工程应用赛道--工业自动化智能控制设计与应用

赛题说明 

赛题说明-工业自动化智能控制设计与应用20241014.pdf

一、赛项名称

赛项名称：工程应用赛道--工业自动化智能控制设计与应用

主办方：中国自动化学会

承办方：苏州汇川技术有限公司

二、赛项背景

习近平总书记在中共中央政治局第二次集体学习时强调“新发展格局以现代化产业体系为基础”，要求“打造自主可控、安全可靠、竞争力强的现代化产业体系”。

工业自动化控制（简称工业控制、工控）是现代制造业的心脏，是实现自动化、数字化和智能化生产的关键技术。随着智能制造的兴起，工业自动化控制能够通过对生产流程中的各个环节进行精准控制，提高生产效率、降低成本、提升产品质量。而人工智能、数字孪生等新技术的不断发展和融合应用，为工业自动化控制带来更加智能化、高效化的生产方式，使得智能控制在智能制造中的重要作用日益凸显。

工业自动化控制系统是工厂生产和制造过程中效率化、精确化、可控化及可视性的关键环节，系统类产品包括工业机器人、电机模组、机床、数字化工厂等，产品技术含量高、专业性强，应用范围广泛。工业自动化控制系统主要分为控制层、驱动层与执行层三层。其中，控制层产品主要用于控制生产制造过程的温度、压力、流量、物位等变量或物体位置、倾斜、旋转等参数，主要涉及PLC(可编程逻辑控制器)、HMI(人机交互界面)等设备。

当前,中国制造业正处于转型升级的关键时期，中国的工业自动化智能控制产品也在激烈的市场竞争中逐渐展现出其在适应性、性价比和技术服务方面的优势，形成了具有竞争力的自主品牌。国产替代的趋势日益明显，替代速度也在不断加快。

本赛题面向工业自动化智能控制领域的技术发展和典型应用，选取国内热点行业的典型应用场景和工艺流程作为赛题任务，旨在鼓励相关专业的大学生主动跟踪产业趋势和科技发展前沿，激发参赛学生自主学习、工程实践、技术与应用创新能力的提升，引导参赛学生积极参与产业创新与工程实践活动，培养团队协作意识和工匠精神；促进参赛高校的专业建设更好的服务于国家建设科技强国、制造强国战略；推动卓越工程师的培养，为新质生产力发展、新型工业化建设提供人才支撑。

三、任务要求

本赛题内容涉及PLC、HMI、工业机器人、伺服系统、变频器等设备的编程调试和和集成联调，涵盖物料输送、物料搬运、物料装配、物料加工、物料智能存储等典型工艺环节，以及虚拟场景设计、数据分析和处理、任务协作等实践应用。主要考察参赛选手的PLC程序设计、伺服系统参数设定和硬件配置、工业机器人的程序设计及姿态示教、以及各控制器的通讯和数据交互等技能。

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汇川智能控制系统数字化实训箱（以下简称“实训箱”，大赛组委会为参赛院校按每校一台的标准提供实训箱免费借用），全国总决赛使用汇川智能产线及仓储综合实训平台（以下简称“实训平台”）。实训箱和实训平台介绍详见第三部分。

参赛选手在区域初赛中需运用实训箱配备的数字孪生实训软件，进行程序设计及仿真调试，而在全国总决赛中将使用实体的实训平台进行程序设计及现场调试。

1、任务场景

中国新能源汽车产业在实现高质量发展的道路上蹄疾步稳，我国不仅是全球最大的汽车市场，同时也是最大的汽车生产国。其中车辆的操控稳定性和行驶安全性尤为重要，这对车辆的智能化生产装配及工艺流程有着极高的要求。

某新能源汽车制造企业拟采用国产工业自动化智能控制产品搭建汽车轮毂和转向节传输、装配及智能立库仓储的生产平台，包括了轮毂和转向节的精准装配、物料工件高效输送、立式仓库智能仓储等关键工艺环节。

参赛选手将作为该平台的自动化工程师，基于大赛设备模拟工作场景，根据相关的技术文档和工艺需求完成自动化程序设计，以及各设备的调试和优化，从需求分析、程序设计及现场调试三方面进行思考，使平台满足生产工艺的要求。

2、区域初赛任务说明

区域初赛采用实训箱和配套的数字孪生实训软件进行，考察内容包括汇川PLC、HMI等控制器的熟练使用，三轴机器人绝对或相对位置的运动控制操作，气动夹爪的抓取、旋转、放置等功能的应用，输送线绝对或相对位置的运动控制操作，六轴机器人的搬运及组装功能的应用，以及气动推料等装置的熟练使用。

区域初赛采用线下比赛方式，赛题将从以上的考察内容中选取部分考点，并结合赛题背景对参赛团队进行考察。赛题将在区域初赛比赛现场公布，参赛选手将在限定时间内完成赛题任务。

3、全国总决赛任务说明

全国总决赛采用实体的实训平台进行。将更加深入考察参赛选手对于精准装配、物料工件高效输送、智能立库仓储等工艺环节的实践应用能力。其中主要考察内容为（1）工艺流程分析和现场功能执行及调试（2）PLC程序设计、伺服驱动器以及其他控制器设备的参数设定和硬件配置功能（3）六轴机器人的程序设计、姿态操作及示教功能（4）各控制器的通讯、数据交互等功能。

全国总决赛采用线下比赛方式，决赛赛题将围绕以上考察内容并结合赛题背景进行整体考察，决赛赛题将以基础任务书+现场附加任务书的形式进行考察。

四、赛程说明

1、参赛报名

参赛对象：

全国高等学校全日制在校学生，技师学院预备技师（技师）班全日制在校学生，包括但不限于的计算机类、自动化类、电气类、机械类、电子信息类等专业。

报名规则：

(1) 参赛选手以团队的方式报名参赛，鼓励参赛选手跨院系、跨专业组队；

(2) 每支队伍最多可以报4名选手（最少1名），每位选手只能参加1支队伍；每个团队最多可以有1名研究生；

(3) 每位指导教师可以指导多支参赛队伍，每支队伍最多可以有2名指导老师；

(4) 每个参赛团队只能选择1个主题方向；

(5) 本次大赛报名截止日期为3月31日，参赛选手需在截止日期之前在大赛平台上完成报名。

2、区域初赛

区域初赛竞赛规程和考点说明预计于2025年3月15日前在大赛官网发布。

参赛团队报名成功后，可以以学校为单位免费申请一套区域初赛比赛用的实训箱。参赛团队在收到实训箱后，结合大赛官网学习专区发布的资料和视频，通过实训箱配套的数字孪生软件进行赛前练习（参见“五、比赛设备介绍及赛前练习指导”）。

大赛组委会将在2025年4月19-20日，通过线上考试系统进行线上基础知识考核，筛选出各区域进入区域初赛的团队。

区域初赛计划于2025年5月分赛区在承办院校举行，采用现场实操比赛的方式。

3、全国总决赛

全国总决赛的入围团队名单将在7大赛区区域初赛全部举行完成后统一公布，并于2025年6月中旬在大赛官网发布决赛竞赛规程和基础任务书。

全国总决赛预计于2025年8月初举行。采用现场实操的方式。除提前公布的基础任务以外，还将现场公布附加任务书。

五、比赛设备介绍

1、区域初赛实训箱介绍

实训箱包含实训箱硬件、数字孪生练习软件、数字孪生实训软件。

（1）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、传感器等内容，如图1与图2所示。

图1实训箱外观                       

图2实训箱操作面板

（2）数字孪生练习软件：包括了多种不同工艺场景的典型实训案例，能够帮助参赛选手很好地掌握实训箱的使用，加深了解数字孪生技术的应用。并且可以更加直观地了解工业自动化智能控制设计与应用场景。各练习案例如图3至图8所示。

注：各软件及指导文件储存于实训箱附属的U盘中。

图3备用水泵自动启用场景

图4三轴机器人立体仓储场景

图5十字路口红绿灯场景

图6音乐喷泉场景

图7三轴机器人分拣上料场景

图8圆盘定位场景

（3）数字孪生实训软件：本软件是汇川智能产线及仓储综合实训平台（全国总决赛设备）的数字孪生仿真系统，具备与实际设备基本相同的功能与使用方式，能够更加安全地进行学习，通过对软件的学习可以完全模拟真实实训平台的使用。其中主要包含了实训平台的物料输送线部分、六轴机器人交互部分、三轴机器人仓储部分等三大组成部分，如图9所示。

注：本软件以及指导文件储存于实训箱附属的U盘中。

图9数字孪生实训软件界面

2、区域初赛赛前练习

参赛团队在通过数字孪生练习软件熟悉了实训箱的使用后，即可基于实训箱和配套数字孪生实训软件进行区域初赛赛前练习。大赛官网https://icup.inovance.com/学习专区会发布数字孪生实训软件的教程文件及实训练习讲解视频，其中包含了三轴机器人绝对位置或相对位置的运动控制练习，气动夹爪的抓取、旋转、放置等功能练习，六轴机器人的搬运及组装功能练习，输送线绝对或相对位置的运动控制练习以及气动推料装置功能练习。

通过赛前练习，可使参赛者更快地掌握软件的基础功能，熟悉机台的各部分操作功能，更快地理解工艺流程和掌握汇川PLC、HMI以及其他控制器的编程技术，提高参赛选手的能力水平。示意图如图10和图11所示。      

图10三轴直角坐标系机器人示意图

图11夹爪、旋转气缸示意图

3、全国总决赛实训平台介绍

（1）平台简介

实训平台使用汇川IRB300系列六轴工业机器人和汇川H5U系列高性能可编程控制器，涉及输送线、气动装置、触摸屏、传感器、伺服控制器、变频器等工控类硬件。主要由物料输送线部分、六轴机器人交互部分、三轴机器人仓储部分构成，在本届大赛中用于模拟汽车智能制造工业现场中汽车轮毂及转向节的精准装配、物料工件高效输送、智能立库仓储等关键工艺环节。实训平台区域分布示意图如图12所示。

图12实训平台区域分布示意图

（2）实训平台产品明细