現代電氣控制系統安裝與調試樣題題庫（高職組）2021年樣題2

2021年山東省職業(yè)院校技能大賽“現代電氣控制系統安裝與調試”賽項

工位號:

2021年山東省職業(yè)院校技能大賽

（高職組）

現代電氣控制系統安裝與調試賽項

工

作

任

務

書

（樣題）

高職組現代電氣控制系統安裝與調試賽項專家組

2021·11

1

2021年山東省職業(yè)院校技能大賽“現代電氣控制系統安裝與調試”賽項

注意事項

一、在完成工作任務的全過程中，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、不得擅自更改設備已有器件位置和線路，若現場

設備安裝調試有疑問，須經設計人員（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備的器件有故

障，可提出更換，器件經現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，酌情扣5-10

分；后果嚴重者（如導致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場抽簽為準。

五、參賽選手在完成工作任務的過程中，不得在任何

地方標注學校名稱、選手姓名等信息。

六、比賽結束后，參賽選手需要將任務書以及現場發(fā)

放的圖紙、資料、草稿紙等材料一并上交，不得帶離賽場。

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請按要求在5個小時內完成以下工作任務：

一、按“制藥包衣系統控制要求”，使用SEEElectrical

電氣設計軟件進行控制系統的元件布局（需在指定的元件清

單中選擇），控制電路（包含主電路、PLC電路）的設計并生

成接線圖、材料清單。

二、按設計圖完成元件選型計算、元件安裝、電路連

接（含主電路）和相關元件參數設置。

三、按“制藥包衣系統控制要求”，編寫PLC程序及觸

摸屏程序，完成后下載至設備PLC及觸摸屏，并調試該電氣

控制系統達到控制要求。

四、根據給定的××電氣設備原理圖及故障檢測要求，

檢測出該電氣設備電路板上的故障，并按要求在其電路圖圖紙

的相應位置上標注故障類型符號。

五、使用Solidcenter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“制藥包衣系統控制要求”結構。

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制藥包衣控制系統說明書

一、系統運行說明

制藥包衣控制系統包括設備的進風、噴霧、攪拌、蠕動泵和排風

系統，對進風的溫度、噴霧的大小、容器壓力、進風的風量和排風的

風量進行科學的控制，最終實現制藥廠包衣機的自動控制。如圖1所示。

圖1制藥包衣系統結構示意圖

制藥包衣控制系統由以下電氣控制回路組成：

攪拌電機M1控制回路【M1為三相異步電機（不帶速度繼電器），

只進行單向正轉運行，需要考慮過載，熱繼電器電流整定為0.3A】。

排風機M2控制回路【M2為雙速電機，能進行高低速運行】。

傳送帶M3控制回路【M3為三相異步電動機（不帶速度繼電器），

只進行單向反轉運行】。

鼓風機M4控制回路【M4為三相異步電動機（帶速度繼電器），由

變頻器采用PLC輸出模擬量控制,加速/減速時間均為0.1秒】。

噴霧電機M5控制回路【M5為伺服電機，帶動絲杠運行；已知絲

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杠的螺距為4mm，伺服電機旋轉一周需要1600個脈沖,以絲杠運行速度

代表噴霧量的大小】。

蠕動泵M6控制回路【M6為步進電機，步進電機旋轉一周需要

2000個脈沖】。

電動機旋轉以“順時針旋轉為正向,逆時針旋轉為反向”為準。

壓力傳感器：用前面板上電壓調節(jié)旋鈕模擬量來模擬，0-10V對應

0-2500Pa，溫度傳感器：用后面板上電壓調節(jié)旋鈕模擬量來模擬，0-

10V對應0-100℃。

如無特別說明，題目中的所有開關、按鈕請使用控制柜正面元件。

二、控制系統設計要求

1、本系統使用三臺PLC，網絡指定QCPU/S7-300/S7-1500為主站，

2臺FX3U/S7-200Smart/S7-1200為從站，分別以CC_Link或工業(yè)以

太網的形式組網。

2、MCGS觸摸屏應連接到系統中主站PLC上（三菱系統中觸摸屏

連接到QPLC的RS232端口；西門子系統中觸摸屏連接到S7-300/S7-

1500的以太網端口，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）：

三菱Q系列

方案西門子西門子

+FX3U系列S7-300+S7-S7-1500+S7-

電機方案

200Smart方案1200方案

HMIQ00UCPUCPU314C-2PN/DPCPU1511

M4、M5、M6、

S7-200SmartCPU1212C

編碼器、FX3U-32MT

6ES7288-1ST30-0AA06ES7212-1AE40-0XB0

SB1～SB3、SA1

M1、M2、M3

S7-200SmartCPU1212C

SQ1～SQ8FX3U-32MR

6ES7288-1SR40-0AA06ES7212-1BE40-0XB0

HL1～HL4

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4、根據本控制要求設計電氣控制原理圖，根據所設計的電路圖連

接電路。

從站一：三菱FX3U-32MT/西

門子S7-200Smart

（6ES7288-1ST30-0AA0）/

西門子CPU1212C（6ES7212-

1AE40-0XB0）

變頻器：三菱FR-E740/

G120C

（a）正面

從站二：三菱FX3U-32MR/

西門子S7-200Smart

（6ES7288-1SR40-0AA0）/

西門子CPU1212C

（6ES7212-1BE40-0XB0）

主站：三菱Q00UCPU/西門

子S7-300

/西門子S7-1500

（b）背面

圖2PLC和變頻器安裝位置示意圖

5、三臺PLC和變頻器安裝位置要求如圖2所示。不允許自行定義

位置，不得擅自更改設備已有器件位置和線路，其余器件位置自行定

義。

三、系統控制要求

制藥包衣控制系統設備具備三種工作模式，模式一：通訊測試模

式；模式二：設備調試模式；模式三：自動運行模式。設備上電后設

備自動進入首界面。

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首頁界面是啟動界面（參考圖3所示）。

點擊“通訊測試模式”按鈕，彈出“用戶登錄”窗口（參考圖4所

示），用戶名下拉選“測試員”，輸入密碼“2021”方可進入“通訊測

試模式”界面，密碼錯誤不能進入界面，調試完成后自動返回首頁界

面（也可在調試過程點擊按鈕返回）。

點擊“設備調試模式”按鈕，彈出“用戶登錄”窗口，用戶名下

拉選“負責人”，輸入密碼“test”方可進入“設備調試模式”界面，密

碼錯誤不能進入界面，調試完成后自動返回首頁界面（也可在調試過

程中點擊按鈕返回）。

點擊“自動運行模式”按鈕，彈出“用戶登錄”窗口，用戶名下

拉選“操作員”，輸入密碼為自己的工位號“xx”方可進入“自動運行

模式”界面，密碼錯誤不能進入界面。

圖3首頁界面圖4用戶登錄界面

若用戶名或密碼登入錯誤，則提示“用戶名或密碼錯誤，您無權

操作！”，需重新登錄。

1、通訊測試模式

觸摸屏進入通訊測試畫面后（界面參考圖5所示），HL1以閃爍3

次停3秒的周期運行（閃爍頻率為2HZ）。此模式下可檢測觸摸屏與三

臺PLC及三臺PLC之間的通信情況。

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圖5通訊測試模式界面

如圖5所示，當三臺PLC上電后處于運行狀態(tài)時，若系統網絡連

接正常，則觸摸屏中對應的通信指示燈點亮。此外，每一臺PLC需自

由分配一個輸出點，作為通信測試燈。分兩種情況測試，由觸摸屏中

的模式開關來切換，當開關旋轉至左端時表示三臺PLC之間的通訊測

試模式，旋轉至右端時代表觸摸屏與三臺PLC之間的通訊。在觸摸屏

中的“當前模式顯示區(qū)”顯示“三臺PLC之間通訊“或”觸摸屏與三

臺PLC通訊“字樣，要求與實際操作相符。

（1）三臺PLC之間通信測試

按下SB1按鈕，主站PLC輸出點的通信測試燈以2Hz閃爍；再按

下SB1按鈕，主站PLC輸出點的通信測試燈保持2Hz閃爍，從站二

PLC輸出點的通信測試燈以1Hz閃爍；再按下SB1按鈕，主站、從站

二PLC輸出點的通信測試燈2秒后熄滅，第一種通信測試完成。當觸

摸屏中的模式選擇開關不在左端位置時，此模式操作無效，如需重新

測試該模式可將模式轉換開關旋至右端再旋至左端重新開始測試。

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（2）觸摸屏與三臺PLC之間通信測試

按下觸摸屏“測試按鈕”，觸摸屏上通訊狀態(tài)顯示區(qū)顯示“主站正在

測試”，主站PLC輸出點的通信測試燈和觸摸屏上的主站指示燈同時以

1Hz閃爍，閃爍3秒后同時變?yōu)槌Ａ?，觸摸屏上通訊狀態(tài)顯示區(qū)顯示

“主站通訊正?！?；再次按下觸摸屏“測試按鈕”，觸摸屏上通訊狀態(tài)顯

示區(qū)顯示“從站一正在測試”，主站指示燈和輸出點的通信測試燈保持常

亮、從站一PLC輸出點的通信測試燈和觸摸屏上的從站一的指示燈以

1Hz閃爍，閃爍3秒后同時變?yōu)槌Ａ?，觸摸屏上通訊狀態(tài)顯示區(qū)顯示

“從站一通訊正?！?；第三次按下觸摸屏“測試按鈕”，觸摸屏上顯示“從

站二正在測試”，主站和從站一指示燈和輸出點的通信測試燈保持常亮、

從站二PLC輸出點的通信測試燈和觸摸屏上的從站二的指示燈以1Hz

閃爍，閃爍3秒后同時變?yōu)槌Ａ?，觸摸屏上通訊狀態(tài)顯示區(qū)顯示“從站

二通訊正常”；第四次按下觸摸屏“測試按鈕”，所有輸出點的通信測試

燈和觸摸屏上的指示燈以1Hz閃爍；3秒后所有通信測試燈熄滅，觸摸

屏上通訊狀態(tài)顯示區(qū)顯示“全部通訊正常”。當觸摸屏中的模式選擇開關

不在右端位置時，此模式操作無效，如需重新測試該模式可將模式轉

換開關旋至左端再旋至右端重新開始測試。

此外，在通訊測試過程中，斷開觸摸屏與PLC的連接線，觸摸屏

中通訊狀態(tài)顯示區(qū)顯示“通訊中斷，請檢查網絡連接！”。

測試完成后，所有通信正常，按下“返回首頁界面”按鈕將觸摸屏切

換至首頁界面，模式指示燈HL1熄滅。

2、設備調試模式

設備進入調試模式后，觸摸屏出現調試畫面（界面參考圖6所示）。

通過點擊下拉框，隨意選擇需調試的電機，且當前電機指示燈亮（紅

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色），按下SB1按鈕，選中的電機按下述要求進行調試運行。沒有調試

順序要求，每個電機調試完成后，對應的指示燈熄滅（綠色），彈幕信

息顯示區(qū)彈出XX電機調試完成，直至切換至下一個電機調試。

圖6設備調試模式畫面

（1）攪拌電機M1調試過程

選中M1電機調試時，模式指示燈HL1以閃爍1次（閃爍頻率為

2HZ）停1秒的周期運行。按下啟動按鈕SB1后，攪拌電機以轉3秒停

2秒的周期運行三個周期后自動停止；如果在運行周期內按下停止按鈕

SB2，攪拌電機延時4秒后才停止，攪拌電機M1調試結束。M1電機調

試過程中，調試框中的狀態(tài)信息實時顯示（當前為哪個狀態(tài)，該狀態(tài)

的信息背景變?yōu)榧t色高亮顯示）。

（2）排風電機M2調試過程

選中M2電機調試時，模式指示燈HL1以閃爍2次（閃爍頻率為

2HZ）停1秒的周期運行。按下啟動按鈕SB1后，排風電機先高速運行

5秒，再切換為低速運行6秒，之后M2自動停止；M2停止后，按下觸

摸屏上的溫度測試按鈕，進入溫度匹配模式，通過電壓模擬量旋鈕調

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節(jié)溫度，觸摸屏上實時顯示溫度，當溫度大于30℃時排風電機以低速

運行，當溫度高于60℃時切換為高速，當溫度大于80℃時，報警滾動

條顯示溫度過高。當溫度低于30℃排風電機M2停止，調試結束。M2

電機調試過程中，高低速運行指示與實際狀態(tài)對應，背景紅色高亮顯

示。

（3）傳送帶M3調試過程

選中M3電機調試時，模式指示燈HL1以閃爍3次（閃爍頻率為

2HZ）停1秒的周期運行。按下SB1按鈕，電機M3以反轉3秒停2秒

的周期反復運行，按下SB2停止按鈕，M3繼續(xù)轉5秒后停止。如果在

正常運行期間雙擊停止按鈕SB2（雙擊間隔時間小于1.5秒），M3電動

機立即停止，M3調試結束。M3電機調試過程中，啟動停止運行指示

與實際狀態(tài)對應，背景紅色高亮顯示。

（4）鼓風機M4調試過程

選中M4電機調試時，模式指示燈HL1以閃爍4次（閃爍頻率為

2HZ）停1秒的周期運行。鼓風電機分手動調試和溫度匹配調試兩種調

試模式，首先是手動模式：按下SB1按鈕，M4電動機以20Hz正轉運

行；再按下SB1按鈕，2秒后自動以10Hz反轉運行；再按下SB1按鈕

M4電動機停止，3秒后M4電動機以40Hz正轉運行；按下SB2停止按

鈕，M4電動機以30Hz正轉3秒后，再以20Hz運行3秒，然后以10Hz

運行2秒后停止，M4手動調試結束。

溫度匹配模式為：M4停止后，按下觸摸屏上的溫度測試按鈕，當

溫度大于30℃時，電機開始轉動，而且電機的轉速隨溫度的升高而加

快，30℃~60℃對應頻率0~50Hz，當溫度高于60℃時，電機不再升速。

當溫度高于80℃時，報警滾動條顯示溫度過高。M4電機調試過程中頻

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率信息和溫度信息實時顯示。

圖7噴霧電機結構示意圖

（5）噴霧電機（伺服電機）M5調試過程

選中M5電機調試時，模式指示燈HL1以閃爍5次（閃爍頻率為

2HZ）停1秒的周期運行。噴霧電機（伺服電機）結構示意圖如圖7所

示，要求SQ1安裝在實物鋼尺的20cm處，SQ2安裝在實物鋼尺的8cm

處。噴霧電機分手動調試和壓力匹配調試兩種調試模式。

首先是手動模式：按鈕SB1實現正向點動運轉功能，按鈕SB2實

現反向點動運轉功能；選擇開關SA1指定2檔速度選擇，第1檔速度要

求為10mm/s，第2檔速度要求為20mm/s。在按下SB1或SB2實現點

動運轉時，應允許切換SA1，改變當前運轉速度。按下SB3后，傳輸

帶自動回原點SQ1。

壓力匹配模式：點擊壓力測試按鈕后進入壓力匹配模式，利用電

壓模擬量來模擬壓力，當壓力大于1000Pa時電機開始向左運行，當滑

塊運行到SQ2處，電機自動向右運行，當滑塊運行到SQ1處，電機自

動向左運行；電機的速度隨著壓力的增大而變快，壓力范圍在

1000Pa~2000Pa之間對應速度0~20mm/s，當壓力超過2000Pa時，電機

不再加速，報警滾動條顯示“壓力過高”。當壓力低于1000Pa時，電機

回到原點SQ1后停止運行。M5電機調試結束。

要求觸摸屏上滑動條位置刻度與實物鋼尺相同（單位：厘米），顯

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示實物滑動塊當前位置。速度信息與實際運行情況匹配。

（6）蠕動泵（步進電機）M6調試過程

選中M6電機調試時，模式指示燈HL1以閃爍6次（閃爍頻率為

2HZ）停1秒的周期運行。按下按鈕SB1實現正向運轉功能，選擇開關

SA1指定2檔蠕動量選擇，第1檔蠕動量要求為30ml/s（對應步進電機

轉速3r/s），第2檔蠕動量要求為50ml/s（對應步進電機轉速5r/s）。M6

電機運轉時，應允許切換SA1改變當前蠕動量。

當按下SQ7（常閉）時（代表液位低于高液位）觸摸屏上的高液位

指示燈閃爍報警，當按下SQ8（常閉）時（代表液位低于低液位）觸摸

屏上的低液位指示燈閃爍，報警滾動條顯示“霧化液不足”警告，蠕

動泵停止運行。

蠕動泵運行時，當手動按下SB2后，蠕動泵停止運行，M6電機調

試結束。

所有電機（M1～M6）調試完成后觸摸屏上六個電機調試指示燈均

為綠色，且屏幕上彈出“所有電機調試完成”，保持3秒后將自動返回

首頁界面；也可在所有電機未調試完成時，點擊“返回首頁”按鈕手

動返回；在未調試結束前，單臺電機可以反復調試。

3、自動運行模式

操作員登陸設備“自動運行模式”，觸摸屏進入自動運行模式畫面

（界面參考圖8所示），觸摸屏畫面主要包含：各個電機的工作狀態(tài)指

示燈、啟停按鈕、返回首頁界面按鈕和查看報表按鈕，設定噴霧電機

速度、蠕動電機蠕動量、生產瓶數、產品期望合格率；顯示已生產瓶

數、鼓風機速度、滾筒氣壓、滾筒溫度、產品實際合格率等信息。

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圖8自動運行模式畫面

自動運行模式時初始狀態(tài)：行程開關SQ1～SQ6常開、SQ7～SQ8

常閉、所有電機（M1～M6）停止。噴霧電機噴霧速度設定范圍10mm/

秒～20mm/秒，設定數值為10的整數倍；蠕動泵蠕動量設定范圍20ml/

秒～50ml/秒（對應步進電機的速度為2r/秒～5r/秒），設定數值為10的

整數倍。噴霧電機初始位置在SQ1處。

在理想壓力1600~1800pa和理想溫度溫度在35~45℃時生產的包衣

藥片默認為是合格品，在不滿足這兩個條件時生產的藥片認為是次品，

計算公式及參數說明如下:

C0：生產總量，C1:壓力<1600Pa生產的數量，C2:壓力>1800Pa生

產的數量，C3:溫度<35℃生產的數量，C4:溫度>45℃生產的數量，合

格生產瓶數為在理想壓力和理想溫度溫度兩個條件同時滿足下生產的

瓶數。Q為產品實際合格率，公式如下：

合格生產瓶數

Q=100％

總生產瓶數

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圖9模擬傳感器各檢測點元件

（1）設定噴霧電機速度、蠕動泵蠕動量、生產瓶數和產品期望合

格率后，按下啟動按鈕SB1，設備運行指示燈HL2閃爍（0.5Hz）等待

包衣程序啟動。

當溫度傳感器（面板電壓模擬量）達到30℃時，鼓風機M4開始旋

轉（速度范圍為0~50Hz，對應溫度的30~60℃），同時傳送帶M3開始

運行，且排風機M2也開始運行（當溫度>30℃，M2以低速運行，

當>60℃時，M2切換為高速運行）。

當檢測到藥片開始進入后（SQ5按一次，代表有藥片持續(xù)進入），

HL3常亮，攪拌電機M1開始以2秒運行2秒停止間歇性攪拌，蠕動電

機M6開始以設定的蠕動速度運行，噴霧電機M5開始噴霧（運行到

SQ2再返回到SQ1，循環(huán)往復），此時，包衣控制系統開始正常生產，

HL2常亮。每當完成一瓶藥片包衣后，光電傳感器（用SQ6代替）將

收到一次信號（通過此時的壓力和溫度判斷藥品是否合格），藥瓶自動

落到傳送帶上，生產瓶數加一。

為了企業(yè)生產的效率分析及質量把控，將上述生產數據在觸摸屏

上以實時報表（根據觸摸屏采樣周期自動更新）、歷史報表（每30秒鐘

存盤1次數據）的形式顯示，方便后續(xù)分析管理。分析參考報表格式如

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圖10所示（單位：瓶）：

圖10報表分析

（2）設定的產品合格率與實際的產品合格率要實時比較，當實際

的產品合格率低于期望時，觸摸屏界面每隔10s自動彈出提示信息“當

前產品合格率較低”,每次顯示3s后消失。

（3）當霧化液的液位低于高液位時，加液器自動加液（HL4以

1Hz閃爍代表加液），當液位到達高液位處時（手動按下SQ7），加液器

停止加液（HL4停止閃爍）；當液位低于低液位（手動按下SQ8）時，

噴霧電機停止運行，藥片不再進入（HL2熄滅），3秒后，設備按照停

止順序（每間隔兩秒停止一臺設備，停止順序為：蠕動泵M6-噴霧電機

M5-攪拌機M1-加熱器-鼓風機M4-排風機M2-傳送帶M3）自動停止。

（4）在運行中按下停止按鈕SB2后，為了保證密閉空間內殘留包

衣藥物的品質，須按規(guī)定操作順序每間隔兩秒停止一臺設備，停止順

序為：蠕動泵M6-噴霧電機M5-攪拌機M1-加熱器-鼓風機M4-排風機

M2-傳送帶M3。同時HL2熄滅。

在運行中按下急停按鈕SB3后，各動作立即停止。

4、非正常情況處理

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當噴霧電機M5出現越程（左、右超行程位置開關分別為兩側微動

開關SQ3、SQ4），伺服系統自動停止，并在觸摸屏自動彈出報警畫面

“請注意，設備越程”，解除報警后，系統重新從當前位置繼續(xù)運行。

在系統自動運行模式下：當氣壓高于2000Pa或低于1000Pa時彈出

報警界面“滾筒氣壓異常，請停止運行”；當溫度高于60℃或低于30℃

時彈出報警界面“滾筒溫度異常，請停止運行”。當參數恢復正常后警

報消除。

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故障檢測

一、工作任務

請選手在設有故障（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、

不能松卸端子拆下導線；

3.必要時，可以打開開關面板和按鈕盒進行檢測；

4.請使用萬用表、絕緣電阻測試儀、接地電阻測試儀進行故障檢

測；

5.故障點只需在圖紙上標注符號，無需修復。

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。

四、注意事項

在完成工作任務的全過程中，嚴格遵守電氣安裝安全操作規(guī)程。

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數字化工業(yè)場景搭建

一、工作任務

請選手根據任務書“制藥包衣控制系統”的場景平面參考圖進行

工業(yè)場景搭建。