2023年度機(jī)械行業(yè)職業(yè)教育技能大賽-可編程控制器系統(tǒng)應(yīng)用編程賽項(xiàng)技能競(jìng)賽.樣題（高職本科組）

2023年度機(jī)械行業(yè)職業(yè)教育機(jī)械大賽“可編程控制器系統(tǒng)應(yīng)用編程”工作任務(wù)書（樣題）場(chǎng)次號(hào)：賽位號(hào)：2022年度機(jī)械行業(yè)職業(yè)教育機(jī)械大賽“可編程控制器系統(tǒng)應(yīng)用編程”目錄TOC\o"1-3"\h\u注意事項(xiàng) 頁注意事項(xiàng)一、本任務(wù)書共18頁，包括西門子與信捷版本設(shè)備的I/O和原理圖。如出現(xiàn)缺頁、字跡不清等問題，請(qǐng)及時(shí)向裁判示意，進(jìn)行任務(wù)書的更換。二、在完成工作任務(wù)的全過程中，嚴(yán)格遵守電氣安裝和電氣維修的安全操作規(guī)程。三、不得擅自更改設(shè)備已有器件位置和線路。四、競(jìng)賽過程中，參賽選手認(rèn)定競(jìng)賽設(shè)備的器件有故障，可提出更換，更換下的器件將由裁判組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。若器件經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試是功能齊全，且沒有故障的情況下，每次扣參賽隊(duì)1分。若因人為操作損壞器件，扣5分。后果嚴(yán)重者（如導(dǎo)致PLC、變頻器、伺服等燒壞），本次競(jìng)賽成績(jī)計(jì)0分。五、所編的機(jī)器視覺程序必須保存到本機(jī)的“C:\desktop\場(chǎng)次號(hào)-賽位號(hào)”文件夾下，賽位號(hào)以現(xiàn)場(chǎng)抽簽為準(zhǔn)。六、所編PLC、觸摸屏、PPT等程序必須保存到計(jì)算機(jī)的“D:\機(jī)械行業(yè)職業(yè)教育機(jī)械大賽\場(chǎng)次號(hào)-工位號(hào)”文件夾下，場(chǎng)次號(hào)和工位號(hào)以現(xiàn)場(chǎng)抽簽為準(zhǔn)。七、參賽選手在完成工作任務(wù)的過程中，不得在任何地方標(biāo)注學(xué)校名稱、選手姓名等信息。八、比賽結(jié)束后，參賽選手需要將任務(wù)書以及現(xiàn)場(chǎng)發(fā)放的圖紙、資料、草稿紙等材料一并上交，不得帶離賽場(chǎng)。任務(wù)情景一、項(xiàng)目名稱：自動(dòng)化高溫消毒封蓋流水線二、任務(wù)情境：編程、調(diào)試一條小型自動(dòng)化生產(chǎn)線現(xiàn)有一條小型自動(dòng)化生產(chǎn)線，相關(guān)的硬件設(shè)施都已經(jīng)安裝完畢，現(xiàn)需要按客戶要求進(jìn)行編程、調(diào)試。主要對(duì)分揀模塊、輸送模塊、溫控模塊、龍門搬運(yùn)模塊這四個(gè)模塊進(jìn)行控制，對(duì)瓶體進(jìn)行高溫消毒以及自動(dòng)化搬運(yùn)上蓋。三、項(xiàng)目任務(wù)及時(shí)間安排：自動(dòng)化高溫消毒封蓋流水線試題主要考核選手組編程、調(diào)試一條小型自動(dòng)化生產(chǎn)線的能力，該生產(chǎn)線由分揀模塊、輸送模塊、溫控模塊、龍門搬運(yùn)模塊4個(gè)單元組成。行業(yè)大賽時(shí)間為期180分鐘，由選手獨(dú)立完成。平臺(tái)硬件組成說明1、設(shè)備整體介紹本次考核設(shè)備由六大塊組成，分別為：立體倉庫模塊、分揀模塊、輸送模塊、溫控模塊、皮帶輸送模塊以及龍門搬運(yùn)模塊。通過模塊與模塊之間的聯(lián)調(diào)和互動(dòng)，構(gòu)成了自動(dòng)化高溫消毒封蓋流水線。設(shè)備實(shí)物圖如下所示。圖1設(shè)備整體實(shí)物圖2、分揀模塊分揀模塊裝置側(cè)主要結(jié)構(gòu)組成為：皮帶傳送機(jī)構(gòu)、視覺系統(tǒng)、推料氣缸、電磁閥組，接線端口，底板等。圖2視覺分揀設(shè)備示意圖分揀模塊的功能是：通過視覺系統(tǒng)識(shí)別瓶體的顏色來進(jìn)行瓶體分揀，如紅色是不合格品，則視覺系統(tǒng)將紅色的瓶體在推料氣閥處剔除，其余顏色瓶體合格品，正常的視覺檢測(cè)，然后把檢測(cè)完成后的瓶體運(yùn)輸?shù)匠隽峡?。該部分的工作流程是：瓶體從入料口進(jìn)入，變頻器控制異步電機(jī)使皮帶運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過視覺相機(jī)下方的視覺檢測(cè)區(qū)域時(shí)進(jìn)行拍照，對(duì)拍攝圖片中的瓶體進(jìn)行顏色識(shí)別，如果是合格的瓶體顏色就讓其繼續(xù)運(yùn)行，反之到達(dá)推料氣缸處將其推出。3、輸送模塊輸送模塊的結(jié)構(gòu)組成包括：機(jī)械手、直線模組、遠(yuǎn)程IO、電磁閥組、伺服電機(jī)、端子排組件等。圖3輸送模塊設(shè)備示意圖輸送模塊的功能分為兩個(gè)部分，第一個(gè)部分為將合格的瓶體送去溫控模塊進(jìn)行高溫消毒殺菌，第二個(gè)部分為將高溫消毒后的瓶體送往皮帶輸送模塊。該部分的工作流程是：夾爪將瓶體從分揀模塊出料口取出，通過夾爪將瓶體夾起，進(jìn)行抬升旋轉(zhuǎn)等一系列動(dòng)作后，運(yùn)動(dòng)伺服電機(jī)，將其放到溫控模塊托料倉處，等待瓶體的加溫消毒，一定時(shí)間后將瓶體抓起，再將瓶體放到皮帶輸送模塊入料口。4、溫控模塊溫度控制模塊主要結(jié)構(gòu)組成為：數(shù)顯表、物料臺(tái)、伸縮氣缸、工控板、接線端子等圖4溫控模塊設(shè)備示意圖溫度控制模塊的功能是將輸送模塊搬運(yùn)的瓶體進(jìn)行高溫消毒殺菌，讓瓶體在溫控模塊的高溫中放置一段時(shí)間，完成對(duì)瓶體的熱加工殺菌消毒過程。該部分的工作流程是：當(dāng)輸送模塊送來瓶體放到物料臺(tái)上并被入料口光電傳感器檢測(cè)到時(shí)，物料臺(tái)氣缸縮回并開始進(jìn)行恒溫加熱5、皮帶輸送模塊皮帶傳送模塊主要由皮帶輸送機(jī)、編碼器、固定底板、不銹鋼拉手等組成。圖5皮帶輸送模塊設(shè)備示意圖皮帶輸送模塊的功能為：通過輸送模塊將殺菌消毒的瓶體放置在皮帶上，皮帶將瓶體傳輸?shù)侥┒?，等待龍門搬運(yùn)模塊上蓋以及進(jìn)行下一步運(yùn)動(dòng)。該部分的工作流程是：輸送模塊將瓶體放在皮帶輸送模塊入料口，光電開關(guān)檢測(cè)到信號(hào)后，皮帶啟動(dòng)，將瓶體運(yùn)送到皮帶末端。6、龍門搬運(yùn)模塊龍門搬運(yùn)控制模塊主要結(jié)構(gòu)組成為：伺服電機(jī)、光電開關(guān)、直線模組、庫位、Y型抓手、回轉(zhuǎn)氣缸等。圖6龍門搬運(yùn)模塊設(shè)備示意圖龍門搬運(yùn)模塊的功能為：將瓶蓋從庫位中取出，并準(zhǔn)確的給瓶體上蓋，最后將上蓋完成的瓶體放入庫位中。該部分的工作流程是：當(dāng)瓶體到達(dá)皮帶輸送模塊末端后，Y型抓手將庫位的瓶蓋夾取。并通過三個(gè)伺服軸的運(yùn)動(dòng)，將瓶蓋停留在瓶體的正上方，并蓋住，然后將瓶體和瓶蓋一起夾取后放到庫位。競(jìng)賽任務(wù)要求（一）手動(dòng)模式控制要求1.分揀模塊單站控制要求（1）單站狀態(tài)下，在觸摸屏上按下【復(fù)位】按鈕，各氣缸回到原點(diǎn)位置，皮帶停止運(yùn)動(dòng)。（2）在觸摸屏上可對(duì)氣缸進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)操作，即按下【推料氣缸】按鈕，則退料氣缸伸出，按下【氣缸縮回】按鈕，則氣缸縮回。（3）采用通訊控制皮帶電機(jī)運(yùn)動(dòng)，在觸摸屏上可對(duì)皮帶電機(jī)進(jìn)行操作，即按下【電機(jī)正轉(zhuǎn)】按鈕，則電機(jī)帶動(dòng)皮帶向靠近電機(jī)一側(cè)運(yùn)行（按鈕松開，電機(jī)不停），按下【電機(jī)反轉(zhuǎn)】按鈕，則電機(jī)帶動(dòng)皮帶向原理電機(jī)一側(cè)運(yùn)行（按鈕松開，電機(jī)不停），按下【電機(jī)停止】按鈕后，電機(jī)停止運(yùn)行。（4）在觸摸屏上可對(duì)停止后的皮帶電機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行設(shè)置且生效。（5）在觸摸屏上按下【拍照】按鈕，由考評(píng)員在評(píng)分時(shí)現(xiàn)場(chǎng)給出待測(cè)卡片，如圖7.2中所示，選手需通過視覺編程，完成以下內(nèi)容：a、準(zhǔn)確地識(shí)別出待測(cè)卡片上圓形顏色，并同時(shí)在觸摸屏上有相關(guān)顏色數(shù)據(jù)顯示；b、準(zhǔn)確地測(cè)量出待測(cè)卡片上兩個(gè)圓形圓心之間的物理距離，并同時(shí)在觸摸屏上顯示測(cè)量距離數(shù)據(jù)，其單位為毫米（mm），數(shù)據(jù)誤差需控制在±0.5mm。（6）分揀模塊單站控制頁面如圖7.1所示，僅供參考，選手可根據(jù)實(shí)際情況自由調(diào)整。圖7.1分揀模塊觸摸屏示意圖圖7.2視覺識(shí)別圖片2.輸送模塊單站控制要求（1）在觸摸屏上按下【復(fù)位】按鈕，則輸送模塊開始復(fù)位，各氣缸、電機(jī)軸回到原點(diǎn)位置。（2）在觸摸屏上，可對(duì)輸送模塊各個(gè)氣缸進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)操作，例如單擊按鈕【伸出氣缸】，則氣缸立即伸出，再次單擊按鈕【伸出氣缸】，氣缸縮回。（3）在觸摸屏上，可對(duì)輸送模塊電機(jī)軸進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)操作，單擊【輸送左移】，則電機(jī)軸正轉(zhuǎn)運(yùn)行（滑臺(tái)向靠近電機(jī)側(cè)運(yùn)行），松開即停，單擊【輸送右移】，則電機(jī)軸反轉(zhuǎn)運(yùn)行（滑臺(tái)向遠(yuǎn)離電機(jī)側(cè)運(yùn)行），松開即停。（4）在觸摸屏上，可對(duì)輸送模塊電機(jī)軸的手動(dòng)模式運(yùn)行速度進(jìn)行設(shè)置且實(shí)時(shí)生效。（5）輸送模塊單站控制頁面如圖9所示，僅供參考，選手可根據(jù)實(shí)際情況自由調(diào)整。圖8輸送模塊示意圖3.溫控模塊單站控制要求（1）按下【料臺(tái)伸出】按鈕，料臺(tái)伸出。松開【料臺(tái)伸出】按鈕，料臺(tái)縮回。（2）按下【開始加熱】按鈕，加熱指示燈常亮，當(dāng)前溫度值增大。按下【停止加熱】按鈕，加熱指示燈熄滅，當(dāng)前溫度值減小。（3）按下【復(fù)位】按鈕，料臺(tái)縮回加熱指示燈熄滅停止加熱。（4）溫控模塊單站控制頁面如圖10所示，僅供參考，選手可根據(jù)實(shí)際情況自由調(diào)整。圖9溫控模塊示意圖4.龍門搬運(yùn)模塊單站控制要求（1）停止?fàn)顟B(tài)下，在觸摸屏上按下【復(fù)位】按鈕，則龍門搬運(yùn)模塊的氣缸和電機(jī)軸回復(fù)到原點(diǎn)位置。（2）在觸摸屏上可對(duì)氣缸進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)操作，即按下【氣缸旋轉(zhuǎn)】按鈕，則夾爪旋轉(zhuǎn)，按下【氣缸夾緊】按鈕，則夾爪夾緊。（3）采用Modbus通訊的方式控制皮帶電機(jī)運(yùn)動(dòng)，在觸摸屏上可對(duì)皮帶電機(jī)進(jìn)行操作，即按下【電機(jī)正轉(zhuǎn)】按鈕，則電機(jī)帶動(dòng)皮帶向靠近電機(jī)一側(cè)運(yùn)行（按鈕松開，電機(jī)不停），按下電機(jī)【反轉(zhuǎn)】按鈕，則電機(jī)帶動(dòng)皮帶向遠(yuǎn)離電機(jī)一側(cè)運(yùn)行（按鈕松開，電機(jī)不停），按下電機(jī)【停止】按鈕后，電機(jī)停止運(yùn)行。（4）在觸摸屏上可對(duì)皮帶電機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行設(shè)置且生效，如圖11所示，圖示僅供參考，選手可根據(jù)實(shí)際情況，合理優(yōu)化人機(jī)界面。（5）在觸摸屏上可對(duì)龍門搬運(yùn)模塊各軸進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)操作，按下【X軸左轉(zhuǎn)】，則軸一電機(jī)帶動(dòng)皮帶模組滑臺(tái)向靠近電機(jī)方向運(yùn)動(dòng)（按鈕松開即停），按下【X軸右轉(zhuǎn)】，則軸一電機(jī)帶動(dòng)皮帶模組滑臺(tái)向遠(yuǎn)離電機(jī)方向運(yùn)動(dòng)（按鈕松開即停）；以此類推，龍門搬運(yùn)模塊的其他2個(gè)電機(jī)軸也如上述一樣，可進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)操作。（6）龍門搬運(yùn)模塊的電機(jī)軸運(yùn)動(dòng)速度可在觸摸屏上設(shè)置，并在下次運(yùn)動(dòng)時(shí)生效。（7）龍門搬運(yùn)模塊的人機(jī)界面設(shè)計(jì)如圖12所示，圖示僅供參考，選手可根據(jù)實(shí)際情況，合理優(yōu)化人機(jī)界面。圖10皮帶輸送模塊示意圖圖11龍門搬運(yùn)模塊觸摸屏示意圖

（二）自動(dòng)模式控制要求1.自動(dòng)模式停止?fàn)顟B(tài)下，按下【復(fù)位】按鈕，各模塊狀態(tài)開始復(fù)位，即電機(jī)軸、氣缸均復(fù)位至原點(diǎn)位置，等待啟動(dòng)命令。2.自動(dòng)模式下，任何情況下，按下【停止】按鈕，各模塊運(yùn)行狀態(tài)立即停止，所有模塊保持當(dāng)前動(dòng)作，等待【復(fù)位】命令。3.自動(dòng)模式下，按下【啟動(dòng)】按鈕，各模塊開啟運(yùn)行。此時(shí)，選手隨機(jī)將瓶體放置在分揀模塊入料口。5.自動(dòng)模式下，當(dāng)分揀模塊入料口處有瓶體進(jìn)入，則分揀模塊皮帶啟動(dòng)，帶動(dòng)瓶體前往機(jī)器視覺視野下識(shí)別。6.自動(dòng)模式下，分揀模塊在瓶體到達(dá)機(jī)器視覺視野下合理位置后，觸發(fā)相機(jī)拍攝并識(shí)別瓶體顏色。7.自動(dòng)模式下，當(dāng)分揀模塊機(jī)器視覺識(shí)別出當(dāng)前瓶體顏色后，判定紅色為不合格品，其余顏色為合格品。當(dāng)前瓶體顏色識(shí)別結(jié)果應(yīng)在視覺人機(jī)界面上顯示，并利用圖片控件明確指出當(dāng)前瓶體是否為合格品。8.自動(dòng)模式下，分揀模塊根據(jù)機(jī)器視覺判定結(jié)果，將不合格品剔除，將合格品運(yùn)送至分揀模塊出料口。9.自動(dòng)模式下，當(dāng)分揀模塊判定當(dāng)前瓶體為不合格品后，選手繼續(xù)手動(dòng)將瓶體放置在分揀模塊入料口，分揀模塊啟動(dòng)，繼續(xù)帶動(dòng)瓶體前往機(jī)器視覺視野下識(shí)別。10.自動(dòng)模式下，當(dāng)分揀模塊出料口有瓶體待出時(shí)，輸送模塊啟動(dòng)，前往分揀模塊出料口，抓取瓶體。11.自動(dòng)模式下，當(dāng)輸送模塊抓取到瓶體后，前往溫控模塊入料口，將瓶體放置在溫控模塊料臺(tái)上，放置完成后，輸送模塊原位待機(jī)，等待溫控模塊執(zhí)行流程。12.自動(dòng)模式下，溫控模塊伸出料臺(tái)，等待瓶體進(jìn)入，當(dāng)有瓶體輸入時(shí)，縮回氣缸。由考評(píng)員在自動(dòng)模式啟動(dòng)前指定目標(biāo)溫度。溫度控制PID超調(diào)量誤差應(yīng)控制在5%之內(nèi)，PID穩(wěn)態(tài)溫差應(yīng)控制在-0.5℃至0.5℃之間，瓶體在目標(biāo)溫度下穩(wěn)定加熱5秒后，將瓶體推出。13.自動(dòng)模式下，溫控模塊將瓶體加熱完成并推出后，輸送模塊啟動(dòng)，將瓶體夾取后放置到皮帶輸送模塊入料口，放置完成后，輸送模塊回到原點(diǎn)位置。14.自動(dòng)模式下，龍門搬運(yùn)模塊入口檢測(cè)到瓶體信號(hào)后，啟動(dòng)皮帶將瓶體輸送至皮帶末端。15.自動(dòng)模式下，龍門皮帶末端檢測(cè)到瓶體信號(hào)后，三軸啟動(dòng)到目標(biāo)位置夾取瓶蓋，移動(dòng)到瓶體正上方加蓋。16.自動(dòng)模式下，瓶體加蓋動(dòng)作完成后將整個(gè)包裝好的瓶體搬運(yùn)入庫，至此單次流程運(yùn)行完畢。17.自動(dòng)模式可以重復(fù)運(yùn)行，即在完成一次流程或推出非目標(biāo)瓶體后，系統(tǒng)仍可以再次啟動(dòng)運(yùn)行。（三）人機(jī)界面設(shè)計(jì)要求1.觸摸屏界面設(shè)計(jì)布局合理，各個(gè)按鈕指示燈分區(qū)放置，且有充分的文字標(biāo)識(shí)，指示按鈕或指示燈等元件的作用。2.觸摸屏界面設(shè)計(jì)應(yīng)符合題目要求的手動(dòng)模式和自動(dòng)模式所需要的按鈕指示燈，按鈕和指示燈之間無干涉。3.觸摸屏界面應(yīng)分為多個(gè)界面，如立體倉庫、視覺分揀、伺服輸送等頁面，頁面之間可自由切換。觸摸屏畫面設(shè)計(jì)如圖所示，圖示僅供參考，選手可根據(jù)實(shí)際情況，合理優(yōu)化人機(jī)界面。圖13自動(dòng)模式觸摸屏示意圖

附錄1西門子與信捷設(shè)備的I/O表和原理圖西門子-信捷IO表立體倉庫模塊PLC的I/O表輸入信號(hào)輸出信號(hào)序號(hào)PLC輸入點(diǎn)信號(hào)名稱信號(hào)來源序號(hào)PLC輸出點(diǎn)信號(hào)名稱信號(hào)來源1I1.1Y軸原點(diǎn)裝置側(cè)1Q0.2脈沖PLC側(cè)2I1.2Y軸上限位2Q0.3方向3I1.3Y軸下限位3Q2.0手抓旋轉(zhuǎn)閥4I1.4X軸左限位4Q2.1手抓伸出閥5I1.5X軸右限位5Q2.2手抓夾緊閥6I2.0左旋到位6Q2.3氣動(dòng)滑臺(tái)閥7I2.1右旋到位78I2.2伸出到位89I2.3縮回到位910I2.4夾緊檢測(cè)1011I4.5啟動(dòng)按鈕按鈕/指示燈模塊11Q4.1黃色指示燈按鈕/指示燈模塊12I4.6停止按鈕12Q4.2綠色指示燈13I4.7復(fù)位按鈕13Q4.3紅色指示燈14I5.0轉(zhuǎn)換開關(guān)14Q4.4蜂鳴器15I5.1急停按鈕15分揀模塊PLC的I/O表輸入信號(hào)輸出信號(hào)序號(hào)PLC輸入點(diǎn)信號(hào)名稱信號(hào)來源序號(hào)PLC輸出點(diǎn)信號(hào)名稱信號(hào)來源1I0.0編碼器B相裝置側(cè)1Q2.4變頻器正轉(zhuǎn)PLC側(cè)22Q2.5變頻器反轉(zhuǎn)3I2.5入料檢測(cè)3Q2.6多端速14I2.6氣缸伸出到位4Q2.7多端速25I2.7到達(dá)檢測(cè)5Q3.0多端速366Q3.1視覺拍照觸發(fā)77Q3.2推料電磁閥8I4.5啟動(dòng)按鈕按鈕/指示燈模塊8Q4.1黃色指示燈按鈕/指示燈模塊9I4.6停止按鈕9Q4.2綠色指示燈10I4.7復(fù)位按鈕10Q4.3紅色指示燈11I5.0轉(zhuǎn)換開關(guān)11Q4.4蜂鳴器12I5.1急停按鈕12輸送模塊PLC的I/O表輸入信號(hào)輸出信號(hào)序號(hào)PLC輸入點(diǎn)信號(hào)名稱信號(hào)來源序號(hào)PLC輸出點(diǎn)信號(hào)名稱信號(hào)來源1I0.6原點(diǎn)裝置側(cè)1Q0.0脈沖PLC側(cè)2I0.7左限位2Q0.1方向3I1.0右限位3Q0.6手抓抬升閥44Q0.7手抓旋轉(zhuǎn)閥55Q1.0手抓伸出閥66Q1.1手抓夾緊閥7I4.5啟動(dòng)按鈕按鈕/指示燈模塊7Q4.1黃色指示燈按鈕/指示燈模塊8I4.6停止按鈕8Q4.2綠色指示燈9I4.7復(fù)位按鈕9Q4.3紅色指示燈10I5.0轉(zhuǎn)換開關(guān)10Q4.4蜂鳴器11I5.1急停按鈕11溫控模