应用实操类-- 产品生产工作站设备升级与改造

一、赛题背景：

工厂是生产和加工产品的重要场所，而生产设计则是工厂正常运行的关键。随着科技的飞速发展，各种新型的自动化生产设备不断涌现，不仅能够满足产品质量和产能的需求，还能提高生产效率和降低生产成本，并实现节能减排。

工业自动化赛题涉及智能制造领域中的科技创新、工程设计和智能应用等，主要面向全国电气工程、 自动化、机械工程、仪表科学与工程、信息与通讯工程等相关学科的在校本科生和全国自动化类、机电设备类、机械设计制造类、电子信息类、计算机类及通信类等相关专业的在校高职院校学生。

本赛题面向产品生产工作站设备升级与改造这一工艺场景，内容涵盖生产工作站的工艺要素、特征、流程进行梳理，可编程逻辑控制器、触摸屏、工业机器人、伺服系统、变频器等的编程与调试，依托物料输送、物料搬运、物料装配、物料加工等智能制造环节进行竞赛，涉及多种设备的编程调试能力和集成联调能力的考核，以及虚拟场景设计、数据分析和处理、任务协作等实践应用能力的考核。

参赛选手以团队的形式报名，每个团队参赛选手不超过4人，其中，研究生不超过1人，鼓励学生跨院系、跨专业组队；每个团队指导教师不超过2人，鼓励高校教师和企业工程师双导师进行参赛指导。

整体赛程分区域初赛和全国总决赛两个比赛阶段，赛前练习与区域初赛采用PLC数字孪生综合实训系统（以下简称“实训箱”），全国总决赛使用工业机器人智能数字孪生技术综合实训平台（以下简称“实训平台”）。

二、设备介绍：

2.1实训箱介绍

    实训箱包含实训箱硬件、数字孪生练习软件、工业机器人数字孪生技术实训软件。

实训箱硬件，使用汇川H5U系列高性能可编程控制器，硬件涉及覆盖可编程控制器、触摸屏、传感器、IOT模块等内容。实训箱可以完成高校所需的实训内容，能够模拟现实工业生产设计的需求。其中包括单一编程，多设备联合编程设计，与物联网模块的系统学习。

数字孪生练习软件，包括多种不同场景的典型实训案例，帮助同学们刚好的掌握实训箱的使用，了解数字孪生技术应用，能够地帮助学生更加直观的了解加工工业的生产流程，同时是比赛中的重点考察方向。

工业机器人数字孪生技术实训软件，本软件是模拟实训平台（全国总决赛设备）的数字孪生仿真软件。具备与真实机台相同的功能与使用方式，并且能够更加安全的学习。通过对软件的学习可以完全的模拟真实的实训平台的使用。其中包括物料上料区、六轴机器人搬运区、三轴机器人仓储区三大部分组成。

2.2实训平台介绍

  2.2.1 平台简介

图3-12区域分布示

图3-13实训设备实物图

实训平台，使用汇川IRB300等系列六轴工业机器人和汇川H5U系列高性能可编程控制器，实训平台在覆盖涉及可编程控制器、触摸屏、传感器、伺服、变频器、工业机器人等所能支持的安装接线、硬件组态、逻辑编程等内容。由物料上料区、六轴机器人搬运区、三轴机器人仓储区。满足对数字化智能制造控制系统的运行维护、升级改造、系统调试、系统集成、设计开发等岗位的技术能力要求。

2.2.2 平台功能

A.    可编程控制器PLC：

i.         手动模式及初始化

1.       设备初次上电，可实现一键进行初始化；

2.       气缸可以单独控制推进与缩回；

3.       在手动模式下，绿灯呈现闪烁姿态，每隔一秒闪一次

ii.       自动模式

1.       自动模式启动时，设备可自行判断相关工位的状态决定是否进行初始化；

2.       自动模式启动后，绿灯呈现常亮姿态，当设备紧急停止或暂停时，绿灯灭，红灯亮；

3.       自动模式时，设备可以进行紧急停止，在紧急停止后，必须进行复位操作，方可重新启动程序；

4.       自动运行时，设备可以暂停运行，按下启动按钮后，设备可以继续运行；

5.       与触摸屏、机器人保持良好的通讯；

6.       控制伺服电机与变频器的运作，并接受伺服电机与变频器运行时的反馈。

B.    伺服控制：

i.         手动模式及初始化

1.       设备初次上电，可实现一键进行初始化；

2.       可以控制三轴机器人点动操作；

3.       可以控制物料传送线点动操作。

ii.       自动模式

1.       自动模式启动时，设备可自行判断相关工位的状态决定是否进行初始化；

2.       实时记录当前位置与速度，并反馈给PLC；

3.       自动运行中，不得与其他机械结构发生碰撞，若发生故障，可以实现紧急报警，并暂停运行；

4.       自动运行中，三轴机器人精准夹取立库中空的物料盒，并将其放在码垛区，在码垛完成后，夹取物料盒将其放回立库中的原位置；

5.       在取料动作与放料动作完成后，三轴机器人都需要回到初始位置。

C.    六轴机器人：

i.         手动模式及初始化

1.       设备初次上电，机器人一键回原点；

2.       根据需要设定工具坐标系；

3.       通过手动模式验证机器人气路是否正常。

ii.       自动模式开始前准备工作

1.       检查机器人快换接头是否在原位；

2.       自动开始之前应汇报裁判，裁判到位后即可开始。

iii.      自动模式

1.       机器人自动运行的过程中，人员远离其工作区域，操作人员按规定方式手拿示教器，出现问题后应及时拍下急停（出问题为未拍急停，按违规处理）；

2.       机器人自动更换锥形寻迹快换接头，机器人根据选定路径开始进行寻迹（至少为三种，赛前裁判随机选定），每次寻迹完成需前往寻迹盘，根据规定完成一定的角度的姿态调整，姿态调整完毕后继续开始寻迹；

3.       寻迹完成以后前往快换平台，将锥形寻迹快换接头放下，回到初始位置（在更换快换接头的过程中，机器人应设置安全点以免因为碰撞，导致快换接头发生损坏）；

D.    触摸屏：

i.         初始画面及用户登录

1.       设备初次上电，触摸屏进入初始画面，用户根据自身权限进行登录；

2.       登录以后进入手动控制界面，触摸屏的每一页都可进行用户注销操作；

3.       管理员可以删除用户与添加用户操作。

ii.       手动界面

1.       手动模式下可以对传送带、三轴进行手动控制；

2.       手动界面需具有三轴位置显示，及各传感器运行状态。

iii.      报警界面

1.       报警界面具有基本的报警信息显示，如发生故障需在全局弹窗，并在报警界面可以查询故障原因；

2.       报警界面具有复位按钮，故障清除后，按下复位按钮故障即可消失。

iv.      自动界面

1.       自动界面实时显示当前工艺进展过程；

2.       具有自动启动、停止、暂停按钮，可以对自动过程进行启动、停止、暂停等操作。

3.       机器人完成焊接后发出焊接完成信号。

E.    变频器：

i.         手动控制模式

1.       利用变频器手动操作修改电机转速；

2.       利用变频器手动操作修改电机方向；

ii.       程序自动控制模式

1.       使用PLC编程或触摸屏输入控制变频器方向参数并通过编码器反馈；

2.       使用PLC编程或触摸屏输入控制变频器转速参数并通过编码器反馈。

F.    实训平台仿真软件

i.         手动模式及初始化

1.       软件初次打开，可实现一键进行初始化；

2.       可通过触摸屏手动画面或实体按钮对三轴机器人以及传送带进行点动、回零、定位等操作；

3.       可通过触摸屏手动画面或实体按钮控制仿真软件中的多种气缸、指示灯等；

ii.       自动模式

1.       自动模式启动时，设备可自行判断相关工位的状态决定是否进行初始化，且初始化路径安全；

2.       自动模式启动前，可通过触摸屏选择三轴机器人的抓取顺序；

3.       在自动模式下不可碰撞场景中的无关物体；

4.       在物料的放置与取出过程中要保证位置的准确；

5.       在运行过程中保证重要位置的位置准确，防止在软件运行过程中出现异常情况。

2.2.3平台产品明细

三、任务要求：

3.1   区域初赛赛题说明

初赛内容通过使用工业机器人数字孪生技术实训软件将多个应用场景结合，并统一考察。区域初赛赛题任务书将于区域初赛前2个月正式发布。

3.2   全国总决赛赛题说明

全国总决赛赛题内容主要涉及实训平台的三轴机器人仓储区和六轴机器人搬运区，采用线下比赛模式，入围全国总决赛的参赛队需按组委会提供的任务书，进行设计、编程与调试工作，考察参赛队伍的综合能力。大赛组委会会在总决赛前一个月公布决赛样题任务书，现场决赛任务会在样题基础上有所微调，但调整比例不超过20%。

三轴机器人仓储区包含模拟立库、物料盒、三轴机器人、夹爪气缸、光电传感器等机构，比赛内容包括传感器逻辑判断、三轴机器人运动、物料盒搬运和合理仓储、与六轴机器人联合协作等，考察参赛队伍的PLC编程能力、伺服组态与调试能力、触摸屏界面组态能力等。

六轴机器人搬运区包含六轴机器人本体、配套的机械手快换平台、图形寻迹平台、置物平台和机器人示教器。比赛内容包括六轴机器人路径循迹、工具TCP姿态设定、物料吸盘抓取、工装抓取等，考察参赛队伍的六轴机器人编程能力、工艺协作能力等。

3.3赛题内容与竞赛设备衔接情况

针对三轴机器人仓储区，参赛队伍可通过工业机器人数字孪生技术实训软件的相应练习，具备PLC编程能力、伺服组态与调试能力、触摸屏界面组态能力等

针对六轴机器人搬运区，参赛队伍可通过短期集中赛前培训，具备六轴机器人编程能力、工艺协作能力等。