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2023年山东省职业院校技能大赛

一、项目名称：机电一体化技术

二、任务情境：组装、编程、调试一条小型自动化生产线。

三、项目任务及时间安排

机电一体化技术设备说明

一、竞赛设备说明

二、工作过程概述

模块一 工作单元的机械拆装与电气接线

任务1 单元的机械安装与调试

任务2 单元的电气接线与调试

任务3 单元的零件结构设计与仿真

选手须知：

1.任务书共 15 页，附图纸册 1 套，如出现任务书缺页、字迹不清等问题，请及时向裁判申请更换任务书。

2.竞赛任务完成过程配有两台编程计算机，参考资料（竞赛平台相关的器件手册等）放置在“D:\参考资料”文件夹下。

3.参赛团队应在4小时内完成任务书规定内容；选手在竞赛过程中创建的程序文件必须存储到“D:\技能竞赛\竞赛编号”文件夹下，未存储到指定位置的运行记录或程序文件均不予给分。

4.选手提交的试卷不得出现学校、姓名等与身份有关的信息，否则成绩无效。

5.由于错误接线、操作不当等原因引起PLC、触摸屏、变频器、工业机器人控制器及I/O组件、伺服放大器的损坏，将依据大赛规程进行处理。

6.在完成任务过程中，请及时保存程序及数据。

2023年山东省职业院校技能大赛

一、项目名称：机电一体化技术

二、任务情境：组装、编程、调试一条小型自动化生产线。

现有一条小型自动化生产线，需要按客户要求进行组装、编程、调试。其中包括设计、安装、调试机械部件和电气系统，并能完成设备控制系统和人机界面编程，对自动化生产线进行维护、维修、系统集成与设计仿真等工作。

三、项目任务及时间安排

机电一体化技术试题主要考核选手组装、编程、调试一条小型自动化生产线的能力，该生产线由颗粒上料单元、加盖拧盖单元、检测分拣单元、机器人搬运包装单元、智能仓储单元5个单元组成。比赛为期1天，完成7个工作任务，并实现生产过程自动化，累计完成时间为8小时，由2位选手以团队方式进行完成。

本届山东省职业院校技能大赛机电一体化技术赛项的工作任务、内容及时间分配如下表：

机电一体化技术设备说明

一、竞赛设备说明

竞赛平台主要由颗粒上料单元、加盖拧盖单元、检测分拣单元、机器人搬运包装单元、智能仓储单元等组成，实现空瓶上料、颗粒物料上料、物料分拣、颗粒填装、加盖、拧盖、物料检测、瓶盖检测、成品分拣、机器人抓取入盒、盒盖包装、贴标、入库等智能生产全过程。

二、工作过程概述

本系统工作过程概述如下：

（一）颗粒上料单元输送机构将空瓶输送到上料输送带上，空瓶到位检测传感器检测到空瓶，输送机构停止。上料输送带将空瓶输送到主输送带，当空瓶到达填装位后，填装定位机构将空瓶固定，主输送带停止；同时根据任务要求供料机构推出对应颜色物料；填装机构将到位的颗粒物料吸取放到空物料瓶内；物料瓶内填装物料到达设定的颗粒数量后，填装定位气缸松开，主输送带启动，将物料瓶输送到下一个工位。

（二）物料瓶被输送到加盖拧盖单元的加盖机构下，加盖定位机构将物料瓶固定，加盖机构启动加盖流程，将盖子（白色或蓝色）加到物料瓶上；加上盖子的物料瓶继续被送往拧盖机构，到拧盖机构下方，拧盖定位机构将物料瓶固定，拧盖机构启动，将瓶盖拧紧。

（三）拧盖完成的物料瓶经过检测分拣单元进行检测：进料检测传感器检测拧盖完成的物料瓶是否到位，回归反射传感器检测瓶盖是否拧紧；检测机构检测物料瓶内部颗粒是否符合要求；对拧盖与颗粒均合格的物料瓶进行瓶盖颜色判别区分；拧盖或颗粒不合格的物料瓶被分拣机构分别推送到不同废品存放区上；拧盖与颗粒均合格的物料瓶被输送到主输送带末端，等待机器人搬运。

（四）机器人搬运包装单元两个升降台机构存储包装盒和包装盒盖；升降台A将包装盒推向物料台上；6轴机器人将物料瓶抓取放入物料台上的包装盒内；包装盒4个工位放满物料瓶后，6轴机器人从升降台B上吸取盒盖，盖在包装盒上；6轴机器人根据瓶盖的颜色分别贴标，贴完4个标签后通知智能仓储单元入库。

（五）智能仓储单元堆垛机构可移动与旋转，把机器人单元物料台上的包装盒体取出来，然后按要求依次放入仓储相应仓位。

模块一 工作单元的机械拆装与电气接线

任务情境：

公司接到某客户一个定制设备任务，需要在规定的时间内交付一套自动化生产线设备，公司项目组对设备进行了整体规划设计，你作为机电一体化技术人员，需要利用客户采购的器件及材料，请在规定的时间内完成任务1、任务2、任务3，以便生产线后期能够实现生产过程自动化，系统符合专业技术规范。当选手完成或交卷后，不得进行任何修改操作，评分阶段出现的任何硬件问题，可以在后续的工作任务中进行解决。

任务1 单元的机械安装与调试

（一）任务概要

工作任务：

利用客户采购回来的器件及材料，团队负责完成颗粒上料单元、检测分拣单元的模型机构组装，并安装机构模块、连接气管，保证能够正确运行，以便生产线后期能够实现生产过程自动化。系统符合专业技术规范。

设备状态：

工作单元已完成挂板的电气安装接线，尚未开展模块的机械零部件组装与机构安装。

（二）任务内容

你的任务是根据赛场竞赛素材（机械装配图、电气接线图、专业机械安装与接线技术规范等），需要完成颗粒上料单元、检测分拣单元的机械零件组装、机构安装与气管连接，并进行调试。

1.颗粒上料单元机构装调

（1）各机构初始状态

（2）机械部分——总体布局

①上料输送带机构模块；

②主输送带机构模块；

③颗粒上料机构模块；

④颗粒填装机构模块；

⑤圆盘上料输送机构。

（3）机械部分——尺寸安装图

颗粒上料单元尺寸安装图

（4）机械部分——安装任务

请根据以下图纸资料完成颗粒上料单元的圆盘上料输送机构、上料输送带、主输送带机构、颗粒上料机构、颗粒填装机构的部件安装和气路连接，并根据各机构间的相对位置将其安装在本单元的工作台上。

①圆盘上料输送机构的装配图见附页图；

②上料输送带机构的装配图见附页图；

③主输送带机构的装配图见附页图；

④颗粒上料机构的装配图见附页图；

⑤颗粒填装机构的装配图见附页图；

⑥颗粒上料单元的气路图见附页图；

⑦颗粒上料单元的总装图见附页图。

按照图中的相对位置，在单元台面上完成各个机构的定位，并完成安装和调整。

2.检测分拣单元机构装调

（1）各机构初始状态；

（2）机械部分——总体布局

①主输送带机构模块；

②机器视觉机构模块；

③分拣输送带机构模块；

④分拣机构模块；

⑤检测机构模块；

⑥RFID检测机构模块。

（3）机械部分——尺寸安装图

检测分拣单元尺寸安装图

（4）机械部分——安装任务

请根据以下图纸资料完成检测分拣单元，根据各机构间的相对位置将主输送带机构模块、分拣输送带机构模块、分拣机构模块、RFID机构模块、视觉机构模块、检测机构模块安装在本单元的工作台上，并完成气路连接。

①主输送带机构模块的装配图见附页图；

②分拣输送带机构模块的装配图见附页图；

③分拣机构模块的装配图见附页图；

④RFID机构模块的装配图见附页图；

⑤视觉机构模块的装配图见附页图；

⑥检测机构模块的装配图见附页图；

⑦检测分拣单元的气路图见附页图；

⑧检测分拣单元的总装图见附页图。

按照图中的相对位置，在单元台面上完成各个机构的定位，并完成安装和调整。

任务2 单元的电气接线与调试

（一）任务概要

工作任务：

在完成任务机械安装基础上，还需完成颗粒上料单元、检测分拣单元的电气接线、电路测试，并符合专业技术规范，保证能够进行正确运行，以便生产线后期能够实现生产过程自动化。

设备状态：

工作单元已完成初步安装，但上述两个单元未开展电气接线与调试。

（二）任务内容

依据两个单元的控制功能要求、机械机构图纸、电气接线图纸规定的I/O分配表安装要求等，对颗粒上料单元、检测分拣单元的电气线路完成接线，接线完成后进行线路检查与调试，确保设备通电后无接线故障。

1.颗粒上料单元模型接线

完成颗粒上料单元上的主输送带模块端子板、颗粒填装模块端子板、颗粒上料模块端子板、桌面37针端子板、上料皮带电机M1端子板、主皮带电机M2端子板、圆盘上料输送机构电机M3端子板和端子接线工作，连接线需自行压接端子、套号码管。

（1）CN300主输送带模块端子板引脚分配

	引脚	线色	端子	线号	功能描述
			XT3-0	X00	物料瓶上料检测传感器
			XT3-1	X01	颗粒填装位检测传感器
			XT3-2	X07	定位气缸后限位
			XT3-3	X25	圆盘空瓶到位传感器
			XT3-5	Y05	定位气缸电磁阀
			XT2	PS13+	24V电源正极
			XT1	PS13-	24V电源负极

（2）CN301颗粒填装模块端子板引脚分配

	引脚	线色	端子	线号	功能描述
			XT3-0	X14	填装升降气缸上限位
			XT3-1	X15	填装升降气缸下限位
			XT3-2	X20	吸盘填装限位
			XT3-3	X23	填装旋转气缸左限位
			XT3-4	X24	填装旋转气缸右限位
			XT3-5	Y02	填装旋转气缸电磁阀
			XT3-6	Y03	填装升降气缸电磁阀
			XT3-7	Y04	填装取料吸盘电磁阀
			XT2	PS13+	24V电源正极
			XT1	PS13-	24V电源负极

（3）CN302颗粒上料模块端子板引脚分配

	引脚	线色	端子	线号	功能描述
			XT3-2	X04	料筒A物料检测传感器
			XT3-3	X05	料筒B物料检测传感器
			XT3-4	X06	颗粒到位检测传感器
			XT3-5	X21	推料气缸A后限位
			XT3-6	X22	推料气缸B后限位
			XT3-7	Y06	推料气缸A电磁阀
			XT3-8	Y07	推料气缸B电磁阀
			XT2	PS13+	24V电源正极
			XT1	PS13-	24V电源负极

（4）CN310桌面37针端子板引脚分配

	引脚	线色	端子	线号	功能描述
			XT3-0	X00	物料瓶上料检测传感器
			XT3-1	X01	颗粒填装位检测传感器
			XT3-4	X04	料筒A物料检测传感器
			XT3-5	X05	料筒B物料检测传感器
			XT3-6	X06	颗粒到位检测传感器
			XT3-7	X07	定位气缸后限位
			XT3-8	X20	吸盘填装限位
			XT3-9	X21	推料气缸A后限位
			XT3-10	X22	推料气缸B后限位
			XT3-11	X23	填装旋转气缸左限位
			XT3-12	X24	填装旋转气缸右限位
			XT3-13	X14	填装升降气缸上限位
			XT3-14	X15	填装升降气缸下限位
			XT3-15	X25	圆盘空瓶到位传感器
			XT2-0	Y00	上料输送带运行信号
			XT2-1	Y01	主输送带运行信号
			XT2-2	Y02	填装旋转气缸电磁阀
			XT2-3	Y03	填装升降气缸电磁阀
			XT2-4	Y04	填装取料吸盘电磁阀
			XT2-5	Y05	定位气缸电磁阀
			XT2-6	Y06	推料气缸A电磁阀
			XT2-7	Y07	推料气缸B电磁阀
			XT2-8	Y30	圆盘输送机构运行信号
			XT1\XT4	PS13+	24V电源正极
			XT5	PS13-	24V电源负极

（5）CN320上料皮带电机M1端子板引脚分配

	引脚	线色	端子	线号	功能描述
			0V	PS13-	24V电源负极
			24V	PS13+	24V电源正极
			M+	M1+	上料皮带电机正极
			M-	M1-	上料皮带电机负极
			IN2	Y0	上料输送带运行信号
			0V	PS13-	24V电源负极输出
			24V	PS13+	24V电源正极输出

（6）CN321主皮带电机M2端子板引脚分配

	引脚	线色	端子	线号	功能描述
			M+	M2+	主皮带电机正极
			M-	M2-	主皮带电机负极
			IN2	Y1	主输送带运行信号
			0V	PS13-	24V电源负极输入
			24V	PS13+	24V电源正极输入

（7）CN322圆盘上料输送机构电机M3端子板引脚分配

	引脚	线色	端子	线号	功能描述
			0V	PS13-	24V电源负极
			24V	PS13+	24V电源正极
			M+	M3+	圆盘电机正极
			M-	M3-	圆盘电机负极
			IN2	Y30	圆盘输送机构运行信号
			OV	PS13-	24V电源负极输入
			24V	PS13+	24V电源正极输入

(8)XT98端子板引脚分配

	引脚	线色	端子	线号	功能描述
			01	PS13-	37针端子板:0V
			02	PS13-	XT99端子板:16.2
			03	PS13+	37针端子板:24V
			04	PS13+	XT99端子板:16.1
			05	PE	变频电机PE
			06	PE	XT99端子板:PE
			07	U	变频电机U极
			08	U	变频器U极
			09	V	变频电机V极
			10	V	变频器V极
			11	W	变频电机W极
			12	W	变频器W极

2.检测分拣单元模型接线

完成检测分拣单元的主输送带模块端子板、检测机构指示灯分拣模块端子板、分拣输送带模块端子板、桌面37针端子板、主输送带电机M1端子板、分拣输送带电机M2端子板和端子接线工作。

（1）CN300主输送带模块端子板引脚分配

	引脚	线色	端子	线号	功能描述
			XT3-0	X00	进料检测传感器
			XT3-1	X01	瓶盖拧紧检测传感器
			XT3-2	X03	瓶盖蓝色检测传感器
			XT3-3	X04	瓶盖白色检测传感器
			XT3-4	X05	不合格到位检测传感器
			XT3-5	X06	出料检测传感器
			XT3-6	X07	分拣气缸后限
			XT3-7	X14	三颗料位检测
			XT3-8	X15	四颗料位检测
			XT2	PS13+	24V电源正极
			XT1	PS13-	24V电源负极

（2）CN301检测机构指示灯分拣模块端子板引脚分配

	引脚	线色	端子	线号	功能描述
			XT3-0	Y02	塔型检测指示灯绿色
			XT3-1	Y03	塔型检测指示灯红色
			XT3-2	Y04	塔型检测指示灯蓝色
			XT3-3	Y05	分拣气缸电磁阀
			XT3-4	Y06	塔型检测指示灯黄色
			XT2	PS13+	24V电源正极
			XT1	PS13-	24V电源负极

（3）CN302分拣输送带模块端子板引脚分配

	引脚	线色	端子	线号	功能描述
			XT3-0	X20	分拣检测1传感器
			XT3-1	X21	分拣气缸1后限
			XT3-2	X22	分拣检测2传感器
			XT3-3	X23	分拣气缸2后限
			XT3-4	X24	分拣检测3传感器
			XT3-5	X25	分拣气缸3后限
			XT3-6	Y20	分拣气缸1电磁阀
			XT3-7	Y21	分拣气缸2电磁阀
			XT3-8	Y22	分拣气缸3电磁阀
			XT2	PS13+	24V电源正极
			XT1	PS13-	24V电源负极

（4）CN310桌面37针端子板引脚分配

	引脚	线色	端子	线号	功能描述
			XT3-0	X00	进料检测传感器
			XT3-1	X01	瓶盖拧紧检测传感器
			XT3-3	X03	瓶盖蓝色检测传感器
			XT3-4	X04	瓶盖白色检测传感器
			XT3-5	X05	不合格到位检测传感器
			XT3-6	X06	出料检测传感器
			XT3-7	X07	分拣气缸后限
			XT3-8	X20	分拣检测1传感器
			XT3-9	X21	分拣气缸1后限
			XT3-10	X22	分拣检测2传感器
			XT3-11	X23	分拣气缸2后限
			XT3-12	X14	三颗料位检测
			XT3-13	X15	四颗料位检测
			XT3-14	X24	分拣检测3传感器
			XT3-15	X25	分拣气缸3后限
			XT2-0	Y00	主输送带运行
			XT2-1	Y01	分拣输送带运行
			XT2-2	Y02	塔型检测指示灯绿色
			XT2-3	Y03	塔型检测指示灯红色
			XT2-4	Y04	塔型检测指示灯蓝色
			XT2-5	Y05	分拣气缸电磁阀
			XT2-6	Y06	塔型检测指示灯黄色
			XT2-8	Y20	分拣气缸1电磁阀
			XT2-9	Y21	分拣气缸2电磁阀
			XT2-10	Y22	分拣气缸3电磁阀
			XT1\XT4	PS13+	24V电源正极
			XT5	PS13-	24V电源负极

（5）CN320主输送带电机M1端子板引脚分配

	引脚	线色	端子	线号	功能描述
			0V	PS13-	24V电源负极
			24V	PS13+	24V电源正极
			M+	M+	主输送带电机正极
			M-	M-	主输送带电机负极
			IN2	Y0	Y0闭合 主输送带运行
			0V	0V	24V电源负极输出
			24V	24V	24V电源正极输出

（6）CN321分拣输送带电机M2端子板引脚分配

	引脚	线色	端子	线号	功能描述
			0V
			24V
			M+	M+	分拣输送带电机正极
			M-	M-	分拣输送带电机负极
			IN2	Y1	Y1闭合 分拣输送带运行
			0V	0V	24V电源负极输入
			24V	24V	24V电源正极输入

（7）XT98端子板引脚分配

	引脚	线色	端子	线号	功能描述
			01	PS13+	37针端子板:24V
			02	PS13+	XT99端子板:16.1
			03	PS13-	37针端子板:0V
			04	PS13-	XT99端子板:16.2

任务3 单元的零件结构设计与仿真

（一）任务概要

工作任务：

颗粒单元因长期运行导致颗粒填装机构机械零件损坏，且设备机械图纸丢失，请根据现有损坏的零件进行测绘，在三维设计软件中绘制零件三维图和零件工程图，并在给定的数字孪生系统实现工作站的仿真运行，验证设计的零件。

设备状态：

因颗粒填装机构取料手臂断裂，无法进行取料。

（二）任务内容

1.零件的机械结构设计

请根据现有损坏的零件进行测绘，在三维设计软件中绘制零件三维图和零件工程图，零件三维图保存格式为“竞赛编号.Step”，并导出3D pdf格式的文件“竞赛编号.pdf”；零件工程图设计应符合GB机械制图相关技术标准，设计要素包括零件结构、一般尺寸、尺寸精度、表面粗糙度及表面处理技术要求，保存为“竞赛编号.dwg”。以上三个文件都保存到“D:\技能竞赛\竞赛编号”文件夹下。

2.数字孪生仿真与验证

利用设计的零件模型和提供的颗粒上料单元三维模型导入给定的数字孪生系统，完成颗粒上料单元的建模，根据孪生设备的功能添加相应的属性和动作，实现颗粒上料单元的虚拟仿真运行，验证设计的零件，并在模块二环节中实现与颗粒上料单元的虚实联动。相关虚拟设备信号名称和功能按信号功能分配表配置，表中未涉及的信号名称自行规划。虚拟仿真与虚实联动仿真场景分开保存，虚拟仿真场景文件保存为虚拟仿真+工位号.vmcx，虚实联动场景仿真文件保存为虚实联动+工位号.vmcx，两个仿真文件都保存到“D:\技能竞赛\竞赛编号”文件夹下。

虚拟设备信号功能分配表

仿真运行流程要求：

运行仿真，推料气缸A连续推出1颗白色物料；完成后推料气缸B再推出3颗蓝色物料；当白色或蓝色物料到达取料位后，等待颗粒填装机构取料；填装机构下降，吸住物料；填装机构上升后填装机构转向装料位。仿真开始运行的同时，圆盘输送机构开始输送瓶子，当空瓶到位检测传感器检测到空瓶时（每次只出一个空瓶），圆盘输送机构停止；上料输送带将空瓶输送到主输送带；当颗粒填装位检测传感器检测到空瓶，填装定位气缸伸出，将空瓶固定；填装机构下降吸盘关闭，物料顺利放入瓶子；填装机构上升并转向取料位；当瓶子装满4颗物料，填装定位气缸缩回；将瓶子输送到下一工位；开始循环填装下一个瓶子。