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4.机床控制.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“机床控制系统”，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“机床控制系统”，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“机床控制系统”结构。
六、按“机床控制系统”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。
机床控制系统
一、机床控制系统运行说明
机床电气控制系统由主轴旋转电机、刀架换刀电机、X轴进给电机、Y轴进给电机、冷却电机等组成。
本系统是由plc精准控制将木板材料加工成所需要的特定三角形，对提高企业生产和管理自动化水平有很大的帮助,同时又提高了生产效率、使用寿命和质量,减少了企业产品质量的波动。
机床电气控制系统由以下电气控制回路组成：
主轴电机M1控制回路【M1为三相异步电动机，由变频器实现模拟量控制，加减速时间分别为0.2S、0.8S】。
冷却电机M2控制回路【M2为双速电机，需要考虑过载、联锁保护，低速时热继电器整定电流为0.3A,高速时热继电器整定电流为0.35A】。
刀架换刀电机M3控制回路【M3为三相异步电动机，可实现正反转运行】。
Y轴进给电机M4控制回路【M4为步进电机，每转需要2000脉冲】。
X轴进给电机M5控制回路【M5为伺服电机，连接滚珠丝杠副系统。
伺服电机参数设置如下：
伺服电机每旋转一周需要4000脉冲】。
电动机旋转以“顺时针旋转为正向，逆时针旋转为反向”为准。
系统控制要求如下：
任意输入三角形三边长度，系统自动分配三边边长（a>b>c），对输入的三边能否构成三角形进行判定，如果符合，符合指示灯亮，方可按下循环启动按钮开始进行三角形加工。
加工时，主轴电机下降到位开始进行加工，先运行至加工点（10,10）单位（mm），按a-b-c边的顺序进行加工如图1所示，加工完成后回到原点（0,0）。
余弦定理：
图1加工三角形示意图
二、机床控制系统安装方案要求
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），见表1。
表1电机控制、I/O、HMI与PLC组合分配方案
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
HMI
Q00UCPU
CPU314C-2PN/DP
CPU1511
M4、M5、M6、
编码器、
SB1～SB3、SA1
FX3U-32MT
S7-200Smart
6ES7288-1ST30-0AA0
CPU1212C
6ES7212-1AE40-0XB0
M2、M3
SQ1～SQ8
HL1～HL4
FX3U-32MR
S7-200Smart
6ES7288-1SR40-0AA0
CPU1212C
6ES7212-1BE40-0XB0
M1
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。
在标准图纸上绘制5台电动机主电路，以及3台PLC电气原理图，并标注I/O定义功能和变频器、伺服驱动器主要参数及功能。
在设计栏填写场次及工位信息。
5.三台PLC和变频器安装位置要求如图2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。
从站：
三菱FX3U-32MT
/西门子S7-200Smart（6ES7288-1ST30-0AA0）
西门子CPU1212C（6ES7212-1AE40-0XB0）
变频器：
三菱FR-E840/西门子G120C
（a）正面
从站：
三菱FX3U-32MR/西门子S7-200Smart（6ES7288-1SR40-0AA0）
/西门子CPU1212C（6ES7212-1BE40-0XB0）
主站：
三菱Q00UCPU/西门子S7-300
（b）反面
图2PLC和变频器安装位置示意图
三、机床控制系统控制要求
机床控制系统设备具备两种工作模式：
模式一：
调试模式；模式二：
工作模式。
1.首界面要求
首页界面是用户登录界面（如图3所示）。
点击用户登录，弹出“用户登入”窗口（如图4所示），用户名下拉选“工程师”，输入密码“123”登录出现密码输入框（如图5所示），输入“135”进入调试模式，输入“246”进入运行模式，如果是“操作员”输入密码“abc”登录，登录后只能输入“246”进入运行模式。
如出现报警，跳出报警窗口，解除报警后返回当前窗口，继续调试或运行。
图3首页界面
图4用户登录图5窗口切换
2.调试模式
设备自动进入调试模式后，触摸屏出现调试画面，如图6。
在选择调试电机前，先进行通讯测试，按下SB1按钮，触摸屏通讯指示灯，HL1指示灯亮，表示通讯成功。
通过下拉框，选择需要调试的电机，当前电机指示灯亮,每台电机只能单独调试。
按下SB1启动按钮，选中的电机将进行调试运行。
每个电机调试完成后，对应的指示灯以2.5Hz频率闪烁。
图6调试模式触摸屏画面
（1）主轴电机M1的调试
按下启动按钮SB1后，M1电机运行，频率从10Hz连续变化到50Hz,每秒增加4Hz，再次按下SB1后，M1电机以当前的频率运行，再次按下SB1，调试结束。
M1调试过程中，HL1以1Hz的周期闪烁。
（2）冷却电机M2调试过程
按下启动按钮SB1后，冷却电机高速启动，3S后M2停止，2S
后低速运行，3S后低速运行，如此循环3次后自动停止。
M2电机调试过程中，HL2指示灯高速时以1Hz闪烁，低速时常亮，停止时熄灭。
（3）刀架换刀电机M3调试过程
触摸屏调试画面上显示当前刀号（初值为1），在选择刀号后输入1～8任何一个与当前刀号不同的刀号后，按下触摸屏开始换刀按钮，换刀电机M3开始换刀。
选刀机构如图7所示。
要求按最近的旋转方向实现换刀动作。
换刀机构每转过一个刀位就会发出一个刀位到位信号，该信号由SB1按钮手动按下给出。
当转过相应刀位数后，电机停止，当前刀号变为选刀刀号，选刀结束。
当选刀电机M3顺时针旋转时，指示灯HL1以2Hz闪亮；逆时针旋转时，指示灯HL2常亮。
若输入的选刀刀号与当前刀号相同时，则换刀电机M3不动,HL3指示灯以1Hz闪亮3S后停止，调试结束。
顺时针
当前刀位
5
7
8
6
2
4
3
1
图7换刀机构示意图（换刀电机正转带动选刀机构顺时针旋转）
（4）Y轴进给电机M4调试过程
触摸屏设置步进电机速度（60r/min-150r/min）后，按下启动按钮SB1后，步进电机M4正转运行，旋转2圈，停2秒后反转运行,然后旋转2圈，停2s后正转运行，以此为周期循环3次后停止，调试结束。
M2电机调试过程中，正转时HL2以1Hz频率闪烁，反转HL2以2Hz频率闪烁，停止时HL2长亮。
（5）X轴进给电机M5调试过程
SA1可实现X轴进给电机M5的手动、自动调试（竖向档位为手动调试，横向档位为自动调试）。
手动调试：
在触摸屏中，可以点击向左、向右按钮点动运行，SA2可以切换点动的速度，竖向档位时以8mm/s的速度点动运行，横向时以4mm/s的速度点动运行（已知滑台丝杠的螺距为4mm），点动过程中可切换SA2改变当前点动速度。
自动调试：
按下启动按钮SB1，X轴进给电机M5以2.5rad/S的速度向右移动，到达A点后停止，2S后以4rad/S的速度向左移动到C点，2S后反向以3rad/S的速度移动到B点停止，调试结束。
运行期间电机按下触摸屏停止按钮，M5电机停止，再次按下SB1按钮,M4从当前位置继续开始运行，M5电机运行时HL3以1Hz频率闪烁，停止时长亮。
X轴进给电机机械结构图如图8所示。
SQ5
SQ4
SQ3
C点
B点
A点
SQ2
SQ1
图8X轴进给电机结构示意图
所有电机（M1～M5）调试完成后,系统将自动切换返回首页界面。
在未进入首页界面时，单台电机可以反复调试。
3.工作模式
进入工作模式后，X轴进给电机M5自动回原点（C点），Y轴默认当前位置为原点，触摸屏原点指示灯亮。
触摸屏画面主要包含原点指示灯，M1～M5电机运行指示灯，主轴转速显示，当前刀号显示，需加工三角形的三边长度，所输入三角形三边是否符合要求指示灯，实时XY轴坐标，设置加工三角形数量，显示剩余加工三角形数量，循环启动按钮和循环停止按钮,如图9所示。
图9工作模式触摸屏画面
工作模式初始状态：
XY轴进给电机M5、M4在原点位置C点；当前刀位号为1号刀，按钮SB1为常开，SA2、SA3为竖向档位，所有电机M1～M5为停止状态。
在触摸屏设置加工零件数量（设置范围为1～99），三角形三边边长（20~120）单位（mm），要求任意输入边长并自动分配三边边长（a>b>c），三边可构成三角形后，符合指示灯亮，按下循环启动按钮后，加工指示灯亮，机床开始进行加工加工所需要的三角形。
每完成一个三角形材料的加工后，剩余加工数量显示自动减一。
按下循环停止按钮，加工完当前三角形后停止，再次按下循环启动按钮继续的加工剩余所需要加工的三角形。
完整加工动作过程：
当主轴检测到正方形木板材料夹紧，由SA2给出信号（横向档位为夹紧）后，主轴电机M1以30Hz的速度旋转（再加工剩余三角形主轴电机以40Hz运行），2S后，指示灯HL4亮，代表刀架已经下降到位，X轴进给电机和Y轴进给电机同时以4mm/S的速度运行至加工点（10,10）单位（mm），此时开始准备加工所需三角形，1S后开始加工三角形的a边，X轴进给电机以8mm/s的速度向右运行，M2冷却电机高速运行，达到所切长度后，冷却电机停止，等待两秒后，开始进行加工边长b，此时X轴进给电机以8mm/s的速度向左运行，Y轴进给电机顺时针旋转（Y轴速度根据X轴速度以及Y方向所走长度求出），M2冷却电机低速运行，达到所切长度后，X轴Y轴同时停止，M2冷却电机停止，等待2S后开始加工边长c，X轴进给电机以8mm/s的速度向左运行，Y轴进给电机逆时针旋转，冷却电机低速运行，当到达坐标（10,10）单位（mm），此时c边长加工完毕，XY轴进给电机同时停止，M2冷却电机停止，等待两秒指示灯HL4熄灭，代表刀架上升到位，主轴电机M1停止，XY轴进给电机回到原点（0,0）此时，一个三角形加工完成。
当下一个正方形木板装夹完毕，再次由SA2给出夹紧信号，换刀机构顺时针旋转一个到位（信号由SB1按钮给出），开始第二个三角形的加工。
当所有三角形加工完毕，主轴电机M1停止，XY进给电机回到坐标原点，加工指示灯熄灭。
当系统发生急停事件按下急停按钮时（SA3被切断），系统立即停止。
急停恢复后，按下循环启动按钮，电机从之前状态继续运行。
4.非正常情况处理
当X轴进给电机出现越程（左右超行程位置开关分别为两次微动开关SQ1、SQ2）,伺服电机自动锁住，并在触摸屏自动弹出报警画面“报警画面，设备越程”，解除报警后，系统重新从原点C初始态启动。
在加工过程中，主轴温度传感器会检测工件温度（温度控制器+热电偶K型），当工件温度超过23°则触摸屏上报警指示灯以1HZ闪亮；当温度超过28°，触摸屏自动弹出画面“报警画面，温度过高”，所有电机同时停止。
当温度低于23度时，按下循环启动按钮，所有电机继续运行。
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。
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数字化工业场景搭建
一、工作任务
请选手根据任务书“机床控制系统”的场景平面参考图进行工业场景搭建。
场景平面参考图
二、操作要求
1.在电脑上使用三维场景搭建软件进行操作，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“机床控制系统”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：
17
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