工程应用赛道--工业自动化智能控制设计与应用赛题说明及背景解析
工程应用专题 - 工业自动化智能控制设计与应用比赛描述
1. 比赛名称
竞赛名称：工程应用赛道 - 工业自动化智能控制设计与应用
主办单位：中国自动化学会
主办方： 苏州汇川技术股份有限公司
2. 比赛背景
在中共中央政治局第二次集体学习时，习近平总书记强调“新发展格局以现代工业体系为基础”，要求“构建自主可控、安全可靠、有竞争力的现代工业体系”。
工业自动化控制（简称 、 ）是现代制造业的心脏，是实现自动化、数字化、智能化生产的关键技术。随着智能制造的兴起，工业自动化控制可以通过对生产过程中各个环节的精确控制，提高生产效率、降低成本和提高产品质量。人工智能、数字孪生等新技术的不断发展和集成应用，为工业自动化控制带来了更加智能、高效的生产方式，使得智能控制在智能制造中的重要作用日益凸显。
工业自动化控制系统是工厂生产制造过程中效率、精度、可控性和可视性的关键环节，系统产品包括工业机器人、电机模组、机床、数字化工厂等，技术含量高，专业性强，应用范围广。工业自动化控制系统主要分为三个层次：控制层、驱动层和执行层。其中，控制层产品主要用于控制制造过程中的温度、压力、流量、液位等变量或物体位置、倾斜、旋转等参数，主要涉及PLC（可编程逻辑控制器）、HMI（人机交互界面）等设备。
当前，中国制造业正处于转型升级的关键时期，中国工业自动化智能控制产品在激烈的市场竞争中逐渐显现出自身在适应性、成本效益和技术服务等方面的优势，形成了具有竞争力的自主品牌。国产替代的趋势越来越明显，替代的速度也在加快。
本竞赛题目面向工业自动化智能控制领域的技术发展和典型应用，选取国内热门行业的典型应用场景和技术流程作为竞赛任务，旨在鼓励相关专业的大学生积极跟踪行业趋势和科技发展前沿， 激发学生自主学习、工程实践、技术和应用创新能力的提升，引导参与学生积极参与产业创新和工程实践活动，培养团队合作意识和工匠精神;推动参与高校专业化建设，更好地服务科技强国、强制造强国国家战略;促进优秀工程师的培养，为新质量生产力和新工业化发展提供人才支撑。
3. 任务要求
本届大赛内容涉及PLC、HMI、工业机器人、伺服系统、变频器等设备的编程调试及集成联调，涵盖物料输送、物料搬运、物料装配、物料加工、物料智能存储等典型工艺环节，以及虚拟场景设计、数据分析处理等实际应用， 和任务协作。主要考察选手在PLC程序设计、伺服系统参数设置及硬件配置、工业机器人编程与姿态教学，以及各控制器的通信与数据交互等方面的技能。
比赛整体赛程分为区域初赛和全国总决赛两个比赛阶段，赛前练习和区域初赛使用汇川智能控制系统数字化实训箱（以下简称“实训箱”，赛事组委会按每校一个的标准为参赛高校免费提供实训箱借用）， 全国总决赛采用汇川技术智能生产线及仓储综合实训平台（以下简称“实训平台”）。第三部分详细介绍了培训箱和培训平台。
选手在区域初赛中需要使用训练箱配备的数字孪生训练软件进行程序设计和仿真调试，在全国总决赛中，将使用体能训练平台进行程序设计和现场调试。
1. 任务场景
中国新能源汽车产业在实现高质量发展的道路上稳步前进，中国不仅是世界上最大的汽车市场，也是最大的汽车生产国。其中，车辆的操控稳定性和行驶安全性尤为重要，这对车辆的智能化生产装配和工艺流程有着极高的要求。
某新能源汽车制造企业计划利用国内工业自动化智能控制产品，构建汽车车轮和转向节的传动、装配和智能垂直存储生产平台，包括车轮和转向节的精密装配、物料和工件的高效运输以及垂直仓库的智能存储。
作为平台的自动化工程师，参赛选手将根据相关技术文件和工艺要求完成自动化方案设计，以及基于比赛设备的模拟工作场景对每台设备的调试和优化，并从需求分析、方案设计和现场调试三个方面进行思考， 使平台能够满足生产过程的要求。
2. 区域初赛任务描述
这
利用实训箱及配套的数字孪生实训软件进行了区域初赛，考察内容包括汇川技术PLC、HMI等控制器的熟练使用、三轴机器人运动控制操作的绝对或相对位置、气动抓手抓取、旋转、放置等功能的应用、输送线运动控制操作的绝对或相对位置、 六轴机器人搬运和装配功能的应用，以及气动推料等装置的熟练使用。
这
区域初赛采用线下比赛方式，从以上检查内容中抽取部分考点，结合比赛题目背景对参赛队伍进行检查。题目将在区域初赛现场公布，选手将在规定时间内完成任务。
3. 全国总决赛任务描述
全国总决赛将使用实体培训平台进行。将进一步考察参赛选手在精密装配、物料和工件高效运输、智能垂直仓库存储等工艺环节的实际应用能力。其中，调研的主要内容有（1）工艺流程分析和现场功能执行调试，（2）PLC程序设计、伺服驱动等控制器设备参数设置和硬件配置功能，（3）六轴机器人程序设计、姿态操作和示教功能，（4）各控制器的通讯和数据交互功能。
这
全国总决赛将以线下方式进行，决赛题目以基础任务书+现场附加任务书的形式进行考察。
四、船期说明
1. 注册
谁应该参加：全国各地
高等院校的全日制在读生，以及技师学院预备技师（技师）班的全日制在校生，包括但不限于计算机、自动化、电气、机械、电子信息等专业。
报名规则：
（1） 参赛者以团队形式报名参加比赛，并鼓励参赛者组成跨院系和专业的团队;
（2） 每支队伍最多可报名 4 名选手（至少 1 名），每位选手只能参加 1 支队伍;每个团队最多可以有 1 名研究生;
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（3） 每位教练可以指导多个团队，每个团队最多可以有 2 名教练;
（4） 每个团队只能选择一个主题;
（五）本次比赛报名截止日期为 3 月 31 日，参赛者需在截止日期前在比赛平台完成报名。
2. 区域初赛
区域初赛规则及考点说明预计于2025年3月15日前在比赛官网公布。
参赛队伍报名成功后，可在学校免费申请一套区域初赛的训练箱。参赛队收到训练箱后，将根据比赛官网学习区发布的资料和视频，通过训练箱对应的数字孪生软件进行赛前练习（见《五、比赛设备介绍及赛前练习指导》）。
2025 年 4 月 19 日至 20 日，大赛组委会将通过在线考试系统进行线上基础知识测评，从各赛区选拔参赛队进入赛区初赛。
这
地区初赛计划于 2025 年 5 月在主办机构举行。
3. 全国总决赛
全国总决赛决赛入围名单将在 7 大赛区初赛全部举行后公布，决赛比赛规则和总决赛基本任务书将于 2025 年 6 月中旬在大赛官网上发布。
全国总决赛预计将于 2025 年 8 月初举行。采用动手实践方法进行现场操作。除了提前公布的基本任务外，还将现场发布额外的任务。
5. 比赛器材介绍
一、区域初赛训练箱介绍
培训箱包括培训箱的硬件、数字孪生实践软件和数字孪生培训软件。
（1）训练箱硬件：采用汇川技术 H5U 系列高性能可编程控制器，硬件涵盖可编程控制器、触摸屏、传感器等，如图 1 和图 2 所示。
图 1：训练箱的外观
图 2：训练箱的操作面板
（2）数字孪生实践软件：包括不同工艺场景下的多种典型培训案例，可以帮助参赛选手掌握培训箱的使用方法，加深对数字孪生技术应用的理解。并且您可以更直观地了解工业自动化智能控制的设计和应用场景。图 3 至图 8 显示了每个练习的示例。
注意：每个软件和指导文件都存储在培训箱附带的 USB 闪存驱动器中。
图 3：备用水泵自动启用场景
图 4：三轴机器人的三维存储场景
图 5：十字路口的交通信号灯场景
图 6：音乐喷泉场景
图 7：三轴机器人分拣和上料场景
图 8：光盘定位场景
（3）数字孪生实训软件：本软件是汇川技术智能产线及仓储综合实训平台（国总装备）的数字孪生仿真系统，其功能和使用方法与实际设备基本相同，可以更安全地学习，通过软件的学习可以充分模拟真实实训平台的使用。主要包括实训平台的物料输送线部分、六轴机器人交互部分、三轴机器人存储部分，如图 9 所示。
注意：软件和指导文件存储在培训箱附带的 USB 闪存驱动器中。
https://img2.baidu.com/it/u=699469908,2987089879&fm=253&fmt=JPEG&app=120&f=JPEG?w=721&h=477
图 9：数字孪生训练软件界面
2. 区域初赛赛前练习
参赛队通过数字孪生训练软件熟悉训练箱的使用后，即可基于训练箱和配套的数字孪生训练软件在区域初赛中进行赛前演练。比赛官网学习专区将发布数字孪生训练软件的教程文件和训练练习视频，包括三轴机器人绝对或相对位置的运动控制练习，气动抓手的抓取、旋转、放置等功能练习，六轴机器人的搬运和装配功能， 输送线绝对或相对位置的运动控制练习以及气动推料装置的功能练习。
通过赛前演练，参赛者可以更快地掌握软件的基本功能，熟悉机器各部分的操作功能，更快地了解工艺流程，掌握汇川PLC、HMI等控制器的编程技术，从而提高参赛者的能力水平。原理图如图 10 和图 11 所示。
图 10：三轴笛卡尔坐标系机器人示意图
图 11 夹爪，旋转气缸示意图
3. 全国总决赛培训平台介绍
（1） 平台介绍
实训平台采用汇川技术系列六轴工业机器人和汇川技术 H5U 系列高性能可编程控制器，涉及输送线、气动装置、触摸屏、传感器、伺服控制器、变频器等工业控制硬件。主要由物料输送线部分、六轴机器人交互部分、三轴机器人入库部分组成，用于模拟汽车车轮和转向节的精密装配、物料和工件的高效运输，以及汽车智能制造工业现场的智能垂直仓库存储。训练平台的区域分布示意图如图 12 所示。
图 12：训练平台的区域分布示意图
（2） 实训平台产品详情
序号
产品
型
特征
可编程控制器
H5U--A8
控制程序
伺服驱动器
控制三轴机器人
六轴机器人
-7-70TS5
处理、跟踪等
机器人手持示教器
-L5
控制六轴机器人
伺服电机
MS1H1-40/-T334Z
控制三轴机器人
人机界面
操作与显示
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