現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試賽項樣題（高職組）任務(wù)5.伺服灌裝機

2022年江西省職業(yè)院校技能大賽高職組現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試賽項樣題庫

注意事項

一、在完成工作任務(wù)的全過程中，嚴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收規(guī)范（GB50254-96）》驗收。

二、不得擅自更改設(shè)備已有器件位置和線路，若現(xiàn)場設(shè)備安裝

調(diào)試有疑問，須經(jīng)設(shè)計人員（賽場評委）同意后方可修改。

三、競賽過程中，參賽選手認定競賽設(shè)備的器件有故障，可提

出更換，器件經(jīng)現(xiàn)場裁判測定完好屬參賽選手誤判時，每次扣參賽

隊1分；若因人為操作損壞器件，扣5分；后果嚴重者（如導(dǎo)致PLC、

變頻器、伺服等燒壞），本次競賽成績計0分。

四、所編PLC、觸摸屏、PPT等程序必須保存到計算機的“D:\

場次號-工位號”文件夾下，場次號和工位號以現(xiàn)場抽簽為準。

五、參賽選手在完成工作任務(wù)的過程中，不得在任何地方標注

學校名稱、選手姓名等信息。

六、比賽結(jié)束后，參賽選手需要將任務(wù)書以及現(xiàn)場發(fā)放的圖紙、

資料、草稿紙等材料一并上交，不得帶離考場。

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請按要求在10個小時內(nèi)完成以下工作任務(wù)：

一、按“伺服灌裝系統(tǒng)”，使用智能化電氣設(shè)計軟件，設(shè)計控制

系統(tǒng)主電路、控制電路（含伺服、步進、變頻器）、PLC控制電路；

將設(shè)計完成的內(nèi)容導(dǎo)出PDF格式并保存到硬盤指定位置和優(yōu)盤中，

比賽開始兩個小時后提交。

二、按設(shè)計圖完成元件選型計算、元件安裝、電路連接（含主

電路）和相關(guān)元件參數(shù)設(shè)置。

三、按“伺服灌裝系統(tǒng)”，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)達到控制要求。

四、根據(jù)給定的電氣設(shè)備原理圖及故障檢測要求，檢測出該電

氣設(shè)備電路板上的故障，并按要求在其電路圖紙的相應(yīng)位置上標注

故障類型符號。

五、使用三維場景搭建軟件進行工業(yè)場景的搭建，完成搭建后

的場景能夠完整的展示“伺服灌裝系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)。

六、按“伺服灌裝系統(tǒng)”編寫PPT，內(nèi)容包含設(shè)計思路，調(diào)試

流程，并能獨立講解，時間為5分鐘。PPT文件必須保存到計算機

的“D:\工位號”文件夾下，工位號以現(xiàn)場抽簽為準。

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伺服灌裝機系統(tǒng)

一、系統(tǒng)運行說明

在現(xiàn)代社會中，灌裝機廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、日化等行業(yè)，灌裝機產(chǎn)

能水平的高低直接關(guān)系著產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的效率，要求伺服灌裝系統(tǒng)提供

更高精度的、更高自動化程度的控制工藝，來不斷迎接市場的挑戰(zhàn)！該系統(tǒng)

由X軸跟隨伺服、Y軸灌裝步進、主軸傳送帶、正品檢測裝置、正品傳送帶和

次品傳送帶等部分組成。

M2

M1SQ3SQ2SQ1M5

次品傳送帶

送料倉正品倉

檢測裝置

M3主軸傳送帶M4正品傳送帶

圖1伺服灌裝機系統(tǒng)

伺服灌裝機系統(tǒng)由以下電氣控制回路組成：X軸跟隨由伺服電機M1驅(qū)動，

通過絲杠帶動滑塊來模擬灌裝平臺的左右移動【伺服電機M1參數(shù)設(shè)置如下：

伺服電機M1旋轉(zhuǎn)一周需要4000個脈沖】。Y軸灌裝噴嘴上下移動由步進電機

M2驅(qū)動【步進電機M2參數(shù)設(shè)置如下：步進電機M2旋轉(zhuǎn)一周需要2000個脈沖】。

主軸傳送帶由三相異步電機M3驅(qū)動【M3由變頻器驅(qū)動，速度主要由模擬量

4-20mA給定，可進行正反轉(zhuǎn)運行，加速時間0.5秒，減速時間0.5秒】，正品

傳送帶由三相異步電機M4驅(qū)動【需要考慮過載】，次品傳送帶由三相異步電

機M5驅(qū)動【需要考慮過載】。

正品檢測裝置檢測瓶裝液體灌裝是否合格，其體積0-500mL對應(yīng)模擬量

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DC0-10V，合格瓶裝液體凈含量大于450mL，小于450mL為次品。SQ1到SQ2

之間的距離為灌裝同步運行期間，此距離與兩空物料瓶之間的距離相等。

電動機旋轉(zhuǎn)以“順時針旋轉(zhuǎn)為正向,逆時針旋轉(zhuǎn)為反向”為準。

二、控制系統(tǒng)設(shè)計要求

1.本系統(tǒng)使用三臺PLC、一臺變頻器，網(wǎng)絡(luò)指定QCPU/S7-300/S7-1500為

主站，2臺FX3U/S7-200Smart/S7-1200及變頻器為從站，分別以CC_Link或

工業(yè)以太網(wǎng)的形式組網(wǎng)。

2.MCGS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）。

3.電機控制、I/O、HMI與PLC組合分配方案（其余自行定義）：

方案三菱Q系列西門子S7-300西門子S7-1500

電機

+FX3U系列方案+S7-200Smart方案+S7-1200方案

HMI

Q00UCPUCPU314C-2PN/DPCPU1511

SB1～SB4、SA1

M4、M5、SA2S7-200SmartCPU1212C

FX3U-32MR

HL1～HL66ES7288-1SR40-0AA06ES7212-1BE40-0XB0

M1、M2、SA3S7-200SmartCPU1212C

FX3U-32MT

SQ1～SQ66ES7288-1ST30-0AA06ES7212-1AE40-0XB0

M3FR-E740G120C-PNG120C-PN

4.根據(jù)本控制要求設(shè)計電氣控制原理圖，根據(jù)所設(shè)計的電路圖連接電路，

不允許借用機床考核單元電氣回路。參照所給定的IO分配表格式，將編程中

所用到的各個PLC的IO點以及主要的中間繼電器和存儲器填入IO分配表中。

5.本次工作任務(wù)中用到的主要器件（如各個PLC和變頻器）已安裝好，部

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分線路也已經(jīng)安裝好，選手不得擅自更改設(shè)備中已有器件的位置和線路。其

余器件的安裝位置請自行定義。

三、系統(tǒng)控制要求

伺服灌裝機控制系統(tǒng)設(shè)備具備兩種工作模式，模式一：調(diào)試模式；模式

二：自動模式。設(shè)備上電后觸摸屏顯示歡迎界面，點擊界面任一位置，觸摸

屏即進入啟動選擇畫面。

1.啟動選擇畫面要求

啟動選擇畫面（如圖2所示），選擇“調(diào)試模式”，彈出“用戶登入”窗

口（如圖3所示），用戶名下拉選“負責人”，輸入密碼“123”方可進入“調(diào)

試模式界面”，密碼錯誤不能進入畫面，調(diào)試完成后自動返回啟動畫面（也可

在調(diào)試過程點擊按鈕返回）。

選擇“自動模式”，彈出“用戶登入”窗口，用戶名下拉選“操作員”，

輸入密碼“456”方可進入“自動運行模式”畫面，密碼錯誤不能進入畫面。

圖2啟動選擇畫面圖3用戶登錄界面

2.調(diào)試模式

觸摸屏進入調(diào)試畫面后，設(shè)備進入調(diào)試模式后，觸摸屏出現(xiàn)調(diào)試畫面，

如圖4所示。通過點擊下拉框，隨意選擇需調(diào)試的電機，并且當前電機指示

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燈亮，按下SB1按鈕，選中的電機按下述要求進行調(diào)試運行。沒有調(diào)試順序

要求，每個電機調(diào)試完成后，對應(yīng)的指示燈熄滅。

圖4調(diào)試模式參考畫面

（1）X軸跟隨伺服電機M1調(diào)試過程

X軸跟隨伺服電機M1安裝在絲杠位置上，（滑塊模擬灌裝噴嘴）安裝示意

圖如圖6所示。初始狀態(tài)斷電手動調(diào)節(jié)回原點SQ3，按鈕SB1實現(xiàn)正向點動運

轉(zhuǎn)功能，按鈕SB3實現(xiàn)反向點動運轉(zhuǎn)功能；選擇開關(guān)SA1指定2個速度選擇，

SA1接通時速度要求為4mm/s，SA1斷開時速度要求為12mm/s。在按下SB1或

SB2實現(xiàn)點動運轉(zhuǎn)時，應(yīng)允許切換SA1，改變當前運轉(zhuǎn)速度。調(diào)試中按下SB2

后，伺服電機自動回原點SQ3，M1電機調(diào)試結(jié)束。M1電機調(diào)試過程中，HL1

以2Hz閃爍，停止時HL1常亮。

觸摸屏上滑動條位置刻度與實物鋼尺相同（單位：厘米），顯示實物滑動

塊當前位置。

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圖5伺服電機安裝示意圖

（2）灌裝步進電機M2調(diào)試過程

灌裝步進電機M2不需要安裝在絲杠位置上。按下啟動按鈕SB1后，步進

電機M2以30r/min的速度正轉(zhuǎn)5s-停2s-反轉(zhuǎn)5s-停2s的周期一直運行，按

下停止按鈕SB2，步進電機M2停止。M2電機調(diào)試過程中，HL2以亮2S滅1S

的周期閃爍。

（3）傳送帶電機M3（變頻電機）調(diào)試過程

按下SB1按鈕，M3電機以正轉(zhuǎn)15Hz（運行3秒）-反轉(zhuǎn)20Hz（運行2秒）

-正轉(zhuǎn)15Hz（運行3秒）-反轉(zhuǎn)20Hz（運行2秒）的周期一直運行?！咀ⅲ篗3

電機速度由PLC模擬量4-20mA給定?！空麄€過程中按下停止按鈕SB2，M3電

機停止。電機M3調(diào)試過程中，HL2以亮2S滅1S的周期閃爍。

（4）正品傳送帶電機M4調(diào)試過程

按下SB1按鈕，電機M4啟動，3秒后M4停止，2秒后又自動啟動，按此

周期反復(fù)運行，可隨時按下SB2停止。電機M4調(diào)試過程中，HL2以2.5Hz閃

爍。

（5）次品傳送帶電機M5調(diào)試過程

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按下啟動按鈕SB1后，延時5秒后次品傳送帶電機M5才啟動運行，按下

停止按鈕SB2后，次品傳送帶電機M5延時3秒后才停止，次品傳送帶電機M5

調(diào)試結(jié)束。M5電機調(diào)試過程中，HL2以1Hz閃爍。

所有電機（M1～M5）調(diào)試完成后將自動返回啟動選擇界面。在未調(diào)試結(jié)

束前，單臺電機可以反復(fù)調(diào)試。調(diào)試過程不要切換選擇調(diào)試電機。

3.自動模式

操作員登陸設(shè)備“進入自動模式”，觸摸屏進入自動模式畫面，如圖7所

示，觸摸屏畫面主要包含：自動切換進入到自動運行模式后，觸摸屏隨即進

入自動運行模式畫面，自動運行模式畫面請參考圖6所示，主要包含：各個

電機的工作狀態(tài)指示燈、返回啟動選擇畫面按鈕、設(shè)定主軸傳送帶速度、設(shè)

定灌裝物料瓶個數(shù)、顯示跟隨軸速度、顯示合格灌裝液體瓶數(shù)量、顯示不合

格灌裝液體瓶數(shù)量等信息。

圖6自動運行模式參考畫面

伺服灌裝機系統(tǒng)工藝流程與控制要求：

（1）系統(tǒng)初始化狀態(tài)

自動模式時初始狀態(tài)：開關(guān)SQ1～SQ6常開、所有電機（M1～M5）停止，

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SA2檢測有液體。觸摸屏上主軸傳送帶速度設(shè)定范圍2.0～5.0mm/s(設(shè)定

比例V=0.5*f)。自動運行前手動將絲杠滑塊移動到SQ3位置。

（2）自動運行過程

○1設(shè)定灌裝物料瓶個數(shù)和主軸傳送帶速度后，按下自動模式啟動按鈕SB3,

設(shè)備運行指示燈HL3閃爍（0.5Hz），當進料傳感器SQ6初始檢測到有空物

料瓶進入主軸傳送帶，則HL3常亮。主軸傳送帶電機M3正轉(zhuǎn)啟動，同時X

軸跟隨伺服M1以2.5r/s的速度運行至SQ2處（SQ2-SQ1區(qū)間為同步區(qū)間），

此時灌裝噴嘴追上空物料瓶，然后灌裝噴嘴向下移動，即步進電機M2以

3r/s的速度正轉(zhuǎn)3r停止，停止期間開始向物料瓶灌裝液體，HL4以2Hz

頻率閃爍，代表液體正在灌裝；當M1電機運行到SQ1位置時，灌裝液體

結(jié)束，HL4指示燈滅，主軸傳送帶電機M3停止，反轉(zhuǎn)3r后停止，然后M1

電機以3r/s的速度高速運行至SQ2處，然后為下一個空物料瓶灌裝液體，

依上述流程循環(huán)運行，直到需灌裝物料瓶數(shù)數(shù)量為0，M1電機回到SQ3位

置，系統(tǒng)停止（運行期間可增加需灌裝瓶數(shù)量），HL5常亮。

○2M1電機在運行至SQ2期間，正品檢測裝置開始檢測合格瓶裝液體，并

在觸摸屏上顯示合格和不合格數(shù)量。若瓶裝液體合格就啟動正品傳送帶電

機M4，M4運行5s后停止；否則機械手抓到次品傳送帶，次品傳送帶電機

M5啟動運行5s后停止。

（3）停止操作

○1系統(tǒng)自動運行過程中，按下自動模式停止按鈕SB4，系統(tǒng)完成當前這

一個物料瓶灌裝后，若有剩余需要灌裝的空物料瓶，M1電機在SQ1位置停

止；否則，M1電機回到SQ3位置停止，當停止后再次啟動運行，系統(tǒng)保持

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上次運行的記錄。

○2系統(tǒng)發(fā)生急停事件按下急停按鈕時(SA3被切斷)，系統(tǒng)立即停止。急

?；謴?fù)后（SA3被接通），再次按下SB1，系統(tǒng)自動從之前狀態(tài)啟動運行。

4.非正常情況處理

當SA2檢測不到液體，系統(tǒng)停止，觸摸屏中自動彈出報警畫面“儲液罐

無液體，請加入液體”；當SA2檢測有信號時，報警畫面自動解除。

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故障檢測

一、工作任務(wù)

請選手在設(shè)有故障（10個故障點）的裝置上進行故障查找，并將故障點的

位置與故障類型在圖紙上標出。裝置圖紙見附件，符號具體要求如下：

二、操作要求

1.觀察現(xiàn)象時，只能接通控制電路的電源，不能接通主回路電源；

2.故障檢測時，必須在斷電情況下測量，不能打開行線槽蓋板、不能松卸

端子；

3.必要時，可以打開開關(guān)面板和按鈕盒進行檢測；

4.請使用萬用表、絕緣電阻測試儀、接地電阻測試儀等儀表進行故障檢測；

5.故障點只需在圖紙上標注符號，無需修復(fù)。

三、模塊分值

本模塊分值為10分，每正確找到一個故障點且標注正確得1.0分。

標注方法如下：

四、注意事項

在完成工作任務(wù)的全過程中，嚴格遵守電氣安裝安全操作規(guī)程。

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數(shù)字化工業(yè)場景搭建

一、工作任務(wù)

請選手根據(jù)任務(wù)書“伺服灌裝系統(tǒng)”的場景平面參考圖進行工業(yè)

場景搭建。

場景平面參考圖

二、操作要求

1.在電腦上使用三維場景搭建軟件進行操作，搭建三維場景圖；

2.搭建所需的部件可在模型庫中選擇；

3.搭建的三維場景必須與場景平面參考圖展現(xiàn)的場景一致。

三、模塊分值

本模塊分值為5分，每正確搭建一個區(qū)域得1分，區(qū)域搭建錯誤或不完整

該區(qū)域不得分。

四、注意事項

在完成工作任務(wù)的全過程中，嚴格遵守賽場紀律。

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應(yīng)用辦公軟件制作匯報PPT

一.工作任務(wù)

請選手根據(jù)任務(wù)書“伺服灌裝系統(tǒng)”的控制要求制作PPT。

二．操作要求

1.在電腦上使用WPS軟件進行操作；

2.內(nèi)容包含設(shè)計思路，調(diào)試流程。

三.模塊分值

本模塊分值為8分，PPT制作3分，匯報5分。

四.注意事項

在完成工作任務(wù)的全過程中，嚴格遵守賽場紀律。

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器件參數(shù)

序號器件型號參數(shù)值

1熱繼電器

2變頻器

3步進電機

4伺服電機

工位號：

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工位號:

2022年江西省職業(yè)院校技能大賽

高職組現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試

賽項

工

作

任

務(wù)

書

（樣題）

高職組現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試賽項專家組

中國江西

2022·12

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2022年江西省職業(yè)院校技能大賽高職組現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試賽項樣題庫

請按要求在10個小時內(nèi)完成以下工作任務(wù)：

一、按“伺服灌裝系統(tǒng)”，使用智能化電氣設(shè)計軟件，設(shè)計控制

系統(tǒng)主電路、控制電路（含伺服、步進、變頻器）、PLC控制電路；

將設(shè)計完成的內(nèi)容導(dǎo)出PDF格式并保存到硬盤指定位置和優(yōu)盤中，

比賽開始兩個小時后提交。

二、按設(shè)計圖完成元件選型計算、元件安裝、電路連接（含主

電路）和相關(guān)元件參數(shù)設(shè)置。

三、按“伺服灌裝系統(tǒng)”，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)達到控制要求。

四、根據(jù)給定的電氣設(shè)備原理圖及故障檢測要求，檢測出該電

氣設(shè)備電路板上的故障，并按要求在其電路圖紙的相應(yīng)位置上標注

故障類型符號。

五、使用三維場景搭建軟件進行工業(yè)場景的搭建，完成搭建后

的場景能夠完整的展示“伺服灌裝系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)。

六、按“伺服灌裝系統(tǒng)”編寫PPT，內(nèi)容包含設(shè)計思路，調(diào)試

流程，并能獨立講解，時間為5分鐘。PPT文件必須保存到計算機

的“D:\工位號”文件夾下，工位號以現(xiàn)場抽簽為準。

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2022年江西省職業(yè)院校技能大賽高職組現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試賽項樣題庫

伺服灌裝機系統(tǒng)

一、系統(tǒng)運行說明

在現(xiàn)代社會中，灌裝機廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、日化等行業(yè)，灌裝機產(chǎn)

能水平的高低直接關(guān)系著產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的效率，要求伺服灌裝系統(tǒng)提供

更高精度的、更高自動化程度的控制工藝，來不斷迎接市場的挑戰(zhàn)！該系統(tǒng)

由X軸跟隨伺服、Y軸灌裝步進、主軸傳送帶、正品檢測裝置、正品傳送帶和

次品傳送帶等部分組成。

M2

M1SQ3SQ2SQ1M5

次品傳送帶

送料倉正品倉

檢測裝置

M3主軸傳送帶M4正品傳送帶

圖1伺服灌裝機系統(tǒng)

伺服灌裝機系統(tǒng)由以下電氣控制回路組成：X軸跟隨由伺服電機M1驅(qū)動，

通過絲杠帶動滑塊來模擬灌裝平臺的左右移動【伺服電機M1參數(shù)設(shè)置如下：

伺服電機M1旋轉(zhuǎn)一周需要4000個脈沖】。Y軸灌裝噴嘴上下移動由步進電機

M2驅(qū)動【步進電機M2參數(shù)設(shè)置如下：步進電機M2旋轉(zhuǎn)一周需要2000個脈沖】。

主軸傳送帶由三相異步電機M3驅(qū)動【M3由變頻器驅(qū)動，速度主要由模擬量

4-20mA給定，可進行正反轉(zhuǎn)運行，加速時間0.5秒，減速時間0.5秒】，正品

傳送帶由三相異步電機M4驅(qū)動【需要考慮過載】，次品傳送帶由三相異步電

機M5驅(qū)動【需要考慮過載】。

正品檢測裝置檢測瓶裝液體灌裝是否合格，其體積0-500mL對應(yīng)模擬量