第二屆全國人工智能應用技術技能大賽河南省選拔賽計算機及外部設備裝配調(diào)試員(智能傳感器應用技術)競賽樣題-教師組

2021年全國行業(yè)職業(yè)技能競賽——第二屆全國人工智能應用技術技能大賽河南省選拔賽計算機及外部設備裝配調(diào)試員（智能傳感器技術應用）競賽樣題（教師組）第二屆全國人工智能應用技術技能大賽河南省組委會技術組二〇二一年九月15/21重要說明1.比賽時間210分鐘，160分鐘后，選手可以棄賽，但不可提前離開賽位場地，需要在賽位指定位置，與比賽設備隔離。2.比賽共包括4個任務，總分100分，見表1。表1比賽任務及配分序號名稱配分說明1任務一：典型傳感器的安裝與調(diào)試202任務二：智能傳感器的組網(wǎng)與測試253任務三：智能傳感器典型應用與調(diào)試254任務四：智能傳感器綜合應用30必須完成任務一、二、三后方可進行任務四合計1003.除有說明外，限制各任務評判順序，但不限制任務中各項的先后順序，選手在實際比賽過程中要根據(jù)賽題情況進行操作，所有評判必須在選手舉手要求后評判。4.需要裁判驗收的各項任務，任務完成后裁判只驗收1次，請根據(jù)賽題說明，確認完成后再提請裁判驗收。5.比賽所需要的資料及軟件都以電子版的形式保存在工位計算機里指定位置E:\ZL\。表2：資料明細表序號電子資料名稱1硬件IO配置表2通訊配置表6.競賽平臺系統(tǒng)中主要模塊的IP地址預分配如下表3所示。表3：IP地址分配表序號名稱IP地址分配備注1裝配單元PLC192.168.0.112涂膠單元PLC192.168.0.123檢測單元PLC192.168.0.134裝箱單元PLC192.168.0.145入庫單元PLC192.168.0.156調(diào)試單元PLC192.168.0.167裝配單元HMI192.168.0.218涂膠單元HMI192.168.0.229檢測單元HMI192.168.0.2310裝箱單元HMI192.168.0.2411入庫單元HMI192.168.0.2512調(diào)試單元HMI192.168.0.2613調(diào)試單元讀碼器192.168.0.3514視覺相機192.168.0.4015振動傳感器192.168.0.5016入庫單元讀碼器192.168.0.60173KG機器人192.168.0.103183D相機編程計算機192.168.0.707.選手對比賽過程中需裁判確認部分，應當先舉手示意。8.參賽選手在競賽過程中，不得使用U盤。9.比賽過程中，若發(fā)生危及設備或人身安全事故，立即停止比賽，將取消其參賽資格。10.選手在競賽過程中應該遵守相關的規(guī)章制度和安全守則，如有違反，則按照相關規(guī)定在競賽的總成績中扣除相應分值。11.選手在比賽開始前，認真對照工具清單檢查工位設備，并確認后開始比賽；選手完成任務后的檢具、儀表和部件，現(xiàn)場需統(tǒng)一收回再提供給其他選手使用。12.賽題中要求的備份和保存在電腦中的文件，需選手在計算機指定文件夾E:\2021ZN\中命名對應文件夾（賽位號+PLC，賽位號+HMI，賽位號+3D），賽位號為1個數(shù)字+3個字母+2個數(shù)字，如1CHB01。賽題中所要求備份的文件請備份到對應到文件夾下，即使選手沒有任何備份文件也要求建立文件夾。13.選手嚴禁攜帶任何通訊、存儲設備及技術資料，如有發(fā)現(xiàn)將取消其競賽資格。選手擅自離開本參賽隊賽位或者與其他賽位的選手交流或者在賽場大聲喧嘩，嚴重影響賽場秩序，如有發(fā)生，將取消其競賽資格。14.選手必須認真填寫各類文檔，競賽完成后所有文檔按頁碼順序一并上交。15.選手必須及時保存自己編寫的程序及材料，防止意外斷電及其它情況造成程序或資料的丟失。16.賽場提供的任何物品，不得帶離賽場。17.在整個比賽期間，選手應嚴格防止機器人運動造成人身傷害，嚴格遵循相關職業(yè)素養(yǎng)要求及安全規(guī)范，包括安全文明參賽，著裝、操作規(guī)范，工具擺放整齊，資料歸檔完整等。

競賽項目任務書任務一：典型傳感器的組裝與調(diào)試任務描述：根據(jù)電氣原理圖和安裝圖對調(diào)試單元模塊主要傳感器進行機械和電氣安裝。根據(jù)任務書智能系統(tǒng)場景要求設計傳感器選型和布置方案，設計傳感器電氣原理圖，編寫指定單元主要傳感器的工作原理、技術參數(shù)和電氣原理圖。主要傳感器包括：漫反射光電、振動傳感器；稱重傳感器、溫度傳感器；RFID射頻讀寫器、2D視覺、3D視覺；數(shù)顯壓力開關；接近開關、讀碼器等，實現(xiàn)傳感器與控制系統(tǒng)的互聯(lián)互通，為后期數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控做準備。（一）典型傳感器的選型和布置方案。選手根據(jù)“涂膠單元”系統(tǒng)的設計要求，選擇與系統(tǒng)匹配的傳感器并列舉出本單元使用的主要傳感器種類和數(shù)量及主要技術參數(shù)，詳見附件1。選手填寫所選傳感器名稱和技術參數(shù)。選手填寫所選傳感器的工作原理。選手繪制所選傳感器的電氣原理圖，為后期傳感器的安裝測試做準備。完成任務1中（1）-（3）后，舉手示意裁判進行評判！典型傳感器的組裝與調(diào)試。1、振動傳感器安裝調(diào)試安裝振動傳感器、網(wǎng)關、節(jié)點、以及連接線到調(diào)試平臺正確位置，設置DXM無線網(wǎng)關和無線節(jié)點相關參數(shù)，實現(xiàn)振動傳感器與其附件的連接。具體包含：振動傳感器與無線節(jié)點的連接。無線節(jié)點供電電路連接。DXM100無線網(wǎng)關供電電路的連接。DXM100無線網(wǎng)關網(wǎng)絡連接。DXM100無線網(wǎng)關IP地址的設定。無線節(jié)點站地址設定。DXM100無線網(wǎng)關和無線節(jié)點的綁定。調(diào)試平臺振動傳感器、網(wǎng)關、無線節(jié)點如圖1-1所示：圖1-1振動傳感器附件2、安裝RFID射頻讀寫器將RFID射頻讀寫器安裝到正確位置，使后續(xù)編程時能夠?qū)崿F(xiàn)：當步進電機固定芯片移動到此位置時，能夠?qū)崿F(xiàn)RFID的讀寫和信息狀態(tài)監(jiān)控。具體包含：RFID射頻讀寫器安裝。RFID射頻讀寫器電纜安裝。在調(diào)試單元中安裝RFID射頻讀寫器完成后，效果如圖1-2所示：圖1-2RFID射頻讀寫器安裝位置3、安裝2D視覺系統(tǒng)將2D視覺系統(tǒng)安裝到正確位置，使后續(xù)編程時能夠?qū)崿F(xiàn)：通過視覺系統(tǒng)軟件手動拍照、PLC控制自動拍照。具體包含：（1）相機控制器與鏡頭的位置調(diào)整。（2）相機電源線的連接。（3）相機與交換機通訊電纜的連接。在調(diào)試單元中安裝視覺傳感器完成后，效果如圖1-3所示：圖1-3視覺傳感器安裝位置完成任務2中（1）-（3）后，舉手示意裁判進行評判任務二：智能傳感器的組網(wǎng)與測試（一）RFID射頻讀寫器編程測試對RFID進行組態(tài)和參數(shù)設置，通過RFID狀態(tài)指示燈判斷當前工作狀態(tài)，對RFID芯片進行讀寫操作，寫入的數(shù)值正確顯示到人機界面中。RFID編碼規(guī)則如下：圖2-1RFID編碼規(guī)則A.場次：A、B、C、D、E；B.庫位號：當前工件在倉庫中的位置；C.零件狀態(tài)：0:不合格，1：合格2：未知（未經(jīng)過傳感器檢測）。具體如下：對RFID進行初始化設置，HMI測試界面正確顯示是否檢測到讀寫芯片。編寫PLC程序，根據(jù)RFID規(guī)定的編碼規(guī)則寫入相應代碼初始化狀態(tài)數(shù)據(jù)。第一次初始化信息為：A051。寫入完成后，對芯片啟動讀操作，編寫HMI測試界面顯示RFID芯片中初始化的數(shù)據(jù)，測試是否與寫入的相同。編寫PLC程序，根據(jù)RFID規(guī)定的編碼規(guī)則寫入相應代碼過程檢測存儲數(shù)據(jù)。存儲信息為：D101。寫入完成后，對芯片啟動讀操作，編寫HMI測試界面顯示RFID芯片中存儲檢測的數(shù)據(jù)，測試是否與寫入的相同。RFID射頻讀寫器調(diào)試界面參考示例如下圖2-2所示：圖2-2RFID調(diào)試界面參考示例完成任務二中（1）后，舉手示意裁判進行評判?。ǘ┱{(diào)試平臺運動機構編程與調(diào)試編寫主控PLC中步進電機運動機構模塊任務，能夠?qū)崿F(xiàn)移動模組的基本運動與狀態(tài)信息監(jiān)控。具體包含如下啟用和禁用模組，當人機界面啟用軸按鈕未按下時，移動模組不動作。點動正轉(zhuǎn)，當運動到圖2-3位置1微型光電處時，移動模組停止。點動反轉(zhuǎn)，當移動到圖2-3位置7微動開關處時，移動模組停止。模組回原點，圖2-3的位置1處的微型光電為原點檢測開關。在任意位置，絕對位置方式運動到圖2-3的位置3、5、7處，位置先后順序隨機指定。起始位置在圖2-3位置3對射開關處，相對位置運動±50mm。勻速運動，當移動到圖2-3位置1或7處時，移動模組停止。停止軸，無論模組處于何種運動方式下，按下此按鈕，模組立即停止。圖2-3移動模組位置分布移動模組人機界面參考示例如下圖2-4所示：圖2-4移動模組人機界面參考示例完成二中（2）后，舉手示意裁判進行評判?。ㄈ┱駝觽鞲衅骶幊虦y試對振動傳感器網(wǎng)關和無線節(jié)點進行參數(shù)設置，人機界面能夠?qū)崟r顯示振動傳感器監(jiān)測電機正常運轉(zhuǎn)和故障時的Z軸速度（mm/s）、X軸速度(mm/s)和發(fā)熱溫度(℃)。具體如下：（1）通過振動傳感器編程軟件，選手設置TCP通訊，正確連接振動傳感器網(wǎng)關，建立通訊。（2）編寫PLC程序，當電機正常勻速運行時，實時讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)，人機界面HMI正確顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型保留3位小數(shù)。（3）編寫PLC程序，當電機故障時（電機聯(lián)軸器與編碼器連接處松動），實時讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)，檢測數(shù)據(jù)異常5S后，電機勻速運動停止，人機界面HMI正確顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)和電機報警狀態(tài)，報警狀態(tài)以2Hz的頻率閃爍。振動傳感器正常與故障安裝時，參考示例如下圖2-5所示。電機正常狀態(tài)電機異常狀態(tài)圖2-5電機正常與故障狀態(tài)振動傳感器調(diào)試界面參考示例如下圖2-6所示。圖2-6振動傳感器調(diào)試界面參考示例完成任務二中（3）后，舉手示意裁判進行評判！任務三：智能傳感器智典型應用與調(diào)試（一）2D視覺軟件設定2D視覺系統(tǒng)的調(diào)試與編程在調(diào)試單元上進行。打開安裝在編程計算機上的智能相機軟件，連接和配置相機，通過調(diào)整相機焦距，使智能相機穩(wěn)定、清晰地攝取圖像信號。測試要求如下：在軟件中能夠正確實時查看到現(xiàn)場放置于相機下方托盤中的工件1的圖像，要求工件圖像清晰。完成任務三中（1）后，舉手示意裁判進行評判?。ǘ?D視覺調(diào)試和編程1.設置視覺控制器觸發(fā)器類型、光源控制模式、目標圖像亮度，設置視覺控制器與主控PLC的通信。2.圖像的標定、樣本學習任務，要求如下：對要檢測區(qū)域圖像進行模型區(qū)域和訓練區(qū)域的標定與學習，實現(xiàn)相機中出現(xiàn)的圖像和實物一致；脫機模式下，對托盤內(nèi)的工件進行手動拍照，獲取該工件目標區(qū)域的的X坐標、Y坐標、角度偏差A，利用視覺工具，編寫相機視覺程序?qū)ぜＰ蛥^(qū)域進行訓練和學習。編寫主控PLC中2D視覺系統(tǒng)調(diào)試模塊任務，能夠自動識別相機識別工位中托盤中工件，并將工件信息包括位置、角度和得分等顯示在人機界面中。2D調(diào)試界面參考示例如下圖3-1所示。圖3-1視覺調(diào)試界面參考示例測試要求如下：選手人工放置裝有工件的托盤于相機識別工位。在智能相機軟件切換相機的脫機與聯(lián)機狀態(tài)，人機界面能正確顯示相機是否在線，判斷相機與PLC是否建立通訊連接。相機在聯(lián)機狀態(tài)下通過人機界面按鈕操作相機進行拍照，工件對應信息X坐標、Y坐標、A角度偏差、P得分能夠正確顯示在人機界面中。完成任務三中（2）后，舉手示意裁判進行評判！（三）3D視覺調(diào)試和編程任務描述：按照任務書要求，在機器人裝配單元，完成機器人、3D視覺、主控系統(tǒng)之間通信連接，通過視覺系統(tǒng)軟件編程和調(diào)試，完成3D相機的調(diào)試、手眼標定，以及基于深度學習的工件識別，基于位姿估計信息，工業(yè)機器人與3D相機結合，完成對目標工件的分揀。1、3D相機參數(shù)設定設置、調(diào)整相機參數(shù)，使相機獲得清晰、高質(zhì)量的圖像。具體圖像包含2D圖、深度圖和點云的清晰采集；2、手眼標定操作在機器人裝配單元安裝標定板，設置標定參數(shù)，獲取機器人與相機之間的位姿轉(zhuǎn)換關系，完成工業(yè)機器人與相機之間的手眼標定。具體包含的任務：（1）在機器人裝配單元選擇合適位置安裝標定板，運行機器人3D標定程序，設置3D智能相機軟件與工業(yè)機器人系統(tǒng)的通信參數(shù)，通過3D智能相機軟件手動操作機器人，獲得工業(yè)機器人的控制權。（2）設置相機及標定板參數(shù),獲取高質(zhì)量的標定板圖像數(shù)據(jù)。（3）添加點陣列，啟動自動手眼標定程序，根據(jù)標定精度對計算結果進行優(yōu)化和誤差分析。3、采集自制數(shù)據(jù)集操作3D智能相機和視覺系統(tǒng)軟件，采集目標物體的圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)要求完成圖像的標注。具體包含的任務：（1）在檢測單元分揀盒中，放入工件，手動調(diào)整不同角度合適的位姿。在保證圖像質(zhì)量的情況下，采集16張包含不同標簽工件位姿的圖像。（2）利用內(nèi)置的圖像標定工具，對每張圖像進行標注。4、模型訓練與位姿輸出基于自制數(shù)據(jù)集，編程實現(xiàn)對位姿識別模型的訓練，利用訓練后的模型正確識別目標工件并輸出位姿信息。具體包含的任務：（1）啟動模型訓練，等待視覺系統(tǒng)完成工件識別模型訓練；（2）將訓練完成的模型分別導入至工件與托盤視覺識別工程中，并設置相應的參數(shù)和感興趣區(qū)域。（3）在視覺識別工程中，切換至虛擬相機模式，加載標準驗證圖像，利用已訓練模型對其進行識別，驗證模型的識別效果。5、工業(yè)機器人與3D相機對目標工件分揀與裝配編程基于位姿估計信息，工業(yè)機器人與3D相機結合，通過設定視覺軟件給定的識別工程的參數(shù)，根據(jù)相機主控軟件與相機通訊配置表，示教編程機器人分揀與裝配程序，完成機器人對目標工件的分揀。具體包含的任務：（1）在3D相機系統(tǒng)視覺識別軟件中，設定給定的工件與托盤視覺識別程序中的參數(shù)。（2）基于3D相機位姿檢測結果，示教編程機器人對工件的識別和抓取。（3）基于3D相機位姿檢測結果，示教編程機器人對空托盤的識別和抓取。機器人每完成工件識別和托盤分揀子任務后，回到待機點（HOME點），各軸坐標為：軸1(A1)0.000度、軸2(A2)0.000度、軸3(A3)0.000度、軸4(A4)0.000度、軸5(A5)-90.000度、軸6(A6)0.000度，各軸角度偏差不超過±0.1度。任務四：智能傳感器綜合應用任務描述：規(guī)定零件的自動化試運行，競賽任務通過圖4-1智能生產(chǎn)線平臺，通過AGV單元運載托盤，裝配單元裝配零件，涂膠單元涂膠貼標，檢測單元檢測成品和廢品，包裝單元機器人裝箱、貼碼、搬運，出入庫單元禮品盒出庫和成品的入庫完成零件的組裝。選手完成智能系統(tǒng)整體任務運行參數(shù)設定與調(diào)試，把傳感器構成的智能系統(tǒng)的各個模塊的傳感數(shù)據(jù)按照任務要求上傳工業(yè)云平臺進行可視化顯示，系統(tǒng)各單元預置部分PLC或HMI程序，選手自行下載程序，選手對整體設備進行調(diào)試和完善指定單元PLC程序以及人機界面程序，并通過各單元HMI實現(xiàn)本單元零件的加工和工件的中轉(zhuǎn)和出入庫。圖4-1智能生產(chǎn)線系統(tǒng)綜合工作任務如下：（一）綜合任務基礎準備根據(jù)綜合任務要求，由選手自行設計補充涂膠單元、檢測單元PLC復位程序和HMI觸摸屏界面，滿足以下基本功能：1、能夠?qū)崿F(xiàn)涂膠單元的復位、啟動、停止等功能：（1）復位為本單元運行至初始歸零狀態(tài)；（2）系統(tǒng)啟動為系統(tǒng)自動按照綜合任務運行；（3）系統(tǒng)停止為系統(tǒng)停止運動。初始歸零狀態(tài)為：（1）單元中步進電機控制機構處于原點位置。（2）單元中交流電機控制機構運行5S后停止運行。（3）單元中所有氣動元件歸位，傳送帶阻擋氣缸上升，涂膠和貼標氣缸縮回。（4）單元流水線上沒有空托盤或零件。若上述條件中任一項不滿足，則本單元紅色警示燈以1Hz的頻率閃爍，系統(tǒng)不能啟動，故障清除重新復位后恢復正常。圖4-2涂膠單元人機交互界面參考示例2、能夠?qū)崿F(xiàn)檢測單元的復位、啟動、停止等功能：（1）復位為本單元運行至初始歸零狀態(tài)；（2）系統(tǒng)啟動為系統(tǒng)自動按照綜合任務運行；（3）系統(tǒng)停止為系統(tǒng)停止運動。初始歸零狀態(tài)為：（1）單元中交流電機控制的水平傳送帶運行5S后停止。（2）單元中氣動元件視覺阻擋氣缸伸出、推料阻擋氣缸縮回。（3）單元流水線上沒有空托盤或零件。（4）單元2D相機初始化拍照。若上述條件中任一項不滿足，則本單元紅色警示燈以1Hz的頻率閃爍，系統(tǒng)不能啟動，故障清除重新復位后恢復正常。圖4-3檢測單元人機交互界面參考示例3、系統(tǒng)復位完成后啟動自動化運行前的準備：AGV單元人工放置空托盤。圖4-4AGV單元預置空托盤裝配單元立體倉庫中預置零件。圖4-5裝配單元預置零件涂膠單元預置金屬標簽。圖4-6涂膠單元預置金屬標簽出入庫單元預置禮品盒。具體擺放位置及數(shù)量由選手自行擺放。圖4-7出入庫單元預置禮品盒4、通過設置檢測單元視覺系統(tǒng)參數(shù)，完成本單元的檢測流程。5、選手操作裝配單元HMI單機模式界面，單擊右上角，設置裝配單元機身位置、機身厚度、機殼位置、機殼厚度、行車機械手抓取位置1、位置2、位置3參數(shù)，完成裝配單元機身裝配流程。6、選手操作涂膠單元HMI手動模式界面，單擊右上角，設置涂膠單元貼標位置1、位置2、位置3參數(shù)，完成貼標流程。7、選手操作出入庫單元HMI手動模式界面，單擊右上角，設置出入庫單元倉位1-倉位6和出入庫位置參數(shù)，完成禮品盒的出庫和成品件的入庫流程。（二）系統(tǒng)綜合任務實現(xiàn)1、手動操作實現(xiàn)任務流程：根據(jù)現(xiàn)場提供的編程環(huán)境補充完善檢測單元人機界面和PLC程序后，手動操作各單元觸摸屏完成1個零件的出庫、涂膠、識別、空托盤的回收、搬運、裝配以及入庫等任務。具體任務流程如下：手動將空托盤放置在裝配單元傳送帶入口處，裝配單元檢測到空托盤進入后，通過阻擋氣缸定位，從立體倉庫中分別取出零件在裝配工作臺進行組裝，組裝完畢后，水平升降模組將零件放置于空托盤中，托盤流向傳送帶末端。托盤進入涂膠單元，通過阻擋氣缸定位，水平移動模組抓取標簽運動至傳送帶上方，先點膠再放置標簽，貼標完成托盤流向傳送帶末端。托盤進入檢測單元，通過色標傳感器和智能相機對零件進行檢測，并將檢測的數(shù)據(jù)顯示在HMI觸摸屏上，具體包含零件的顏色和貼標位置坐標X、坐標Y、角度偏差A和得