第七届全国信息技术应用水平大赛比赛说明
（比赛科目：“和利时杯”电气控制应用设计大赛）
一、比赛形式
? 本项比赛为团体赛，参赛者以团队形式参加本次大赛，每支队伍不超过3名学生和
2名指导教师。
? 初赛阶段：本项比赛内容为电气控制应用设计，初赛采用场外作业、提交作品方式。
参赛队在指定时间按初赛要求完成作品设计，并在指定时间提交： A、作品申报表（见附件）电子档和纸质档各一份；
B、初赛论文电子档：包含《比赛要求》（见后文）中第（1）项“电子原理图设计制作”、第（2）项“自动螺丝输送机及平面二维移动机械手的PLC控制编程”及第（3）项“完成给定方案的系统程序的编写”。
备注：电子档发送到大赛组委会指定邮箱，并刻录光盘一份连同纸质档一同寄至大赛组委会。通过初审的作品和参赛队进入决赛。
? 决赛阶段：决赛由工程演示、工程答辩、实操调试等环节组成，由评审专家组现场
打分。
? 本项比赛重点考察学生电气控制应用设计能力、工程实践能力、团队协作意识、自
主学习能力、解决实际工程问题的能力和综合工程实践素养。
二、参赛人员
? 参赛人员
? 大赛面向全国全日制在校大学生（高职、本科、研究生）
? 参赛队员基本知识要求
? 电气原理图基本知识 ? 电气接线与安装基本知识 ? PLC应用基本知识 ? 电机驱动应用基本知识 ? 人机界面通讯基本知识 ? 自动控制系统基本知识 ? 传感器应用基本知识
? 气动技术基本知识
三、控制对象说明
? 被控对象：所选被控对象为自动螺钉装配机械手装置。自动螺钉装配机械手装置具备高效率、高可靠性、性价比高等优点，在自动化装配的电子行业、机械行业等各行业使用非常广泛。因此选用该装置作为本次比赛的被控对象，具有很强的代表性和可行性。该装置分为自动螺钉输送机和X-Y螺钉装配机械手，如图1：
图1 自动螺钉装配机械手装置
自动螺钉输送机
X-Y螺钉装配机械手
（一） 自动螺钉输送机 1、 机构说明
图2 螺钉输送机构说明图
图3 锁丝扳手机构说明
图4 辅助控制电器图
2、 功能编号说明 序号 名称 说明 信号输入点说明 1 2 3 4 5 6 7 8 SB1 SB2 SB3 PH1 PX1 1B1 2B1 NJ 螺钉输送机PLC启动 螺钉输送机PLC停止 螺钉输送机PLC急停 螺钉加料检测传感器 螺钉滑牙检测传感器 出料气缸后位检测 锁丝气缸上位检测 扭矩达到输入信号 按下ON弹起OFF/自动复位型 按下ON弹起OFF/自动复位型 按下OFF弹起ON/手动复位型 叉形光电开关NPN型 DC24V 接近开关M12NPN型 DC24V 磁性开关两线制 DC24V 磁性开关两线制 DC24V 开关量信号 类型 控制输出点说明 9 M1 M2 料扫出 11 12 YV1 YV2 吹到锁嘴部位 锁丝阀控制带动扳手的气缸下13 14 15 16 17
3、 螺钉输送工作流程说明：
（1）、 料筒电机（M1）启动后，齿轮传动料筒转动把料仓里的螺钉回转，回转过
程中螺钉自动掉入导料槽；
（2）、 直震器（ZZQ）和料筒电机（M1）同时启动，导料槽固定在直震器上，当
YV3 压锁紧 HL1 HL2 ZZQ BS 螺钉锁紧过程中滑牙报警 料筒螺钉缺料报警 把料槽里的螺钉震动移动 锁丝扳手 DC24V DC24V AC220V DC 30V 两位五通单电控阀 DC24V 出料阀控制拉动气缸落料 吹气阀把落入透明管里的螺丝两位三通单电控阀 DC24V 两位五通单电控阀 DC24V 料筒电机螺钉上料转动 毛刷电机把料槽里排序不整的10 直流电机2W DC24V 直流电机5W DC24V 直震器震动时螺钉料有序移动，同时毛刷电机（M2）启动，毛刷电机把掉入导料槽里不规则螺钉扫出，余下螺钉规则向外输送；
（3）、 当加料检测（PH1）传感器检测有料长达5S后，加料电机（M1）、直震器
（ZZQ）全部停止工作，直到PH1在检测到无料后再次启动输送螺钉；
（4）、 等待网络通讯（X-Y机械手控制PLC-2）发来的螺钉装配信号等待工作； （5）、 当得到装配信号或指令后，出料阀（YV1）得电动作，气缸后位（1B1）检
测到位至少1S后复位出料汽缸（YV1）；
（6）、 同时吹气阀（YV2）得电动作（把掉入透明管的螺钉吹到电批锁嘴上），吹
气阀（YV2）得电至少2S后自动复位；
（7）、 锁丝扳手（BS）启动，锁丝阀（YV3）得电（气缸带动转动的扳手把螺钉
锁在底板上），扭矩（NJ）到达后，先复位扳手（BS）再复位锁丝阀（YV3）；
（8）、 当锁丝阀（YV3）复位后气缸上位（2B1）检测到位，网络通讯发出螺钉装
配完成信号给（X-Y机械手PLC-2）。
4、 基本参数：
PLC-1型号：和利时LM3106、LM3400 料筒速度：V=60r/min 工作气压：0.4—0.8MPa
（二） X-Y螺钉装配机械手
1、机构说明：
图5 X-Y螺钉装配机械手结构实
图6 X-Y螺钉装配孔板标识图
2、功能编号说明 序号 名称 说明 信号输入点说明 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A-A B-B Z-Z SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 Y轴编旋转编码器A相 Y轴编旋转编码器B相 Y轴编旋转编码器Z相 X轴后限位开关 X轴参考点开关 X轴前限位开关 Y轴左限位开关 Y轴参考点开关 Y轴右限位开关 机械手PLC启动按钮 机械手PLC停止按钮 急停按钮 控制输出点说明 13 M3脉冲 X轴(M3)电机驱动器控制脉冲信号接入点 14 M3方向 X轴(M3)电机驱动器控制方向信号接入点 15 M3脱机 X轴(M3)电机励磁失电控制信号输入点 16 M4脉冲 Y轴(M4)电机驱动器控制脉冲信号接入点 17 M4方向 Y轴(M4)电机驱动器控制方向信号接入点 18 M4脱机 Y轴(M4)电机励磁失电控制信号输入点 19 HL1 设备故障报警、超程报警等 脱机信号，为ON时电机停止转动，作为超程保护开关 红灯闪烁 方向信号 脱机信号，为ON时电机停止转动，作为超程保护开关 脉冲信号 方向信号 脉冲信号 接近开关、NPN信号、DC24V 接近开关、NPN信号、DC24V 接近开关、NPN信号、DC24V 接近开关、NPN信号、DC24V 接近开关、NPN信号、DC24V 接近开关、NPN信号、DC24V 按下ON/弹起OFF/自动复位型 按下ON/弹起OFF/自动复位型 按下OFF弹起ON手动复位型 增量型旋转编码器、DC24V、1024P/R、NPN信号 类型 10 SB1 11 SB2 12 SB3 20 HL2 3、机械参数:
正常运行指示灯 绿灯闪烁 （1）、 X轴移动行程400mm； （2）、 X轴电机每转一圈移动10mm （3）、 Y轴移动行程400mm （4）、 Y轴电机每转一圈移动10mm 4、电气参数:
（1）、 PLC控制器：和利时LM3106
（2）、 人机界面：和利时HT7700T、7英寸彩色人机界面 （3）、 驱动电机: 和利时56YBG250C-BASSBL-0241 （4）、 电机驱动器: 和利时SH-20504
5、动作流程:（注：H—行，L—列，比如H10L10代表第10行、第10列的螺钉孔） 例:（用X-Y机械手分别在螺丝板坐标的（H10L10、H11L11、H12L12、H13L13）四个螺钉孔处安装四颗螺钉）。
（1）、 按下启动按钮SB1，X轴电机(M3)自动回零位参考点SQ2、Y轴电机(M4) 自
动回零位参考点SQ5；
（2）、 自动回零后，机械手自动运转到H10位置,同时Y轴自动运转到L10位置，
发一个网络通讯信号到自动螺钉输送机控制PLC-1，并完成第一颗螺钉的装配工作；
（3）、 完成第一颗螺钉装配后自动移动到(H11L11)坐标位置，依次完成第二颗、
第三颗螺钉装配；
（4）、 完成四颗螺钉装配后X-Y机械手自动回零，完成装配任务。
四、比赛说明及评审方式
? 比赛要求：按要求将螺M5螺钉在一块附有螺孔的平板（300mm×300mm）上，自
动安装出比赛给定图形：大写字母“H”，长120mm，宽75mm（即长9个螺钉，宽6个螺钉），并通过触摸屏实时显示螺钉的动态安装过程和监控运行状态；参赛团队需在初赛阶段、决赛阶段完成内容如下：
（1）电气原理图设计制作：
控制系统的整体配电； PLC整体网络结构； PLC输入/输出电路设计； 电机驱动电气接线设计。
（2）自动螺丝输送机及平面二维移动机械手的PLC控制编程：
自动螺丝输送机单步控制程序编写； 二维移动机械手单步控制程序编写。
（3）完成给定方案的系统程序的编写：
自动螺丝输送机系统程序编写； 二维移动机械手系统程序编写； PLC通讯网络程序设计。
（4）决赛现场在指定时间内完成工程演示、工程答辩、实操调试三个环节。 （5）决赛现场工程演示（15分钟）：以PPT形式介绍工程背景及工艺流程、电气
原理图设计、PLC控制编程思想及技巧。
（6）决赛现场工程答辩（15分钟）：决赛现场解答专家评审针对作品提出的问题。 （7）决赛现场实操调试（2小时）：根据专家现场提出的要求，完成： 电气元件的按图安装与接线；
以触摸屏、PLC、驱动元件等完成装配螺丝机械手自动控制系统设计； 确保调试操作规范性与调试完成运行。
备注：初赛阶段重点考核比赛要求中第（1）项~第（3）项，决赛阶段现场考核比赛要求中第（4）项~第（7）项
? 初赛需提交内容
? 作品申报表,：电子档和纸质档各一份；
? 初赛论文：包含比赛要求中（1）~（3）项，电子档。
备注：电子档发送到大赛组委会指定邮箱，并刻录光盘一份连同纸质档一同寄至大赛组委会。
? 决赛现场
? 决赛阶段部分由现场工程演示、工程答辩、实操调试考试三个环节组成。 ? 工程演示：参赛团队以PPT形式介绍工程背景，对其组成结构、设计原理、功
能、使用说明电气原理图设计合理性、电控设备选型与连接设计易用性、控制算法实用性、可行性等进行描述，时间控制在10-15分钟。
? 工程答辩：参赛团队现场解答专家评审针对作品提出的问题，时间控制在10-15分钟。
? 实操调试：参赛选手在同一实践平台上完成下述工作：
电气接线：根据设计电路进行电气接线，包括PLC与电机驱动、传感器等的电气连线；
PLC控制：完成PLC控制程序编程与调试；
人机界面：完成触摸屏组态监控界面的设计与调试； 运行：指定时间完成调试，成功运行并具有稳定性。
? 评审标准
初赛作品评审标准 项目 功能要求 控制系统的整体配电 1、电气原理图设计制作 （20分） PLC整体网络结构 PLC输入/输出电路设计 电机驱动电气接线设计 2、PLC控制编程 二维移动机械手的PLC程序设计 （80分） PLC通讯网络程序设计 决赛现场评审标准 项目 1、PPT形式工程演示（10-15分钟） （40分） 工程背景 电气原理图设计 PLC控制编程思想及技巧 功能要求 分值 5 15 20 总计150分 20 （20分） 3、实操调试（2小时） （70分） 出的问题。 电气接线：根据设计电路进行电气接15 线，包括PLC与电机驱动、传感器备注 20 40 分值 5 5 5 5 总计100分 备注 自动螺丝输送机的PLC程序设计 20 2、工程答辩（10-15分钟） 决赛现场解答专家评审针对作品提
等的电气连线 PLC控制：PLC控制程序调试 人机界面：触摸屏组态监控界面的简10 单设计与调试 运行：指定时间完成调试，成功运行25 并具有稳定性 工程演示表达能力 4、其他（20分） 实操调试团队配合
15 5 20 ? 赛前培训
? 报名参赛的团队，可选择参加组委会组织的赛前培训，有关赛前培训内容另行通知。
五、附注
? 赛程安排
? 参赛报名：2012年6月1日——2012年10月20日 ? 初赛提交：2012年10月18日——2012年11月10日 ? 初赛评审：2012年10月22日——2012年11月20日 ? 公布决赛名单：2012年11月25日 ? 决 赛：2011年12月16日 ? 作品报送
? 收件人：胡姗姗、杨立萍
? 地 址：北京市西单大木仓胡同37号教育部业务楼416室（100816） ? 电 话：010-62720505-609、010-66068450
? 邮 箱：huss@moe.edu.cn 、 Dasai04@moe.edu.cn
? 备注：
1、初赛需提交内容：作品申报表——电子档和纸质档各一份；初赛论文
——包含比赛要求中（1）~（3）项，电子档。电子档发送到大赛组委会指定邮箱，并刻录光盘一份连同纸质档一同寄至大赛组委会；
2、邮件寄送包裹单请注明“‘和利时杯’电气控制应用设计大赛”字样； 3、参赛团队可向组委会借用大赛专用PLC设备，同时组委会将以优
惠价格提供大赛用电控设备，申请借用/购买电控设备的团队请发邮件至以上联系人邮箱，注明“电气控制大赛电控设备借用/购买”字样，并在邮箱中标明大赛报名信息；
4、参赛团队在比赛准备期间，可以参考“全国工业自动化人才认真
该培训项目”官方网站 www.iaat.org.cn 相关比赛视频教程、技术参考资料等；
5、组委会联系人：
胡姗姗 010-62720505-609 huss@moe.edu.cn 杨立萍 010-66018450 Dasai04@moe.edu.cn
“和利时杯”电气控制应用设计作品申报表
作品名称 申报单位名称 （此处加盖学校公章） 参赛队员 指导教师 联系人 联系方式 手机 作品简介 电话 邮箱 (含开发背景、结构说明、功能与使用说明等，字数不超过1000字) （含原理图、设计原理、设计方案等，字数不超过3000字） 设计说明 （含作品的先进性、实用性、创新性等，字数不超过500字） 作品特色
