2020年全國行業(yè)職業(yè)技能競賽

——全國人工智能應用技術(shù)技能大賽河南省選拔賽

計算機及外部設(shè)備調(diào)式源（智能傳感器技術(shù)應用）賽項

實操樣題（學生組）

選手須知：

1.任務書共14頁，附頁圖紙21頁，如出現(xiàn)任務書缺頁、字跡不清等

問題，請及時向裁判申請更換任務書。

2.競賽任務完成過程配有兩臺編程計算機，參考資料（競賽平臺相關(guān)的

器件手冊等）放置在“D:\參考資料”文件夾下。

3.參賽團隊應在3.5小時內(nèi)完成任務書規(guī)定內(nèi)容；選手在競賽過程中創(chuàng)

建的程序文件必須存儲到“D:\技能競賽\競賽編號”文件夾下，未存

儲到指定位置的運行記錄或程序文件均不予給分。

4.選手提交的試卷不得出現(xiàn)學校、姓名等與身份有關(guān)的信息，否則成績

無效。

5.由于錯誤接線、操作不當?shù)仍蛞餚LC、觸摸屏、變頻器、傳感器

及I/O組件、伺服放大器的損壞，將依據(jù)大賽規(guī)程進行處理。

6.在完成任務過程中，請及時保存程序及數(shù)據(jù)。

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場次：工位號：日期：

人工智能應用技術(shù)技能大賽項目任務書

一、競賽設(shè)備說明

競賽平臺是由廣東三向智能科技股份有限公司提供的“SX-815V機電一體化綜合

實訓設(shè)備”，主要由傳感器環(huán)境監(jiān)測應用單元、傳感器健康管理應用單元、傳感器質(zhì)

量檢測應用單元、傳感器倉儲管理應用單元、傳感器自動巡航與3D分揀應用單元，

實現(xiàn)空瓶上料、顆粒物料上料、物料分揀、顆粒填裝、加蓋、擰蓋、物料檢測、瓶

蓋檢測、產(chǎn)品分揀、機器人搬運合格產(chǎn)品入盒、盒蓋包裝、貼標、入庫等自動生產(chǎn)

全過程。

系統(tǒng)的5個工作單元都配有獨立的控制PLC和人機交互的按鈕板，系統(tǒng)可以聯(lián)

機運行，同時各單元也可以單站運行。4臺PLC通過TCP/IP進行通訊。

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二、工作過程概述

本系統(tǒng)工作過程概述如下：

(一)傳感器環(huán)境監(jiān)測應用單元在單機狀態(tài)下上料輸送帶逐個將空瓶輸送到主

輸送帶，聯(lián)機情況下有M1協(xié)作機器人將物料運輸?shù)街鬏斔蛶?；上料檢測傳感器檢測

到有空物料瓶到位，上料輸送帶停止；同時循環(huán)輸送帶機構(gòu)將供料機構(gòu)的物料推出，

根據(jù)物料顆粒的顏色進行分揀；聯(lián)機狀態(tài)下皮帶反轉(zhuǎn)，當空瓶到達填裝位后，填裝

定位機構(gòu)將空瓶固定，主輸送帶停止；填裝機構(gòu)將分揀到位的顆粒物料吸取放到空

物料瓶內(nèi)；物料瓶內(nèi)填裝物料到達設(shè)定的顆粒數(shù)量后，填裝定位氣缸松開，主輸送

帶啟動，將物料瓶輸送到機器人抓取端，等待機器人抓取至下一個工位。主皮帶經(jīng)

過恒溫箱需檢測出PM2.5數(shù)值，噪音數(shù)值，溫濕度數(shù)值。如圖0-2所示。

圖0-2物料分揀裝瓶

(二)協(xié)作機器人將物料瓶被輸送到傳感器健康管理應用單元的加蓋機構(gòu)下，加

蓋定位機構(gòu)將物料瓶固定，加蓋機構(gòu)啟動加蓋流程，將蓋子（白色或藍色）加到物

料瓶上；加上蓋子的物料瓶繼續(xù)被送往擰蓋機構(gòu)，到擰蓋機構(gòu)下方，擰蓋定位機構(gòu)

將物料瓶固定，擰蓋機構(gòu)啟動，通過扭力傳感器數(shù)值設(shè)定將瓶蓋擰緊，并檢測電機

的溫度與振動頻率。

圖0-3加蓋擰蓋

（三）擰蓋完成的物料由協(xié)作機器人抓取至傳感器質(zhì)量檢測應用單元進行檢測：

進料檢測傳感器檢測擰蓋完成的物料瓶是否到位，回歸反射傳感器檢測瓶蓋是否擰

緊；對擰蓋物料瓶進行瓶蓋顏色判別區(qū)分重量檢測；不合格的物料瓶被分揀機構(gòu)推

送到廢品輸送帶上（輔輸送帶）；擰蓋與顆粒均合格的物料瓶被輸送到主輸送帶末端，

等待機器人搬運。

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合格品不合格品

圖0-4合格與不合格品示意圖

（五）傳感器倉儲管理應用單元堆垛機構(gòu)把廠庫的包裝盒體吸取出來，放置物

料臺。由協(xié)作機器人將物料運輸物料臺放滿，然后按要求依次放入倉儲相應倉位。2

×3的倉庫每個倉位均安裝一個檢測傳感器，堆垛機構(gòu)水平軸為一個精密轉(zhuǎn)盤機構(gòu)，

垂直機構(gòu)為渦輪絲桿升降機構(gòu)，均由精密伺服電機進行高精度控制。

物料瓶放入包裝盒

三、競賽工作任務

（一）傳感器環(huán)境監(jiān)測應用單元的安裝、接線、編程與調(diào)試

1．任務描述

本單元用型號為西門子1214CDC/DC/DC的PLC實現(xiàn)電氣控制,現(xiàn)在該單元控制

掛板以及桌面部分機構(gòu)的安裝與接線已經(jīng)完成，由于特殊傳感器未安裝，無法為該

單元的環(huán)境進行檢測，現(xiàn)在你需要對傳感器環(huán)境監(jiān)測應用單元中的傳感器進行安裝

與接線，并進行整個單元的PLC編程與調(diào)試。

（1）請根據(jù)以下資料，完成傳感器環(huán)境監(jiān)測應用單元中的傳感器的零部件安裝，

在該過程中請注意斷電操作，操作完成需用萬用表測量無誤。

（2）傳感器安裝效果圖如圖1-1所示；

（3）請根據(jù)模塊端子板端子分配表（見表1-1，1-2，1,3）以及所提供的電路

圖（見附頁圖02-06）完成該機構(gòu)桌面上所有與PLC輸入輸出有關(guān)的執(zhí)行元件的電氣

連接，連接方向參考顆粒上料單元的端子板連接示意圖并進行調(diào)試。

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（4）請根據(jù)以下的模型圖、運行功能、PLCI/O功能分配表，完成本單元PLC

編程，根據(jù)變頻器參數(shù)要求完成變頻器參數(shù)設(shè)置，并進行調(diào)試。

（5）PLC技術(shù)參數(shù)詳見《西門子1200系列PLC編程手冊》，變頻器技術(shù)參數(shù)詳

見《匯川MD700系列變頻器》技術(shù)手冊。

圖1-1傳感器安裝效果圖

4.桌面端子板連接示意圖

傳感器

磁性開關(guān)

執(zhí)行機構(gòu)電氣元件

分布式I/O15針端子板

控制板PLC

電磁閥

圖1-4端子板連接示意圖

5.桌面循環(huán)選料端子板15針端子板CN310分配表

表1-1

端子板CN310地址線號功能描述

XT3-0I2.2料筒A物料檢測傳感器

XT3-1I2.3料筒B物料檢測傳感器

XT3-2I2.4顆粒到位檢測傳感器

XT3-3I3.1推料氣缸A前限

XT3-4I3.2推料氣缸B前限

XT3-5I3.5顆粒顏色A

XT3-6I3.6顆粒顏色B

XT3-7I3.7顆粒顏色C

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XT2PS13+(+24V)24V電源正極

XT1PS13-(0V)24V電源負極

6.桌面輸送帶端子板15針端子板CN302分配表

表1-2

端子板CN302地址線號功能描述

XT3-0I2.0上料檢測

XT3-1I2.1填裝位檢測

XT3-2I2.5定位氣缸后限

XT2PS13+(+24V)24V電源正極

XT1PS13-(0V)24V電源負極

7.桌面填裝顆粒端子板15針端子板CN303分配表

表1-3

端子板CN303地址線號功能描述

XT3-0I2.6升降氣缸上限

XT3-1I2.7升降氣缸下限

XT3-2I3.0填裝限位

XT3-3I3.3旋轉(zhuǎn)氣缸左限位

XT3-4I3.4選裝氣缸右限位

XT2PS13+(+24V)24V電源正極

XT1PS13-(0V)24V電源負極

8.模型圖

傳感器環(huán)境監(jiān)測應用單元執(zhí)行機構(gòu)由上料輸送帶、主輸送帶機構(gòu)、填裝機構(gòu)、

循環(huán)輸送帶機構(gòu)等組成，詳細部件分布見附圖08。

9.運行功能

初始位置：

上料輸送帶停止，主輸送帶停止，循環(huán)輸送帶機構(gòu)停止，推料氣缸A縮回,推料

氣缸B縮回,填裝定位氣缸縮回，填裝機構(gòu)處于物料吸取位置上方。氣源二聯(lián)件壓

力表調(diào)節(jié)到0.4Mpa～0.5Mpa。在3D視覺工作臺上人工放置6個空瓶，A/B料筒內(nèi)混

亂放置8顆白色物料、8顆粒藍色物料、8顆粒金屬物料。

控制流程：

（1）上電，系統(tǒng)處于“停止”狀態(tài)下?！巴Ｖ埂敝甘緹袅?，“啟動”和“復位”

指示燈滅。

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（2）在“停止”狀態(tài)下，按下“復位”按鈕，該單元復位，復位過程中，“復

位”指示燈閃亮，所有機構(gòu)回到初始位置。復位完成后，“復位”指示燈常亮，“啟

動”和“停止”指示燈滅?！斑\行”或“復位”狀態(tài)下，按“啟動”按鈕無效。

（3）在“復位”就緒狀態(tài)下，按下“啟動”按鈕，單元啟動，“啟動”指示燈

亮，“停止”和“復位”指示燈滅。

（4）循環(huán)輸送帶啟動高速運行，變頻器以50HZ頻率輸出。

（5）當循環(huán)輸送帶機構(gòu)上的顏色確認檢測傳感器檢測到有白色物料通過時，

變頻器反轉(zhuǎn)，并以20HZ頻率輸出，如果超過10秒鐘，仍沒有檢測到白色物料通過，

則重新開始第（4）步。

（6）當白色物料到達取料位后，顆粒到位檢測傳感器動作，循環(huán)輸送帶停止。

（7）填裝機構(gòu)下降。

（8）吸盤打開，吸住物料。

（9）填裝機構(gòu)上升。

（10）填裝機構(gòu)轉(zhuǎn)向裝料位。

（11）在第（4）步開始的同時，單機時上料輸送帶與主輸送帶同時啟動，當物

料瓶上料檢測傳感器檢測到到空瓶時，上料輸送帶停止，聯(lián)機時由協(xié)作機器人將物

料運輸至主皮帶，當物料瓶上料檢測傳感器檢測到到空瓶時皮帶反轉(zhuǎn)，填裝定位機

構(gòu)將空瓶固定當主輸送帶上的空瓶移動一段距離后等待協(xié)作機器人搬運至其他工

位。

（13）當顆粒填裝位檢測傳感器檢測到空瓶，并等待空瓶到達填裝位時，主輸

送帶停止，填裝定位氣缸伸出，將空瓶固定。

（14）當?shù)冢?1）步和第（13）都完成后，填裝機構(gòu)下降。

（15）填裝機構(gòu)下降到吸盤填裝限位開關(guān)感應到位后，吸盤關(guān)閉，物料順利放

入瓶子，無任何碰撞現(xiàn)象。

（16）填裝機構(gòu)上升。

（17）填裝機構(gòu)轉(zhuǎn)向取料位。

（18）當瓶子裝滿3顆白色物料后，進入第（19）步。否則重新開始第（7）步。

（19）填裝定位氣缸縮回。

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（20）主輸送帶啟動，將瓶子輸送到協(xié)作機器人抓取處等待抓取。

（21）循環(huán)進入第（6）步。

（22）在任何啟動運行狀態(tài)下，按下“停止”按鈕，該單元立即停止，所有機

構(gòu)不工作，“停止”指示燈亮，“啟動”和“復位”指示燈滅。

9.PLCI/O功能分配表

表1-3

序號名稱功能描述備注

1I0.0按下啟動按鈕閉合

2I0.1按下停止按鈕閉合

3I0.2按下復位按鈕閉合

4I0.3按下聯(lián)機按鈕閉合

5I2.0檢測到顏色A物料

6I2.1檢測到顏色B物料

7I2.2檢測到顏色C物料

8I2.3上料傳感器感應到物料閉合

9I2.4顆粒填裝位感應到物料閉合

10I2.5檢測到料筒A有物料閉合

11I2.6檢測到料筒B有物料閉合

12I2.7輸送帶取料位檢測到物料閉合

13I3.0填裝定位氣缸后限位感應閉合

14I3.1填裝升降氣缸上限位感應閉合

15I3.2填裝升降氣缸下限位感應閉合

16I3.3吸盤填裝限位感應閉合

17I3.4推料氣缸A前限感應閉合

18I3.5推料氣缸B前限感應閉合

19I3.6填裝旋轉(zhuǎn)氣缸左限感應閉合

20I3.7填裝旋轉(zhuǎn)氣缸右限感應閉合

21Q0.0啟動指示燈

22Q0.1停止指示燈

23Q0.2復位指示燈

24Q2.0主輸送帶正轉(zhuǎn)

25Q2.1主輸送帶反轉(zhuǎn)

26Q2.2上料輸送帶正轉(zhuǎn)

27Q2.3上料輸送帶反轉(zhuǎn)

28Q4.0填裝旋轉(zhuǎn)氣缸旋轉(zhuǎn)

29Q4.2定位氣缸伸出

30Q4.4吸盤拾取

31Q4.6填裝升降氣缸下降

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32Q5.0推料氣缸A推料

33Q5.2推料氣缸B推料

10.變頻器參數(shù)設(shè)置要求

表1-4

序號功能設(shè)定值備注

1控制方式2

2主頻率源X選擇9

3波特率5

4Modbus數(shù)據(jù)格式3

5本站地址5

6數(shù)據(jù)傳輸格式選擇1

11.溫濕度參數(shù)設(shè)置要求

表1-4

序號功能設(shè)定值備注

1波特率9600

2Modbus數(shù)據(jù)格式無校驗

3本站地址4

（二）傳感器健康管理應用單元的電路設(shè)計、安裝、接線、編程與調(diào)試

1.任務描述

本單元用型號為西門子1214CDC/DC/DC的PLC實現(xiàn)電氣控制,輸送帶由24V直

流電機驅(qū)動，由于需要利用本單元來對物料瓶進行加蓋擰蓋處理，該單元控制掛板

的安裝與接線已經(jīng)完成，現(xiàn)在你需要完成以下任務：

（1）請根據(jù)以下資料，完成傳感器健康管理應用單元中的傳感器的零部件安裝，

在該過程中請注意斷電操作，操作完成需用萬用表測量無誤。

（2）傳感器安裝效果圖如圖1-1所示；

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（3）請根據(jù)加蓋擰蓋單元的桌面端子板端子分配表（見表2-5）、模塊端子板端

子分配表（見表2-2、表2-3、表2-4）以及所設(shè)計的IO電路圖完成該單元桌面上所

有與PLC輸入輸出有關(guān)的執(zhí)行元件的電氣連接，連接方向參考加蓋擰蓋單元的端子

板連接示意圖。

（4）請根據(jù)以下的模型圖、運行功能、PLCI/O功能分配表（見表2-5），完成

本單元PLC編程與調(diào)試，PLC技術(shù)參數(shù)詳見《西門子1200系列PLC編程手冊》。

2．模型圖

加蓋擰蓋單元由加蓋機構(gòu)、擰蓋機構(gòu)、輸送帶機構(gòu)等組成,詳細部件分布見附圖

10。

3.運行功能

初始狀態(tài)：主輸送帶停止、加蓋定位氣缸縮回、加蓋伸縮氣缸縮回、加蓋升降

氣缸縮回、擰蓋定位氣缸縮回、擰蓋電機停止、擰蓋升降氣缸縮回，氣源二聯(lián)件壓

力表調(diào)節(jié)到0.4Mpa～0.5Mpa。

單元復位控制：

（1）上電，設(shè)備任一部件不在初始位置，系統(tǒng)自動復位；

（2）或者系統(tǒng)處于停止狀態(tài)下，按下“復位”按鈕系統(tǒng)自動復位。其它運行狀

態(tài)下按此按鈕無效；

（3）“復位”燈（黃色燈，下同）閃亮顯示；

（4）“停止”（紅色燈，下同）燈滅；

（5）“啟動”（綠色燈，下同）燈滅；

（6）所有部件回到初始位置；

（7）“復位”燈（黃色燈）常亮，系統(tǒng)進入就緒狀態(tài)。

單元啟動控制：

（1）系統(tǒng)在就緒狀態(tài)按啟動按鈕，單元進入運行狀態(tài)，而停止狀態(tài)下按此按鈕

無效；

（2）“啟動”指示燈亮；

（3）“復位”指示燈滅；

（4）主輸送帶啟動運行；

（5）手動將無蓋物料瓶放置到該單元起始端；

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（6）當加蓋位檢測傳感器檢測到有物料瓶，并等待物料瓶運行到加蓋工位下方

時，停止；

（7）加蓋定位氣缸推出，將物料瓶準確固定；

（8）如果加蓋機構(gòu)內(nèi)無瓶蓋，即瓶蓋料筒檢測傳感器不得電，加蓋機構(gòu)不動作；

①紅色停止指示燈閃亮(f=1HZ)；

②手動將蓋子放入后，瓶蓋料筒檢測傳感器感應到瓶蓋，紅色停止指示燈滅；

③加蓋機構(gòu)開始運行，繼續(xù)第（9）步動作；

（9）如果加蓋機構(gòu)有瓶蓋，瓶蓋料筒檢測傳感器得電，加蓋伸縮氣缸推出，將

瓶蓋推到落料口；

（10）加蓋升降氣缸伸出，將瓶蓋壓下；

（11）瓶蓋準確落在物料瓶上，無偏斜；

（12）加蓋伸縮氣缸縮回；

（13）加蓋升降氣缸縮回；

（14）加蓋定位氣缸縮回；

（15）主輸送帶啟動；

（16）當擰蓋位檢測傳感器檢測到有物料瓶，并等待物料瓶運行到擰蓋工位下

方時，輸送帶停止；

（17）擰蓋定位氣缸推出，將物料瓶準確固定；

（18）擰蓋電機開始旋轉(zhuǎn)；

（19）擰蓋升降氣缸下降；

（20）瓶蓋完全被擰緊；

（21）擰蓋電機停止運行；

（22）擰蓋升降氣缸縮回；

（23）主輸送帶反轉(zhuǎn)啟動；

（24）當物料瓶輸送到協(xié)作機器人抓取處。重復第（4）到（25）步，直到4個

物料瓶與4個瓶蓋用完為止，每次循環(huán)內(nèi)，任何一步動作失誤，該步都不得分。

單元停止控制：

（1）系統(tǒng)在運行狀態(tài)按“停止”按鈕，單元立即停止，所有機構(gòu)不工作；

（2）“停止”指示燈亮；“運行”指示燈滅；復位指示燈滅。

4.桌面端子板連接示意圖

傳感器

磁性開關(guān)

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15針端子板

執(zhí)行機構(gòu)電氣元件

電磁閥

控制板PLC

圖2-1端子板連接示意圖

5.加蓋模塊端子板CN300（15針端子板）端子分配表

表2-2

端子板CN300地址線號功能描述

XT3-0I2.0瓶蓋料筒檢測傳感器

XT3-1I2.3加蓋位傳感器

XT3-2I2.4加蓋伸縮氣缸后限

XT3-3I2.5加蓋升降氣缸上限

XT3-4I2.6加蓋升降氣缸下限

XT2PS13+(+24V)24V電源正極

XT1PS13-(0V)24V電源負極

6.輸送帶模塊端子板CN301（15針端子板）端子分配表

表2-3

端子板CN301地址線號功能描述

XT3-0I2.1加蓋位檢測傳感器

XT3-1I2.2擰蓋位檢測傳感器

XT3-2I2.7加蓋定位氣缸后限位

XT3-3I2.3加蓋伸縮氣缸前限

XT3-4I3.0擰蓋定位氣缸后限

XT2PS13+(+24V)24V電源正極

XT1PS13-(0V)24V電源負極

7.擰蓋模塊端子板CN302（15針端子板）端子分配表

表2-4

端子板CN302地址線號功能描述

XT3-0I3.1擰蓋升降氣缸上限

XT2PS13+(+24V)24V電源正極

XT1PS13-(0V)24V電源負極

8.PLCI/O功能分配表

表2-5

序號名稱功能描述備注

1I0.0按下啟動按鈕

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序號名稱功能描述備注

2I0.1按下停止按鈕

3I0.2按下復位按鈕

4I0.3按下聯(lián)機按鈕

5I2.0瓶蓋料筒感應

6I2.1加蓋位傳感器

7I2.2擰蓋位傳感器

8I2.3加蓋伸縮氣缸伸出前限

9I2.4加蓋伸縮氣缸伸出后限

10I2.5加蓋升降氣缸上限位

11I2.6加蓋升降氣缸下限位

12I2.7加蓋定位氣缸后限位

13I3.0擰蓋定位氣缸后限位

14I3.1擰蓋升降