第一屆全國技能大賽世賽項目-全國機(jī)械行業(yè)選拔賽-工業(yè)4.0項目樣題

附件4

工業(yè)4.0項目樣題

2020年08月

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模塊一：系統(tǒng)集成與調(diào)試

工站一：立體倉儲

一、概述

倉儲工站用以實現(xiàn)工件分揀過程的智能化系統(tǒng)。生產(chǎn)線主要由工件上料模塊、下料

模塊、三軸機(jī)械手、上下料配套的氣動、電氣控制系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1：工站系統(tǒng)示意圖

二、設(shè)備擺放位置及名稱定義

此工位托盤擺放位置定義見圖2，一共16個位置;出庫輸送線和入庫輸送線定

義，X、Y、Z軸的定義如圖2所示；堆垛機(jī)原點位置請自行定義。

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圖2：工件擺放位置及順序

三、前置條件

(一)設(shè)備初始狀態(tài)

1)設(shè)備已通電

(二)設(shè)備資料

1)電氣原理圖

2)RFID型號

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四、比賽任務(wù)

1、安全操作與規(guī)范性要求

所有參賽選手應(yīng)嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)范，評委現(xiàn)場觀察操作過程，每違反一項扣1

分，直至扣完為止。安全操作規(guī)范見附件《設(shè)備操作須知》

2、總體任務(wù)目標(biāo)：通過人機(jī)界面下達(dá)啟動指令后，堆垛機(jī)可從指定原點

位置自動運行至指定庫位。具體任務(wù)見下表。

編號任務(wù)說明分?jǐn)?shù)

1項目建立與硬件組態(tài)10分

1.1創(chuàng)建項目，在博圖中創(chuàng)建一個新項目，并

保存到電腦硬盤

1.2添加PLC、PLCI/O模塊

1.3添加觸摸屏

1.4添加V90硬件

1.5編譯項目并成功下載到設(shè)備

2建立變量5分

2.1根據(jù)I/O地址表新建所需變量

2.2下載并測試成功

3RFID應(yīng)用5分

3.1添加RFID硬件

3.2數(shù)據(jù)讀取

4人機(jī)界面組態(tài)5分

4.1建立操作按鈕，包括以下內(nèi)容：輸送帶點

動按鈕、堆垛機(jī)X、Z軸正向與反向點動按

鈕、自動運行位置設(shè)定、自動運行速度設(shè)

定、自動運行按鈕、自動運行指示燈

5PLC編程與手動測試（手動模式下）10分

5.1按下輸送帶點動按鈕，輸送帶開始運行，

松開按鈕，停止運行

5.2按下“X軸正向點動”按鈕，X軸正向移

動，松開停止

5.3按下“X軸反向點動”按鈕，X軸反向移

動，松開停止

5.4按下“Z軸正向點動”按鈕，Z軸正向移

動，松開停止

5.5按下“Z軸反向點動”按鈕，Z軸反向移

動，松開停止

5.6堆垛機(jī)偏離原點位置的情況下，點擊堆垛

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機(jī)復(fù)位按鈕，堆垛機(jī)復(fù)位至自定義的原點

位置

6自動運行（自動模式下）15分

6.1按下啟動按鈕，堆垛機(jī)從原點位置自動運

行到第2庫位，運行過程中自動運行狀態(tài)

指示燈亮，運行到指定庫位后，停止，自

動運行狀態(tài)指示燈熄滅。如堆垛機(jī)起始位

置不在原點，應(yīng)先回到原點位置。

6.2自動運行過程中按下停止按鈕，堆垛機(jī)停

止運行，自動運行狀態(tài)指示燈熄滅。

五、評分表

倉儲工站評分表

項目及要求配分得分

項目1：項目建立與硬件組態(tài)

創(chuàng)建新項目包括項的命名與保存路徑1

正確添加PLC1

正確添加PLC的I/O模塊1

正確添加觸摸屏1

編譯項目并成功下載1

正確添加V90硬件2.5

伺服配置后編譯下載后無錯誤2.5

小計10

項目2：建立變量

根據(jù)I/O地址表新建變量2.5

下載并測試成功2.5

小計5

項目3：RFID組態(tài)

正確組態(tài)RFID2

數(shù)據(jù)讀取3

小計5

項目4：人機(jī)界面組態(tài)

“主控畫面按鈕與開關(guān)”功能（按鈕開關(guān)與文字標(biāo)識）

輸送帶點動按鈕0.5

X軸正向和反向點動按鈕0.5

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Z軸正向和反向點動按鈕0.5

三軸原點設(shè)置按鈕1

X軸和Z軸坐標(biāo)設(shè)置1

機(jī)械手自動運動速度設(shè)置1

自動運行模式“啟動”按鈕0.5

小計5

項目5：PLC編程和手動測試

手動模式下測式

按下“運輸線點動”，運轉(zhuǎn)，松開停止1

按下“X軸正向點動”按鈕，X軸正向移動，松開停止2

按下“X軸反向點動”按鈕，X軸正向移動，松開停止2

按下“Z軸正向點動”按鈕，Z軸正向移動，松開停止2

按下“Z軸反向點動”按鈕，Z軸反向移動，松開停止2

X軸、Z軸機(jī)械手原點設(shè)置

X軸、Z軸的原位設(shè)置1

小計10

項目6：PLC自動控制功能

自動控制模式下的庫位測試操作，按下“啟動”按鈕，執(zhí)行機(jī)構(gòu)自

動由原點移動到指定庫位

機(jī)械手不在原點狀態(tài):無法啟動0.5

執(zhí)行機(jī)構(gòu)在原點狀態(tài):啟動有效，運行指示燈亮0.5

啟動后機(jī)構(gòu)從原點位置移動到指定庫位14

小計15

工站二：工業(yè)機(jī)器人裝配

一、概述

組裝工站用以實現(xiàn)工件自動組裝過程的智能化系統(tǒng)。生產(chǎn)線主要由工件上料模塊、

下料模塊、工業(yè)機(jī)器人、上下料配套的氣動、電氣控制系統(tǒng)組成，如圖1所示。

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圖1：工站系統(tǒng)示意圖

二、設(shè)備擺放位置及名稱定義

此工位托盤擺放位置定義見圖2，一個9個格成品托盤，一個16格原料托盤。

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圖2：托盤和工件擺放位置及順序

三、前置條件

(一)設(shè)備初始狀態(tài)

1)設(shè)備已開機(jī)

(二)設(shè)備資料

1)電氣原理圖

2)RFID型號

四、比賽任務(wù)

1、安全操作與規(guī)范性要求

所有參賽選手應(yīng)嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)范，評委現(xiàn)場觀察操作過程，每違反一項扣1

分，直至扣完為止。安全操作規(guī)范見附件《設(shè)備操作須知》

2、總體任務(wù)目標(biāo)：實現(xiàn)PLC和機(jī)器人的組態(tài)，通過人機(jī)界面下達(dá)指令后，

可按要求實現(xiàn)將原料托盤及成品托盤輸送到指定位置。

編號任務(wù)說明分?jǐn)?shù)

1PLC項目建立與硬件組態(tài)5分

1.1創(chuàng)建項目，在博圖中創(chuàng)建一個新項目，

并保存到電腦硬盤

1.2添加PLC、PLCI/O模塊

1.3添加觸摸屏并組網(wǎng)

1.4添加機(jī)器人實現(xiàn)PROFINET通訊

1.5編譯項目并成功下載到設(shè)備

2建立變量3分

2.1根據(jù)I/O地址表新建所需變量

2.2下載并測試成功

3RFID應(yīng)用5分

3.1正確添加RFID硬件

3.2讀取原料托盤與成品托盤信息

4機(jī)器人取放料實現(xiàn)10分

4.1示教器調(diào)試機(jī)器人

4.2實現(xiàn)機(jī)器人抓取軌跡

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5人機(jī)界面組態(tài)5分

5.1建立設(shè)備狀態(tài)顯示界面，包含以下指示

燈：設(shè)備自動運行狀態(tài)指示燈、原料托

盤到位指示燈與成品托盤就位指示燈

5.2建立操作按鈕和開關(guān)：輸送帶正向、反

向點動按鈕，輸送帶正向、反向連續(xù)運

行按鈕，頂升機(jī)構(gòu)手動按鈕、夾緊裝置

手動按鈕、擋停1和2手動按鈕

6PLC編程與手動測試（手動模式下）8分

6.1在觸摸屏上按下輸送帶正向點動按鈕，

輸送帶正向運轉(zhuǎn)，松開按鈕后停止

6.2在觸摸屏上按下輸送帶反向點動按鈕，

輸送帶反向運轉(zhuǎn)，松開按鈕后停止

6.3在觸摸屏上按下輸送帶正向連續(xù)運行按

鈕，輸送帶正向開始運轉(zhuǎn)，松開按鈕照

常運行，再次點擊該按鈕后停止

6.4在觸摸屏上按下輸送帶反向連續(xù)運行按

鈕，輸送帶正向開始運轉(zhuǎn)，松開按鈕照

常運行，再次點擊該按鈕后停止

6.5在觸摸屏上按下?lián)跬?（2）按鈕，擋停

1（2）下降，松開按鈕，擋停1（2）復(fù)

位

6.6在觸摸屏上按下原料托盤定位氣缸按

鈕，原料托盤定位氣缸（ELO2提升機(jī)氣

閥）打開，再次點按關(guān)閉

6.7在觸摸屏上按下成品托盤定位氣缸按

鈕，成料托盤定位氣缸（ELO1提升機(jī)氣

閥）打開，再次點按關(guān)閉

7系統(tǒng)聯(lián)機(jī)自動運行（自動模式下）14分

7.1按下屏幕下方啟動按鈕，啟動自動生產(chǎn)

程序，RFID識別托盤信息，原料輸送機(jī)

構(gòu)把裝有物料的原料托盤從初始位置自

動運到組裝位置。同時成品輸送機(jī)構(gòu)將

成品托盤自動運到組裝位置。機(jī)器人裝

配完成發(fā)送完成信號后，有物料的成品

拖盤先離開，原料空托盤再離開，托盤

成功離開后輸送線停止，自動運行狀態(tài)

指示燈熄滅。

7.2在自動運行過程中按下屏幕下方停止按

鈕，原料與成品輸送機(jī)構(gòu)停止運行，自

動運行狀態(tài)指示燈熄滅，再按啟動按鈕，

繼續(xù)當(dāng)前裝配流程。

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五、評分表

項目及要求配分得分

項目1：項目建立與硬件組態(tài)

在博途中新建項目包括項的命名與保存路徑1

正確添加PLC及I/O模塊1

正確組態(tài)觸摸屏并分配IP及設(shè)備名稱1

正確添加機(jī)器人并分配IP及設(shè)備名稱1

編譯下載后無錯誤1

小計5

項目2：根據(jù)PLCI/O分配表新建I/O變量

建立PLC控制器的I/O變量1

下載后測試2

小計3

項目3：RFID組態(tài)

正確添加RFID硬件2

正確讀取原料托盤與成品托盤信息3

小計5

項目4：機(jī)器人實現(xiàn)抓取功能

實現(xiàn)機(jī)器人與PLCprofinet通訊1

建立PLC變量表地址與機(jī)器人地址相映射2

實現(xiàn)機(jī)器人回零調(diào)試與軌跡示教3

實現(xiàn)機(jī)器人抓取軌跡4

小計10

項目5：人機(jī)界面組態(tài)

“畫面顯示”功能（指示燈與文字標(biāo)識）

原料托盤到位指示0.5

成品托盤就位指示0.5

“主控畫面按鈕與開關(guān)”功能（按鈕開關(guān)與文字標(biāo)識）

輸送帶正向點動按鈕0.5

輸送帶反向點動按鈕0.5

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輸送帶正向連續(xù)運行按鈕0.5

輸送帶反向連續(xù)運行按鈕0.5

原料托盤定位氣缸按鈕0.5

成品托盤定位氣缸按鈕0.5

擋停1按鈕0.5

擋停2按鈕0.5

小計5

項目6：PLC編程和手動測試

手動模式下測式

按下“輸送帶正向點動”按鈕，輸送帶正向運轉(zhuǎn)，松開停止1.0

按下“輸送帶反向點動”按鈕，輸送帶反向運轉(zhuǎn)，松開停止1.0

按下“輸送帶正向連續(xù)運行”按鈕，輸送帶正向運轉(zhuǎn)，松開停

1.0

止

按下“輸送帶反向連續(xù)運行”按鈕，輸送帶反向運轉(zhuǎn)，松開停

1.0

止

按下“原料托盤定位氣缸”按鈕，原料定位氣缸打開，再次按

1

下復(fù)位

按下“成品托盤定位氣缸”按鈕，成品定位氣缸打開，再次按

1

下復(fù)位

按下“擋停1”按鈕，擋停1下降，松開復(fù)位1

按下“擋停2”按鈕，擋停2下降，松開復(fù)位1

小計8

項目7：PLC自動控制功能

自動模式下，按下“啟動”按鈕，自動程序啟動自動程序后原

料輸送動作順序如下：

1）輸送線運轉(zhuǎn)，RFID識別托盤信息2

2）原料托盤（成品托盤）從初始位置移到組裝位置后，輸送線

2.5

停止，原料（成品）定位氣缸打開

3）原料（成品）定位氣缸頂升到位后發(fā)出原料（成品）準(zhǔn)備就

2.5

緒信號并等待

4）機(jī)器人收到原料與成品到位信號后，開始裝配2

5）機(jī)器人裝配完成發(fā)送信號至PLC，原料定位氣缸復(fù)位，輸送

2

線運轉(zhuǎn)，原料托盤離開

6）當(dāng)原料托盤離開后，成品定位氣缸復(fù)位，輸送線運轉(zhuǎn)，待成

3

品托盤離開組裝位置后5秒停下

小計14

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工站三：機(jī)器視覺檢測

一、概述

視覺工站用以實現(xiàn)工件裝配質(zhì)量的自動化檢測系統(tǒng)。生產(chǎn)線主要由工件上料模塊、

運輸模塊、視覺檢測系統(tǒng)、相關(guān)配套的氣動、電氣控制系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1：工站系統(tǒng)示意圖

二、設(shè)備擺放位置及名稱定義

此工位托盤擺放位置定義見圖2，一個9個格成品托盤。

第12頁共22頁

圖2：工件擺放位置及順序

三、前置條件

(一)設(shè)備初始狀態(tài)

1)設(shè)備已開機(jī)

(二)設(shè)備資料

1)電氣原理圖

2)RFID型號

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四、比賽任務(wù)

1、安全操作與規(guī)范性要求

所有參賽選手應(yīng)嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)范，評委現(xiàn)場觀察操作過程，每違反一項扣1

分，直至扣完為止。安全操作規(guī)范見附件《設(shè)備操作須知》

2、總體任務(wù)目標(biāo)：通過人機(jī)界面下達(dá)啟動指令后，原料輸送機(jī)構(gòu)將裝有

工件的托盤運到視覺檢測工位，由RFID識別出工件信息。同時啟動相機(jī)檢

測工件的裝配質(zhì)量并將結(jié)果返回PLC，然后輸送系統(tǒng)將工件輸送到倉儲區(qū)。

編號任務(wù)說明分?jǐn)?shù)

1PLC項目建立與硬件組態(tài)5分

1.1創(chuàng)建項目，在博圖中創(chuàng)建一

個新項目，并保存到電腦硬

盤

1.2添加PLC、PLCI/O模塊

1.3添加觸摸屏

1.4OPCUA通訊設(shè)置

1.5編譯項目并成功下載到設(shè)備

2建立變量5分

2.1根據(jù)I/O地址表新建所需變

量

2.2下載并測試成功

3RFID應(yīng)用5分

3.1正確添加RFID硬件

3.2數(shù)據(jù)讀取

4人機(jī)界面組態(tài)5分

4.1建立設(shè)備狀態(tài)顯示界面，能

正確顯示以下內(nèi)容：輸送帶

是否運轉(zhuǎn)、成品托盤就位、

拍照完成和圖片處理結(jié)果

4.2建立操作按鈕和開關(guān)：物料

輸送帶正向、反向點動按鈕、

成品輸送正、反轉(zhuǎn)手動按鈕、

拍照按鈕及擋停手動按鈕等

5視覺檢測10分

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5.1通過相機(jī)軟件連接相機(jī)，獲

取圖像

5.2調(diào)節(jié)相機(jī)光圈、焦距、光源

強度以及其他參數(shù)，得到清

晰的圖像

5.3使用提供軟件來對圖片進(jìn)行

顏色提取和二維碼定位

6PLC編程與手動測試（手動模10分

式下）

6.1在觸摸屏上按下物料輸送帶

正向點動按鈕，物料輸送帶

正向開始運轉(zhuǎn)，松開按鈕后

停止

6.2在觸摸屏上按下物料輸送帶

反向點動按鈕，物料輸送帶

反向運轉(zhuǎn)，松開按鈕后停止

6.3在觸摸屏上按下物料輸送帶

正向運行按鈕，物料輸送帶

正向開始運轉(zhuǎn)，松開按鈕照

常運行，再次點擊該按鈕后

停止

6.4在觸摸屏上按下物料輸送帶

反向運行按鈕，物料輸送帶

開始反向運轉(zhuǎn)，松開按鈕照

常運行，再次點擊該按鈕后

停止

6.5在觸摸屏上按下?lián)跬?下降

按鈕，擋停1下降，松開按

鈕后抬起

6.7在觸摸屏上按下?lián)跬?下降

按鈕，擋停2下降，松開按

鈕后抬起

6.8按下觸發(fā)拍照按鈕一次，相

機(jī)拍照一次，HMI顯示結(jié)果

7系統(tǒng)聯(lián)機(jī)自動運行（自動模10分

式下）

7.1按下啟動按鈕，啟動自動生

產(chǎn)程序，托盤由輸送機(jī)運到

相機(jī)檢則位置，完成RFID識

別和相機(jī)拍照后，再把托盤

到輸送到倉儲位置停機(jī)。

7.2自動運行過程中按下停止按

鈕，物料與成品輸送機(jī)構(gòu)停

止運行，自動運行狀態(tài)指示

燈熄滅。

第15頁共22頁

五、評分表

項目及要求配分得分

項目1：項目建立與硬件組態(tài)

創(chuàng)建項目，在博圖中創(chuàng)建一個新項目，并保存到電腦硬盤0.5

添加PLC0.5

添加PLCI/O模塊0.5

添加觸摸屏0.5

編譯項目并成功下載1

OPCUA通訊設(shè)置1

編譯項目并成功下載到設(shè)備1

小計5

項目2：根據(jù)PLCI/O分配表新建I/O變量

建立PLC控制器的I/O變量2.5

下載后測試2.5

小計5

項目3：RFID應(yīng)用

正確添加RFID硬件2

數(shù)據(jù)讀取3

小計5

項目4：人機(jī)界面組態(tài)

“畫面顯示”功能（指示燈與文字標(biāo)識）

輸送皮帶正向運轉(zhuǎn)指示0.5

輸送皮帶反向運轉(zhuǎn)指示0.5

相機(jī)拍照完成指示0.5

托盤到檢測位置顯示0.5

“主控畫面按鈕與開關(guān)”功能（按鈕開關(guān)與文字標(biāo)識）

輸送皮帶正向點動按鈕0.5

輸送皮帶反向點動按鈕0.5

第16頁共22頁

輸送帶正向連續(xù)運行按鈕0.5

輸送帶反向連續(xù)運行按鈕0.5

擋停1點動按鈕0.5

擋停2點動按鈕0.5

小計5

項目5：視覺檢測

手動模式下測式

在視覺工控機(jī)上使用軟件獲取拍照圖像1.0

圖像清晰3.0

按下“拍照”按鈕，相機(jī)拍照2.0

視覺處理結(jié)果傳到PLC，在HMI上顯示2.0

實現(xiàn)顏色提取1.0

實現(xiàn)二維碼定位1.0

小計10

項目6：PLC編程和手動測試

手動模式下測式

按下“輸送正向點動”按鈕，輸送正向運轉(zhuǎn)，松開停止1.0

按下“輸送反向點動”按鈕，輸送反向運轉(zhuǎn)，松開停止1.0

按下“輸送正向連續(xù)運行”按鈕，輸送正向運轉(zhuǎn)，松開停止1.0

按下“輸送反向連續(xù)運行”按鈕，輸送反向運轉(zhuǎn)，松開停止1.0

按下“擋停1”擋停1下降，松開后復(fù)位1.5

按下“擋停2”擋停2下降，松開后復(fù)位1.5

按下觸發(fā)拍照按鈕一次，相機(jī)拍照一次3

小計10

項目7：PLC自動控制功能

在自動模式下，按下“啟動”按鈕，啟動自動生產(chǎn)程序后執(zhí)行

工序如下：

1）檢測輸送帶將托盤運到相機(jī)檢測位置后停止1

2）RFID讀取工件信息并顯示在觸摸上4

3）觸發(fā)相機(jī)拍照3

5）工件到達(dá)倉儲位置后全線停止2

小計10

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模塊二：網(wǎng)絡(luò)配置與安全

一、概述

為了實現(xiàn)多系統(tǒng)的集成以及數(shù)據(jù)安全需要對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置，網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖1所示。

圖1：網(wǎng)絡(luò)示意圖

二、前置條件

(一)設(shè)備初始狀態(tài)

1)設(shè)備未連接

(二)設(shè)備資料

1)交換機(jī)手冊

2)路由器手冊

三、比賽任務(wù)

1、總體任務(wù)目標(biāo)：實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的聯(lián)通與隔離。

編號任務(wù)說明分?jǐn)?shù)

1網(wǎng)絡(luò)安全與配置20分

1.1初始化交換機(jī)、路由器

1.2上層系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不可以訪問維護(hù)網(wǎng)絡(luò)

1.3上層系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)盡可以通過ping訪問生

產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)1、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)2

1.4維護(hù)網(wǎng)絡(luò)可以不受限制的訪問生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)

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1、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)2

1.5維護(hù)網(wǎng)絡(luò)不可以訪問上層系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

2PLC2分

2.1配置PLC網(wǎng)絡(luò)屬性是的其他設(shè)備可以發(fā)

現(xiàn)PLC

3測試3分

3.1通過wireshark軟件抓取并分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)

據(jù)包

3.2通過proneta軟件分析網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

四、評分表

項目及要求配分得分

項目1：網(wǎng)絡(luò)配置

上層系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不可以訪問維護(hù)網(wǎng)絡(luò)3

上層系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)盡可以通過ping訪問生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)1、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)24

維護(hù)網(wǎng)絡(luò)可以不受限制的訪問生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)1、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)23

維護(hù)網(wǎng)絡(luò)不可以訪問上層系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)3

生產(chǎn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)1、生產(chǎn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)2不可以訪問維護(hù)網(wǎng)絡(luò)、上層

3

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)1、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)2之間不可以相互通信4

小計20

項目2：配置PLC

配置PLC的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)屬性2

小計2

項目3：網(wǎng)絡(luò)測試

在維護(hù)網(wǎng)絡(luò)中用wireshark收集從維護(hù)網(wǎng)絡(luò)到生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)1的

1.5

ping數(shù)據(jù)包

在維護(hù)網(wǎng)絡(luò)用proneta獲取生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖1.5

小計3

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模塊三：數(shù)字孿生

一、概述

比賽基于西門子ProcessSimulateV15.1以及如下數(shù)字孿生模型，如圖1所示。

圖1：數(shù)字孿生模型圖

第20頁共22頁

二、軟硬件配置要