职业技能大赛：现代电气控制系统安装与调试赛项样题（高职组）任务10.自来水厂居民饮用水输送监控系统.docx

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2022年江西省职业院校技能大赛高职组现代电气控制系统安装与调试赛项样题库

工位号:

2022年江西省职业院校技能大赛

高职组现代电气控制系统安装与调试赛项

工

作

任

务

书

（样题）

高职组现代电气控制系统安装与调试赛项专家组

中国江西

2022·12

注意事项

一、在完成工作任务的全过程中，严格遵守电气安装和电气维修的安全操作规程。

电气安装中，低压电器安装按《电气装置安装工程低压电器施工及验收规范（GB50254-96）》验收。

二、不得擅自更改设备已有器件位置和线路，若现场设备安装调试有疑问，须经设计人员（赛场评委）同意后方可修改。

三、竞赛过程中，参赛选手认定竞赛设备的器件有故障，可提出更换，器件经现场裁判测定完好属参赛选手误判时，每次扣参赛队1分；若因人为操作损坏器件，扣5分；后果严重者（如导致PLC、变频器、伺服等烧坏），本次竞赛成绩计0分。

四、所编PLC、触摸屏、PPT等程序必须保存到计算机的“D:

\场次号-工位号”文件夹下，场次号和工位号以现场抽签为准。

五、参赛选手在完成工作任务的过程中，不得在任何地方标注学校名称、选手姓名等信息。

六、比赛结束后，参赛选手需要将任务书以及现场发放的图纸、资料、草稿纸等材料一并上交，不得带离考场。

请按要求在10个小时内完成以下工作任务：

一、按“自来水厂居民饮用水输送监控系统”，使用智能化电气设计软件，设计控制系统主电路、控制电路（含伺服、步进、变频器）、PLC控制电路；将设计完成的内容导出PDF格式并保存到硬盘指定位置和优盘中，比赛开始两个小时后提交。

二、按设计图完成元件选型计算、元件安装、电路连接（含主电路）和相关元件参数设置。

三、按“自来水厂居民饮用水输送监控系统”，编写PLC程序及触摸屏程序，完成后下载至设备PLC及触摸屏，并调试该电气控制系统达到控制要求。

四、根据给定的电气设备原理图及故障检测要求，检测出该电气设备电路板上的故障，并按要求在其电路图纸的相应位置上标注故障类型符号。

五、使用三维场景搭建软件进行工业场景的搭建，完成搭建后的场景能够完整的展示“自来水厂居民饮用水输送监控系统”结构。

六、按“自来水厂居民饮用水输送监控系统”编写PPT，内容包含设计思路，调试流程，并能独立讲解，时间为5分钟。

PPT文件必须保存到计算机的“D:

\工位号”文件夹下，工位号以现场抽签为准。

自来水厂居民饮用水输送监控系统

一、系统运行说明

自来水厂居民饮用水输送监控系统主要由以下电气控制回路组成：

M2为变频器控制的不带离心开关的三相异步电机，M1为带离心开关的三相异步电机星三角启动控制回路【启动时，星型运行时间2秒（M1电机星型启动时间由时间继电器设置），间隔0.5秒后，自动转换为三角型运行】；M3为双速电机；M4步进电机控制回路【设置参数：

步进电机旋转一周需要2000个脉冲】正转频率均为1000Hz，反转频率均为600HZ；M5伺服电机控制回路【设置参数：

伺服电机旋转一周需要2000个脉冲】正反转频率均为1000Hz。

电动机旋转以“顺时针旋转为正向,逆时针旋转为反向”为准。

如无特别说明，题目中的所有开关、按钮请使用控制柜正面元件。

二、控制系统设计要求

1.本系统使用三台PLC、一台变频器，网络指定QCPU/S7-300/S7-1500为主站，2台FX3U/S7-200Smart/S7-1200及变频器为从站，分别以CC_Link或工业以太网的形式组网。

2.MCGS触摸屏应连接到系统中主站PLC上（三菱系统中触摸屏连接到QPLC的RS232端口；西门子系统中触摸屏连接到S7-300/S7-1500的以太网端口，不允许连接到交换机）。

3.电机控制、I/O、HMI与PLC组合分配方案（其余自行定义）：

方案

电机

三菱Q系列+FX3U系列方案

西门子S7-300+S7-200Smart方案

西门子S7-1500+S7-1200方案

HMISB1～SB2、SA3

Q00UCPU

CPU314C-2PN/DP

CPU1511

M4、M5、编码器

SA1～SA2、SQ1～SQ4、SQ10、SQ11

FX3U-32MT

S7-200Smart6ES7288-1ST30-0AA0

CPU1212C6ES7212-1AE40-0XB0

M1、M3

HL1～HL3

FX3U-32MR

S7-200Smart6ES7288-1SR40-0AA0

CPU1212C6ES7212-1BE40-0XB0

M2

FR-E740

G120C-PN

G120C-PN

4.根据本说明书设计电气控制原理图，根据所设计的电路图连接电路，不允许借用机床考核单元电气回路。

参照所给定的图纸把系统电气原理图以及各个PLC的I/O接线图绘制在标准图纸上，在“设计”栏中填入选手工位号，在“制图”栏中填入PLC品牌型号。

5.三台PLC和变频器安装位置要求如图1所示,不允许自行定义位置，不得擅自更改设备已有器件位置和线路，其余器件位置自行定义。

变频器：

三菱FR-E840/西门子G120C

从站：

三菱FX3U-32MT

/西门子S7-200Smart（6ES7288-1ST30-0AA0）/西门子CPU1212C（6ES7212-1AE40-0XB0）

（a）正面

主站：

三菱Q00UCPU/西门子S7-300/西门子S7-1500

从站：

三菱FX3U-32MR

/西门子S7-200Smart（6ES7288-1SR40-0AA0）/西门子CPU1212C（6ES7212-1BE40-0XB0）

（b）反面

图1 PLC和变频器安装位置示意图

三、系统控制要求

（一）设备调试

1.M2饮用水输出泵1#电机调试

调试要求选择“M2电机调试”后按下“调试按钮”，使用柜内左上角电压调节旋钮的0V～10V调速，使PLC驱动变频器输出频率从0Hz～50Hz不断变化的频率下正转启动。

调试界面可实时显示变频器的当前转速（使用变频器输出模拟量端口AM端口进行模拟转速实时显示）。

再次按下“调试按钮”M2调试完成，M2电机停止。

M2电机调试时HL3亮。

2.M1饮用水输出泵2#电机调试

调试要求选择“M1电机调试”后按下“调试按钮”，M1电机星型正转启动运行2S（M1电机星型启动时间由时间继电器设置）后间隔0.5S转为三角型全压正转运行4S后停止，停止2S后M1电机星型反转启动运行2S后间隔0.5S转为三角型全压反转运行4S后停止，完成调试。

M1电机调试时HL2亮。

3.M3进水泵电机调试

调试要求选择“M3电机调试”后按下“调试按钮”，M3电机低速正转启动，低速正转运行2S后间隔0.5S后转为高速正转，高速正转运行4S后停止，完成调试。

M3电机调试时HL2、HL3亮。

4.M4明矾投放电机调试

调试要求选择“M4电机调试”后按下“调试按钮”，M4电机正转4圈后停止，停止2S后，M4电机反转4圈后停止。

M4电机调试时HL1亮。

5.M5活性炭投放电机调试

调试要求选择“M5电机调试”后按下“调试按钮”，M5电机正转到SQ11后停止，停止2S后，M5电机反转回SQ10后停止。

M5电机调试时HL1、HL3亮。

调试模式每次只可选择调试一个电机，如误选或错选（同时选择2个或2个以上电机）时，提示框内报警提示“调试过程中每次只可进行单一电机调试”字样的红色字体，报警同时不可进行任何调试。

调试电机时，提示框中提示当前调试电机的名称如“XX电机正在调试”的蓝色字样提示。

全部电机全部调试完毕时“进入运行界面”按钮才会显示（除此之外都是隐藏的）。

触摸屏画面如图2所示：

图2调试模式画面

（二）工作方式

本次工作模拟自来水厂居民饮用水处理系统。

按下“进入运界

面”键进入运行界面出现“自来水厂居民饮用水处理系统”字样。

如图3所示。

图3运行画面

按下“启动按钮”或SB1自来水厂居民饮用水输出系统启动。

居民饮用水输送第一阶段：

原水（河水）处理，M3进水泵电机将待处理的原水抽入蓄水池，当蓄水池中的水位处于低水位或无水状态时（由SA1模拟给出信号,SA1至右侧）M3进水泵电机以高速工作快速将原水抽送至蓄水池，当蓄水池中的水位处于高水位（由SA1模拟给出信号,SA1至左侧）但蓄水池未满时，M3进水泵电机以低速工作将原水抽送至蓄水池直至注满蓄水池（由SA2模拟给出信号,SA2至右侧）。

蓄水池水满时（由SA2模拟给出信号,SA2至左侧）此时M3电机立即停止，M4明矾投放电机正转4圈向蓄水池中投放明矾，投放完成后，立即反转4圈复位，当M4电机复位完成后，M5活性炭投放电机正转到SQ11向蓄水池中投放活性炭，投放完成后，等待10S后自动反转回到SQ10复位回收活性炭，复位完成后第一阶段结束。

居民饮用水输送第二阶段：

饮用水输送，饮用水的输送情况由用户水压的情况决定（用户水压由电压输出调节旋钮的0～10V来模拟0～10MPa的水压）当水压为0～5MPa（0～5V时），居民饮用水以M1饮用水输出泵2#电机输出，M1电机以星型正转启动运行2S（M2电机星型启动时间由时间继电器设置）后间隔0.5S转为三角型全压正转运行以工频向用户输送饮用水。

当水压为5～8MPa（5～8V）时（当水压到达5MPa10s后），此时居民饮用水以M2饮用水输出泵1#电机输出，M1饮用水输出泵2#电机停止，M2电机起先以50Hz运行输出居民饮用水，随着用户水压的继续提升M2电机逐步减小输送的频率直至减小到40Hz为止保持不变。

当水压超过8MPa，在9～10MPa（9～10V）时，M2电机保持30HZ的频率输出。

当蓄水池中的水位再次处于低水位或无水状态时（由SA1模拟给出信号,SA1至右侧），系统自动跳转到居民饮用水输送第一阶段。

此时也可按下SB2或“停止按钮”设备立即停止。

（三）非正常情况处理

（1）过载

系统中的M1电机出现过载时，触摸屏自动切换到报警画面如图4，画面出现“报警画面，M1电机过载”字样，当M3电机出现过载时，触摸屏自动切换到报警画面如图5，画面出现“报警画面，M3电机过载”字样。

整个系统停止工作。

报警画面保持，解除过载后（将SA3至左侧），系统直接恢复运行。

图4M1电机过载画面图5M3电机过载画面

（2）超程

步进电机和伺服电机设有行程保护，当步进电机发生超程触动SQ1或SQ2（用控制柜正面行程开关模拟），M4电机立刻停止运行，触摸屏自动切换到报警画面如图6，画面出现“报警画面，M4电机超程”字样；当伺服电机发生超程触动SQ3或SQ4，触摸屏自动切换到报警画面如图7画面出现“报警画面，M5电机超程”字样，M5电机立刻停止运行，但此时系统其他部件不会停止。

解除过载后（松开SQ1、2、3、4），系统直接恢复运行。

图6M4电机超程画面图7M5电机超程画面

故障检测

一、工作任务

请选手在设有故障（10个故障点）的装置上进行故障查找，并将故障点的位置与故障类型在图纸上标出。

装置图纸见附件，符号具体要求如下：

二、操作要求

1.观察现象时，只能接通控制电路的电源，不能接通主回路电源；

2.故障检测时，必须在断电情况下测量，不能打开行线槽盖板、不能松卸端子；

3.必要时，可以打开开关面板和按钮盒进行检测；

4.请使用万用表、绝缘电阻测试仪、接地电阻测试仪等仪表进行故障检测；

5.故障点只需在图纸上标注符号，无需修复。

三、模块分值

本模块分值为10分，每正确找到一个故障点且标注正确得1.0分。

标注方法如下：

四、注意事项

在完成工作任务的全过程中，严格遵守电气安装安全操作规程。

数字化工业场景搭建

一、工作任务

请选手根据任务书“自来水厂居民饮用水输送监控系统”的场景平面参考图进行工业场景搭建。

场景平面参考图（5个区域）

二、操作要求

1.在电脑上使用XX软件进行操作，搭建三维场景图；

2.搭建所需的部件可在模型库中选择；

3.搭建的三维场景必须与场景平面参考图展现的场景一致。

三、模块分值

本模块分值为5分，每正确搭建一个区域得1分，区域搭建错误或不完整该区域不得分。

四、注意事项

在完成工作任务的全过程中，严格遵守赛场纪律。

应用办公软件制作汇报PPT

一、工作任务

请选手根据任务书“自来水厂居民饮用水输送监控系统”的控制要求制作PPT。

二、操作要求

1.在电脑上使用WPS软件进行操作；

2.内容包含设计思路，调试流程。

三、模块分值

本模块分值为8分，PPT制作3分，汇报5分。

四、注意事项

在完成工作任务的全过程中，严格遵守赛场纪律。

器件参数

序号

器件

型号

参数值

1

热继电器

2

变频器

3

步进电机

4

伺服电机

工位号：

15