中职组“通信与控制系统集成与维护”赛项
赛题库
通信与控制系统集成与维护赛项专家组
2021年12月
根据附件资料中提供的“技术平台接线图”等资料，完成PLC（可编程逻辑控制器）、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。
1.使用“STEP7MicroWINSMART”编程软件把U盘根目录“竞赛资料\模块一”中的“PLC测试程序.smart”下载到PLC并运行，按照样图布局对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\模块一”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.smart已加密，但不影响下载)
2.将U盘根目录“竞赛资料\模块一”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\模块一”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
数据1
数据2
数据3
照明灯
报警灯
风机
烟雾
按下烟雾模块上黑色按钮10S，松开前烟雾状态
/
进入第二界面
点击X1
点击X2
点击X3
1．无线路由器的配置
★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、WPA加密模式的“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
Wi-Fi名称
竞赛资料_AB_工位号
99号工位：竞赛资料_TXKZ_99，
工位号<10时，十位用0填充
Wi-Fi密码
自行设置（长度<=10位）
安全模式
WPA2PSK
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
在通信与控制实训平台中，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“无线网络连接详细信息”窗口进行截图，图片命名为“图2-3-控制中心IP地址”，进入智能终端控制器->设置->WLAN，点击平台对应的Wi-Fi名称后，通过适当操作，将包含智能终端控制器IP地址的界面进行截图，图片命名为“图2-4-智能终端控制器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2-5-附加电脑IP地址”，存放到U盘根目录“提交资料\模块二”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
设备接口
备注
控制中心
WIFI
176.128.工位号.3
智能终端控制器
176.128.工位号.4
附加电脑
176.128.工位号.5
3．网络通信测试
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、附加电脑与智能终端控制器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2-6-控制中心与无线路由器”、“图2-7-附加电脑与智能终端控制器”命名，存放到U盘根目录“提交资料\模块二”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）
1.无线路由器的配置
★路由器配置连接网址：tplogin.cn；
★自己设置一个密码，8位由字母和数字组成。
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。
竞赛资料_TXKZ_工位号
99号工位：竞赛资料_TXKZ_99，工位号<10时，十位用0填充
去掉“不加密”勾选框，然后自行设置密码（长度<=10位）
8位数字和字母组成
频段带宽
20MHz
2.平台局域网搭建
在通信与控制实训平台中，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“无线网络连接详细信息”窗口进行截图，图片命名为“图2-3-控制中心IP地址”，进入智能终端控制器界面，将智能终端控制器静态IP地址的界面进行拍照，图片命名为“图2-4-智能终端控制器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2-5-附加电脑IP地址”，将人机交互IP地址配置完成界面进行拍照，图片命名为“图2-6-人机交互IP地址”，存放到U盘根目录“提交资料\模块二”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）
人机交互
网线
176.128.工位号.6
3.网络通信测试
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、附加电脑与智能终端控制器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2-7-控制中心与无线路由器”、“图2-8-附加电脑与智能终端控制器”命名，存放到U盘根目录“提交资料\模块二”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）
（三）平台网络配置
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.docx”指定位置。
ZZ_TXKZ_工位号
99号工位：ZZ_TXKZ_99，
DHCP服务器
地址池开始地址：176.128.工位号.110
地址池结束地址：176.128.工位号.200
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“无线网络连接详细信息”窗口进行截图，图片命名为“图2-3-控制中心IP无线地址”；将控制中心“网络连接详细信息”窗口进行截图，图片命名为“图2-4-控制中心IP有线地址”；将树莓派（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”；用STEP7-MicroWINSMART软件搜索PLC，将包含PLCIP地址界面进行截图，图片命名为“图2-7-PLCIP地址”；将人机交互IP地址配置完成界面进行拍照，图片命名为“图2-8-人机交互IP地址”，存放到U盘根目录“提交资料\模块二”中，并将图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.docx”指定位置。（要求图片包含完整的IP地址信息）
192.168.3.2
列控中心
PLC
192.168.3.100
192.168.3.101
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2-9-控制中心与无线路由器”、“图2-10-附加电脑与列控中心”命名，存放到U盘根目录“提交资料\模块二”中，并将图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.docx”指定位置。（要求将命令提示符整个窗口截图）
对智能终端控制器进行配置（详见表2.3），并成功连接控制中心，保证智能终端控制器各项功能正常运行。在智能终端控制器上对配置界面进行拍照截图，命名为“图2-8-智能终端控制器配置”；在控制中心计算机上对连接成功界面截图，命名为“图2-9-连接成功”。两张图片存放到U盘根目录“提交资料\模块二”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
端口号
轨道电路通信
ttyAMA4
9600
列车通信
ttyAMA5
115200
服务器通信
自行设置
8080
参数设置
位置识别通信
9600，数据位8，停止位1，无校验
被控模块通信
115200，数据位8，停止位1，无校验。
（三）智能终端控制器配置
对智能终端控制器进行配置（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node-red界面上进行轨道电路通信、列车通信、服务器通信配置，并进行拍照截图，命名为“图2-11-轨道电路通信”、“图2-12-列车通信”、“图2-13-服务器通信”；在控制中心计算机上对连接成功界面截图，命名为“图2-14-连接成功”。四张图片存放到U盘根目录“提交资料\模块二”中，并将图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.docx”指定位置。
COM4
COM5
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。
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“竞赛资料\模块二\485通信协议.pdf”文件。数据监控软件详见“竞赛资料\模块二\数据监控软件.exe”。网络调试助手详见U盘根目录“竞赛资料\模块二\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
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2-10-485开始工作”，存放到U盘根目录“提交资料\模块二”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
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2-11-客户端连接成功”，存放到U盘根目录“提交资料\模块二”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
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
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。
（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\模块二”中。
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。将显示“485通信成功”字样整个数据监控软件界面截图，命名为“图2-10-485通信成功”，存放到U盘根目录“提交资料\模块二”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
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。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
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”。设定完成后，当光照值大于400Lux时，数据监控软件LED灯自动熄灭；当光照值小于300Lux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300-400Lux之间时，数据监控软件LED灯维持上一个状态不变化。
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。现采用高铁主控制台模拟列车监控室，附加电脑模拟列车车厢，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。
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“竞赛资料\模块二\485通信协议.pdf”文件。数据监控软件详见“竞赛资料\模块二\数据监控软件.exe”。网络调试助手详见U盘根目录“竞赛资料\模块二\网络调试助手.exe”。
1.配置与连接485通信模块
高铁主控制台正确连接485模块，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。将显示“485通信成功”字样界面截图，命名为“图2-9-485通信成功”，存放到U盘根目录“提交资料\模块二”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。
在附加电脑上打开数据监控软件，正确配置列车车厢IP地址及端口号，开启服务。平台电脑作为客户端，在主控平台电脑上打开网络调试助手，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”字样界面截图，命名为“图2-10-客户端连接成功”，存放到U盘根目录“提交资料\模块二”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。
已知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。利用监控室主控电脑网络调试助手，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。
485模块将真实环境光照值实时上传给数据监控软件，当列车车厢当前光照值低于设定值时，数据监控软件给485模块发送点亮LED灯指令，点亮485模块板载4路LED灯。当光照值高于设定值时，485模块板载4路LED灯熄灭。当联动控制开关打开时，数据监控软件“状态显示”区可以显示485模块板载4路LED灯状态。
1.配置与连接485模块（5分）
（1）模块信息测试。用USB转485通信线连接485模块，打开串口调试助手。已知485模块默认地址为0x01(拨码开关可用于设定模块地址,设置方法见（2）)，数据位8，停止位1，无校验。请利用通信协议中的“模块信息”进行测试，测试出模块默认的波特率，并将模块返回的数据进行分析，将波特率、模块版本、生产批号填写至答题卡指定位置。
（2）地址设定。485模块拨码开关可用于设定模块地址。现需要将模块地址设置为0x12，设定完成后需将485模块重新上电生效。已知拨码开关1-8代表地址数据从低位到高位的1-8位，拨至ON代表1，没有拨至ON代表0。设定完成后，将设定结果填写至答题卡指定表格中。（注意：模块拨码开关必须设定为0x12，才可进行后续操作）
2.数据采集（6分）
485模块波特率修改完成后，打开数据监控软件并打开串口，此时可利用按键手动获取传感器数据，获取的数据会显示软件接收窗口中。按下key1按键，模块主动发送一条包含5组温度数据的协议；按下key2按键，模块主动发送一条包含5组湿度数据的协议；按下key3按键，模块主动发送一条包含5组光照数据的协议；按下key4按键，模块主动发送一条包含5组单片机片内温度数据的协议。将得到的5组数据，去掉一个最大值，去掉一个最小值，剩余的三组取平均值，取小数点后2位（四舍五入）。将得到的最终温湿度、光照、单片机片内温度数据，填写至答题卡指定位置。（注意：计算得到的传感器数据为固定值，与真实环境无关；波特率必须设定为115200，地址必须设定为0x12，才能正常使用数据获取功能）
（2）自动模式。利用数据监控软件发送“自动模式”协议，可使模块进入自动上传数据模式。此时，切换至软件数据获取界面，会显示读取到的温度、湿度、光照数据。将读取到数据的软件界面截图，图片命名为“图2-11-数据获取”，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。（注意：软件显示的传感器数据为固定值，与真实环境无关；波特率必须设定为115200，地址必须设定为0x12，才能正常使用数据获取功能）
3.光照值设定
（1）在自动模式下，打开教室电脑数据监控软件网络服务功能，此时可通过监控室电脑网络调试助手，设定教室光照值，联动开关设定为“开”。光照值设定采用滞回比较器方式，设定值下限为L=300Lux，设定值上限为H=400Lux，滞回比较区间为Δ=100Lux。设定完成后，软件会根据自动模式下获取到的光照值进行判断，进而控制软件上的指示灯。当光照值低于下限时，指示灯点亮；当光照值高于上限时，指示灯熄灭；当光照值处于比较区间中，指示灯维持上一状态。将设定完成后联动控制界面截图，图片命名为“图2-12-联动控制”，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）利用给定的“CRC计算器”分析光照值设定协议采用了哪种CRC校验，将校验方式填写至答题卡指定位置。
（五）典型通信系统调试
背景：某车站包含智能温控系统，新风室和回风室安装有管道温湿度传感器，以监测室外新风和车站内的温度以及湿度。车站同时包含智能照明系统，系统包括光线感应器、照明设备等。利用智能温控系统和智能照明系统可以实现对车站环境状态的智能控制，使得车站环境始终处于较为舒适的环境之中，并最终实现节能减排的目的。（管道温湿度传感器一般安装在新风室和回风室的墙壁上）
智能照明控制系统根据运营时段和自然光照强度对站厅层照明设备进行自动控制，用485模块D1-D4指示灯模拟站厅层照明设备。在每天高峰运营时段，车站的客流量比较大，站厅层照明设备全部开启；在一般运营时段，比较光照强度传感器数据与系统预设值422Lux，现场实际光照强度值低于预设值时自动开启D1-D4照明设备，现场实际光照强度值高于预设值时只开启D1-D3照明设备；在每天停运前，需要清扫公共区，进入清扫模式后只打开D1照明设备；在深夜，车站进入停运状态，所有照明设备关闭，即D1-D4熄灭。
智能温控系统采用滞回控制功能，当回风室温度高于预设值32℃时，新风系统开始送风，以达到降温的效果，当回风室温度低于预设值31℃时，新风系统停止送风。现场可以用提供的小风扇对温湿度芯片进行降温。（假设，室外新风温度小于30℃）
车站监控室用USB转485通信线连接485模块，打开串口调试助手。利用拨码开关设定模块地址为0x0003，波特率为9600。然后发送建立通信协议，建立通信成功后，模块会回复字符“MCU-OK”。将包含串口信息、发送数据和模块回复数据（字符）的串口助手界面进行截图，图片命名为“图2-15-建立通信”，并将图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.docx”指定位置。
2.数据获取
利用串口助手给模块发送数据获取指令，发送成功后，模块会每隔1S自动发送当前温度、湿度、光照数据、新风系统打开状态(ON/OFF/NUL)，数据为字符形式，每种数据之间以逗号隔开。将数据获取成功后的串口助手界面进行截图，图片命名为“图2-16-数据获取”，并将图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.docx”指定位置。
3.智能光照系统
（1）高峰运营时段
给485模块发送进入高峰运营时段指令，站厅层四个公共区照明全部开启，模块D1-D4指示灯全亮。
（2）一般运营时段
给485模块发送进入一般运营时段指令，并设置预设值422Lux。当遮住光线感应器，自然光低于422Lux时，站厅层四个公共区照明全部开启，模块D1-D4指示灯全亮；当不遮挡光线感应器时，自然光高于422Lux，打开D1-D3指示灯。（可使用usb小灯对光线感应器进行照射）
（3）清扫模式
给485模块发送进入清扫模式指令，此时只打开D1指示灯。
（4）停运状态
给485模块发送进入停运状态指令，此时所有灯具关闭，即D1-D4熄灭。
将以上高峰运营时段、一般运营时段、清扫模式、停运状态四个功能进行演示，并用摄像头进行录像，将视频命名为“视频2-1-智能光照系统功能演示”保存于U盘根目录“提交资料\模块二”中。
4.智能温控系统
（1）设定滞回控制预设值
给485模块发送设定滞回控制预设值指令，上限值32℃，下限值31℃。
（2）滞回控制开关
给485模块发送开启滞回控制指令，当开关打开时，滞回控制预设值有效，新风系统打开状态(ON/OFF)才能生效，否则为“NUL”字样。用手按住温湿度传感器，模拟温度上升，当温度大于32℃时，模块返回数据中新风系统打开状态变为ON，把手从温湿度传感器上拿开，模拟温度下降，当温度小于31℃时，模块返回数据中新风系统打开状态变为OFF。（可使用小风扇对温湿度传感器进行降温）
将以上设定滞回控制预设值、滞回控制开关功能进行演示，并用摄像头进行录像，将视频命名为“视频2-2-智能温控系统功能演示”保存于U盘根目录“提交资料\模块二”中。（如无法改变模块温度到31℃以下或32℃以上，也可自行设置上限值和下限值以实现滞回控制功能要求）
U盘根目录“竞赛资料\模块二\通信拓扑图绘制\素材”目录下有控制中心、无线路由器、智能终端控制器、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
（1）通信拓扑图
根据U盘根目录“竞赛资料\模块二\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2-14-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“竞赛资料\模块二\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
绘制控制中心、无线路由器、智能终端控制器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2-15-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
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2-16-485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。
（二）通信拓扑图及设计（配置）方案
U盘根目录“竞赛资料\模块二\通信拓扑图绘制”目录下有设备图片，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
根据U盘根目录“竞赛资料\模块二\CAN通信\CAN通信网络规则要求说明.pdf”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2-17-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.docx”指定位置。
根据U盘根目录“竞赛资料\模块二\CAN通信\CAN通信网络规则要求说明.pdf”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.docx”指定位置填写。
2.通信网络一
假设控制中心发送进出站指令到列控中心，点阵屏上显示“允许进站”字样，轨道电路相应区段信号机变为绿灯，绘制控制中心、无线路由器、列控中心、点阵屏、轨道电路的无线通信网络拓扑图。Wifi和短距离无线通信Zigbee划线时采用虚线连线，箭头需标注出允许进站的传送方向，无粗细要求，并在线上标注通信方式。485通信属于差分信号传输，具有A，B两根信号线，划线时采用实线连线，A线和B线均需要标注信号机变灯数据传输方向，且A线为红色，B线为黑色，无粗细要求。将此拓扑图截图，命名为“图2-18-通信网络一拓扑”，并将图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.docx”指定位置。
例如：A和B设备采用WIFI形式进行通信，A将数据发送给B，示意图如图2.2所示。
例如：A和B设备采用485通信形式进行，A将数据发送给B，示意图如图2.3所示。
图2.3A和B设备通信示意图
3.通信网络二
假设控制中心通过无线获取列控中心传来的变灯和列车位置数据，同时控制中心通过串口给PLC发送查询温湿度和车门状态指令，波特率115200。人机交互界面、PLC、控制中心通过网线连接到交换机。人机交互界面通过有线网络获取PLC中各个寄存器的状态，控制中心可以通过有线网络监控PLC和人机交互界面实时状态。绘制PLC、控制中心、人机交互界面、列控中心、交换机、无线路由器网络拓扑图。将此拓扑图截图，划线时采用实线连线，无箭头要求，无粗细要求，并在线上标注通信方式（串口、WIFI、网络），串口需标注通信波特率，命名为“图2-19-通信网络二拓扑”，并将图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.docx”指定位置。
1.WIFI模块配置
利用AT指令集，按照如下表格，配置WIFI模块的名称、密码、TCP类型、IP地址、网络模式。配置完成后，将电脑连接至WIFI模块建立的热点，并利用网络调试助手进行测试。
WIFI名称
ChinaSkills-设备编号
密码
自定义
TCP类型
tcp-server
192.168.3.1
网络模式
AP
2.NB-IOT模块配置
将NB-IOT模块通过串口与电脑相连，利用串口调试助手，使用9600,N,8,1配置后打开串口，给模块上电，收到开机信息即为连接成功。利用AT指令集，按照如下表格，查询并配置NB-IOT模块。
透传云地址
117.60.157.137端口为5683
发送数据
0x030x010x010x010xFF
查询模块IEMI号
查询模块SN号
1．继电器电路板（空板）焊接
根据提供的资料（U盘根目录“竞赛资料\模块三\继电器原理图.pdf、继电器装配图.pdf和继电器元器件清单.pdf”）把继电器电路焊接完成。
如果装配焊接无误，则安装好RF-CC2530核心板，打开电路板电源开关，8路继电器指示灯全亮，过3秒钟，8路继电器指示灯全灭。将“上电，指示灯全亮，3秒后指示灯全灭”的过程进行录像，将视频命名为“视频3-1-继电器电路板焊接.wmv”，保存到U盘根目录“提交资料\模块三”中。
2．电路板排故
（1）任务描述
背景：某科技公司项目小组初步设计出了继电器模块和RS485通信模块两款样品。原理图请查看附件资料模块四种继电器模块原理图1.pdf和485模块原理图.pdf。
《继电器模块功能》：①电路板可由两路24VDC电源同时供电，保证电路板的可靠工作；②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LED11-18也依次循环点亮；③SW2闭合时，8路继电器全部断开，对应的指示灯LED1-LED8一直处于熄灭状态；SW2断开后，指示灯LED1-LED8恢复循环点亮状态；④电路板具有温度检测报警的功能，测量温度值>25℃,继电器K9常开触点闭合，测量温度<15℃时，继电器K9常开触点断开。
《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“竞赛资料\模块三”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/元器件选型故障/焊接故障，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：继电器有4处故障；485模块维修涉及两个元件，算作1处故障）
表3.1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：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\模块三”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《继电器模块功能》中的②③功能进行依次连续演示，并用摄像头进行录像，将视频命名为“视频3-2-继电器功能演示.wmv”保存于U盘根目录“提交资料\模块三”中；将485模块控制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3-3-485模块功能演示.wmv”保存于U盘根目录“提交资料\模块三”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。
1.电路板焊接
根据提供的继电器原理图、装配图及元器件清单将继电器电路板焊接完成。
2.电路板排故
背景：某科技公司项目小组初步设计出了继电器模块和RS485通信模块两款样品。原理图请查看附件资料模块四种继电器模块原理图2.pdf和485模块原理图.pdf。
《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）。
故障现象描述
故障点
排除后结果
1．继电器电路板焊接
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；
假如您是这个公司的一名测试工程师，现需要根据“竞赛资料\模块三”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：继电器有5处故障；485模块有1处故障）
将《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-继电器功能演示.wmv”保存于U盘根目录“提交资料\模块三”中；将485模块控制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\模块三”中。
（四）硬件故障检测与处理
（1）流水灯电路
根据提供的资料（U盘根目录“竞赛资料\模块三\流水灯电路元器件清单.pdf”）把流水灯电路焊接完成。焊接完成后，按照以下操作步骤表格1-4进行视频录制，将视频命名为“视频3-1-流水灯电路”保存于U盘根目录“提交资料\模块三”中。
表3.1流水灯电路操作演示表
步骤编号
操作演示步骤
时钟切换开关置于自动，拨码1-8全部拨至ON，旋钮旋逆时针旋至最慢档，打开电源开关
拨码6、7、8拨至OFF，点击“更新设定”按钮，旋钮顺时针缓慢旋转，直至旋至最快档
时钟切换开关置于手动，至少按下5次“手动触发”按钮
拨码开关2-8拨至OFF，点击“更新设定”按钮，至少按下6次“手动触发”按钮
（2）贴片元件焊接练习板
根据提供的资料（U盘根目录“竞赛资料\模块三\贴片元件焊接练习板元器件清单.pdf”）把贴片元件焊接练习电路焊接完成。焊接完成后，对电路板进行上电，将LED16、LED12、LED17、LED13、LED18、LED14、LED19、LED15依次点亮的过程进行录制，将视频命名为“视频3-2-贴片元件焊接练习板”保存于U盘根目录“提交资料\模块三”中。
背景：某轨道交通科技公司项目小组初步设计出了电机控制板和RS485通信模块两款样品（注意：模块样品并非成品，有可能存在设计问题）。电机控制板用于模拟仿真计算机联锁系统中列车电机的控制（电机类型为直流电机）。
《电机控制板》：
硬件接线：首先固定24V转5V、24V转12V电源模块，采用M4螺丝和螺母按照下图所示位置进行固定，并按照“+”、“-”指示将对应电源线进行焊接，然后将24V电源接入“24V输入接口”。
功能介绍：继电器K1和K2用于电机正反转控制，当继电器K1常开触点吸合，继电器K2常开触点断开时，控制接口COM和NO1接通，COM和NO2断开；当继电器K2常开触点吸合，继电器K1常开触点断开时，控制接口COM和NO2接通，COM和NO1断开。232接口用于和车载电脑进行通信，波特率9600，当车载电脑给控制板发送0x55时，继电器K1常开触点吸合，继电器K2常开触点断开，列车正向行驶；当车载电脑给控制板发送0xAA时，继电器K2常开触点吸合，继电器K1常开触点断开，列车反向行驶；当车载电脑给控制板发送0x00时，继电器K1常开触点断开，继电器K2常开触点断开，列车停止。车载电脑工作电压为5V，供电接口为“5V输出接口”。车载读写器工作电压为12V，供电接口为“12V输出接口”。5V输出接口可以外接USB小灯进行测试，USB小灯已放置在排故物料包中；12V输出接口用万用表电压档进行测试。
《485模块》：
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信号灯变化功能。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。（注意：只有在完成“（三）典型通信系统调试”中“1.配置与连接485模块”操作后，才可正常实现信号灯变化功能）
假如您是这个公司的一名测试工程师，现需要根据“竞赛资料\模块三\故障维修”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，找出电路板中的故障，可能包含设计或元器件选型或焊接等故障，并进行维修处理（必要时可以对电路板上的铜线进行断开、飞线等操作）。将故障定位以及故障处理方法填写到表3.1中。（提示：电机控制板有4处故障；485模块有1处故障）
表3.1故障排查记录表
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
选用相应的电子元器件进行故障维修。将电机控制板上电后的正反面拍照，图片分别命名为“图3-1-电路板排故正面”、“图3-2-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\模块三”中，并粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.docx”指定位置。
将《电机控制板》按照下表步骤进行演示，并用摄像头进行录像，将视频命名为“视频3-3-电机控制板功能演示”保存于U盘根目录“提交资料\模块三”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3-4-485模块功能演示”保存于U盘根目录“提交资料\模块三”中。
表3.2电机控制板操作演示表
接入24V电源，将SW1拨动开关置为ON
用USB转232线连接电脑和电机控制板，
在电脑端打开串口调试助手，波特率设置为9600，打开串口
勾选“HEX显示”和“HEX发送”
发送数据0x55，查看电机控制板状态
发送数据0xAA，查看电机控制板状态
6
发送数据0x00，查看电机控制板状态
7
将USB小灯插到USB口，查看USB小灯状态
8
用万用表测量P6处12V输出口电压
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无质量问题的备件，竞赛过程中不得再申领元器件。
轨道电路区段射频标签（应答器）存储的状态信息设计参数如表3.2所示。
表3.2轨道区段射频标签（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
岔道
坡路
隧道
射频标签（应答器）配置模块与上位机通信遵循一定的数据协议，用于建立通信和射频标签（应答器）数据的写入，详见U盘根目录“竞赛资料\模块三\射频标签（应答器）配置通信协议.pdf”。
1．建立通信
将射频标签（应答器）配置模块与上位机连接，已知射频标签（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“竞赛资料\模块三\串口调试工具.exe”软件，测试出射频标签（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
借助“串口调试工具”软件及“射频标签（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射频标签（应答器）状态信息的写入。
利用U盘根目录“竞赛资料\模块三\射频标签（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射频标签（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\模块三”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。
专用射频标签（应答器）配置模块与上位机配置软件一起，可以查询、改写射频标签（应答器）存储的信息，以便于提示车辆当前的当前的道路信息。
信息查询
维护人员到现场以后，发现专用的射频标签（应答器）读卡器只能读信息，即只是个查询软件了，只好临时借用某物业公司的读写器，用于对我们的发现的射频标签（应答器）错误信息进行更正。
参考文件中，有该型号写卡器的使用说明，包括通信协议，设备启动，设置密钥，读写区域等等，也有射频标签（应答器）使用的信息在RFID卡中的区域及信息定义等，我们利用这些信息，就可以读取我们标识卡中的内容并发现信息有误的标识卡，再改正。
信息更正
借助“串口调试工具”软件及“xx公司读写器使用说明.pdf、友道公司射频标签（应答器）数据格式.pdf”文件，参看表3.2中各区段状态信息，完成对区段1-8射频标签（应答器）状态信息的写入。
利用U盘根目录“竞赛资料\模块三\射频标签（应答器）查询软件.exe”，配置正确的串口号，波特率115200bps，完成对区段1-8射频标签（应答器）状态信息的读取。
（三）射频标签检测与处理
站点副控制台轨道电路区段应答器存储的状态信息及通信协议如表3.2所示。校验为从数组的第1个元素到第5个元素求和的值取低8位再取反，第1个元素到第5个元素数据在下表中已标黄。限速数据均为十进制。数组第5个元素中，保留位默认为0，如果有相应特殊指令，则对应位置为1，否则为0。
表3.2轨道区段应答器状态信息及通信协议
图3.4某地区站场图
上图所示为某地区站场图，表3.2中“应答器名称”一栏为编号（区段）01-08的应答器。VB为有源应答器，用于存储最高限速、固定限速、扣车、跳停、临时限速、列车位置校准、通信升级等信息；FB为无源应答器，用于存储最高限速、固定限速数据、列车位置校准。应答器在图中已标出（红色字体），所有应答器均位于下行轨道上。固定道岔直轨限速和固定道岔侧轨限速值和道岔型号有关，此线路采用的型号要求所有无源应答器和有源应答器的固定道岔直轨通过限速为50km/h，固定道岔侧轨限速为25km/h。
扣车和跳停命令为互锁关系，当扣车命令有效时，跳停命令失效。VB1005所在区段需要扣车操作，VB1001和VB1003需要跳停操作。
因为VB1003后要经过弯道，临时限速指令有效，其余VB有源应答器临时限速指令无效。弯道半径为1500米，为了防止列车脱轨，要求区段最高限速值为55km/h。FB1001、FB1003、VB1001、FB1005区段最高限速为80km/h；VB1005、FB1007、FB1009因为要经过道岔，区段最高限速值为50km/h。
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，无校验，波特率未知，借助串口调试助手，发送十六进制数据CC0000000000FFFF测试出应答器配置模块与上位机通信的波特率，当波特率符合要求时，模块会回复字符串“MCU-OK”。将测试结果填写至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.docx”指定位置。（注意：只有建立通信成功后，才可读取写入应答器数据，否则刷卡不会伴有“滴”的提示声）
利用串口调试助手，参看表3.2内容和试题背景，完成对编号（区段）1-8应答器状态信息的写入。（注意：只有建立通信成功后才可进行数据写入与信息验证，写入成功应答器会自动回复字符串“Write-OK”）
利用U盘根目录“竞赛资料\模块三\应答器查询软件(2021年国赛版).exe”，配置正确的串口号，利用“1.建立通信”中测试的波特率，完成对区段1-8应答器状态信息的读取。
选手打开串口，将区段1-8应答器依次读取，软件界面依次显示出所有区段信息，将包含区段1-8信息的软件界面截图，以“图3-5-射频标签检测处理”命名，存放到U盘根目录“提交资料\模块三”中，并粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.docx”指定位置。
模块四控制系统应用设计
（1）任务背景
顺序功能图又称流程图。它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，顺序控制功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言。顺序功能图的详细描述，请参看U盘根目录“竞赛资料\模块四\顺序功能图说明.pdf”。
（2）功能描述
要求：按下按钮SB1，电机KM1、KMY启动并正转；2秒后，KMY断开，电机KM△接通，并一直运行；按SB2，电机停止运作。
I/O分配：如表4.1所示。
表4.1I/O分配表
输入信号
信号元件及作用
I0.0
I0.1
SB1：正转
SB2：停止
输出信号
控制对象及作用
Q0.0
Q0.2
Q0.3
KM1
KM△
KMY
请利用WPS/Visio绘制顺序功能图，并将绘制完成的顺序功能图截图。图片命名为“图4-1-顺序功能图”，并粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。（注意:顺序功能图颜色不做要求）
某项目小组承接了某路口红绿灯控制系统的设计工作。红绿灯采用PLC进行控制，人机交互界面用来进行红绿灯系统管理与控制。现根据设计要求，完成如下功能。（提示：所需的图片资源在U盘根目录“竞赛资料\模块四\素材”中,详细功能可参看U盘根目录“竞赛资料\模块四\红绿灯控制系统.mp4”。）
（1）系统登陆
图4.1红绿灯控制系统主界面
图4.2访客
图4.3操作员
图4.4管理员
图4.5错误提示
设计访客、操作员、管理员三种按钮，如图4.6所示。点击相应的按钮，弹出相应窗口。已知权限等级为管理员>操作员>访客，管理员可以点击所有按钮，操作员可以点击除管理员之外的按钮，访客只能点击访客按钮。若无权限，弹出提示窗口。
图4.6用户类型界面
（2）红绿灯控制系统-正常模式
在“用户类型界面”点击“访客”或“操作员按钮”，进入红绿灯控制系统界面，如图4.7所示。十字路口南北及东西方向均设有红、黄、绿三个信号灯，三种颜色的灯按照红、黄、绿顺序竖向排列。左下角为总控制开关，控制信号灯是否开始工作，初始状态下，总控制开关处于关闭状态。右上角为模式切换区，红绿灯控制分为四种模式：正常模式、行人过街模式、警示模式、领导视察模式。通过项目选单元件，进行模式选择。注意：访客模式下无总控制开关和模式切换功能；初始状态下总控制开关处于关闭状态，此时切换模式，信号灯依旧处于熄灭状态，需要将上述两项功能体现在录制视频中。
图4.7红绿灯控制界面
表4.2红绿灯控制顺序表
（3）红绿灯控制系统-行人过街模式
人机交互界面可实时显示当前信号灯状态。
（4）红绿灯控制系统-警示模式
在警示模式下，东西南北方向信号灯均为黄灯闪烁状态，人机交互界面可实时显示当前信号灯状态。
（5）红绿灯控制系统-领导视察模式
在领导视察模式下一个方向信号灯状态为常绿，另外一个方向信号灯状态为常红。点击项目选单元件，当切换为领导视察模式时，各个方向指示灯均处于熄灭状态，“东西”、“南北”字体旁出现绿色小按钮，如图4.8所示。当点击对应的按钮时，对应方向信号灯变为绿灯，与此同时，另外一个方向信号灯变为红灯。两个方向红绿灯控制效果均要体现在录制视频中。
图4.8领导视察模式
（6）管理员系统
图4.9管理员界面
图4.10系统锁定界面
将上述（1）-（6）步骤录制1个完整的视频，记录整个演示过程，视频命名为“视频4-1-红绿灯控制系统”保存于U盘根目录“提交资料\模块四”中。
表4.1通信协议
数据协议
字节
解释
CC01020100FF
CC
帧头
01
02
ID号
命令
00开关门指示灯亮3S
01开关门指示灯同时闪烁
02开关门指示灯交替闪烁
03报警灯、照明灯常亮
04循环点亮
00
数据位
FF
帧尾
具体要求:
（1）初始状态。初始时报警灯、照明灯、左侧门开启指示灯、左侧门关闭指示灯均处于关闭状态。
命令数据解析：
00：当PLC接收到00命令时，左侧门开启指示灯、左侧门关闭指示灯亮起3秒后熄灭；
03：当PLC接收到03指令时，报警灯、照明灯点亮；
（3）左侧开门按钮控制功能。短暂按下开左侧门按钮，此时报警灯、照明灯、左侧门关闭指示灯、左侧门开启指示灯全部点亮。长按开左侧门按钮5S后，此时报警灯、照明灯、左侧门关闭指示灯、左侧门开启指示灯停止所有状态，全部熄灭。
编写完成后，将程序源文件保存至桌面，文件命名为“PLC开关门按钮控制设计”，通过PPI电缆，将程序下载至PLC中。按照上述三个步骤进行演示，并用摄像头进行录像，记录整个演示过程，视频命名为“指令发送及开关门按钮控制演示.wmv”保存于U盘根目录“提交资料\模块四\PLC”中。
打开电脑桌面人机交互界面开发环境，选择正确的机型；连接方式为USB线，进入编辑界面。实现下述功能。
（1）用户购票系统界面及功能设计
利用人机交互界面编程软件进行用户购票系统界面设计，初始化界面如图4.1所示。将设计完成后的运行界面截图，以“图4-1-用户购票系统初始化界面”的形式命名，存放到U盘根目录“提交资料\模块四\人机交互界面”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。点击用户注册按钮出现用户信息界面，点击购票按钮出现车票查询界面。
图4.1用户购票系统初始化界面
（2）用户购票系统界面及功能设计
创建新窗口，进行用户信息界面设计，用户信息初始化界面如图4.2所示。任意输入用户名（只能为数字）与密码（只能为数字），出现注册完成按钮，如图4.3所示，点击注册完成按钮返回用户购票系统界面。用摄像头将此过程进行录像，记录整个演示过程，视频命名为“用户信息注册.wmv”保存于U盘根目录“提交资料\模块四\人机交互界面”中。
图4.2用户信息初始化界面
图4.3用户信息注册完成
（3）车票查询界面设计
点击用户购票系统界面“购票”按钮，进入车票查询界面。车票查询初始化界面如图4.4所示。选择出发地与目的地（北京-上海），点击查询按钮，出现车票信息界面如图4.5所示，再次点击查询按钮，关闭车票信息界面，选择出发地与目的地（上海-北京）点击查询按钮，出现车票信息界面如图4.6所示。出发地与目的地及车票信息如图4.5~4.6所示。若已经注册过用户信息，则点击可预定的车票，出现支付页面，若未注册用户信息，则出现用户信息界面，注册完成后，则可以返回主界面，继续购票。点击可预定的车票，出现支付页面。用摄像头将此过程进行录像，记录整个演示过程，视频命名为“车票查询功能设计.wmv”保存于U盘根目录“提交资料\模块四\人机交互界面”中。
图4.4车票查询初始化界面
图4.5北京-上海车票信息界面
图4.6上海-北京车票信息界面
（4）支付页面界面设计
创建新窗口，进行支付页面界面设计，在车票信息界面点击预定按钮，支付页面界面显示对应的车票信息，如图4.7~4.8所示。点击确认并支付按钮，再点击支付完成按钮，返回用户购票系统界面。用摄像头将此过程进行录像，记录整个演示过程，视频命名为“支付页面设计.wmv”保存于U盘根目录“提交资料\模块四\人机交互界面”中。
图4.7G101支付页面
图4.8G104支付页面
界面及功能完成后，将完成的工程文件保存于U盘根目录“提交资料\任务\人机交互界面”中，文件名称为“用户购票系统界面设计”。
（1）打开编程软件，新建一个工程，命名为“人机交互通讯”，在工程中完成要求描述的程序设计，保存到U盘根目录“提交资料\模块四\PLC程序设计”文件夹中并下载到PLC中运行。
要求：
把采集到的温度进行转换后的数值上传到人机交互界面进行显示。详细说明请参看“4.2人机交互界面设计”。
注意：温度换算公式：温度=读取值/260.0-40.0单位：℃
①初始状态。初始时报警灯、照明灯、左侧门开启指示灯、左侧门关闭指示灯均处于关闭状态，且点击开左侧门按钮、关左侧门按钮操作均无效。
④左侧开关门按钮控制功能。在左侧开关门按钮状态有效时，点击开左侧门按钮，此时左侧门关闭指示灯熄灭，左侧门开启指示灯亮起，照明灯打开，报警灯闪烁3S；点击关左侧门按钮，此时左侧门开启指示灯熄灭，左侧门关闭指示灯亮起，照明灯关闭，报警灯闪烁3S。
编写完成后，将程序源文件保存至桌面，文件命名为“PLC开关门按钮控制设计”，通过PPI电缆，将程序下载至PLC中。按照上述三个步骤进行演示，并用摄像头进行录像，记录整个演示过程，视频命名为“开关门按钮控制演示.wmv”保存于U盘根目录“提交资料\模块四\PLC”中。
注意：设备上4个按钮是自恢复按钮，程序需要具有自锁功能；PLC中要一直保留此程序。
命令（01代表按钮有效、02代表按钮无效）
界面及功能完成后，将完成的工程文件保存于U盘根目录“\提交资料\模块四\人机交互界面”目录下，并将程序下载到人机交互界面中。
顺序功能图又称流程图。它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，顺序控制功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言。顺序功能图的详细描述，请参看U盘根目录“竞赛资料\模块四\PLC程序设计\顺序功能图说明.pdf”。
请利用WPS/Visio绘制顺序功能图，并将绘制完成的顺序功能图截图。图片命名为“图4-1-顺序功能图”，保存在U盘根目录“提交资料\模块四\PLC程序设计”中，并粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。（注意:顺序功能图颜色不做要求）
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”电子档文件在“竞赛资料\模块四\PLC程序设计”目录下)，将时序图截图，如果利用提供的铅笔和答题纸绘制，将绘制完成的时序图进行拍照。图片命名为“图4-2-时序图”，保存在U盘根目录“提交资料\模块四\PLC程序设计”中，并粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
表盘下方为通信波特率设定区，波特率选项为2400、9600、19200，默认波特率为2400。如果管理员密码输入错误，修改的波特率不生效，不能成功设置人机交互界面通信波特率，并弹出设定失败窗口，如图4.3所示。选择波特率19200，输入管理员密码333，点击设置按钮后管理员密码恢复至000，并弹出设定成功窗口，如图4.4所示。
图4.3波特率设定失败
图4.4波特率设定成功
三种用户分别为监考员1、监考员2、管理员。监考员1默认密码为111，监考员2默认密码为222，管理员密码为333。输入正确密码，弹出进入按钮，如图4.5所示。点击按钮可跳转至“选择用户类型”界面。输入错误弹出错误提示窗口，如图4.6所示。
图4.6登陆失败错误提示
已知PLC和人机交互软件均需设定的波特率为19200，两种程序均下载后，若两者波特率设置不一致，则触摸屏弹出“PLCNoResponse”窗口如图4.7所示，如果设定正确，触摸屏不弹出“PLCNoResponse”窗口。
图4.7PLCNoResponse界面
设计监考员1、监考员2、管理员三种按钮，如图4.8所示。已知权限等级为管理员>监考员1=监考员2，管理员可以点击所有按钮。监考员1和监考员2权限平级，但只能点击自己的按钮。若无权限，弹出提示窗口。点击监考员1或监考员2按钮，跳转至“监考员管理界面”。
图4.8选择用户类型
（2）考生考试管理功能设计
①监考员1界面及功能设计
图4.9监考员1初始化界面
表4.2考生信息
座位
准考证号
身份证号
姓名
性别
1234
12345
易中天
男
1235
12346
郭德纲
03
1236
12347
于谦
04
1237
12348
孙俪
女
05
1238
12349
刘涛
06
1239
12350
刘德华
07
1240
12351
周华健
08
1241
12352
刘嘉玲
②监考员2界面及功能设计
图4.13监考员2初始化界面
（3）管理员管理系统功能设计
点击系统锁定按钮，进入锁定界面，此时密码输入窗口显示000，如图4.18所示。超级用户密码用于进行系统的解锁，和管理员密码不同。在密码输入窗口输入666，右下角弹出解锁图标，点击解锁图标完成系统的解锁，跳转至管理员管理界面。再次点击系统锁定按钮，系统锁定界面密码输入框恢复为000，右下角无解锁图标。注意：再次点击系统锁定按钮操作需体现在录制视频中。
选择用户，输入密码，点击“更改密码”按钮，可以实现对应用户密码的修改，这里以修改监考员2密码作为演示。更改密码后，系统强制跳转至初始界面，选择监考员2，输入更改后的密码，弹出按钮，点击按钮可跳转至“选择用户类型”界面。
图4.17管理员管理界面
图4.18系统锁定界面
（4）功能录制
①将上述1-3步骤使用提供的oCam录屏软件，只需录制在线模拟窗口所显示的功能，涉及主控制台的功能无需操作和录制，视频命名为“视频4-1-考生考试管理系统1”；
将以上两个视频保存于U盘根目录“提交资料\模块四\应用设计”中。
保持上一个任务的接线不动，打开控制中心软件和智能终端控制器软件，完成平台整体连通。当列车位于出站模式时，推动列车至站台位置，实现以下控制：
（1）初始状态。初始状态时，所有执行设备均处于熄灭状态。当列车行驶至站台位置时，照明灯常亮。
（2）开关门按钮控制。当列车位于站台时，按下开左侧门按钮，左侧门开启指示灯和报警灯亮5S后熄灭，按下关左侧门按钮时，左侧门关闭指示灯和报警灯亮5S后熄灭。左侧门关闭时，控制中心出站指令按钮可以点击，点击出战按钮，完成列车出站操作。
通信协议详见U盘根目录“竞赛资料\模块四\PLC\通信协议.pdf”。编写完成后，将程序源文件保存至桌面，文件命名为“PLC进出站控制设计”，通过PPI电缆，将程序下载至PLC中。按照上述三个步骤进行演示，并用摄像头进行录像，记录整个演示过程，视频命名为“PLC进出站控制演示.wmv”保存于U盘根目录“提交资料\模块四\PLC”中。
打开电脑桌面人机交互界面编程软件，机型根据编程软件进行选择；下载方式为USB线下载，点击编程软件中的编辑选项进入编辑界面。所需的图片资源在U盘根目录“竞赛资料\模块四\人机交互界面\人机交互界面素材”中。
（1）模拟模式数据显示与控制界面设计
利用人机交互界面编程软件进行数据显示及控制界面和数字键盘设计，运行初始化如图4.1-4.2所示，数字键盘如图4.3所示。
图4.1数据显示及控制1界面
图4.2数据显示及控制2界面
图4.3数字键盘
（2）数据显示与控制界面功能设计
数据显示控制1界面及数据显示控制2界面，显示温度湿度以及光照3个数据，同时用按钮控制3个数据的2个模式（模拟模式与真实模式）的切换，模拟模式为模拟的3个数据（可以手动输入也可用其他元件来控制写入数据,2种方式数据不互相干扰），真实模式为显示PLC端实时采集的3个数值，在这2种模式下，实时进行3个数据数值大小的比较，按照由大到小的顺序排序。初始化模式为模拟模式，当前温湿度及光照的数值为0。如图4.1-4.2所示。
初始化为模拟模式，如图4.1所示，当点击模拟模式按钮，切换到真实模式时显示从PLC端采集的3个数据并实时进行大小的比较，如图4.4-4.5所示。
图4.4真实模式下数据显示及控制1界面
图4.5真实模式下数据显示及控制2界面
在2界面上，点击真实模式按钮，切换到模拟模式时，使3个数据为0，返回到界面1，使用自己设计的数字键盘输入相应的模拟数值（以这3个数据为例，温度：55.64，湿度10.34,光照26），实现3个数据的比较，显示界面如图4.6-4.7所示。
图4.6模拟模式下数据显示及控制1界面
图4.7模拟模式下数据显示及控制2界面
返回1界面，使用右下角的滑动开关改变模拟数值（以这3个数据为例，温度：59，湿度85,光照30），实现3个数据的比较，显示界面如图4.8-4.9所示。
图4.8使用滑动开关时数据显示及控制1界面
图4.9使用滑动开关时数据显示及控制2界面
界面及功能完成后，将完成的工程文件保存于U盘根目录“\提交资料\模块四\人机交互界面”中，文件名称为“数据显示及控制”。将程序下载到人机交互界面上，按照以下要求进行拍照、录像或截图。
①将数据显示及控制初始化2个界面及数字键盘进行拍照，分别命名为“图4-1-数据显示及控制1界面”、“图4-2-数据显示及控制2界面”及“图4-3-数字键盘”。将图片粘贴至“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
②使用人机交互界面设备进行演示并用摄像头进行录像，按照数据显示与控制界面以上功能操作，对3个功能点进行录像，命名为“数据显示与控制界面”,并将录像视频至U盘根目录“提交资料\模块四\人机交互界面”中。
（3）电梯管理系统设计
某项目小组承接了某电梯管理系统的设计工作。对应楼层按钮及指示灯采用PLC进行监控，人机交互界面用来进行电梯运行管理与监测。现根据设计要求，完成如下功能。（提示：所需的图片资源在U盘根目录“竞赛资料\模块四\素材”中，正式比赛会提供详细的功能介绍视频。）
图4.1电梯管理系统主界面
②电梯管理系统-初始状态
图4.7初始状态
③电梯管理系统-正常模式
正常模式下，右下方1楼、2楼、3楼、4楼指示灯，分别代表右侧门打开指示灯、右侧门关闭指示灯、左侧门打开指示灯和左侧门关闭指示灯。切换至正常模式时，打开总控制开关，电梯运行状态变为“工作”。此时，1楼指示灯和平台右侧门打开指示灯亮，表示电梯默认状态停在1楼。如图4.8所示。
图4.8正常模式1
假设此时按下左侧门关闭按钮，即4楼按钮，电梯要从1楼运行至4楼，电梯门上方显示向上图标，运行状态变为“运行中”，2楼、3楼、4楼指示灯依次点亮2S，表示电梯依次经过2楼、3楼到达4楼，如图4.9所示为电梯运行至2楼的界面。到达4楼后，运行状态恢复为“工作”，向上图标消失。
图4.9正常模式2
若此时按下右侧门关闭按钮，即2楼按钮，电梯要从4楼运行至2楼，电梯门上方显示向下图标，运行状态变为“运行中”，达到2楼后，运行状态恢复为“工作”，向下图标消失。（注意：“运行中”文字为闪烁方式）
④电梯管理系统-故障检修模式
模式切换至故障维修模式，运行状态变为“停止”，总控制开关不起作用，按下平台任何按钮，电梯无响应。点击对应楼层下方的蓝色按钮，对应楼层指示灯点亮，表示电梯手动控制停在某层进行检修。
⑤电梯管理系统-定时运行模式
⑥管理员系统
点击系统锁定按钮，进入锁定界面，此时密码输入窗口显示000，如图4.11所示。超级用户密码用于进行系统的解锁，和管理员密码不同。在密码输入窗口输入666，右下角弹出解锁图标，点击解锁图标完成系统的解锁，跳转至管理员界面。再次点击系统锁定按钮，系统锁定界面密码输入框恢复为000，右下角无解锁图标。注意：再次点击系统锁定按钮操作需体现在录制视频中。
选择用户，输入密码，点击“更改密码”按钮，可以实现对应用户密码的修改，这里以修改操作员密码作为演示。更改密码后，系统强制跳转至电梯管理系统初始界面，选择操作员，输入更改后的密码，弹出按钮，点击按钮可跳转至“选择用户类型”界面。
图4.10管理员界面
图4.11系统锁定界面
将上述①-③步骤录制1个完整的视频，记录整个演示过程，视频命名为“视频4-1-电梯管理系统”保存于U盘根目录“提交资料\模块四”中。
当I0.0置1时，进入自动控制模式，利用滞回比较器进行风扇Q0.0控制。当I0.0置0时，进入手动控制模式，可以利用I0.1控制风扇Q0.0打开或者关闭。梯形图程序如图4-1所示。已知AIW0是采集到的温度数据（真实温度=AIW0/260.0-40.0单位：℃），Q0.0代表风扇（Q0.0置1，风扇开启；Q0.0置0，风扇关闭），现根据输入信号I0.0、I0.1、AIW0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的波形。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”电子档文件在“竞赛资料\模块四\PLC程序设计”目录下)，将波形图截图，如果利用提供的铅笔和答题纸绘制，将绘制完成的波形图进行拍照。图片命名为“图4-1-波形图”，并粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
图4.1PLC梯形图
保持任务一中接线不动，利用V4.0STEP7MicroWINSP9开发环境中集成的Modbus库（可参考STEP7中的帮助文件资料），编写PLC与上位机Modbus通信的程序（PLC做从站，通信参数：波特率9600，数据：8，停止位：1，无校验）。PLC将采集到的温湿度及光照数据发送给上位机软件。上位机软件位于U盘根目录“竞赛资料\模块四\PLC程序设计”目录下，Modbus通信协议、串口配置要求详见“竞赛资料\模块四\PLC程序设计\通信协议.pdf”。将上位机软件显示温湿度及光照数据界面截图，命名为“图4-2-PLCModbus通信”，存放到U盘根目录“提交资料\模块四\PLC程序设计”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。用摄像头录制上位机软件显示温湿度及光照数据信息，命名为“视频4-1-PLCModbus通信.wmv”保存于U盘根目录“提交资料\模块四\PLC程序设计”中。
将U盘根目录“竞赛资料\模块四\人机交互界面\PLC列车控制程序”下载至PLC中（程序已加密），PLC列车控制程序用于实现和人机交互界面之间的通信。在控制中心中关闭控制中心软件，然后打开U盘根目录“竞赛资料\模块四\人机交互界面\数据透传软件.exe”，数据透传软件可实现网络和串口之间数据的透传，完成智能终端控制器和PLC之间的数据转发。通信拓扑图如图4.2所示。编写人机交互界面程序，完成以下任务设计。(数据透传软件通信参数：波特率：9600，数据：8，停止位：1，无校验)
图4.2通信拓扑图
（提示：所需的图片资源在U盘根目录“竞赛资料\模块四\人机交互界面\人机交互界面素材”中。通信协议详见U盘根目录“竞赛资料\模块四\人机交互界面\列车运行控制通信协议.pdf”。）
（1）列车运行控制系统界面设计
利用人机交互界面编程软件进行列车运行控制系统界面设计，实现列车运行模式、平台列车实际位置、信号灯、模拟车速信息（不需要显示或控制平台实际速度传感器数据）、平台传感器数据显示及进出站控制设计，初始化界面如图4.3所示。轨道分为8个区段，从左至右依次为区段1、区段2┅┅区段8，站台位于区段4。列车控制系统右上角为数值元件，可实时显示PLC中VW22地址数据（数据格式16-bit-Unsigned，小数点以上位数为5，小数点以下位数为0）。将设计完成后的界面拍照，以“图4-3-列车运行控制系统界面”的形式命名，存放到U盘根目录“提交资料\模块四\人机交互界面”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。
注意：试题图片中的“*****”为PLC地址VW22中的数据，图片中进行了隐藏，选手实际答题时，切勿隐藏真实数据。
图4.3列车运行控制系统界面
（2）列车运行控制系统功能设计
①车内数据采集
人机交互界面将PLC采集的真实环境的温度、湿度、光照数据实时显示在“车内数据”区域。（温度、湿度、光照数据PLC地址分别为VD8、VD12、VW4）将此区域拍照，以“图4-4-车内数据”的形式命名，存放到U盘根目录“提交资料\模块四\人机交互界面”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列车运行状态显示
推动站点列车，人机交互界面可实时显示列车所在区段，同时信号灯随列车运行做相应变化。区间行驶模式下，列车由左向右直线行驶不经过站台，列车所在区段信号灯为红色，列车行驶的上一区段信号灯为黄色，其余区段信号灯均为绿色。区间行驶模式下列车速度为200km/h，且进出站控制区域“进站”、“出站”按钮呈现灰色，无法点击。列车区间行驶模式示意图如图4.4所示。当列车行驶至区段8时，人机交互界面由“区间行驶模式”自动切换为“进出站行驶模式”。列车进出站行驶模式初始化如图4.5所示。用摄像头将此列车由区段1至区段8的运行情况进行录像，记录整个演示过程，视频命名为“视频4-2-列车运行状态显示.wmv”保存于U盘根目录“提交资料\模块四\人机交互界面”中。
图4.4区间行驶模式
图4.5切换为进出站行驶模式
（3）列车进站及出站控制
①进出站行驶模式下，列车从右向左行驶，经过站台，列车所在区段信号灯变为红灯。当列车运行至区段7时，列车速度由200km/h变为100km/h，如图4.6所示。
②当列车运行至区段6时，列车速度变为0km/h，如图4.7所示。
③列车行驶至区段6时，进站按钮有效，出站按钮无效。此时点击进站按钮，人机交互界面区段5信号灯由红色变为绿色，同时轨道电路区段5信号灯由红色变为绿色，表示允许进站，如图4.8所示。
④当列车从区段6运行到站台位置时，站台黄色信号灯变为红色，进站按钮无效，如图4.9所示。
⑤按下通信与控制系统（高铁）集成与维护实训平台左侧开门按钮，再按下左侧关门按钮，或者先按下右侧开门按钮，再按右侧关门按钮，此时出站按钮变为有效状态。点击“出站”按钮，人机交互界面区段3信号灯由红色变为绿色，同时轨道电路区段3信号灯由红色变为绿色，表示允许出站，如图4.10所示。
⑥当列车行驶至区段1时，自动切换为区间行驶模式，且区段1信号灯为红色，如图4.11所示。
用摄像头将①-⑥的运行情况进行连续录像，记录整个演示过程(包含到站开关门操作过程、允许进站和允许出站轨道电路信号灯变化)，视频命名为“视频4-3-列车进站及出站控制.wmv”保存于U盘根目录“提交资料\模块四\人机交互界面”中。
图4.6进出站模式下列车位于区段7
图4.7进出站模式下列车位于区段6
图4.8允许进站
图4.9进出站模式下列车位于站台
图4.10允许出站
图4.11区间行驶模式下列车位于区段1
（4）违规进出站报警
进出站行驶模式下，未点击“进站”按钮，列车违规进站，将触发违规进站报警，此时，人机交互界面上报警状态指示灯点亮。列车到达站台后，未点击“出站”按钮，列车违规出站，将触发违规出站报警，此时，人机交互界面上报警状态指示灯点亮。用摄像头将此过程进行录像，记录整个演示过程，视频命名为“视频4-4-违规进出站报警.wmv”保存于U盘根目录“提交资料\模块四\人机交互界面”中。
（1）PLC编程与设置
背景：通信与控制系统（高铁）集成与维护实训平台上的温湿度传感器、光照传感器、PLC等模块已按照任务一正确安装与接线。
用USB转RS485通信线连接好电脑与PLC。打开“STEP7MicroWIN”编程软件，新建一个工程，命名为“自由口数据发送”，按照任务要求完成程序设计，保存到U盘根目录“提交资料\模块四\PLC程序设计”文件夹中并下载到PLC中运行。
任务要求：
（1）定义PLC的PORT0口为自由口；
（2）波特率：19200，校验位：None，数据位：8，停止位：1；
（3）把温湿度传感器、光照传感器采集的环境数据按照表4.1给定的自由口数据协议周期性（250ms）上传给上位机“自由口数据显示”软件，“自由口数据显示”软件把PLC上传的温湿度、光照数据显示出来。
（4）打开“自由口数据显示”软件，按照波特率：19200，校验位：None，数据位：8，停止位：1；完成设置并连接，将软件界面截图，图片命名为“图4-1-自由口数据显示”，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。
提示：“自由口数据显示”软件在U盘根目录“辅助资料\模块四\PLC程序设计”文件夹中。
表4.1自由口数据协议
协议格式示例
字符（十六进制）
CCEE010201000000000000000000000000FF
CCEE
序列号
0000
温度数据位
湿度数据位
光照数据位
000000000000
空数据位
已知，I0.0接启动按钮，I0.1接停止按钮，Q0.4接指示灯。根据下面梯形图，完成下列问题。并将答案写在U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
（1）当启动按钮I0.0按下后，指示灯Q0.4会做如何变化？
（2）当启动按钮I0.0按下后，如何让指示灯Q0.4一直处于熄灭状态？
已知输入信号I0.0的波形，在提供的“PLC时序图答题纸”上画出梯形图程序中M0.0、M0.1、M0.2和Q0.0的波形。将画好的波形图进行拍照，命名为“图4-2-波形图”，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。
打开电脑桌面EB8000软件，机型选择MT(TK)6000/8000iP/iQ/iH5Series；连接方式为USB线，点击编辑工具中EasyBuilder8000进入编辑界面。实现下述功能。（注：触摸屏型号：TK6070IP）。所需的图片资源在U盘根目录“辅助资料\模块四\人机交互界面\人机交互界面素材”中。
（1）PLC数据控制及显示
现有一个PLC数据监控程序（U盘根目录“辅助资料\模块四\人机交互界面\PLC数据监控程序”），完成对数据的采集，将此程序下载到PLC中并运行。在人机交互界面设备上设计PLC数据控制及显示界面(初始化界面如图4.1所示)。
图4.1PLC数据控制及显示界面
显示PLC传输过来的数据。功能要求如下：分别点击X1按钮、X2按钮、X3按钮（按钮与PLC控制地址的对应关系见表4.3），6个数值显示框分别显示PLC端的6个数据(数据不为0，PLC数据地址与人机交互界面显示框名称对应关系如表4.2)，并将X1按钮、X2按钮、X3按钮获取的数据以红色、蓝色、黑色折线的形式显示在右侧的曲线图中。其中，点击人机交互界面任意按钮时，会向PLC控制地址M0.0，M0.1，MO.2中发送数据，详见表4.3。
表4.2地址对应表
PLC数据地址
人机交互界面显示框名称
VB0
DATA0
VB1
DATA1
VB2
DATA2
VB3
DATA3
VB4
DATA4
VB5
DATA5
表4.3地址对应表
人机交互界面按钮
对应PLC控制地址
X1
M0.0：1M0.1：0M0.2：0
X2
M0.0：0M0.1：1M0.2：0
X3
M0.0：0M0.1：0M0.2：1
①界面及功能完成后，完成的工程文件保存于U盘根目录“\提交资料\模块四\人机交互界面”中，文件名称为“PLC数据控制及显示界面”。完成后进行离线模拟，将“PLC数据控制及显示界面”截图，命名为“图4-3-数据控制及显示界面”，并将图片粘贴至“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
将程序下载到人机交互界面设备上。使用人机交互界面进行演示并用摄像头进行录像，记录整个界面功能演示过程，视频命名为“人机交互视频1.wmv”保存于U盘根目录“提交资料\模块四\人机交互界面”中。
②点击X1按钮后，将人机交互界面上的数据折线图界面进行拍照，命名为“图4-3-数据控制及显示界面-X1”。
③击X2按钮后，将人机交互界面上的数据折线图界面进行拍照，命名为“图4-3-数据控制及显示界面-X2”。
④击X3按钮后，将人机交互界面上的数据折线图界面进行拍照，命名为“图4-3-数据控制及显示界面-X3”；
将以上图片粘贴至“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
（2）风扇控制
①如果现场温度由28℃，变化为30℃，风扇是什么状态？（开启/关闭）；填写至“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
②如果现场温度由32℃，降为30℃时，风扇状态是什么状态？（开启/关闭）；填写至“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
③如图4.2所示，设计一个风扇滞回控制界面，实现对风扇的控制（风扇有两个状态：开启，关闭），T1、T2、T3为三个按钮，用于模拟现场温度。按钮动作的含义见表4.4。
图4.2风扇滞回控制界面
表4.4按钮与温度对应关系表
人机交互界面按钮按下
现场温度模拟值
T1
28℃
T2
30℃
T3
32℃
利用宏指令实现滞回控制功能，下载到人机交互界面，按照表4.5顺序要求进行拍照。
表4.5按钮动作与图片命名对应关系表
按钮动作
图片命名
图4-4-滞回28
图4-5-滞回上升
图4-6-滞回32
图4-7-滞回下降
界面及功能设计完成后，将完成的工程文件保存于U盘根目录“提交资料\模块四\人机交互界面”中，文件名称为“风扇滞回控制界面”。通过miniUSB线将程序下载到人机交互界面设备上。使用人机交互界面设备进行演示并用摄像头进行录像，记录整个界面功能演示过程，视频命名为“人机交互视频2.wmv”保存于U盘根目录“提交资料\模块四\人机交互界面”中。将表4.5中图片粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
（3）温湿度光照采集与控制
现有一个PLC温湿度光照采集程序（U盘根目录“辅助资料\模块四\人机交互界面\PLC温湿度光照采集程序”），完成对温湿度及光照数据的采集，（此数据为模拟数据，其中温湿度为浮点数，保留小数点后2位，光照值为整数）将此程序下载到PLC中。设计一个人机交互界面程序，从PLC端获取温湿度和光照数据，温湿度光照数据获取地址见表4.6。初始化状态下，三种设备开关控制按钮使能，温湿度和光照数据与条件值进行比较，实现联动控制效果。点击三种设备开关控制按钮，开关控制按钮使能失效，温湿度和光照数据与条件值不进行比较，且三种设备处于关闭状态。
参考图片见图4.3和图4.4。（实际数据与图片中数据可能不一样）
按照表4.7实现对风扇、报警灯、照明灯的控制，所需图片资源在U盘根目录“辅助资料\模块四\人机交互界面\人机交互界面素材”文件夹中。
表4.6温湿度光照数据获取地址
人机交互界面数据
VD6
温度
VD10
湿度
VW4
光照
表4.7控制条件与状态
参数
条件
人机交互界面上设备状态
>=10℃
风扇开启
<10℃
风扇关闭
>=10%
报警灯打开
<10%
报警灯关闭
>=300Lux
照明灯打开
<300Lux
照明灯关闭
图4.3数据显示及控制界面示例（使能有效）
图4.4数据显示及控制界面示例（使能无效）
①界面及功能完成后，将完成的工程文件保存于U盘根目录“\提交资料\模块四\人机交互界面”中，文件名称为“列车车内数据显示及控制界面”。将程序下载到人机交互界面上，对数据显示及控制界面使能有效进行拍照，命名为“图4-8-数据显示及控制界面使能有效”。
②对数据显示及控制界面使能无效进行拍照，命名为“图4-9-数据显示及控制界面使能无效”，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。
使用人机交互界面设备进行演示并用摄像头进行录像，记录整个界面功能演示过程，视频命名为“人机交互视频3.wmv”保存于U盘根目录“提交资料\模块四\人机交互界面”中。
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”电子档文件在“竞赛资料\模块四\PLC程序设计”目录下)，将时序图截图，如果利用提供的铅笔和答题纸绘制，将绘制完成的时序图进行拍照。图片命名为“图4-1-时序图”，并粘贴至U盘根目录“提交资料\竞赛答题卡.doc”指定位置。
保持任务一中接线不动，利用PLC开发环境中集成的Modbus库（可参考STEP7中的帮助文件资料），编写PLC与上位机Modbus通信的程序（PLC做主站，上位机软件做从站，从站地址在上位机软件界面显示，通信参数自由设定）。PLC将查询上位机软件中的温湿度、光照、烟雾传感器数据、开关门指示灯状态数据存储至某个地址供人机交互界面显示，存储地址不作要求。需要编写的人机交互界面如下图4.1所示。（注意：得到的数据为固定值，与真实环境无关）
图4.1Modbus通信数据
上位机软件位于U盘根目录“竞赛资料\模块四\PLC程序设计”目录下，Modbus通信协议、串口配置要求详见“竞赛资料\模块四\PLC程序设计\modbus通信协议.pdf”。将人机交互界面截图，命名为“图4-2-Modbus通信数据”，存放到U盘根目录“提交资料\模块四”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。
图4.1通信拓扑图
打开U盘根目录“竞赛资料\模块四\数据透传软件.exe”。数据透传软件可实现网络和串口之间数据的透传，完成控制中心和PLC之间的数据转发。更新智能终端控制器程序（比赛时提供）。编写人机交互界面和PLC程序，完成以下任务设计（正式比赛会提供详细的功能介绍视频）。
提示：
(1)本任务中涉及的射频标签（应答器）数据与任务三中改写的射频标签（应答器）数据互不影响。
(2)所需的图片资源在U盘根目录“竞赛资料\模块四\素材”中。通信协议详见U盘根目录“竞赛资料\模块四\列车运行管理系统通信协议.pdf”。
图4.4PLCNoRespouse界面
图4.5波特率设定失败界面
三种用户分别为操作员1、操作员2、管理员。操作员1默认密码为444，操作员2默认密码为555，管理员默认密码为666。输入正确密码，弹出进入按钮，点击按钮可跳转至“请选择用户类型”界面。输入错误弹出错误提示窗口，如图4.6所示。
设计操作员1、操作员2、管理员三种按钮，如图4.7所示。已知权限等级为管理员>操作员1=操作员2，管理员可以点击所有按钮。操作员1和操作员2平级，但只能点击自己的按钮。若无权限，弹出提示窗口，如图4.8所示。点击操作员1按钮，跳转至“列车运行手动设置区”界面；点击操作员2按钮，跳转至“列车运行自动控制区”；点击管理员按钮，跳转至“故障信息统计”界面。
图4.7选择用户类型
图4.8无权限提示
列控运行手动设置区模式（4分）
表4.1按钮及故障对应关系
按钮
模拟故障情况
对应轨道区段情况
左侧开门按钮按下
前方存在大雾故障
区段3设置大雾故障
左侧关门按钮按下
大雾故障清除
区段3故障清除
右侧开门按钮按下
前方存在山体滑坡故障
区段7设置山体滑坡故障
右侧关门按钮按下
山体滑坡故障清除
区段7故障清除
列车运行所在区段信号机为红色，故障轨道区段信号机也为红色。列车运行所在区段的前一个区段的信号机为绿色。当小车在区段一时，上电后因未获得驶出车站许可，显示如图4.10所示界面。点击烟雾开关，界面中的禁止通行指示灯和报警灯以及主控制台上的报警灯熄灭。
图4.9列控运行手动设置区初始化界面
图4.10禁止通行
列控运行自动控制区模式（4分）
图4.11列控运行自动控制区模式初始化界面
图4.12列车到站界面
故障信息统计（1分）
图4.13故障信息统计
将以上功能录制完整视频，命名为“列车运行管理系统.wmv”并保存在“提交资料\模块四\人机交互界面程序”中。
1.PLC时序图绘制
2.PLC逻辑设计
3.地铁自动售货机系统设计
（1）主界面设计
（2）售货机购物界面
图4.5点击第一个商品图4.6已选商品数量变化
（3）选择商品统计界面
图4.10不选商品购买的情况图图4.11不选确认支付的情况
如果选择商品正确无误，点击“确认付款”按钮，会弹出付款界面，显示商品总价对应的二维码、商品总数和商品总价，会出现“请扫码完成支付”提示，如图4.12所示。点击“退出”按钮，所有选择恢复默认值，返回主界面状态。
图4.12选择商品确认支付的情况
（5）用户权限分配
图4.15地铁售货机系统管理界面图4.16弹出没有权限窗口
图4.17上货维护界面图4.18解锁系统后的界面
打开EasyBuilderPro用在线模拟方式进行测试，使用oCam软件进行视频录制，并保存到U盘根目录“提交资料\模块四\综合监控应用设计\视频4-2-地铁自动售货机系统”，录制步骤如下：
按顺序点击第一行3种商品，显示出每种商品的信息，每个商品输入数量1进行确认，然后点击购买。点击“重选商品”按钮，返回主界面，选择第二行第一个商品，选择购买数量11，显示超出库存数量弹窗；
不选任何商品点击“购买”按钮，然后点击“确认付款”按钮，在弹出的窗口中点击“退出”；
点击第三行商品，每种商品数量确认为2个，点击“购买”按钮，然后点击“确认付款”按钮，在弹出的窗口中点击“退出”；
在“上货维护”模式界面停留5秒，点击“解锁系统”按钮。使用超管员进入管理界面，修改第一个商品价格和商品库存均为20，退出管理返回主界面，在购物界面点击左上角第一个商品图标，输入数量21确认，显示超出库存数量弹窗，点击“确认”，再次输入数量20确认，点击“购买”后显示“选择商品统计界面”。
4.地铁电子地图系统设计
图4.19通信拓扑
此项目通过人机交互界面、PLC以及node-red共同完成任务设计。逻辑功能可参照U盘根目录“竞赛资料\模块四\综合监控应用设计\演示视频2-地铁电子地图系统设计、演示视频3-地铁电子地图系统故障A、演示视频4-地铁电子地图系统故障B、演示视频5-地铁电子地图系统故障C”。
(1)本任务中涉及的应答器数据与模块三中改写的应答器数据互不影响。
列车定位
EECC01(序列号)FF03(限速命令)00(车速)08(轨道号)0000000000000000FF
变灯协议
CCEE0102(轨道号)02(信号灯控制命令)00(改变灯状态)000000000000000000FF
00关灯、01红灯、02黄灯、03绿灯
（3）开关门设计
图4.24左门绿灯提示
当到达下一区段时，所有指示灯复原，可以重复开关门操作。开左侧车门区域对应区段1至区段4，列车到达左侧开门区段时右侧开关门功能禁止操作。开右侧车门对应区段5至区段8，列车到达右侧开门区段时左侧开关门功能禁止操作。左门或右门上方横条为绿色表示当前站为开门侧，为红色表示此站不开门。
（4）速度表功能设计
为了掌握地铁列车的行进速度，使用操作台上的速度表模拟列车真实速度，编写PLC程序控制各站点的限速要求如表4.3所示。
表4.3各站点速度
站点
速度表显示
复兴门
80km/h
车公庄
160km/h
西直门
90km/h
鼓楼大街
150km/h
雍和宫
100km/h
东直门
140km/h
朝阳门
110km/h
建国门
130km/h
使用摄像头对触摸屏及操作台进行录像，并保存为U盘根目录“提交资料\模块四\综合监控应用设计\视频4-3-地铁电子地图系统设计”
移动轨道小车由区段1到区段8，录制应答器上方轨道信号灯和触摸屏界面，触摸屏包含有指示灯及站点交通图变化情况
移动轨道小车从区段8到区段5，按下操作台上的开右侧门按钮，展示开关门操作。再移动轨道小车到区段4，按下操作台上的开左侧门按钮，展示开关门操作。
将小车关闭电源，移至区段1，然后打开电源。将轨道小车从区段1移动到区段8，录制主控台速度表和触摸屏速度表产生的变化过程。
图4.25故障模拟界面
将以上视频保存于U盘根目录“提交资料\模块四\综合监控应用设计”中。
（1）欢迎界面设计
在智能终端控制器中打开node-red监听。如图4.11所示。
图4.11服务端
图4.12欢迎界面
（2）控制界面设计
图4.13UI界面
（3）轨道信号灯控制
注：实现以下每种效果前先点击下“一键关闭所有灯”的按钮。
①在“轨道信号灯联动控制”界面操作“一键关闭所有灯”，可将有“一键关闭所有灯”通知显示如图4.14所示。并且能控制轨道上所有区段的灯并保证每隔100ms熄灭一个区段的灯。
图4.14登陆成功通知栏
②在服务端发送区段一亮红灯的协议，UI界面有“区段1红灯打开”字样弹框，同样轨道电路上的区段一的红灯亮；在服务端发送区段三亮黄灯的协议，UI界面有“区段3黄灯打开”字样弹框，同样轨道电路上的区段三的黄灯亮；在服务端发送区段五亮绿灯的协议，UI界面有“区段5绿灯打开”字样弹框，同样轨道电路上的区段五的绿灯亮。
信号机控制的通讯协议详见表4.1。
协议
CCEE01020200000000000000000000FF
包头
区段号,可以赋值01到08
信号机控制命令
灯状态,00代表关灯,01代表红灯亮,02代表黄灯亮,03代表绿灯亮04代表全部亮
0000000000
00000000
包尾
其中变灯的方法弹框如图4.15所示。
图4.15变灯弹框
③在智能终端控制器的node-red的UI界面按下“一键关闭所有灯”按钮后，轨道电路上的八个区段灯全部熄灭；“红灯”按钮后，轨道电路上的第一区段红灯熄灭，再次按下时，轨道电路上的第一区段红灯打开；按下“黄灯”按钮后，轨道电路上的第三区段黄灯熄灭，再次按下时，轨道电路上的第三区段黄灯打开；按下“绿灯”按钮后，轨道电路上的第五区段绿灯熄灭，再次按下时，轨道电路上的第五区段绿灯打开，每次按钮按下后有对应的弹框提示。
④将小车从区段一推动至区段八，在树莓派的UI界面能实时显示当前区段号。
将所有功能进行录像，记录整个演示过程，视频命名为“信号灯控制系统.wmv”，存放到U盘根目录“提交资料\模块四\node-red”中。
在智能终端控制器中打开node-red监听。如图4.9所示。
图4.9服务端
图4.10欢迎界面
（2）界面设计
图4.11UI界面
（3）IDC机房控制系统设计
①在“IDC机房温度控制系统”界面操作按下“+”或“-”按键可控制温度上下浮动10℃，并在“当前温度”仪表盘中显示当前的温度设定值。历史温度数据可通过“历史温度”折线图表示。
图4.12IDC机房温度控制系统
②在“ID机房温度控制系统”界面添加“最大温度值”和“最小温度值”输入设定。当前温度值小于最小温度值时，触发低温报警，显示“LowTemp”字样弹框；当前温度值大于最大温度值时，触发高温报警，显示“highTemp”字样弹框。弹框样式如下图所示。
图4.13报警弹框
将此功能进行录像，记录整个演示过程，视频命名为“区段.wmv”，存放到U盘根目录“提交资料\模块四\node-red”中。
在智能终端控制器中打开node-red监听。如图4.1所示。
图4.1服务端
图4.2欢迎界面
图4.3UI界面
（3）串口连接
区间行驶模式：
区间行驶模式下，列车由左向右直线行驶不经过站台，列车所在区段信号灯为红色，列车行驶的上一区段信号灯为黄色，其余区段信号灯均为绿色。以①②③为例：
①当小车置于区段一时，node-red的UI界面能显示区段号及当前灯的状态。主要界面如图4.4区段一界面
图4.4区段一界面
②当小车置于区段二时，node-red的UI界面能显示区段号及当前灯的状态。主要界面如图4.5区段二界面
图4.5区段二界面
③当小车置于区段三时，node-red的UI界面能显示区段号及当前灯的状态。主要界面如图4.6区段三界面。
图4.6区段三界面
进出站模式：
①当列车行驶至区段8时，人机交互界面由“区间行驶模式”自动切换为“进出站行驶模式”。且设有“进站”和“出站”，当小车置于区段八时，node-red的UI界面能显示区段号及当前灯的状态，并将形式模式变更为“进出站形式模式”。主要界面如图4.7区段八界面
图4.7区段八界面
②当小车置于区段七时，node-red的UI界面能显示区段号及当前灯的状态。主要界面如图4.8区段七界面
图4.8区段七界面
③当小车置于区段六时，node-red的UI界面能显示区段号及当前灯的状态，形式模式为“进出站形式模式”如图4.9区段六界面。
图4.9区段六界面
在点击“进站”按钮后“区段五”变为绿色。
图4.10允许进站
④当小车置于区段五时，node-red的UI界面能显示区段号及当前灯的状态，形式模式为“进出站形式模式”。主要界面如图4.11区段五界面
图4.11区段五界面
⑤当小车置于区段四时，node-red的UI界面能显示区段号及当前灯的状态，形式模式为“进出站形式模式”。主要界面如图4.12区段四界面
图4.12区段四界面
在点击“进站”按钮后“区段三”变为绿色。
⑥当小车置于区段三时，node-red的UI界面能显示区段号及当前灯的状态，形式模式为“进出站形式模式”。主要界面如图4.13区段三界面
图4.13区段三界面
⑦当小车置于区段二时，node-red的UI界面能显示区段号及当前灯的状态，形式模式为“进出站形式模式”。主要界面如图4.14区段二界面。
图4.14区段二界面
将上述功能进行录像记录下整个演示过程，命名为“列车运行控制系统”，存放到U盘根目录“提交资料\模块四\node-red”中。
在智能终端控制器中打开node-red监听。如图4.19所示。
图4.19服务端
图4.20欢迎界面
图4.21UI界面
①在智能终端控制器上分别对轨道电路通信，列车通信，服务器通信进行配置，正确配置以后，点击“连接”按钮，在UI界面跳出弹框显示“连接成功”，若配置不正确时UI界面弹框显示“连接失败”。将主要界面如图4.22设备连接
图4.22设备连接
②当在智能终端控制器上对轨道电路通信，列车通信，服务器通信进行配置并显示“连接成功”后，在设备上将小车从区段一移动至区段八，可将小车位置信息通过串口发送给智能终端控制器，并显示当前区段号。
将上述整个系统功能进行录像记录下整个演示过程，命名为“只能中断配置系统”，存放到U盘根目录“提交资料\模块四\node-red”中。
1.欢迎界面设计
2.控制界面设计
图4.33UI界面
3.智能终端配置系统
（1）区间行驶模式
区间行驶模式下，列车由左向右直线行驶不经过站台，列车所在区段信号灯为红色，列车行驶的上一区段信号灯为黄色，其余区段信号灯均为绿色。
图4.34区段一界面
图4.35区段二界面
图4.36区段三界面
（2）进出站行驶模式
图4.37区段八界面
图4.38区段七界面
图4.39区段六界面
图4.40区段五变灯界面
图4.41区段五界面
图4.42区段四界面
在点击“出站”按钮后“区段三”变为绿色。
图4.43区段三变灯界面
图4.44区段三界面
图4.45区段二界面
（3）列车运行控制信号灯
表4.4通信协议
列车位置数据
变灯命令
列控中心控制信号机变灯
CCEE0102(轨道号)02(信号灯控制命令)00(数据位1,和轨道号对应,改变灯状态)000000000000000000FF
00代表关灯
01代表红灯亮
02代表黄灯亮
03代表绿灯亮
04代表全部亮
使用摄像头对轨道电路、控制中心、列控中心信号灯状态进行录像，并保存为U盘根目录“提交资料\模块四\智能终端应用设计\视频4-7-智能终端应用设计”
在“欢迎界面”点击“转跳UI界面”按键后正常进入UI界面。
将小车从区段一推至区段八，每个区段暂停2秒以上，录制轨道电路及控制中心每个区段信号灯变化，列控中心界面显示区段号及信号灯变化。
将小车从区段八推至区段六，每个区段暂停2秒以上，录制轨道电路及控制中心每个区段信号灯变化，列控中心界面显示区段号及信号灯变化。
小车位于区段六时点击“进站”按钮，区段五变绿，录制轨道电路及控制中心每个区段信号灯变化，列控中心界面显示区段号及信号灯变化。
将小车从区段六推至区段四，每个区段暂停2秒以上，录制轨道电路及控制中心每个区段信号灯变化，列控中心界面显示区段号及信号灯变化。
小车位于区段四时点击“出站”按钮，区段三变绿，录制轨道电路及控制中心每个区段信号灯变化，列控中心界面显示区段号及信号灯变化。
将小车从区段四运行至区段二，每个区段暂停2秒以上，录制轨道电路及控制中心每个区段信号灯变化，列控中心界面显示区段号及信号灯变化。
某通信与控制项目，需要获取某列车车厢温度、湿度、光照度等信息，实现车厢报警等功能，监控室大屏可以实时监控列车车厢状态。利用给定的模块和工具，完成系统拓扑图设计、硬件选型、线路设计、布线与调试、可视化内容设计，最终实现温度、湿度、光照度数据的监测，列车车厢报警功能。
根据要求填写项目验收报告，并将设计的系统拓扑图、硬件选型表、线路设计图等资料进行提交并保存到指定位置。最终验收针对以下几个方面：
（1）监控界面功能完整度。监控界面应包括当前温度、湿度、光照度显示及报警灯控制功能，数值显示清晰直观，按钮方便点击。所有功能排版整齐。（50分）
（2）采集的温度值在给定温度范围上下浮动不超过3℃，精度精确到小数点后两位。（50分）
（3）采集的湿度值在给定湿度范围上下浮动不超过5%，精度精确到小数点后两位。（50分）
（4）采集的光照度在给定的范围内，精度精确到个位，且光照值能随着遮挡光照传感器进行数据变化，有遮挡物时光照值变小，无遮挡物时光照值变大。（50分）
（5）报警灯可以通过智能控制终端进行开关操作，智能控制终端界面显示报警灯状态，且开关三次无操作不灵情况发生。（50分）
（6）安装布线工艺。根据设计的接线图，对选择的模块、智能终端、线槽进行安装并接线。（50分）
注意：模块的安装位置正确牢固，螺丝、螺母、垫片选型正确；线号管与线对应正确；冷压端子选型合理，压制牢固；正确选择接线端子，且线序正确，布局合理；在整体上，线束布局合理牢固、长短适宜、美观大方；提交试卷前，确保线槽盖好。
（7）过程规范性，安装过程遵守操作规范。（10分）
（10）技术资料完整性。技术资料应包含系统拓扑图、硬件选型表、线路设计图、智能控制终端源代码等。（10分）
（一）项目需求
甲方单位委托乙方单位设计建设某通信与控制项目，包含监控室、备用监控室、采集点。采集点将传感器数据汇总给树莓派，监控室电脑通过网络在浏览器端远程访问树莓派node-red界面，实现数据的监控。备用监控室以wifi形式接入，辅助监控整个系统。系统拓扑如下图所示。
图5.1系统拓扑
系统功能划分及模块固定：主要功能分为“农业大棚采集区”、“池塘区”、“监控室区”、“备用监控室区”四大板块，“农业大棚采集区”、“池塘区”、“监控室区”涉及的模块需固定在采集点上，路由器放置于竞赛工位中提供的控制柜上。
整体功能需求：甲方要求node-red界面及人机交互界面既能显示实时数据，又能查看历史数据变化。node-red及人机交互界面数据以区域进行划分，分为“农业大棚采集区”、“池塘区”、“监控室区”三大板块。node-red所有数据需显示在一个界面里，同一板块数据需集中放置一起，并以板块名字命名。人机交互界面三大板块数据需放置在三个界面中，温度、湿度、光照、烟雾、照明灯数据需添加图片，所需素材在“竞赛资料\编程素材”中。所需模块资料在“竞赛资料\模块资料”中。
1.农业大棚采集区（所有数据需保留小数点后两位）
2.池塘区（数据需保留小数点后一位）
3.监控室区
4.备用监控室区
备用监控室配备一台电脑（无WIFI功能），但甲方要求备用监控室需利用wifi转串口设备，实现无线接入整个系统，来辅助监控池塘区水温数据。在备用监控室电脑打开串口调试助手，数据格式字符型，每隔1S收到发来的温度，例如当前水温为25.13℃，串口助手接收到的数据为“25.13℃”，接收数据需要带单位。
5.控制要求
（1）采集点用给定的设备模拟实现，选手可将所有的传感器和控制器安装在现场所提供的黑色网孔板上。
（2）人机交互界面需要显示当前大棚温度、湿度、光照、烟雾数据、池塘水温及监控室的烟雾、灯状态。
（3）控制柜上设有按钮4只（2红、2绿），指示灯4只（2红、2绿）。要求实现以下功能。
①按下一次左侧第一只绿色按钮，将当前水温数值以表格形式保存（水温表格），第二次按下左侧第一只绿色按钮，可追加至表格，……如此重复操作并记录保存数值（数值记录保存位置选手自主确定），数值保存并显示成功后此按钮下方的指示灯快速闪烁3次。
②右侧第一只绿色按钮2秒内快速按下2次，可显示/关闭水温表格及水温历史数据折线图画面，显示每次采集记录保存的数值。
③按下左侧第一只红色按钮，可将农业大棚采集区的人机界面实时数值清零，清零后，按钮下方指示灯点亮1S后熄灭，再过1S后才可以重新采集显示。
④按下右侧第一只红色按钮，可将农业大棚采集区的人机界面所有实时数据及历史数据清零，清零后，控制柜所有指示灯点亮1S后熄灭，再过1S后才可以重新采集显示，以检验所有传感器稳定性。
6.布线要求
（1）甲方要求信号输入线用蓝色线，线号编号以“I”开头自行编码；信号输出线用绿色线，线号编号以“Q”开头自行编码；24V电源线正极用红色线，线号编号以“V”开头自行编码；24V电源线负极用黑色线，线号编号以“G”开头自行编码；485通信A、B端及CAN通信H、L接线端接线分别用绿色和蓝色线。
（2）控制柜220V电源入线已安装到位。选手依据现场提供线材自主设计线路实现功能要求。
（3）控制柜断路器可切断后续控制所有器件电源。紧急制动按钮需控制24V通断，可对PLC及触摸屏紧急停电；钥匙开关需控制24V通断，钥匙由管理员保存，日常处于关闭状态，开通时对PLC及触摸屏上电实现辅助监控及控制要求。
（4）器件安装要求布局美观大方，走线要求科学合理。采集点实物安装示例图如下图5-2、5-3所示。
图5-2采集点示例图
（二）项目验收内容
根据要求填写项目验收报告，并将设计的系统拓扑图、平台接线图、硬件选型表等资料存放到目录“提交资料”中。
1.系统拓扑图&接线图
（1）系统拓扑图
要求将PLC、人机交互界面、路由器、交换机、按钮指示灯、树莓派以及所有所选分项清单模块绘制在拓扑图上。拓扑图分为：控制柜、采集点、备用监控室三大部分，三部分用实线方框圈出并标注名称，模块统一采用方框+名称的形式，传感器需要标注地址号，PLC、人机交互界面和树莓派需要标注IP地址。拓扑图之间的连线样式不做要求，需要标注出通信方式，例如：485、WIFI、CAN、网络、直连。485通信、CAN通信需要将波特率标注在连线上。将绘制完成的拓扑图存放在“提交资料”中，并粘贴至验收报告指定位置。
（2）系统接线图
按照“6.布线要求”中的规范，绘制控制柜和采集点接线图。要求涉及拨码开关的模块，将拨码开关状态绘制在接线图中，如下图所示为从左到右数第1个脚拨至ON时的状态。控制柜和采集点分开绘制，命名为“系统接线图-采集点”“系统接线图-控制柜”。将绘制完成的接线图存放在“提交资料”中，并粘贴至验收报告指定位置。模块图片素材参看“竞赛资料\模块图片”。
图5-4拨码开关样例
2.硬件选型
控制柜/室和采集点可能用到的模块及价格参考“竞赛资料\模块报价.pdf”。验收报告指定位置有模块清单，将需要用到的模块后面打对勾并标明使用数量，并最终计算出所用模块的成本综合，填写至验收报告表格指定位置。（注意：任务书上作答无效。标红项为必选项，成本均为虚拟报价，与实际销售价无关。）
3.项目验收
（1）数据切换
按照验收报告要求进行视频录制，以“视频5-1-数据切换”命名，保存到“提交资料”中。
（2）界面功能完整度
监控室大屏界面应包括当前大棚内温度、湿度、光照度及烟雾数值、池塘水温、采集控制室烟雾及光照感应灯状态，数值显示清晰直观，不超量程，没有负值，人机交互界面除实现上述功能外，还可模拟控制室/柜的按钮及指示灯、按钮方便点击，所有功能排版整齐。采集数据以图像的形式显示且既能查看历史数据变化，又能查看当前数据；报警信息以弹窗形式进行显示；界面显示要区分采集位置和传感器模块类型。
（3）温度数据采集
数据采集分数占比如下表所示，温度值在正常范围内即可。
表5-1温度数据采集分数占比
区域
分值
农业大棚采集区
node-red
5分
人机交互界面
池塘区
10分
备用监控区
串口助手
20分
（4）湿度数据采集
数据采集分数占比如下表所示，湿度值在正常范围内即可。
表5-2湿度数据采集分数占比
15分
NB-IOT服务端
（5）光照数据采集
数据采集分数占比如下表所示，光照值在正常范围内即可，监控室区需根据实际光照值控制感应灯状态。
表5-3光照度数据采集分数占比
监控室区
（6）烟雾数值
数据采集分数占比如下表所示，烟雾值在正常范围内即可，监控室区可获取烟雾状态。
表5-4烟雾数据采集分数占比
若为0-5V烟雾传感器采集电压为4.99223V，0-10V烟雾传感器采集电压为9.98446V，请计算烟雾浓度值10分（单位ppm）。
按照验收报告要求进行视频录制，以“视频5-2-数据采集”命名，保存到“提交资料”中。
（7）安装布线工艺
根据设计的接线图，对选择的模块、智能终端、线槽进行安装并接线。
4.过程规范性
过程规范性，安装过程遵守操作规范。
5.成本核算
选型要考虑项目成本，每种模块会有功能、价格等方面的区别。将选择的模块在纸质的模块报价选型表上打√并进行总价计算，在满足功能要求的基础上，成本低者分值高。在功能完成的前提下，最终得分=(基准成本/实际项目成本)×30。基准成本为所有功能完成的队伍中，使用的最低成本数。功能没完成者得0分。
7.技术资料完整性
技术资料应包含电子版的设备接线图、电子版的系统拓扑图、电子版的验收报告、源代码（node-red为json后缀，PLC为smart后缀，人机交互界面为emtp后缀）及录制视频。电子版接线图、拓扑图、验收报告需转为PDF。视频以“视频5-1-数据切换”、“视频5-2-数据采集”保存至“提交资料”文件夹中。
模块一、系统安装部署
任务要求简单描述
操作设置记录
实施结果（填写“任务完成”或“任务未完成”，注：任务未完成需描述原因）