現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試”賽題B題

1、2016年全國高職院校技能大賽“現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試”賽項(xiàng)2016年全國職業(yè)院校技能大賽現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試（B題）工作任務(wù)書 （總時(shí)間：240分鐘） 場(chǎng)次號(hào) 工位號(hào) 注意事項(xiàng)一、本任務(wù)書共14頁，如出現(xiàn)缺頁、字跡不清等問題，請(qǐng)及時(shí)向裁判示意，進(jìn)行任務(wù)書的更換。二、在完成工作任務(wù)的全過程中，嚴(yán)格遵守電氣安裝和電氣維修的安全操作規(guī)程。電氣安裝中，低壓電器安裝按電氣裝置安裝工程低壓電器施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50254-96）驗(yàn)收。三、不得擅自更改設(shè)備已有器件位置和線路，若現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝調(diào)試有疑問，須經(jīng)設(shè)計(jì)人員（賽場(chǎng)評(píng)委）同意后方可修改。四、競(jìng)賽過程中，參賽選手認(rèn)定競(jìng)賽設(shè)備的器件有故障，可提

2、出更換，器件經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)裁判測(cè)定完好屬參賽選手誤判時(shí)，每次扣參賽隊(duì)3分；若因人為操作損壞器件，酌情扣5-10分；后果嚴(yán)重者（如導(dǎo)致PLC、變頻器、伺服等燒壞），本次競(jìng)賽成績計(jì)0分。五、所編PLC、觸摸屏等程序必須保存到計(jì)算機(jī)的“D: 場(chǎng)次號(hào)-工位號(hào)”文件夾下，場(chǎng)次號(hào)和工位號(hào)以現(xiàn)場(chǎng)抽簽為準(zhǔn)。六、參賽選手在完成工作任務(wù)的過程中，不得在任何地方標(biāo)注學(xué)校名稱、選手姓名等信息。七、比賽結(jié)束后，參賽選手需要將任務(wù)書以及現(xiàn)場(chǎng)發(fā)放的圖紙、資料、草稿紙等材料一并上交，不得帶離考場(chǎng)。請(qǐng)按要求在4個(gè)小時(shí)內(nèi)完成以下工作任務(wù)：一、按“平面?zhèn)}庫系統(tǒng)”控制要求，設(shè)計(jì)電氣控制原理圖，制定相應(yīng)的I/O分配表，并按圖完成器件選型計(jì)算、

3、器件安裝、電路連接（含主電路）和相關(guān)元件參數(shù)設(shè)置。二、按“平面?zhèn)}庫系統(tǒng)”控制要求，編寫PLC程序及觸摸屏程序，完成后下載至設(shè)備PLC及觸摸屏，并調(diào)試該電氣控制系統(tǒng)達(dá)到控制要求。三、根據(jù)賽場(chǎng)設(shè)備上所提供的故障考核裝置，參考X62W銑床電氣原理圖，排除機(jī)床電氣控制電路板上所設(shè)置的故障，使該電路能正常工作，同時(shí)完成維修工作票。本次工作任務(wù)請(qǐng)?jiān)赮L-158GA1型現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)考核裝置上完成，該裝置的結(jié)構(gòu)介紹及使用方法請(qǐng)參考用戶說明書。操作過程中，須遵守安全操作規(guī)程和職業(yè)素養(yǎng)要求的相關(guān)規(guī)定。平面?zhèn)}庫控制系統(tǒng)一、系統(tǒng)運(yùn)行說明某平面?zhèn)}庫的結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)（其主要由）傳送帶、機(jī)器手、運(yùn)料

4、小車、推料氣缸和一套平面?zhèn)}庫等組成。圖1 平面?zhèn)}庫結(jié)構(gòu)圖平面?zhèn)}庫系統(tǒng)的運(yùn)行過程如下：開始運(yùn)行時(shí)，人工將貨物從進(jìn)貨區(qū)放至傳送帶1上，當(dāng)SQ1檢測(cè)到貨物之后，由電機(jī)M1帶動(dòng)傳送帶1將貨物運(yùn)送至SQ2位置，期間需要對(duì)貨物類型進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)貨物類型檢測(cè)到的結(jié)果（用控制柜正面的010V電壓模擬貨物類型），將貨物分成A、B、C三種（04V為A貨，47V為B貨，710V為C貨）；由機(jī)械手臂抓起貨物，并根據(jù)貨物類型檢測(cè)結(jié)果決定將貨物放至運(yùn)料小車或者傳送帶2；平面?zhèn)}庫包括三個(gè)倉位，運(yùn)動(dòng)送料小車將貨物運(yùn)送至相應(yīng)的倉位后，小車上的氣缸將貨物推進(jìn)倉位。送料小車的初始位置在SQ12處的倉位。如圖1所示，每個(gè)倉位配有一個(gè)

5、位置檢測(cè)傳感器（SQ11SQ13），且每一個(gè)倉位存放貨物的順序需按照A、B、C的順序依次存放，送料小車應(yīng)按照從左往右（倉位1-倉位2-倉位3）的順序進(jìn)行送料；如果貨物類型檢測(cè)傳感器檢測(cè)到的貨物不滿足各個(gè)倉位存放貨物的要求，由機(jī)械手將該貨物抓取后送至傳送帶2送回返貨區(qū)。平面?zhèn)}庫控制系統(tǒng)主要由以下電氣控制回路組成：傳送帶1由電機(jī)M1驅(qū)動(dòng)【M1為三相異步電機(jī)，只進(jìn)行單向正轉(zhuǎn)運(yùn)行，要求能進(jìn)行Y-降壓起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)間為3秒，并且需要設(shè)有過載保護(hù)，熱繼電器的整定電流設(shè)置為0.4A】；機(jī)器手底盤旋轉(zhuǎn)由電機(jī)M2驅(qū)動(dòng)【M2為伺服電機(jī)，要求伺服電機(jī)能進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)則機(jī)械手底盤向左旋轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)則機(jī)械

6、手底盤向右旋轉(zhuǎn)；伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)置如下：伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周需要1000個(gè)脈沖，伺服電機(jī)通過齒輪減速器帶動(dòng)機(jī)械手底盤旋轉(zhuǎn)，減速比為24:1】；送料小車由電機(jī)M3驅(qū)動(dòng)【M3為步進(jìn)電機(jī)，要求步進(jìn)電機(jī)能進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)參數(shù)設(shè)置如下：步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周需要2000個(gè)脈沖，已知直線導(dǎo)軌的螺距為4mm，并使用旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)小車位置進(jìn)行檢測(cè)】；傳送帶2由電機(jī)M4驅(qū)動(dòng)【M4為三相異步電機(jī)，由變頻器驅(qū)動(dòng)，要求變頻器速度由PLC輸出模擬量電壓進(jìn)行給定，已知傳送帶2的速度v與變頻器的運(yùn)行頻率f之間的關(guān)系為：v=0.2×f，傳送帶2的速度需要從觸摸屏設(shè)定，M4從0mm/s加速到5mm/s需要用時(shí)1秒，從5mm/

7、s減速到0mm/s需要用時(shí)0.5秒】。機(jī)械手夾緊氣缸YV1、小車上推料氣缸YV2由PLC數(shù)字量輸出點(diǎn)控制，機(jī)械手夾緊氣缸置位則夾緊，復(fù)位則松開；推料氣缸置位則推出，復(fù)位則返回。系統(tǒng)輸入應(yīng)包含以下各點(diǎn)：傳送帶1、2的位置傳感器SQ1SQ4（使用控制柜正面的行程開關(guān)模擬）；送料電動(dòng)機(jī)M3位置檢測(cè)傳感器SQ11、SQ12、SQ13，左右極限位保護(hù)傳感器SQ14和SQ15，編碼器（雙相計(jì)數(shù)）；調(diào)試/自動(dòng)運(yùn)行模式切換開關(guān)（用控制柜正面SA1模擬），調(diào)試啟動(dòng)按鈕SB4、調(diào)試停止按鈕SB1，自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)按鈕SB5、自動(dòng)運(yùn)行停止按鈕SB2，貨物類型確認(rèn)按鈕SB3（所有按鈕SB請(qǐng)使用控制柜正面元件）和急停按鈕（

8、由控制柜正面的SA2模擬）。貨物檢測(cè)傳感器SQ16（用控制柜正面的SA3來模擬，SA3位于右檔位時(shí)代表傳感器有信號(hào)），推料氣缸動(dòng)作過程用延時(shí)3秒代替；由鉑電阻模擬電機(jī)M1的溫度，由溫控器顯示溫度，溫控器輸出接點(diǎn)給PLC。系統(tǒng)的輸出指示燈應(yīng)該包含：系統(tǒng)停止指示燈（紅燈HL1）、系統(tǒng)調(diào)試指示燈（紅燈HL2）、系統(tǒng)運(yùn)行指示燈（綠燈HL4）。所有的指示燈請(qǐng)使用控制柜正面元件。二、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1、本系統(tǒng)使用三臺(tái)PLC，網(wǎng)絡(luò)指定QCPU/S7-300/S7-1500為主站，2臺(tái)FX3U/S7-200Smart/S7-1200為從站，分別以CC_Link或工業(yè)以太網(wǎng)的形式組網(wǎng)。具體配置見表1。2、MCG

9、S觸摸屏應(yīng)連接到系統(tǒng)中主站PLC上（三菱系統(tǒng)中觸摸屏連接到QPLC的RS232端口；西門子系統(tǒng)中觸摸屏連接到S7-300/S7-1500的以太網(wǎng)端口，不允許連接到交換機(jī)）。3、電機(jī)控制、部分I/O、HMI與PLC組合分配方案見表1，其余自行定義。表1 PLC、HMI及I/O配置方案 三菱Q+FX3U系列方案西門子S7-300 +S7-200Smart方案西門子S7-1500 +S7-1200方案HMI、YV1、YV2Q00UCPUCPU314C-2PN/DPCPU 1511-1 PNM1、M4、SA1SA3FX3U-32MRS7-200Smart6ES7288-1SR40-0AA0CPU 12

10、12C6ES7212-1BE40-0XB0M2、M3、SB1SB5、FX3U-32MTS7-200Smart6ES7288-1ST30-0AA0CPU 1212C6ES7212-1AE40-0XB04、 根據(jù)本控制要求設(shè)計(jì)電氣控制原理圖，根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路圖連接電路（不允許借用機(jī)床考核單元電氣回路）。把系統(tǒng)電氣原理圖、各PLC的I/O接線圖在標(biāo)準(zhǔn)圖紙上，并填寫I/O分配表，在“設(shè)計(jì)”欄中填入選手工位號(hào)，在“制圖”欄中填入PLC品牌型號(hào)。 5、本次工作任務(wù)中用到的主要器件（如各個(gè)PLC和變頻器）已安裝好，部分線路也已經(jīng)安裝好（參見實(shí)物），選手不得擅自更改設(shè)備中已有器件的位置和線路。其余器件的安裝位

11、置請(qǐng)自行定義。三、系統(tǒng)控制要求平面?zhèn)}庫系統(tǒng)設(shè)備設(shè)有兩種工作模式，模式一：調(diào)試模式；模式二：自動(dòng)運(yùn)行模式。系統(tǒng)工作模式由運(yùn)行模式切換開關(guān)SA1（控制柜反面）選取。設(shè)備上電后觸摸屏首先進(jìn)入登錄畫面。控制柜正面的紅色指示燈HL1以0.5Hz頻率閃爍點(diǎn)亮，表示系統(tǒng)上電。若連續(xù)15秒未對(duì)觸摸屏進(jìn)行任何操作，則觸摸屏自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)畫面，即屏幕進(jìn)入休眠狀態(tài)，直到再次點(diǎn)擊觸摸屏。1、觸摸屏登錄畫面要求登錄畫面如圖2所示。點(diǎn)擊“用戶登錄”按鈕，彈出用戶登錄窗口如圖3所示，登錄畫面中用戶名為admin，密碼為123。如輸入有錯(cuò)，畫面上應(yīng)彈出“密碼輸入錯(cuò)誤，是否重新輸入”的提示框，點(diǎn)擊提示框中的“是”，用戶可重新登錄

12、，點(diǎn)擊提示框中的“否”，返回登錄畫面。點(diǎn)擊“重新啟動(dòng)”按鈕，觸摸屏重新啟動(dòng)進(jìn)入登錄畫面。登錄后系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入相應(yīng)畫面：當(dāng)SA1在左擋位時(shí)，畫面進(jìn)入“調(diào)試模式”；當(dāng)SA1在右擋位時(shí)，畫面進(jìn)入“自動(dòng)運(yùn)行模式”。系統(tǒng)要求進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行模式之前，需首先進(jìn)行調(diào)試。圖2 登錄畫面圖3 用戶登錄窗口2、調(diào)試模式設(shè)備進(jìn)入調(diào)試模式后，觸摸屏切換至調(diào)試畫面，觸摸屏畫面設(shè)計(jì)可參考圖4。觸摸屏進(jìn)入調(diào)試畫面后，控制柜正面的紅色指示燈HL1熄滅，綠色指示燈HL4保持0.5Hz頻率閃爍，直到調(diào)試模式結(jié)束。通過按下“選擇調(diào)試按鈕”，可依次選擇需要調(diào)試的電機(jī)M1M4，觸摸屏中對(duì)應(yīng)電機(jī)指示燈亮。按下控制柜正面綠色按鈕SB4，選中的電

13、機(jī)將進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。圖4調(diào)試畫面示意圖（1）傳送帶1驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1調(diào)試過程按下SB4按鈕，電機(jī)M1以3秒間隔進(jìn)行Y型運(yùn)行-型運(yùn)行-停止- Y型運(yùn)行-型運(yùn)行-停止-.狀態(tài)循環(huán)切換，電機(jī)M1在Y型運(yùn)行時(shí)， HL2以2Hz閃爍點(diǎn)亮，M1在型運(yùn)行時(shí)，HL2長亮，M1停止時(shí)，HL2熄滅。按下停止按鈕SB1，M1停止，HL2滅。（2）機(jī)器手底盤旋轉(zhuǎn)電機(jī)M2調(diào)試過程首先在觸摸屏中設(shè)置機(jī)械手底盤的旋轉(zhuǎn)速度（速度取整數(shù)，設(shè)定范圍為38°/s），再設(shè)定機(jī)械手底盤的正向（向左）旋轉(zhuǎn)角度（取整數(shù)，設(shè)定范圍為60°120°），按下SB4，伺服電機(jī)M2按照設(shè)定的速度正向旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度（需要考慮減速

14、比24:1），2秒后再反向旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度回到初始位置；然后再次在觸摸屏中設(shè)置機(jī)械手底盤的反向（向右）旋轉(zhuǎn)角度（取整數(shù)，設(shè)定范圍為60°120°），按下SB4，伺服電機(jī)M2按照設(shè)定的速度反向旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，2秒后再正向旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度回到初始位置；再次按下SB4，伺服電機(jī)首先帶動(dòng)機(jī)械手底盤正向旋轉(zhuǎn)角度，2秒后反向旋轉(zhuǎn)角度，再過2秒后反向旋轉(zhuǎn)角度，再過2秒后正向旋轉(zhuǎn)角度。電機(jī)M2運(yùn)行過程中，可隨時(shí)按下SB1使M2停止，再次按下SB4，電機(jī)M2繼續(xù)完成未完成的動(dòng)作。M2在調(diào)試過程中，HL2紅燈長亮。（3）送料小車驅(qū)動(dòng)電機(jī)M3調(diào)試過程送料小車電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。電機(jī)M3調(diào)試前，送料小

15、車在SQ11與SQ13之間的任意位置。首先在觸摸屏上設(shè)置送料小車的速度（設(shè)定范圍為4.012.0mm/s，精確到小數(shù)點(diǎn)后一位），按一下SB4按鈕，步進(jìn)電機(jī)M3帶動(dòng)送料小車左行至SQ11，停2秒后再向右運(yùn)行至SQ12（此時(shí)小車所在的位置為初始位置，系統(tǒng)將編碼器中的數(shù)值清零）。然后，再次按下SB4，送料小車將按照以下順序循環(huán)運(yùn)行：右運(yùn)行至SQ13停2秒-左行至SQ12停2秒-左行至SQ11停2秒-右行至SQ12停2秒-右行至SQ13停2秒-；M3運(yùn)行過程中，隨時(shí)按下SB1，小車停止，此時(shí)可以使用觸摸屏中的“送料小車復(fù)位”按鈕控制送料小車返回初始位置（即無論送料小車停在哪個(gè)位置，按下觸摸屏中的“送料

16、小車復(fù)位”按鈕，送料小車都將直接返回至初始位置SQ12處）。在調(diào)試過程中，HL2紅燈以1Hz閃爍點(diǎn)亮。此外，要求在觸摸屏中顯示送料小車的當(dāng)前位置（單位為mm，精確到小數(shù)點(diǎn)后一位），并要求有動(dòng)畫演示效果。圖5 送料小車電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖此外，在M3電機(jī)移動(dòng)過程中檢測(cè)左右硬限位SQ14和SQ15。即小車左移時(shí)，SQ14檢測(cè)有信號(hào)，小車停止；小車右移時(shí)，SQ15檢測(cè)有信號(hào)，小車停止。（4）傳送帶2驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M4調(diào)試過程首先在觸摸屏中設(shè)置傳送帶2的速度（速度v的范圍4.06.0mm/s，精確到小數(shù)點(diǎn)后1位）；然后按下SB4按鈕，M4電動(dòng)機(jī)按照所設(shè)置的速度正向點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行；M4電機(jī)調(diào)試過程中， HL2以5Hz閃

17、爍。所有電機(jī)（M1M4）調(diào)試完成后，將SA1旋至右檔位，系統(tǒng)進(jìn)入到自動(dòng)運(yùn)行模式。在未進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行模式時(shí)，單臺(tái)電機(jī)可以反復(fù)調(diào)試。3、自動(dòng)運(yùn)行模式系統(tǒng)切換到自動(dòng)運(yùn)行模式后，觸摸屏也隨之進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行模式畫面（參見圖6），畫面自行設(shè)計(jì)。畫面設(shè)計(jì)要求：觸摸屏有倉庫顯示區(qū)，顯示每個(gè)倉位內(nèi)A、B、C三種貨物的數(shù)量；有倉位關(guān)閉設(shè)定區(qū)，可以選擇將對(duì)應(yīng)倉位關(guān)閉；有參數(shù)顯示區(qū)，可以顯示當(dāng)前貨物類型、機(jī)械手底盤方向、送料小車的當(dāng)前位置、貨物類型傳感器的實(shí)時(shí)電壓值；有參數(shù)設(shè)定區(qū)，可以對(duì)機(jī)械手底盤速度、送料小車速度、傳送帶2速度進(jìn)行設(shè)定（設(shè)定范圍與調(diào)試模式下相同）。圖6 自動(dòng)運(yùn)行模式參考畫面平面?zhèn)}庫自動(dòng)運(yùn)行時(shí)工藝流程與控

18、制要求：（1）系統(tǒng)初始化狀態(tài)小車處于原點(diǎn)（中間位置SQ12），小車內(nèi)無貨物（SQ16檢測(cè)），機(jī)器手處于原始位置。（2）運(yùn)行操作按下自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)按鈕SB5，系統(tǒng)開始運(yùn)行，指示燈HL4長亮； 上貨與分揀工作流程：將貨物從進(jìn)貨區(qū)放至傳送帶1，當(dāng)SQ1檢測(cè)到貨物時(shí)，電機(jī)M1開始降壓起動(dòng)；貨物經(jīng)由傳送帶1被送至SQ2處，期間經(jīng)過貨物類型傳感器時(shí)，觸摸屏中顯示貨物類型傳感器電壓值，按下按鈕SB3，則確認(rèn)貨物類型，并在觸摸屏上顯示；當(dāng)SQ2檢測(cè)到貨物時(shí)，電機(jī)M1停止；然后等待3秒，期間機(jī)械手將貨物抓起，根據(jù)入庫存放規(guī)則決定將貨物抓放至送料小車或者是傳送帶2；入庫存放規(guī)則：每個(gè)倉位存放貨物的順序?yàn)椋阂来未嫒階

19、、B、C、A、B、C.；選擇倉位的順序?yàn)椋簜}位1、倉位2、倉位3，放滿為止；每個(gè)倉位最多放6個(gè)貨物；檢測(cè)到的貨物不滿足上述入庫存放規(guī)則，由機(jī)械手將該貨物抓取至傳送帶2送回返貨區(qū)。入庫工作流程：系統(tǒng)初始狀態(tài)下，所有倉位都無貨，則若第一個(gè)貨物經(jīng)由貨物類型檢測(cè)傳感器檢測(cè)為A類貨物，當(dāng)M1電機(jī)停止后，等待3秒（期間機(jī)械手將貨物夾起），然后機(jī)械手底盤向左旋轉(zhuǎn)角度（的值取“調(diào)試模式”下的設(shè)定值），旋轉(zhuǎn)到位后再等待3秒（期間機(jī)械手將貨物放至在送料小車上）；當(dāng)小車上的貨物檢測(cè)傳感器SQ16檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，等待3秒（期間機(jī)械手臂提起），然后機(jī)械手底盤向右旋轉(zhuǎn)角度回原位，同時(shí)送料小車向左行駛將貨物送至SQ11（倉位

20、1），到達(dá)SQ11位置時(shí)，再等待3秒（表示推料氣缸已動(dòng)作將貨物推送至倉位），此時(shí)觸摸屏中倉位1中的A貨物數(shù)量變成1；然后送料小車向右行駛返回至初始位置SQ12處。若第二個(gè)貨物被檢測(cè)是A類貨物時(shí)，則按照以上流程將貨物放至送料小車，再由送料小車將該貨物送至SQ12（倉位2）存放。若第二個(gè)貨物被檢測(cè)是B類貨物時(shí)，則按照以上流程將貨物放至送料小車，再由送料小車將該貨物送至SQ11（倉位1）存放。若第二個(gè)貨物是C類貨物，則機(jī)械手將貨物夾起并向右旋轉(zhuǎn)角度（的值取“調(diào)試模式”下的設(shè)定值），將貨物放至在SQ3處，傳送帶2電機(jī)M4啟動(dòng)運(yùn)行，將該貨物送回至返貨區(qū)，SQ4動(dòng)作，傳送帶2電機(jī)M4停止。以此類推，直至所有倉位裝滿。觸摸屏中“倉位關(guān)閉設(shè)定”：工作過程中，可以在觸摸屏“倉位關(guān)閉設(shè)