置界面进行截图或拍照，图片命名为“图2-1-无线加密设置”，将带有IP地址、子网掩码的“LAN接口设置”配置界面进行截图或拍照，图片命名为“图2-2-LAN接口设置”，并将两张图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
表2.1本地局域网配置要求
序号
设备
参数值
示例
1
Wi-Fi名称
YooDao_TXKZ_工位号
99号工位：
YooDao_TXKZ_99，
工位号<10时，十位用0填充
2
Wi-Fi密码
去掉“不加密”勾选框，然后自行设置密码（长度<=10位）
3
频段带宽
20MHz
4
IP地址
176.128.工位号.99
99号工位：
176.128.99.99
2．平台局域网搭建（4.4分）
在通信与控制系统（高铁）集成与维护平台中，搭建局域网，并对各终端设备的无线网络进行连接和配置。
按照表2.2所示IP地址规划表，组建局域网络。
将控制中心有线网卡及无线网卡的“网络连接详细信息”窗口进行截图，图片命名为“图2-3-控制中心有线网络IP地址”“图2-4-控制中心无线网络IP地址”，将包含列控中心静态IP地址的界面进行拍照，图片命名为“图2-5-列控中心IP地址”，将附加电脑“无线网络连接详细信息”进行截图，图片命名为“图2-6-附加电脑IP地址”，将包含人机交互界面静态IP地址的界面进行拍照，图片命名为“图2-7-人机交互界面IP地址”，存放到U盘根目录“提交资料\任务二”中，并将图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
（要求图片包含完整的IP地址信息）
表2.2按照IP地址规划组建局域网
设备
设备接口
IP地址
备注
可编程逻辑控制器
LAN
192.168.3.101
人机交互界面
LAN
192.168.3.102
控制中心（有线网络）
LAN
192.168.3.103
控制中心（无线网络）
WIFI
176.128.工位号.3
工位号<10时，十位用0填充
列控中心
WIFI
176.128.工位号.4
附加电脑
WIFI
176.128.工位号.5
3．网络通信测试（0.2分）
分别在控制中心和附件电脑中的“命令提示符”界面下使用“ping”命令检测控制中心与无线路由器、附加电脑与列控中心之间网络通信是否正常，将正常通信测试结果分别进行截图，分别以“图2-8-控制中心与无线路由器”、“图2-9-附加电脑与列控中心”命名，存放到U盘根目录“提交资料\任务二”中，并将图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
（要求将命令提示符整个窗口截图）
（二）列控中心配置（1分）
对列控中心进行配置（详见表2.3），并成功连接控制中心，保证列控中心各项功能正常运行。
在列控中心上对配置界面进行拍照截图，命名为“图2-10-列控中心配置”；在控制中心计算机上对连接成功界面截图，命名为“图2-11-连接成功”。
两张图片存放到U盘根目录“提交资料\任务二”中，并将图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
表2.3通信配置参数
串口号
波特率
IP地址
端口号
轨道电路通信
ttyAMA4
9600/57600
/
/
列车通信
ttyAMA5
115200
/
/
服务器通信
/
/
自行设置
8080
（三）典型通信系统调试（10分）
背景：
高铁车厢中，设有负责监控列车温湿度、光照数据的监控室，根据温湿度及光照值，进行温馨提示并智能控制车厢灯光，营造舒适的列车环境。
现采用附加电脑模拟列车监控室，高铁主控制台模拟列车车厢，监控室通过WIFI，和列车车厢进行数据通信。
列车车厢配备一个485模块（电源为24VDC），用于采集温湿度和光照数据，如下图2.1所示。
图2.1485模块
任务：
典型通信系统调试，实现列车车厢数据监控。
通信协议详见U盘根目录“YooDao\任务二\485通信协议.pdf”文件。
数据监控软件详见“YooDao\任务二\数据监控软件.exe”。
网络调试助手详见U盘根目录“YooDao\任务二\网络调试助手.exe”。
（注：
数据监控软件附带CRC校验计算功能）
1.配置与连接485模块（2分）
高铁主控制台正确连接485模块“通信485”接口，打开数据监控软件，选择正确的串口号，波特率9600，数据位8，停止位1，无校验。
点击连接，利用“485通信协议.pdf”文件中指定的协议，建立485模块与列车车厢之间通信，然后使485模块保持工作状态（485模块上电后处于停止工作状态）。
将显示“485开始工作”字样整个数据监控软件界面截图，命名为“图2-12-485开始工作”，存放到U盘根目录“提交资料\任务二”中，并将图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
2．建立网络连接（1分）
列车车厢具有网络服务器功能，打开数据监控软件，正确配置列车车厢IP地址及端口号，开启服务。
监控室作为客户端，在附加电脑打开网络调试助手，正确配置IP地址及端口号，连接服务。
将数据监控软件上显示“客户端连接成功”字样的完整界面截图，命名为“图2-13-客户端连接成功”，存放到U盘根目录“提交资料\任务二”中，并将图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
3.数据采集（3分）
假设列车车厢存储的温度和湿度数据为固定值的模拟数据，与真实环境无关。
已知温湿度数据读取地址为0x0112，温湿度数据占4个字节。
利用监控室附加电脑网络调试助手，根据通信协议，计算出采集到的温度和湿度值，将结果填写至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
4．光照值设定（4分）
通过监控室附加电脑网络调试助手，利用提供的485通信协议，设定列车车厢光照值，联动开关设定为“开”。
已知光照设定地址为0x0212。
设定完成后，当光照值大于450Lux时，数据监控软件LED灯自动熄灭；当光照值小于350Lux时（用手遮住485模块光敏电阻），数据监控软件LED灯自动点亮。
当光照值在350-450Lux之间时，数据监控软件LED灯维持上一个状态不变化。
（1）写出设定列车车厢光照值的指令，并填写到U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
（2）使光照值小于350Lux时（用手遮住485模块光敏电阻），将数据监控软件相关界面截图，图片命名为“图2-14-LED灯自动打开”。
使光照值大于450Lux（不要遮挡485模块光敏电阻），将数据监控软件相关界面截图，图片命名为“图2-15-LED灯自动熄灭”。
（3）将
（2）的操作过程进行演示，并用摄像头录制数据监控软件界面（不包含截图过程），视频命名为“视频2-1-光照滞回控制区间设定及控制.wmv”，保存到U盘根目录“提交资料\任务二”中。
（四）通信拓扑图及设计（配置）方案（4分）
U盘根目录“YooDao\任务二\通信拓扑图绘制\素材”目录下有控制中心、无线路由器、列控中心、PLC、人机交互界面、CAN分析仪等设备的图片，根据通信与控制系统（高铁）集成与维护实训平台功能，利用WPS软件或visio软件绘制如下拓扑图，并对设计（配置）方案进行简述。
1．CAN通信网络（2分）
（1）通信拓扑图
根据U盘根目录“YooDao\任务二\CAN通信\CAN通信网络规则要求说明”以及其他CAN资料，完成通信拓扑图的绘制。
将此拓扑图截图，命名为“图2-16-CAN通信网络拓扑”，并将图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
（2）设计（配置）方案
根据U盘根目录“YooDao\任务二\CAN通信\CAN通信网络规则要求说明”以及其他CAN资料，完成通信方案设计，并在U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置填写。
2．无线通信网络（1分）
绘制控制中心、无线路由器、列控中心、点阵屏的无线通信网络拓扑图，划线时采用虚线连线，无粗细和箭头要求，并在线上标注通信方式（提示：
WIFI、短距离无线通信Zigbee两种方式）。
将此拓扑图截图，命名为“图2-17-无线通信网络拓扑”，并将图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
例如：
A和B设备采用WIFI形式进行通信，示意图如图2.2所示。
图2.2A和B设备通信示意图
3.485通信网络（1分）
绘制PLC、控制中心、人机交互界面的485通信网络拓扑图。
485通信属于差分信号传输，具有A，B两根信号线，划线时无粗细和箭头要求，但要在信号线上标注好A，B。
将此拓扑图截图，命名为“图2-18-485通信网络拓扑”，并将图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
任务三故障检测及维修（28分）
站点副控制台中有一个轨道继电器模块，共有8路继电器控制电路，每一路轨道继电器对应轨道的一个区段。
当列车运行到某一区段时，对应轨道继电器触点吸合，并且对应轨道继电器指示灯点亮，代表列车在此区段。
没有列车的区段，对应的轨道继电器触点断开，轨道继电器指示灯是熄灭状态。
（一）硬件故障检测与处理（18分）
1．轨道继电器电路板焊接（8分）
根据提供的资料（U盘根目录“YooDao\任务三\轨道继电器原理图.pdf、轨道继电器装配图.pdf和轨道继电器元器件清单.pdf”）把轨道继电器电路焊接完成。
2．电路板排故（10分）
（1）任务描述
背景：
某轨道交通科技公司项目小组初步设计出了轨道继电器模块和RS485通信模块两款样品。
《轨道继电器模块功能》：
上电后指示灯LED1-LED8依次循环点亮（同一时刻只有一个灯亮，下同），同时，指示灯LED13-25也依次循环点亮；
《485模块功能》：
用于测试轨道电路信号灯是否工作正常。
将485模块“故障485”接口（电路板上已标注）与轨道电路485接口相连，实现485模块控制轨道电路上面的信号灯循环点亮功能。
485电路板设计中，为方便各种测试，ADM2483与单片机之间的TTL通信连接线设置了电阻跳线。
（2）故障定位
假如您是这个公司的一名测试工程师，现需要根据“YooDao\任务三”目录下的文档资料（原理图中有些元器件参数丢失），对项目小组设计出的两款电路板样品进行测量、调试，找出电路板中的设计故障/元器件故障，并进行维修处理。
将故障定位以及故障处理方法填写到表3.1中。
（提示：
轨道继电器有5处故障；485模块有1处故障）
表3.1轨道继电器电路故障排查记录表
故障定位
处理方法
电路板名称+元器件符号+故障（过大，过小，焊错、空焊等）。
示例：
轨道继电器模块电路板R1电阻过大
将故障定位的元器件修改为xxx或者添加或者重新焊接。
示例：
R1阻值修改成1K
（3）故障处理调试
选用相应的电子元器件进行故障维修。
将轨道继电器正反面拍照，图片分别命名为“图3-1-轨道电路板排故正面”、“图3-2-轨道电路板排故反面”；将485模块上电后电路板正面、反面拍照，图片分别命名为“图3-3-485模块排故正面”、“图3-4-485模块排故反面”。
将拍照图片保存于U盘根目录“提交资料\任务三”中，并粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
将《轨道继电器模块功能》进行演示，并用摄像头进行录像，将视频命名为“视频3-1-轨道继电器功能演示.wmv”保存于U盘根目录“提交资料\任务三”中；将485模块控制副控台轨道电路信号灯功能进行演示，并用摄像头将信号灯变化的情况进行录像，视频命名为“视频3-2-485模块功能演示.wmv”保存于U盘根目录“提交资料\任务三”中。
提示：
参赛队维修过程中使用的元器件全部在提供的元件包中，可能存在故障的元器件提供了备件，竞赛过程中不得再申领元器件。
（二）应答器检测与处理（10分）
轨道电路分为八个区段，每个区段配备一个应答器，用于存储当前区段相关信息，如下图3.1所示。
运行列车从左至右进行区间行驶，当列车行驶至对应区段时，列车下方的读写器会读取区段应答器信息，并伴有“滴”的提示声，表示读卡成功。
同时列车LCD屏幕中左侧表盘会指向相应的区段号，如下图3.2所示，本图片显示的信息为列车位于区段1位置。
图3.1轨道电路区段及应答器
图3.2列车区间行驶模式下LCD界面
应答器配置模块如图3.3所示，可用于检测、修改应答器中相关信息。
图3.3应答器配置模块
站点副控制台轨道电路区段应答器存储的状态信息设计参数如表3.2所示。
表3.2轨道区段应答器状态信息
第一区段
第二区段
第三区段
第四区段
第五区段
第六区段
第七区段
第八区段
转弯
隧道
岔道
坡路
岔道
转弯
隧道
转弯
应答器配置模块与上位机通信遵循一定的数据协议，用于建立通信和应答器数据的写入，详见U盘根目录“YooDao\任务三\应答器配置通信协议.pdf”。
1．建立通信（2分）
将应答器配置模块与上位机连接，已知应答器配置模块与上位机通信的数据位为8，停止位为1，波特率和校验位未知，借助U盘根目录“YooDao\任务三\串口调试工具.exe”软件，测试出应答器配置模块与上位机通信的波特率及校验位，并将测试结果填写至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
2．数据写入与信息验证（8分）
借助“串口调试工具”软件及“应答器配置通信协议.pdf”文件，参看表3.2中各区段状态信息，完成对区段1-8应答器状态信息的写入。
利用U盘根目录“YooDao\任务三\应答器查询软件.exe”，配置正确的串口号，利用“1.建立通信”中测试的波特率和校验位，完成对区段1-8应答器状态信息的读取。
将区段1-8读取到的状态信息软件界面截图，命名为“图3-5-区段1”、“图3-6-区段2”、“图3-7-区段3”、“图3-8-区段4”、“图3-9-区段5”、“图3-10-区段6”、“图3-11-区段7”、“图3-12-区段8”，存放到U盘根目录“提交资料\任务三”中，并将截图粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
任务四应用设计（22分）
（一）PLC与人机交互界面设计（18分）
1.PLC顺序功能图绘制（2分）
（1）任务背景
某高铁车厢内有一个风扇控制系统，当现场温度>=30℃时，风扇打开，当现场温度<30℃时，风扇关闭。
一段时间后，发现风扇经常烧坏，最后发现是由于现场温度一直在30℃左右来回变动，造成风扇频繁启动，导致风扇发热烧坏。
为了改进风扇控制系统，在控制系统中实现：
当现场温度>=32℃时，风扇打开，当现场温度<=28℃时，风扇关闭，当温度>28℃且<32℃时，风扇维持上一个状态不变化。
在控制系统中加入滞回比较器功能，即：
当现场温度高于或者低于报警值（30℃）超过2℃，风扇才进行状态变化。
同时该系统具有检测温度、湿度参数功能，当温度或者湿度参数出现异常时（温度>=36℃，或者温度<=10℃，或者湿度>=80%），报警红色指示灯点亮。
一旦出现温度或者湿度参数异常，在系统复位前，即使参数异常消除，红色指示灯依然亮。
即：
一旦出现温度或者湿度参数异常，红色报警指示灯熄灭的条件是：
异常的参数恢复到正常范围，并且必须通过复位轻触按键进行复位。
（2）绘制时序图
根据采集到的温度值，利用滞回比较器进行风扇Q0.0控制。
同时根据采集到的温度、湿度值实现系统报警指示功能，I0.0为复位轻触按键输入口，按下按键I0.0=1，松开按键I0.0=0，下降沿复位有效：
复位按键按下后，再弹起时复位有效。
已知AIW0是采集到的温度数据（假设真实温度=AIW0/260.0-40.0单位：
℃），AIW1是采集到的湿度数据（假设真实湿度=AIW1/310，例如：
AIW1=3100，对应湿度=10%），Q0.0代表风扇（Q0.0置1，风扇开启；Q0.0置0，风扇关闭），Q0.1代表现红色报警指示灯（Q0.1置1，指示灯点亮；Q0.1置0，指示灯熄灭），根据输入信号I0.0、AIW0、AIW1的波形，在提供的“PLC时序图答题纸”上画出梯形图程序中Q0.0、Q0.1的时序波形。
利用WPS/Visio绘制或者利用提供“PLC时序答题纸”绘制均可。
如果利用WPS/Visio绘制（“PLC时序答题纸”
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