2020年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組《制造單元智能化改造與集成技術》賽項 樣題

圖0-3），在RobotArt軟件中，對工業(yè)機器人運動軌跡編程和各單元動作信號設置，完成應用平臺的1個輪轂零件的批量化生產流程，可通過仿真模擬全過程動作效果。動作過程中工業(yè)機器人不可出現不可達點、軸限位點和奇異點。僅針對虛擬仿真過程，輪轂零件初始狀態(tài)如表1-1所示，以便確定流程內容。表1-1虛擬仿真過程輪轂初始狀態(tài)輪轂放置倉位輪轂放置方向正面產品編號背面產品編號視覺檢測區(qū)域1視覺檢測區(qū)域2視覺檢測區(qū)域3視覺檢測區(qū)域44背面向上00040002紅色/NG綠色/OK紅色/NG綠色/OK任務二硬件搭建及電氣接線1.單元布局搭建及固定根據系統(tǒng)布局方案設計，調整各單元的相對位置，完成應用平臺的硬件拼裝固定。要求：（1）根據布局設計完成各單元位置調整。要求：各單元地腳支撐升起，各單元間通過連接板固連。（2）對各單元的底柜門板做調整。要求：應用平臺底柜內部連通、無門板遮擋，外側四周全部安裝門板，多余門板放置在U型支架內。2.電氣、通訊接線根據系統(tǒng)布局方案設計和控制系統(tǒng)方案設計，完成各單元的電源、氣源、通訊線路連接和布線，完成電腦與監(jiān)控終端（電視）的高清視頻線纜連接，完成工業(yè)機器人示教器的線纜連接。要求：（1）電源線纜由單元底柜的底板快接插頭安裝后通過底柜的下部線槽鋪設；氣源、通訊線纜由設備端安裝后通過底柜的上部線槽鋪設。（2）單元間電源線纜未放入線槽部分，不能出現折彎，整齊擺放在底柜底板上。（3）應用平臺總電源線路完成連接后用賽位內提供的臨時線槽覆蓋。（4）氣源線纜在臺面部分必須進入線槽，未進入線槽部分利用線夾和扎帶固定在臺面或立柱上，要求裁剪長度合適，不能出現折彎、纏繞和變形，不允許出現漏氣。（5）通訊線纜在臺面部分必須進入線槽，未進入線槽部分利用線夾和扎帶固定在臺面或立柱上，不能出現折彎、纏繞和變形。（6）工業(yè)機器人示教器線纜在插接時注意接口方向和旋緊螺母的使用方法，不得在未完全插入前轉動快接插頭。任務三制造單元的系統(tǒng)集成1.制造單元通訊組態(tài)及調試（1）總控單元PLC組態(tài)設置根據控制系統(tǒng)方案設計結果，在TIA編程軟件對總控單元的PLC、各單元的遠程IO模塊和執(zhí)行單元內PLC進行配置，為每個設備設置其IP地址使其建立正常通訊，并分配各遠程IO模塊的IO起始地址。根據所提供的各單元內部接線圖，建立信號表。（2）工業(yè)機器人組態(tài)設置對工業(yè)機器人示教器進行操作，在“DeviceNetDevice”中添加工業(yè)機器人的DSQC652模塊，其模塊參數如表3-1所示。根據所提供的執(zhí)行單元內部接線圖，建立信號表。表3-1DSQC652模塊參數序號參數項參數值1地址（Address）10對工業(yè)機器人示教器進行操作，在“DeviceNetDevice”中添加工業(yè)機器人的擴展IO模塊，其模塊參數如表3-2所示。根據所提供的執(zhí)行單元內部接線圖，建立信號表。表3-2擴展IO模塊參數序號參數項參數值1地址（Address）112設備代碼（VendorID）99993產品代碼（ProductCode）674設備類型（DeviceType）125通訊類型（ConnectionType）Polled6輸出長度（ConnectionOutputSize）127輸入長度（ConnectionInputSize）2（3）智能視覺通訊設置根據控制系統(tǒng)方案設計結果，對智能視覺通訊端口和與其完成通訊的控制設備網絡端口進行設置，使其可以建立正常通信并實現信號交互。（4）WinCC組態(tài)設置根據控制系統(tǒng)方案設計結果，在TIA編程軟件中建立WinCC工程項目，并使其與總控單元PLC建立正常通訊并實現信號交互。對數控系統(tǒng)的網絡通信端口進行設置，并在TIA編程軟件中對WinCC工程項目進行通訊設置，使數控系統(tǒng)和WinCC建立通訊連接并可在線設置交互信號。2.執(zhí)行單元和工具單元智能化改造（1）工業(yè)機器人安全姿態(tài)設定對工業(yè)機器人操作與編程，確定工業(yè)機器人本體的安全姿態(tài)，此姿態(tài)下工業(yè)機器人本體不會與周邊設備發(fā)生碰撞。當執(zhí)行單元平移滑臺運行時，工業(yè)機器人本體必須保持此姿態(tài)，不得同時動作。（2）執(zhí)行單元平移滑臺改造=1\*GB3①對執(zhí)行單元中的PLC編程，設置PLC對于伺服電機的控制參數，其中伺服電機編碼器分辨率為131072pulses/rev（17線），伺服電機驅動器電子齒輪已設置為900:1，減速機減速比3:1，同步帶減速比1.5:1，滾珠絲杠導程5mm。要求：平移滑臺運動速度不得超過25mm/s。=2\*GB3②根據所提供的執(zhí)行單元內部接線圖，對執(zhí)行單元內部的PLC進行編程，使平移滑臺實現回原點、定位運動、定速運動功能，原點傳感器位于標尺零刻度一側。（3）快換工具的拾取與放回對工業(yè)機器人操作與編程，使工業(yè)機器人可以完成對所需工具的拾取與放回，動作過程連貫無碰撞?？鞊Q工具在工具架的位置根據使用需求自行調整。注意：工業(yè)機器人不得懸空釋放工具使其掉落到工具架上。（4）快換工具的使用對工業(yè)機器人操作與編程，使工業(yè)機器人可以完成對所使用的工具的動作，如夾爪類工具的夾緊/松開、吸盤類工具的吸取/釋放、打磨類工具的打磨/停止等動作切換，并實現輪轂的拾取、釋放和打磨加工。3.倉儲單元智能化改造（1）倉儲單元立體倉庫改造根據控制系統(tǒng)方案設計結果和所提供的倉儲單元內部接線圖，實現以下功能：=1\*GB3①由外部信號控制指定編號的倉位托盤推出和縮回。=2\*GB3②每個倉位的傳感器可以感知當前是否有輪轂零件存放在倉位中。=3\*GB3③倉位指示燈根據倉位內輪轂零件存儲狀態(tài)點亮，當倉位內沒有存放輪轂零件時亮紅燈，當倉位內存放有輪轂零件時亮綠燈。（2）A1流程要求=1\*GB3①工業(yè)機器人由倉儲單元將輪轂零件取出。=2\*GB3②優(yōu)先取出所在倉位編號較大的輪轂零件。=3\*GB3③若此輪轂零件已被取出過，則跳過此倉位。（3）A2流程要求=1\*GB3①工業(yè)機器人將所持輪轂零件放回倉儲單元。=2\*GB3②放入的倉位編號為該輪轂零件取出時的倉位編號。（4）A3流程要求=1\*GB3①工業(yè)機器人由倉儲單元將輪轂零件取出。=2\*GB3②倉位編號由WinCC“訂單界面”設置。（5）A4流程要求=1\*GB3①工業(yè)機器人將所持輪轂零件放回倉儲單元。=2\*GB3②倉位編號由WinCC“訂單界面”設置。（6）A5流程要求=1\*GB3①對倉儲單元中立體倉庫內所存儲的輪轂零件進行整理。=2\*GB3②將立體倉庫中的輪轂零件數量調整為3個，將超出數量的輪轂零件按照倉儲編號由大到小的順序將輪轂零件取出后按照E1流程處置。=3\*GB3③輪轂零件視覺檢測區(qū)域1和視覺檢測區(qū)域2的檢測結果（OK為1，NG為0）做“異或”運算。若倉庫中輪轂零件存在正面朝上情況，則可利用打磨單元實現輪轂零件的翻轉。=4\*GB3④運算結果為1的輪轂零件放置在2、4、6號倉位。=5\*GB3⑤運算結果為0的輪轂零件放置在1、3、5號倉位。4.加工單元智能化改造（1）數控系統(tǒng)刀具信息建立對數控系統(tǒng)進行操作設置，根據虛擬刀庫刀具信息新建對應刀具，以便后續(xù)數控加工編程使用。其中，加工單元中虛擬刀庫內已存有6把刀具，各刀具信息如表3-3所示，刀庫中編號01-06分別對應T1-T6。在數控系統(tǒng)中建立刀具信息時，單刃螺旋銑刀、雙刃螺旋銑刀對應數控系統(tǒng)中的“銑刀”類型，球頭銑刀對應數控系統(tǒng)中的“圓柱形球頭模具銑刀”類型，刀具長度參數對應刀庫中刀具的總長度數據。表3-3虛擬刀庫刀具信息表刀具編號刀具類型刀具直徑mm刀刃長度mm刀具總長度mm01單刃螺旋銑刀2153802單刃螺旋銑刀2103803雙刃螺旋銑刀2153804雙刃螺旋銑刀2103805球頭銑刀2153806球頭銑刀21038（2）建立機床坐標系原點對數控系統(tǒng)進行操作設置，設定數控機床坐標系原點，使主軸位置不影響工業(yè)機器人對輪轂零件的上下料。（3）數控加工程序編程根據圖3-1所示加工圖紙和表3-4所示工藝要求，對數控系統(tǒng)進行編程，完成數控加工。要求加工開始和結束時主軸位置處于機床坐標系原點。表3-4數控加工工藝表工步工步內容刀具主軸轉速（r/min）進給速度（mm/min）切削深度（mm）類型刀刃直徑（mm）1粗銑a區(qū)域雙刃螺旋銑刀Φ230002000.52精銑a區(qū)域球頭銑刀Φ235001000.5圖3-1數控加工圖紙（4）B1流程要求=1\*GB3①工業(yè)機器人將所持輪轂零件上料到加工單元數控機床的夾具上。=2\*GB3②工業(yè)機器人退出加工單元。=3\*GB3③數控機床完成LOGO加工。=4\*GB3④工業(yè)機器人將輪轂零件由加工單元數控機床的夾具上拾取出來。5.打磨單元智能化改造（1）打磨單元翻轉工裝改造根據控制系統(tǒng)方案設計結果和所提供的打磨單元內部接線圖，實現以下功能：=1\*GB3①當工業(yè)機器人準備將輪轂零件放置到打磨工位或準備將輪轂由打磨工位取走時，翻轉工裝處于旋轉工位一側。=2\*GB3②當工業(yè)機器人準備將輪轂零件放置到旋轉工位或準備將輪轂由旋轉工位取走時，翻轉工裝處于打磨工位一側。=3\*GB3③打磨工裝可將輪轂零件在打磨工位和旋轉工位間翻轉并準確定位。=4\*GB3④打磨加工只需將打磨刷與輪轂表面接觸后開啟打磨，保持1s后關閉打磨。（2）C1流程要求=1\*GB3①翻轉工裝動作到打磨工位一側。=2\*GB3②工業(yè)機器人將所持輪轂零件放置到旋轉工位上。=3\*GB3③對位于旋轉工位上的輪轂零件的打磨加工區(qū)域3進行打磨加工。=4\*GB3④工業(yè)機器人由旋轉工位將輪轂零件取出。（3）C2流程要求=1\*GB3①翻轉工裝動作到打磨工位一側。=2\*GB3②工業(yè)機器人將所持輪轂零件放置到旋轉工位上。=3\*GB3③對位于旋轉工位上的輪轂零件的打磨加工區(qū)域4進行打磨加工。=4\*GB3④工業(yè)機器人由旋轉工位將輪轂零件取出。（4）C3流程要求=1\*GB3①翻轉工裝動作到打磨工位一側。=2\*GB3②工業(yè)機器人將所持輪轂零件放置到旋轉工位上。=3\*GB3③翻轉工裝將輪轂零件由旋轉工位翻轉到打磨工位上。=4\*GB3④翻轉工裝動作到旋轉工位一側。=5\*GB3⑤工業(yè)機器人由打磨工位將輪轂零件取出。（5）C4流程要求=1\*GB3①工業(yè)機器人將輪轂零件放置到吹屑工位內部，輪轂零件完全進入吹屑工位內，夾爪不松開。=2\*GB3②吹屑2s，同時使輪轂零件在吹屑工位內平轉±90°，確保碎屑完全吹除。=3\*GB3③工業(yè)機器人將輪轂零件由吹屑工位內取出。（6）C5流程要求=1\*GB3①翻轉工裝動作到旋轉工位一側。=2\*GB3②工業(yè)機器人將所持輪轂零件放置到打磨工位上。=3\*GB3③翻轉工裝將輪轂零件由打磨工位翻轉到旋轉工位上。=4\*GB3④翻轉工裝動作到打磨工位一側。=5\*GB3⑤旋轉工位旋轉180°。=6\*GB3⑥工業(yè)機器人由旋轉工位將輪轂零件取出。=7\*GB3⑦旋轉工位回原位。6.檢測單元智能化改造（1）在檢測單元對輪轂零件指定位置的清晰圖像提取對工業(yè)機器人操作與編程，使工業(yè)機器人可穩(wěn)定拾取輪轂零件置于檢測單元的視覺相機視野中，并對檢測單元的相機鏡頭焦距/光圈、光源亮度、采集圖像對比度等進行調整，使視覺控制器可采集到清晰穩(wěn)定的圖像。（2）在檢測單元對輪轂零件指定信息的提取=1\*GB3①對視覺控制器進行操作與編程，使其可對于輪轂零件表面所貼的產品編號（二維碼）進行識別，輸出產品編號（0001~0006）。=2\*GB3②對視覺控制器進行操作與編程，使其可對于輪轂零件表面所貼的視覺檢測區(qū)域顏色（綠/紅）進行識別，輸出產品狀態(tài)（綠為OK/紅為NG）。=3\*GB3③通過交互信號建立，使得檢測單元可以由外部信號控制在不同檢測功能程序間選擇后執(zhí)行，并將檢測輸出結果輸出到工業(yè)機器人。（3）D1流程要求=1\*GB3①視覺檢測輪轂零件正面產品編號。=2\*GB3②檢測結果為單數，進入后序左側流程。=3\*GB3③檢測結果為雙數，進入后序右側流程。（4）D2流程要求=1\*GB3①若前序流程為左側執(zhí)行，則視覺檢測輪轂零件的視覺檢測區(qū)域1。=2\*GB3②若前序流程為右側執(zhí)行，則視覺檢測輪轂零件的視覺檢測區(qū)域2。=3\*GB3③檢測結果為OK，進入后序左側流程。=4\*GB3④檢測結果為NG，進入后序右側流程。（5）D3流程要求=1\*GB3①視覺檢測輪轂零件的視覺檢測區(qū)域3和視覺檢測區(qū)域4。=2\*GB3②將2個檢測結果（OK為1，NG為0）做“或”運算后作為運算結果。=3\*GB3③運算結果為1，進入后序左側流程。=4\*GB3④運算結果為0，進入后序右側流程。（6）D4流程要求=1\*GB3①視覺檢測輪轂零件背面產品編號。=2\*GB3②檢測結果為0004/0005/0006，進入后序左側流程。=3\*GB3③檢測結果為0001/0002/0003，進入后序右側流程。7.分揀單元智能化改造（1）分揀單元分揀機構改造根據控制系統(tǒng)方案設計結果和所提供的分揀單元內部接線圖，實現以下功能：=1\*GB3①根據外部指令啟動傳動帶，并當輪轂零件運動到指定分揀機構前，傳送帶停止。=2\*GB3②當輪轂零件觸發(fā)傳送帶起始端傳感器后，根據外部指令將指定分揀機構升降氣缸降下。=3\*GB3③當輪轂零件運動到指定分揀機構前，該分揀機構推動氣缸將輪轂零件推入分揀道口，再通過該道口的定位氣缸將輪轂零件定位到V型槽處，保持3s后縮回。（2）E1流程要求=1\*GB3①將放置在傳送帶上的輪轂零件分揀到未存儲輪轂零件的道口。=2\*GB3②分揀道口的使用順序為由大到小依次使用。任務四控制網絡的集成調試1.應用平臺界面開發(fā)賽題中所給出的界面樣式僅做參考非開發(fā)依據，界面效果不做評分要求，選手根據賽題要求自行設計，滿足信息展示和操作功能即可。界面開發(fā)所需圖片素材存儲在“D:\參考資料”文件夾中。（1）歡迎界面=1\*GB3①利用TIA編程軟件，在WinCC項目中新建頁面，并將其設定為啟動頁面。=2\*GB3②對頁面屬性和項目運行參數進行設置，使WinCC項目在仿真運行時，可以在監(jiān)控終端（電視）上正常顯示，不會出現信息顯示不全等問題。=3\*GB3③對頁面控件進行布局和開發(fā)，可以通過按鈕點擊實現進入“手動界面”、“監(jiān)控界面”、“訂單界面”功能界面。圖4-1歡迎界面（2）手動界面=1\*GB3①利用TIA編程軟件，在WinCC項目新建界面，可通過“歡迎界面”的相關控件打開畫面，且該畫面可退回到“歡迎界面”。=2\*GB3②對頁面屬性和項目運行參數進行設置，使WinCC項目在仿真運行時，可以在監(jiān)控終端（電視）上正常顯示，不會出現信息顯示不全等問題。=3\*GB3③對頁面控件進行布局和開發(fā)，可以實現對由總控單元PLC板載IO、各單元的遠程IO模塊、執(zhí)行單元PLC板載IO和擴展IO模塊所控制的電磁閥、伺服電機、傳感器及監(jiān)控的傳感器的動作控制和狀態(tài)監(jiān)控，方便應用平臺調試動作配合和在出現危險狀態(tài)時手動恢復設備。圖4-2手動界面（3）監(jiān)控界面=1\*GB3①利用TIA編程軟件，在WinCC項目新建界面，可通過“歡迎界面”的相關控件打開畫面，且該畫面可退回到“歡迎界面”。=2\*GB3②對頁面屬性和項目運行參數進行設置，使WinCC項目在仿真運行時，可以在監(jiān)控終端（電視）上正常顯示，不會出現信息顯示不全等問題。=3\*GB3③對頁面控件進行布局和開發(fā)，可以實現對表4-1中所示參數進行監(jiān)控。表4-1監(jiān)控參數列表序號單元參數項1執(zhí)行單元平移滑臺實時位置2倉儲單元各倉位是否存儲輪轂零件3檢測單元對顏色檢測結果4分揀單元各分揀道口是否存儲輪轂零件圖4-3監(jiān)控界面（4）訂單界面=1\*GB3①利用TIA編程軟件，在WinCC項目新建界面，可通過“歡迎界面”的相關控件打開畫面，且該畫面可退回到“歡迎界面”。=2\*GB3②對頁面屬性和項目運行參數進行設置，使WinCC項目在仿真運行時，可以在監(jiān)控終端（電視）上正常顯示，不會出現信息顯示不全等問題。=3\*GB3③繪制批量化生產流程圖和定制化生產流程圖，可監(jiān)控到流程運行過程中所處流程位置。=4\*GB3④可對定制化流程中定制流程的選擇和流程參數的選擇。=5\*GB3⑤可啟動定制化生產自動化流程執(zhí)行。圖4-4訂單界面2.應用平臺初始狀態(tài)在流程開始前和流程結束后，應用平臺處于初始狀態(tài)。初始狀態(tài)要求如下：=1\*GB3①工業(yè)機器人處于安全姿態(tài)，無安裝工具。=2\*GB3②平移滑臺處于原點位置。=3\*GB3③快換工具按照需求擺放穩(wěn)當。=4\*GB3④倉儲單元所有倉位托盤縮回，指示燈正常點亮。=5\*GB3⑤加工單元主軸停轉，主軸位于機床坐標系原點，數控機床安全門關閉，夾具位于前端并松開。=6\*GB3⑥打磨單元打磨工位和旋轉工位夾具松開，翻轉工裝位于旋轉工位，旋轉工位旋轉氣缸處于原位。=7\*GB3⑦分揀單元傳送帶停止，分揀機構所有氣缸縮回。3.批量化生產自動化流程當應用平臺達到初始狀態(tài)后，將工業(yè)機器人切換到自動模式，進入批量化生產流程。=1\*GB3①總控平臺三色燈僅黃色燈常亮，操作面板綠色自保持按鈕（左側第二個）的燈以1s為周期閃爍。=2\*GB3②當按下綠色自保持按鈕（左側第二個）后，其燈常亮；操作面板綠色自復位按鈕（左側第一個）的燈以1s為周期閃爍。=3\*GB3③當按下綠色自復位按鈕（左側第一個）后，其燈熄滅，三色燈僅綠色燈常亮，完成1個批量化輪轂零件的完整生產流程。=4\*GB3④完成生產流程后，操作面板綠色自復位按鈕（左側第一個）的燈以1s為周期閃爍，三色燈僅黃色燈常亮。=5\*GB3⑤重復實現第=3\*GB3③步和第=4\*GB3④步實現多個批量化輪轂零件的生產。4.定制化生產自動化流程當執(zhí)行完批量化輪轂零件生產流程后，可通過WinCC的訂單界面直接進入定制化生產流程。=1\*GB3①在WinCC的“訂單界面”中，對定制流程進行設置后，點擊“開始”按鈕。=2\*GB3②總控單元三色燈僅綠色燈常亮，根據設置條件開始定制化輪轂零件的生產工藝流程。=3\*GB3