2018 年山东省职业院校技能大赛机电一体化项目（高职组）样卷

2018年山东省职业院校技能大赛

机电一体化项目（高职组）样卷

选手须知：

1.任务书共36页，附页图纸33页，故障排查表1页，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6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。

场次：工位号：日期：

第1页/共36页

机电一体化项目任务书

一、竞赛设备说明

竞赛平台是由三向教学仪器制造股份有限公司提供的“SX-815Q机电一体化

综合实训设备”，主要由颗粒上料单元、加盖拧盖单元、检测分拣单元、工业机

器人搬运单元、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、产品分拣、机器人搬运合格产品

入盒、盒盖包装、贴标、入库等自动生产全过程。

系统的5个工作单元都配有独立的控制PLC和人机交互的按钮板，系统可以

联机运行，同时各单元也可以单站运行。5台PLC通过RS485进行通讯，可以任

意选择其中一个工作单元作为主站，触摸屏与主站进行485通讯。

图0-1SX-815Q机电一体化综合实训设备

二、工作过程概述

本系统工作过程概述如下：

(一)颗粒上料单元上料输送带逐个将空瓶输送到主输送带；上料检测传感器

检测到有空物料瓶到位，上料输送带停止；同时循环输送带机构将供料机构的物

料推出，根据物料颗粒的颜色进行分拣；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；填装机构将分拣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。如图0-2所示。

第2页/共36页

图0-2物料分拣装瓶

(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。

图0-3加盖拧盖

（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；龙门机构检测

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推送到废品输送带上（辅输送带）；

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。

合格品不合格品

图0-4合格与不合格品示意图

（四）工业机器人搬运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对盒盖上标签位进行分别贴标，贴完4个标签后

通知智能仓储单元入库；

第3页/共36页

物料瓶放入包装盒盖上盒盖盖贴上标签

图0-5包装过程

（五）智能仓储单元堆垛机构把机器人单元物料台上的包装盒体吸取出来，

然后按要求依次放入仓储相应仓位。2×3的仓库每个仓位均安装一个检测传感

器，堆垛机构水平轴为一个精密转盘机构，垂直机构为涡轮丝杆升降机构，均由

精密伺服电机进行高精度控制。

三、竞赛工作任务

（一）颗粒上料单元的安装、接线、编程与调试

1．任务描述

本单元用型号为H2U-3624MR-XP的PLC实现电气控制,现在该单元控制挂板

以及桌面部分机构的安装与接线已经完成，由于循环输送带机构尚未安装，无法

为物料瓶进行供料，现在你需要对颗粒上料单元中的循环输送带机构进行安装与

接线，并进行整个单元的PLC编程与调试。

（1）请根据以下资料，完成颗粒上料单元中的循环输送带机构的零部件安

装，在该过程中请注意同步轮的安装，减小紧定螺钉滑牙、滑丝几率，并且将该

机构合理地安装在颗粒上料单元相应的位置上。

①循环输送带机构的结构图与爆炸图分别如图1-1、图1-2所示。

②循环输送带机构的装配图见附页图01；

③循环输送带机构的安装效果图如图1-3所示；

（2）请根据颗粒上料单元的气路连接图（见附页图02）完成该机构的气路

连接及调整，确保各气缸运行顺畅和平稳。

（3）请根据桌面端子板端子分配表（见表1-1）、模块端子板端子分配表（见

表1-2）以及所提供的电路图（见附页图03-图07）完成该机构桌面上所有与PLC

输入输出有关的执行元件的电气连接，连接方向参考颗粒上料单元的端子板连接

第4页/共36页

示意图（如图2-4所示，虚线框中的各“执行机构”电气元件与“37针端子板

CN310”接线端子间的电气接线为参赛选手接线部分），并进行调试。

（4）请根据以下的模型图（见第7点）、运行功能（见第8点）、PLCI/O

功能分配表（见表1-3），完成本单元PLC编程，根据变频器参数要求（表1-4）

完成变频器参数设置，并进行调试。

PLC技术参数详见《汇川H2U系列PLC编程手册》，变频器技术参数详见《三

菱D700系列变频器》技术手册。

2.循环输送带机构的结构图与爆炸图

该机构初始状态：推料气缸A缩回,推料气缸B缩回。

图1-1结构图图1-2爆炸图

3.安装效果图

图1-3安装效果图

第5页/共36页

4.桌面端子板连接示意图

传感器

磁性开关

电磁阀

控制板PLC37针端子板CN31015针端子板执行机构电气元件

图1-4端子板连接示意图

5.桌面37针端子板CN310端子分配表

表1-1

端子板CN310地址线号功能描述

XT3-2X02颜色确认A检测传感器

XT3-3X03颜色确认B检测传感器

XT3-4X04料筒A物料检测传感器

XT3-5X05料筒B物料检测传感器

XT3-6X06颗粒到位检测传感器

XT3-9X21推料气缸A前限

XT3-10X22推料气缸B前限

XT2-6Y06推料气缸A电磁阀

XT2-7Y07推料气缸B电磁阀

XT1\XT4PS13+(+24V)24V电源正极

XT5PS13-(0V)24V电源负极

6.循环输送带模块端子板CN302（15针端子板）端子分配表

表1-2

端子板CN302地址线号功能描述

XT3-0X02颜色确认A检测传感器

XT3-1X03颜色确认B检测传感器

XT3-2X04料筒A物料检测传感器

XT3-3X05料筒B物料检测传感器

XT3-4X06颗粒到位检测传感器

XT3-5X21推料气缸A前限

XT3-6X22推料气缸B前限

XT3-7Y06推料气缸A电磁阀

XT3-8Y07推料气缸B电磁阀

XT2PS13+(+24V)24V电源正极

XT1PS13-(0V)24V电源负极

第6页/共36页

7.模型图

颗粒上料单元执行机构由上料输送带、主输送带机构、填装机构、循环输送

带机构等组成，详细部件分布见附图08。

8.运行功能

初始位置：

上料输送带停止，主输送带停止，推料气缸A缩回,推料气缸B缩回,填装

定位气缸缩回，填装机构处于物料吸取位置上方,源二联件压力表调节到

0.4Mpa～0.5Mpa，在上料输送带上人工放置6个空瓶，间距小于20mm，A料筒内

放置6颗白色物料，B料筒内放置10颗粒蓝色。

控制流程：

（1）上电，系统处于“停止”状态下。“停止”指示灯亮，“启动”和“复

位”指示灯灭。

（2）在“停止”状态下，按下“复位”按钮，该单元复位，复位过程中，

“复位”指示灯闪亮，所有机构回到初始位置。复位完成后，“复位”指示灯常

亮，“启动”和“停止”指示灯灭。“运行”或“复位”状态下，按“启动”按钮

无效。

（3）在“复位”就绪状态下，按下“启动”按钮，单元启动，“启动”指示

灯亮，“停止”和“复位”指示灯灭。

（4）推料气缸A推出2颗白色物料，推料气缸B推出5颗蓝色物料。

（5）循环输送带启动高速运行，变频器以50HZ频率输出。

（6）当循环输送带机构上的颜色确认检测传感器检测到有蓝色物料通过时，

变频器反转，并以20HZ频率输出，如果超过10秒钟，仍没有检测到蓝色物料通

过，则重新开始第（4）步。

（7）当蓝色物料到达取料位后，颗粒到位检测传感器动作，循环输送带停

止。

（8）在第（4）步开始的同时，上料输送带与主输送带同时启动，当物料瓶

上料检测传感器检测到到空瓶时，上料输送带停止，当主输送带上的空瓶移动一

段距离后，上料输送带动作，继续将空瓶以小于20cm的间隔，逐个输送到主输

送带。

第7页/共36页

（9）当颗粒填装位检测传感器检测到空瓶，并等待空瓶到达填装位时，主

输送带停止，填装定位气缸伸出，将空瓶固定。

（10）填装机构下降。

（11）吸盘打开，吸住物料。

（12）填装机构上升。

（13）填装机构转向装料位。

（14）填装机构下降。

（15）填装机构下降到吸盘填装限位开关感应到位后，吸盘关闭，物料顺利

放入瓶子，无任何碰撞现象。

（16）填装机构上升。

（17）填装机构转向取料位。

（18）瓶子装满3颗蓝色物料，进入第（19）步。否则重新开始第（7）步。

（19）填装定位气缸缩回。

（20）主输送带启动，将瓶子输送到下一工位。

（21）循环进入第（6）步，进行下一个瓶子的填装。

（22）在任何启动运行状态下，按下“停止”按钮，该单元立即停止，所有

机构不工作，“停止”指示灯亮，“启动”和“复位”指示灯灭。

9.PLCI/O功能分配表

表1-3

序号名称功能描述备注

1X0上料传感器感应到物料，X0闭合

2X1颗粒填装位感应到物料，X1闭合

3X2检测到颜色A物料，X2闭合

4X3检测到颜色B物料，X3闭合

5X4检测到料筒A有物料，X4闭合

6X5检测到料筒B有物料，X5闭合

7X6输送带取料位检测到物料，X6闭合

8X7填装定位气缸后限位感应，X7闭合

9X10按下启动按钮，X10闭合

10X11按下停止按钮，X11闭合

11X12按下复位按钮，X12闭合

12X13按下联机按钮，X13闭合

13X14填装升降气缸上限位感应，X14闭合

第8页/共36页

序号名称功能描述备注

14X15填装升降气缸下限位感应，X15闭合

15X20吸盘填装限位感应，X20闭合

16X21推料气缸A前限感应，X21闭合

17X22推料气缸B前限感应，X22闭合

18X23填装旋转气缸左限感应，X23闭合

19X24填装旋转气缸右限感应，X24闭合

20Y0Y0闭合上料输送带运行

21Y1Y1闭合主输送带运行

22Y2Y2闭合填装旋转气缸旋转

23Y3Y3闭合填装升降气缸下降

24Y4Y4闭合吸盘拾取

25Y5Y5闭合定位气缸伸出

26Y6Y6闭合推料气缸A推料

27Y7Y7闭合推料气缸B推料

28Y10Y10闭合启动指示灯亮

29Y11Y11闭合停止指示灯亮

30Y12Y12闭合复位指示灯亮

31Y23Y23闭合变频电机正传

32Y24Y24闭合变频电机反转

33Y25Y25闭合变频电机高速档

34Y26Y26闭合变频电机中速档

35Y27Y27闭合变频电机低速档

10.变频器参数设置要求

表1-4

序号功能设定值备注

1外部/PU组合模式3

2变频器输出频率上限值50HZ

3变频器输出频率下限值10HZ

4变频电机高速50HZ

5变频电机中速30HZ

6变频电机低速20HZ

7加速时间0.5s

8减速时间0.5s

（二）检测分拣单元的故障排除与调试

1.任务描述

本单元为检测分拣单元，控制PLC型号为H2U-1616MR-XP，主输送带和辅输

送带由24V直流电机驱动,该设备刚安装完成，存在故障，现需要你来完成该设

备故障查找与排除。并对设备进行调试，使其运行顺畅,满足第3点所描述的功

第9页/共36页

能要求。设备相关图纸资料如下：

设备模型图见第4点。

设备电气布局图见附页图10和图11。

设备电气原理图见附页图12到图18。

设备接线图见图19到图22。

设备气路连接图见图23。

2.答题要求

请根据任务给定的设备运行功能、图纸资料认真查找与排除故障，并在《故

障排查表》的故障排查表上认真记录故障点与故障现象，写出故障原因和解决思

路，如果排查表上行数不足，可自行追加表格行来填写。

选手可以放弃排查故障，但是放弃故障排查，裁判与技术保障人员不帮助恢

复设备。

3.设备排除故障后，完整的单机自动运行功能如下：

初始位置：

主输送带停止、辅输送带停止、分拣气缸缩回、检测装置灯带不亮,气源二

联件压力表调节到0.4Mpa～0.5Mpa。

控制流程：

（1）上电，系统处于“复位”状态下。“启动”和“停止”指示灯灭，该单

元复位，复位过程中，“复位”指示灯闪亮，所有机构回到初始位置，复位完成

后，“复位”指示灯常亮。（“运行”状态下按“复位”按钮无效）；

（2）在“复位”就绪状态下，按下“启动”按钮，单元启动，“启动”指示

灯亮，“停止”和“复位”指示灯灭。（“停止”或“复位未完成”状态下，按

“启动”按钮无效）；

（3）主输送带启动运行，龙门灯带蓝色常亮；

（4）手动将放有3颗物料并旋紧白色瓶盖的物料瓶放置到该单元起始端；

（5）当进料检测传感器检测到有物料瓶且旋紧检测传感器无动作，经过检

测装置后，龙门灯带绿色闪亮，蓝色灭；

（6）2s后龙门灯带绿色灭，蓝色常亮；

（7）物料瓶被输送到主输送带的末端，出料检测传感器动作；

第10页/共36页

（8）手动将放有3颗物料并旋紧蓝色瓶盖的物料瓶放置到该单元起始端；

（9）当进料检测传感器检测到有物料瓶且旋紧检测传感器无动作，经过检

测装置后，龙门灯带绿灯常亮，蓝色灭；

（10）2s后龙门灯带绿色灭，蓝色常亮；

（11）物料瓶即被输送到主输送带的末端，出料检测传感器动作，

（12）手动将放有2颗物料并旋紧瓶盖的物料瓶放置到该单元起始端；

（13）当进料检测传感器检测到有物料瓶且旋紧检测传感器无动作，经过检

测装置后，龙门灯带红色闪亮，蓝色灭；

（14）2s后龙门灯带红色灭，蓝色常亮；

（15）物料瓶经过不合格到位检测传感器时，传感器动作，触发分拣气缸电

磁阀得电，当到达分拣气缸位置时即被推到辅输送带上；

（16）手动将放有3颗物料并未旋紧瓶盖的物料瓶放置到该单元起始端；

（17）当进料检测传感器检测到有物料瓶且旋紧检测传感器动作，经过检测

装置后，龙门灯带红灯常亮，蓝色灭；

（18）2s后龙门灯带红色灭，蓝色常亮；

（19）物料瓶经过不合格到位检测传感器时，传感器动作，触发分拣气缸电

磁阀得电，当到达分拣气缸位置时即被推到辅输送带上；

（20）在任何启动运行状态下，按下“停止”按钮，该单元立即停止，所有

机构不工作，“停止”指示灯亮，“启动”和“复位”指示灯灭。

4.模型图

检测分拣单元执行机构由主输送带机构、辅输送带、检测装置等组成，详细

部件分布见附图09。

（三）工业机器人搬运单元的安装、接线、编程与调试

1.任务描述

本单元机器人使用ABB的IRB120机器人，用型号为H2U-3232MT的PLC实现

电气控制,底盒、盒盖升降台的两轴由步进驱动，步进驱动器为研控YKD2305M，

电机YK42XQ47-02A，现在该单元控制挂板以及桌面部分机构的安装与接线已经

完成，PLC及机器人的编程与调试已经完成，由于机器人更换电池，其程序和数

据丢失，只剩下PLC程序，无法实现对物料瓶的包装，现在你需要完成以下任务：

第11页/共36页

（1）请根据以下资料，完成工业机器人搬运单元中的盒盖升降台机构机构

的零部件安装，并完成该机构的定位，将其合理地安装在工业机器人搬运单元相

应的位置上。

①盒盖升降台机构结构图与爆炸图分别如图3-2、图3-3所示；

②盒盖升降台机构的装配图见附页图24；

③盒盖升降台机构的安装效果图如图3-4；

（2）请根据工业机器人搬运单元的气路连接图（见附页图25）完成该机构

的气路连接及调整，确保各气缸运行顺畅和平稳。

（3）请根据桌面端子板端子分配表（见表3-1）、模块端子板端子分配表（见

表3-2）以及所提供的IO电路图（图26-图28）完成该机构桌面上所有与PLC

输入输出有关的执行元件的电气连接，连接方向参考工业机器人搬运单元的端子

板连接示意图（如图3-5所示，虚线框中的各“执行机构”电气元件与“37针

端子板CN310”接线端子间的电气接线为参赛选手接线部分）。

（4）请你根据以下的模型图（见第2点）、运行功能（见第8点）、机器人

控制器地址分配表（表3-3）、PLC与机器人IO功能分配表（见表3-4），完成本

单元的机器人编程以及相关的IO设置，使机器人能够完成物料瓶搬运、盒盖搬

运和标签吸取与贴放过程(如图3-1所示)，要求机器人在运行过程中动作顺畅，

无任何机器人本体及夹具与其它机构碰撞现象。

物料瓶放入包装盖上盒盖盖贴上标签

图3-1包装过程示意图

2．模型图

工业机器人搬运单元主要由IRB120机器人、物料台机构、升降台机构、标

签台等组成，详细部件分布见附图29。

第12页/共36页

3.盒盖升降台机构的结构图与爆炸图

该机构初始状态：推料气缸缩回、步进电机停止。

图3-2结构图图3-3爆炸图

4.安装效果图

图3-4安装效果图

5.桌面端子板连接示意图

传感器

磁性开关

电磁阀

控制板PLC37针端子板CN31015针端子板执行机构电气元件

图3-5端子板连接示意图

第13页/共36页

6.桌面37针端子板CN310端子分配表

表3-1

端子板CN310地址线号功能描述

XT3-3X03升降台B原点原感器

XT3-4X04升降台B上限位（常闭）

XT3-5X05升降台B下限位（常闭）

XT3-10FZB升降台B上限位（常开）

XT3-11ZZB升降台B下限位（常开）

XT3-12X14推料气缸B前限位

XT3-13X15推料气缸B后限位

XT2-5J05升降台气缸B控制

XT1\XT4PS13+(+24V)24V电源正极

XT5PS13-(0V)24V电源负极

7.盒盖升降台机构模块端子板CN301（15针端子板）端子分配表

表3-2

端子板CN301地址线号功能描述

XT3-0X03升降台B原点原感器

XT3-1X04升降台B上限位（常闭）

XT3-2X05升降台B下限位（常闭）

XT3-3FZB升降台B上限位（常开）

XT3-4ZZB升降台B下限位（常开）

XT3-5X14推料气缸B前限位

XT3-6X15推料气缸B后限位

XT3-7J05升降台气缸B控制

XT2PS13+(+24V)24V电源正极

XT1PS13-(0V)24V电源负极

8.运行功能

初始位置：

盒盖升降机构处于升降原点传感器位置，底盒升降机构处于升降原点传感器

位置，定位气缸处于缩回状态，推料气缸处于缩回状态，机器人夹具吸盘垂直朝

上（处于关闭状态）、夹爪朝下（处于张开状态），气源二联件压力表调节到

0.4Mpa～0.5Mpa。

控制流程：

（1）该单元在单机状态，机器人切换到自动运行状态，按“复位”按钮，

单元复位，机器人回到安全原点pHome（要求在pHome点时夹具吸盘垂直朝上，

第14页/共36页

夹爪朝下）。

（2）“复位”灯（黄色灯，下同）闪亮显示；

（3）“停止”（红色灯，下同）灯灭；

（4）“启动”（绿色灯，下同）灯灭；

（6）所有部件回到初始位置；

（7）“复位”灯（黄色灯）常亮，系统进入就绪状态。

（8）第一次按“启动”按钮，工业机器人搬运单元底盒升降机构的推料气

缸将物料底盒推出到包装工作台上；

（9）同时定位气缸伸出；

（10）物料台检测传感器动作；

（11）该单元上的机器人开始执行瓶子搬运功能：机器人从检测分拣单元的

出料位将物料瓶搬运到包装盒中,路径规划合理，瓶子搬运到盒盖上方过程中，

不得与其它设备物体碰撞（机器人或夹具无超出桌面范围，瓶子放到底盒里时无

与盒边摩擦碰撞）；

①机器人搬运完一个物料瓶后，若检测检测分拣单元的出料位无物料瓶，则

机器人回到原点位置pHome等待，等出料位有物料瓶，再进行下一个的抓取。

②机器人搬运完一个物料瓶后，若检测检测分拣单元的出料位有物料瓶等待

抓取，则机器人无需再回到原点位置pHome，可直接进行抓取，提高效率。

（12）包装盒中装满4个物料瓶后，机器人回到原点位置pHome，即使检测

检测分拣单元的出料位有物料瓶，机器人也不再进行抓取，物料瓶搬运顺序如图

3-6所示。

①②

③④

图3-6物料瓶工位示意图

（13）底盒升降机构的推料气缸缩回；

（14）第二次按“启动”按钮，机器人开始自动执行盒盖搬运功能：机器人

第15页/共36页

从pHome点到包装盒盖位置，用吸盘将包装盒盖吸取并盖到包装盒上，路径规划

合理，加盖过程中不得与任何机构发生碰撞（盒盖被平稳取出，不与升降台边沿

发生碰撞，盒盖被平衡放到底盒上，不与除底盒以外其它物体发生碰撞），盖好

后回到原点位置pHome；

（15）第三次按“启动”按钮，机器人开始自动执行标签搬运功能：机器人

从pHome点到标签台位置，用吸盘依次将两个白色和两个蓝色标签吸取并贴到包

装盒盖上，路径规划合理，贴标过程中不得与任何机构发生碰撞（机器人吸住标

签，吸盘圆面中心与标签中心对齐；机器人将标签搬运到盒盖侧面标签位置，不

与任务其它任何物体发生摩擦或碰撞，机器人任何部位不超出桌面范围；标签被

准确放置到盒盖标签位置，无偏移。）；标签摆放以及吸取顺序如图3-7所示；

121112

1

白色标34910蓝色标

签：吸取签：吸取

顺序如标5678顺序如标

签上的数7856签上的数

字所示字所示

91034

111212

1

图3-7标签摆放示意图

（16）机器人每贴完一个标签，无需回到原点位置pHome，贴满4个标签后

回到原点位置pHome，机器人贴标顺序如图3-8所示；

①③②④

图3-8贴标工位示意图

（17）机器人贴完标签，定位气缸缩回，等待入库；

（18）系统在运行状态按“停止”按钮，单元进入停止状态，即机器人停止

工作，而就绪状态下按此按钮无效。

第16页/共36页

9.机器人控制器地址分配表

表3-3

输入输出

A端(机器人端)B端（PLC端）A端（机器人端）B端（PLC端）

1IN1Y201OUT1X20

2IN2Y212OUT2X21

3IN3Y223OUT3X22

控制器控制器

4IN4Y234OUT4X23

I/O接口I/O接口

5IN5Y245OUT5X24

XS12XS14

6IN6Y256OUT6X25

7IN7Y267OUT7X26

8IN8Y278OUT8X27

1IN9Y301OUT9X30

2IN10Y312OUT10X31

3IN11Y323OUT11X32

控制器控制器

4IN12Y334OUT12X33

I/O接口I/O接口

5IN13Y345OUT13

XS13XS15

6IN14Y356OUT14气抓

7IN15Y367OUT15吸盘A

8IN16Y378OUT16吸盘B

10.PLCIO功能分配表

表3-4

PLC功能描述备注

X20AutoOn机器人处于自动模式,X20闭合

X22EmergencyStop机器人急停中，X22闭合

X23ExecutionError机器人报警，X23闭合

X24MotorOn机器人电机上电，X24闭合机器人的

X25CycleOn机器人程序正在运行中，X25闭合输出点连

X26回到原点位置，X26闭合接PLC的

X27搬运物料瓶完成一次，X27闭合输入点

X30搬运盖完成，X30闭合

X31搬运签完成一次，X31闭合

X32运行中Runing，X32闭合

Y20Y20闭合Stop机器人程序停止运行

Y22Y22闭合MotorsOn机器人电机上电

Y23Y23闭合StartAtMain从机器人主程序启动PLC的输

Y24Y24闭合ResetExecutionErrorSignal机器人出点连接

报警复位机器人的

Y25Y25闭合MotorsOff机器人电机下电输入点

Y30Y30闭合机器人开始搬运

Y31Y31闭合机器人搬运物料瓶

第17页/共36页

PLC功能描述备注

Y32Y32闭合机器人搬运盒盖

Y33Y33闭合机器人搬运标签

Y34Y34闭合标签颜色选择

（四）智能仓储单元的电路设计、安装、接线、编程与调试

1.任务描述

该单元用一台H2U-2416MTPLC实现电气控制，堆垛机构由旋转轴和升降轴

两轴伺服驱动，伺服驱动器为三菱MR-JE-10A，电机HF-KN-13J，其技术参数详

细参考技术手册《三菱MR-JE系列》，该单元控制挂板以及桌面部分机构的安装

与接线已经完成，现需对包装盒进行入仓处理，你需要完成以下任务：

（1）首先请你根据模型图(见第2点)、运行功能(见第6点)、PLCI/O功

能分配表（见表4-1），在附页图30的图框中设计垛机拾取机构、垛机升降机构、

垛机旋转机构、智能仓库机构、面板控制按钮输入与指示灯输出等IO电路图。

设计的电路应满足运行功能要求，电气控制电路图图形符号和文字符号的使

用应满足GB/T4728.1-2005《电气简图用图形符号》、GB/T5465.2-1996《电气设

备用图形符号》、GB/T7159-1987《电气技术中的文字符号制订通则》、GB/T

6988.1-2008《电气技术用文件的编制》的要求。

（2）请根据以下资料，完成智能仓储单元中的智能仓库机构的零部件安装。

并完成该机构的定位，将其合理地安装在智能仓储单元相应的位置上。

①智能仓库的结构图与爆炸图分别如图4-1、图4-2所示。

②智能仓库机构的装配图见附页图31；

③智能仓库机构的安装效果图如图4-3所示。

（3）请根据智能仓储单元的气路连接图（见附页图32）完成该机构的气路

连接及调整，确保各气缸运行顺畅和平稳。

（4）请根据桌面端子板端子分配表（见表4-2）、模块端子板端子分配表（见

表4-3）以及所设计的IO电路图完成该机构桌面上所有与PLC输入输出有关的

执行元件的电气连接，连接方向参考智能仓储单元的端子板连接示意图（如图

2-4所示，虚线框中的各“执行机构”电气元件与“37针端子板CN310”接线端

子间的电气接线为参赛选手接线部分）。

（5）请根据以下的模型图（见第2点）、运行功能（见第6点）、PLCI/O

功能分配表（见表4-4），完成本单元PLC编程与调试，PLC技术参数详见《汇川

H2U系列PLC编程手册》

第18页/共36页

2.模型图

智能仓储单元由垛机拾取机构、垛机升降机构、垛机旋转机构、智能仓机构

等组成,详细部件分布见附图33。

3.智能仓库的结构图与爆炸图

该机构初始状态：仓位传感器常开状态。

图4-1结构图图4-2爆炸图

4.安装效果图

图4-3安装效果图

5.桌面端子板连接示意图

传感器

控制器PLC37针端子板CN31015针端子板执行机构电气元件

图4-4端子板连接示意图

第19页/共36页

6.运行功能

初始状态：

垛机旋转机构处于旋转原点传感器位置，垛机升降机构处于升降原点传感器

位置，垛机拾取机构伸缩气缸处于缩回状态，垛机拾取吸盘处于关闭状态。气源

二联件压力表调节到0.5MPa。

控制流程：

（1）上电，系统处于“停止”状态下。“停止”指示灯亮，“启动”和“复

位”指示灯灭。

（2）“停止”状态下，按下“复位”按钮，该单元复位，复位过程中，“复

位”指示灯闪亮，所有机构回到初始位置。复位完成后，“复位”指示灯常亮，

“启动”和“停止”指示灯灭。“运行”或“复位”状态下，按“启动”按钮无

效。

（3）“复位”就绪状态下，按“启动”按钮，单元启动，“启动”指示灯亮，

“停止”和“复位”指示灯灭。“停止”或“启动”状态下，按“启动”按钮无

效。

（4）将包装盒放置到工业机器人单元的包装工作台上，垛机启动运行，运

行到包装工作台位置。

（5）垛机拾取气缸伸出到位。

（6）垛机拾取吸盘打开，吸住包装盒。

（7）垛机拾取气缸缩回，将包装盒完全托到垛机拾取托盘上，包装盒与包

装工作台无任何接触。

（8）堆垛机构旋转回到3号仓储位，堆垛机构旋转过程中，包装盒不允许

与包装工作台或智能仓库发生任何摩擦或碰撞。

（9）如果当前仓位有包装盒存在，即该仓位的检测传感器有动作，垛机不

动。手动拿走包装盒，进入第（10）步。

（10）如果当前仓位空，则垛机拾取气缸伸出，将包装盒完全推入到当前仓

位中去，入仓过程中，包装盒不允许与智能仓库发生碰撞或顶住现象。

（11）垛机拾取吸盘关闭。

（12）垛机拾取气缸缩回。

第20页/共36页

（13）堆垛机构回到原点位置。

（14）再放一个包装盒到机器人单元的包装工作台上，本单元将重复第（4）

到第（14）步，包装盒将依次按顺序被送往3、2、1号仓位的空位中，放完后再

依次按顺序被送往4、5、6号仓位。

（15）在任何启动运行状态下，按下“停止”按钮，该单元立即停止，所有

机构不工作，“停止”指示灯亮，“启动”和“复位”指示灯灭。

7.PLCI/O功能分配表

表4-1

序号名称功能描述备注

1X00升降方向原点传感器感应到位，X00断开

2X01旋转方向原点传感器感应到位，X01断开

3X02仓位1检测传感器感应到物料，X02闭合

4X03仓位2检测传感器感应到物料，X03闭合

5X04仓位3检测传感器感应到物料，X04闭合

6X05仓位4检测传感器感应到物料，X05闭合

7X06仓位5检测传感器感应到物料，X06闭合

8X07仓位6检测传感器感应到物料，X07闭合

9X10按下启动按钮，X10闭合

10X11按下停止按钮，X11闭合

11X12按下复位按钮，X12闭合

12X13按下联机按钮，X13闭合

13X14拾取气缸前限感应到位，X14闭合

14X15拾取气缸后限感应到位，X15闭合

15X20旋转方向右极限感应到位，X20闭合

16X21旋转方向左极限感应到位，X21闭合

17X22升降方向上极限感应到位，X22闭合

18X23升降方向下极限感应到位，X23闭合

19X24真空压力开关输出为ON时，X24闭合

20Y00Y00闭合，升降方向电机旋转

21Y01Y01闭合，旋转方向电机旋转

22Y03Y03闭合，升降方向电机反转

23Y04Y04闭合，旋转方向电机反转

24Y05Y05闭合，垛机拾取吸盘电磁阀启动

25Y06Y06闭合，垛机拾取气缸电磁阀启动

26Y10Y10闭合，启动指示灯亮

27Y11Y11闭合，停止指示灯亮

28Y12Y12闭合，复位指示灯亮

第21页/共36页

8.桌面37针端子板CN310端子分配表

表4-2

端子板CN310地址线号功能描述

XT3-2X02仓位1检测传感器

XT3-3X03仓位2检测传感器

XT3-4X04仓位3检测传感器

XT3-5X05仓位4检测传感器

XT3-6X06仓位5检测传感器

XT3-7X07仓位6检测传感器

XT1\XT4PS13+(+24V)24V电源正极

XT5PS13-(0V)24V电源负极

9.智能仓库模块端子板CN302（15针端子板）端子分配表

表4-3

端子板CN302地址线号功能描述

XT3-0X02仓位1检测传感器

XT3-1X03仓位2检测传感器

XT3-2X04仓位3检测传感器

XT3-3X05仓位4检测传感器

XT3-4X06仓位5检测传感器

XT3-5X07仓位6检测传感器

XT2PS13+(+24V)24V电源正极

XT1PS13-(0V)24V电源负极

（五）机电一体化设备系统编程与优化

1.任务描述

所有单元单机工作调试完成后，主站单元联机通讯信号尚未编程完成，你现

在需要完善颗粒上料单元和智能仓储单元程序功能，增加系统联机程序，并完成

调试，具体要求如下：

（1）完善优化颗粒上料单元程序，增加与主站通讯编程，联机信号编程，

触摸屏监控信号编程。

（2）完善优化智能仓储单元程序，增加与从站通讯编程，联机信号编程，

触摸屏监控信号编程。

（3）触摸屏画面组态：完成触摸屏系统总控画面、颗粒上料单元监控画面、

加盖拧盖单元监控画面、检测分拣单元监控画面、工业机器人搬运监控画面、智

能仓储单元监控画面。

第22页/共36页

（4）完善颗粒上料单元，在触摸屏上增加填装颗粒数量和颜色选择功能：

在触摸屏上颗粒填装总数量可输入3或4，白色料块数量可以输入2或3，颗粒

上料单元填装颗粒时按输入要求填装，同时触摸屏上实时显示填装数量。

（5）完善智能仓储单元，在触摸屏上增加包装盒入仓的仓位选择：在触摸

屏上仓位选择可输入1-6，智能仓储单元根据所选择的的仓位将包装盒运送到相

应的仓位中。

（6）系统网络结构见图5-1，智能存储单元PLC为主站，其它单元为从站，

触摸屏连接到主站PLC上。

（7）颗粒上料单元、加盖拧盖单元、检测分拣单元、工业机器人搬运单元、

智能仓储单元的网络通讯地址分配表见表5-1。

2.网络结构

触摸屏485通讯

TPC7062TX

N:N485通讯

颗粒上料单加盖拧盖单检测分拣单工业机器人智能仓储单

元PLC元PLC元PLC搬运单元元PLC

PLC

从站1从站2从站3从站4主站

图5-1系统网络结构图

3.通讯地址设置

表5-1系统通讯地址表

站名主站（读）←从站（写）主站（写）→从站（读）

M1000联机启动

M1001联机停止

所有站

M1002联机复位

M1003联机手动

D10D1

吸盘填装限位上料输送带电机启

M828X20M848Y00

颗粒上料停

单元M829推料气缸A前限X21M849主输送带电机启停Y01

M830推料气缸B前限X22M850旋转气缸Y02

M832启动X10M851升降气缸Y03

第23页/共36页

站名主站（读）←从站（写）主站（写）→从站（读）

M833停止X11M852取料吸盘Y04

M834复位X12M853定位气缸Y05

M835单/联机X13M854推料气缸AY06

M836物料瓶上料检测X00M855推料气缸BY07

M837颗粒填装位检测X01M856变频电机正转Y23

M838颜色确认A检测X02M857变频电机反转Y24

M839颜色确认B检测X03M858变频电机高速