现代电气控制系统安装与调试赛题B题资料Word格式文档下载.docx

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五、所编PLC、触摸屏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。

六、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。

七、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4个小时内完成以下工作任务：

一、按“平面仓库系统”控制要求，设计电气控制原理图，制定相应的I/O分配表，并按图完成器件选型计算、器件安装、电路连接（含主电路）和相关元件参数设置。

二、按“平面仓库系统”控制要求，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。

三、根据赛场设备上所提供的故障考核装置，参考X62W铣床电气原理图，排除机床电气控制电路板上所设置的故障，使该电路能正常工作，同时完成维修工作票。

本次工作任务请在YL-158GA1型现代电气控制系统安装与调试实训考核装置上完成，该装置的结构介绍及使用方法请参考用户说明书。

操作过程中，须遵守安全操作规程和职业素养要求的相关规定。

平面仓库控制系统

一、系统运行说明

某平面仓库的结构如图1所示，系统（其主要由）传送带、机器手、运料小车、推料气缸和一套平面仓库等组成。

图1平面仓库结构图

平面仓库系统的运行过程如下：

开始运行时，人工将货物从进货区放至传送带1上，当SQ1检测到货物之后，由电机M1带动传送带1将货物运送至SQ2位置，期间需要对货物类型进行检测，根据货物类型检测到的结果（用控制柜正面的0~10V电压模拟货物类型），将货物分成A、B、C三种（0~4V为A货，4~7V为B货，7~10V为C货）；

由机械手臂抓起货物，并根据货物类型检测结果决定将货物放至运料小车或者传送带2；

平面仓库包括三个仓位，运动送料小车将货物运送至相应的仓位后，小车上的气缸将货物推进仓位。

送料小车的初始位置在SQ12处的仓位。

如图1所示，每个仓位配有一个位置检测传感器（SQ11~SQ13），且每一个仓位存放货物的顺序需按照A、B、C的顺序依次存放，送料小车应按照从左往右（仓位1-仓位2-仓位3）的顺序进行送料；

如果货物类型检测传感器检测到的货物不满足各个仓位存放货物的要求，由机械手将该货物抓取后送至传送带2送回返货区。

平面仓库控制系统主要由以下电气控制回路组成：

传送带1由电机M1驱动【M1为三相异步电机，只进行单向正转运行，要求能进行Y-△降压起动，起动时间为3秒，并且需要设有过载保护，热继电器的整定电流设置为0.4A】；

机器手底盘旋转由电机M2驱动【M2为伺服电机，要求伺服电机能进行正、反转，伺服电机正转则机械手底盘向左旋转，伺服电机反转则机械手底盘向右旋转；

伺服电机参数设置如下：

伺服电机旋转一周需要1000个脉冲，伺服电机通过齿轮减速器带动机械手底盘旋转，减速比为24:

1】；

送料小车由电机M3驱动【M3为步进电机，要求步进电机能进行正、反转，步进电机参数设置如下：

步进电机旋转一周需要2000个脉冲，已知直线导轨的螺距为4mm，并使用旋转编码器对小车位置进行检测】；

传送带2由电机M4驱动【M4为三相异步电机，由变频器驱动，要求变频器速度由PLC输出模拟量电压进行给定，已知传送带2的速度v与变频器的运行频率f之间的关系为：

v=0.2×

f，传送带2的速度需要从触摸屏设定，M4从0mm/s加速到5mm/s需要用时1秒，从5mm/s减速到0mm/s需要用时0.5秒】。

机械手夹紧气缸YV1、小车上推料气缸YV2由PLC数字量输出点控制，机械手夹紧气缸置位则夹紧，复位则松开；

推料气缸置位则推出，复位则返回。

系统输入应包含以下各点：

传送带1、2的位置传感器SQ1~SQ4（使用控制柜正面的行程开关模拟）；

送料电动机M3位置检测传感器SQ11、SQ12、SQ13，左右极限位保护传感器SQ14和SQ15，编码器（双相计数）；

调试/自动运行模式切换开关（用控制柜正面SA1模拟），调试启动按钮SB4、调试停止按钮SB1，自动运行启动按钮SB5、自动运行停止按钮SB2，货物类型确认按钮SB3（所有按钮SB请使用控制柜正面元件）和急停按钮（由控制柜正面的SA2模拟）。

货物检测传感器SQ16（用控制柜正面的SA3来模拟，SA3位于右档位时代表传感器有信号），推料气缸动作过程用延时3秒代替；

由铂电阻模拟电机M1的温度，由温控器显示温度，温控器输出接点给PLC。

系统的输出指示灯应该包含：

系统停止指示灯（红灯HL1）、系统调试指示灯（红灯HL2）、系统运行指示灯（绿灯HL4）。

所有的指示灯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，网络指定QCPU/S7-300/S7-1500为主站，2台FX3U/S7-200Smart/S7-1200为从站，分别以CC_Link或工业以太网的形式组网。

具体配置见表1。

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、部分I/O、HMI与PLC组合分配方案见表1，其余自行定义。

表1PLC、HMI及I/O配置方案

三菱Q+FX3U系列方案

西门子S7-300+S7-200Smart方案

西门子S7-1500+S7-1200方案

HMI、YV1、YV2

Q00UCPU

CPU314C-2PN/DP

CPU1511-1PN

M1、M4、

SA1~SA3

FX3U-32MR

S7-200Smart

6ES7288-1SR40-0AA0

CPU1212C

6ES7212-1BE40-0XB0

M2、M3、

SB1~SB5、

FX3U-32MT

6ES7288-1ST30-0AA0

6ES7212-1AE40-0XB0

4、根据本控制要求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）。

把系统电气原理图、各PLC的I/O接线图在标准图纸上，并填写I/O分配表，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、本次工作任务中用到的主要器件（如各个PLC和变频器）已安装好，部分线路也已经安装好（参见实物），选手不得擅自更改设备中已有器件的位置和线路。

其余器件的安装位置请自行定义。

三、系统控制要求

平面仓库系统设备设有两种工作模式，模式一：

调试模式；

模式二：

自动运行模式。

系统工作模式由运行模式切换开关SA1（控制柜反面）选取。

设备上电后触摸屏首先进入登录画面。

控制柜正面的红色指示灯HL1以0.5Hz频率闪烁点亮，表示系统上电。

若连续15秒未对触摸屏进行任何操作，则触摸屏自动进入待机画面，即屏幕进入休眠状态，直到再次点击触摸屏。

1、触摸屏登录画面要求

登录画面如图2所示。

点击“用户登录”按钮，弹出用户登录窗口如图3所示，登录画面中用户名为admin，密码为123。

如输入有错，画面上应弹出“密码输入错误，是否重新输入”的提示框，点击提示框中的“是”，用户可重新登录，点击提示框中的“否”，返回登录画面。

点击“重新启动”按钮，触摸屏重新启动进入登录画面。

登录后系统自动进入相应画面：

当SA1在左挡位时，画面进入“调试模式”；

当SA1在右挡位时，画面进入“自动运行模式”。

系统要求进入自动运行模式之前，需首先进行调试。

图2登录画面

图3用户登录窗口

2、调试模式

设备进入调试模式后，触摸屏切换至调试画面，触摸屏画面设计可参考图4。

触摸屏进入调试画面后，控制柜正面的红色指示灯HL1熄灭，绿色指示灯HL4保持0.5Hz频率闪烁，直到调试模式结束。

通过按下“选择调试按钮”，可依次选择需要调试的电机M1～M4，触摸屏中对应电机指示灯亮。

按下控制柜正面绿色按钮SB4，选中的电机将进行调试运行。

图4调试画面示意图

（1）传送带1驱动电机M1调试过程

按下SB4按钮，电机M1以3秒间隔进行Y型运行-△型运行-停止-Y型运行-△型运行-停止--….状态循环切换，电机M1在Y型运行时，HL2以2Hz闪烁点亮，M1在△型运行时，HL2长亮，M1停止时，HL2熄灭。

按下停止按钮SB1，M1停止，HL2灭。

（2）机器手底盘旋转电机M2调试过程

首先在触摸屏中设置机械手底盘的旋转速度（速度取整数，设定范围为3~8°

/s），再设定机械手底盘的正向（向左）旋转角度α（α取整数，设定范围为60°

~120°

），按下SB4，伺服电机M2按照设定的速度正向旋转相应角度（需要考虑减速比24:

1），2秒后再反向旋转相应角度回到初始位置；

然后再次在触摸屏中设置机械手底盘的反向（向右）旋转角度β（β取整数，设定范围为60°

），按下SB4，伺服电机M2按照设定的速度反向旋转相应角度，2秒后再正向旋转相应角度回到初始位置；

再次按下SB4，伺服电机首先带动机械手底盘正向旋转α角度，2秒后反向旋转α角度，再过2秒后反向旋转β角度，再过2秒后正向旋转β角度。

电机M2运行过程中，可随时按下SB1使M2停止，再次按下SB4，电机M2继续完成未完成的动作。

M2在调试过程中，HL2红灯长亮。

（3）送料小车驱动电机M3调试过程

送料小车电机结构示意图如图5所示。

电机M3调试前，送料小车在SQ11与SQ13之间的任意位置。

首先在触摸屏上设置送料小车的速度（设定范围为4.0~12.0mm/s，精确到小数点后一位），按一下SB4按钮，步进电机M3带动送料小车左行至SQ11，停2秒后再向右运行至SQ12（此时小车所在的位置为初始位置，系统将编码器中的数值清零）。

然后，再次按下SB4，送料小车将按照以下顺序循环运行：

右运行至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运行过程中，随时按下SB1，小车停止，此时可以使用触摸屏中的“送料小车复位”按钮控制送料小车返回初始位置（即无论送料小车停在哪个位置，按下触摸屏中的“送料小车复位”按钮，送料小车都将直接返回至初始位置SQ12处）。

在调试过程中，HL2红灯以1Hz闪烁点亮。

此外，要求在触摸屏中显示送料小车的当前位置（单位为mm，精确到小数点后一位），并要求有动画演示效果。

图5送料小车电机结构示意图

此外，在M3电机移动过程中检测左右硬限位SQ14和SQ15。

即小车左移时，SQ14检测有信号，小车停止；

小车右移时，SQ15检测有信号，小车停止。

（4）传送带2驱动电动机M4调试过程

首先在触摸屏中设置传送带2的速度（速度v的范围4.0~6.0mm/s，精确到小数点后1位）；

然后按下SB4按钮，M4电动机按照所设置的速度正向点动运行；

M4电机调试过程中，HL2以5Hz闪烁。

所有电机（M1～M4）调试完成后，将SA1旋至右档位，系统进入到自动运行模式。

在未进入自动运行模式时，单台电机可以反复调试。

3、自动运行模式

系统切换到自动运行模式后，触摸屏也随之进入自动运行模式画面（参见图6），画面自行设计。

画面设计要求：

触摸屏有仓库显示区，显示每个仓位内A、B、C三种货物的数量；

有仓位关闭设定区，可以选择将对应仓位关闭；

有参数显示区，可以显示当前货物类型、机械手底盘方向、送料小车的当前位置、货物类型传感器的实时电压值；

有参数设定区，可以对机械手底盘速度、送料小车速度、传送带2速度进行设定（设定范围与调试模式下相同）。

图6自动运行模式参考画面

平面仓库自动运行时工艺流程与控制要求：

（1）系统初始化状态

小车处于原点（中间位置SQ12），小车内无货物（SQ16检测），机器手处于原始位置。

（2）运行操作

按下自动运行启动按钮SB5，系统开始运行，指示灯HL4长亮；

上货与分拣工作流程：

将货物从进货区放至传送带1，当SQ1检测到货物时，电机M1开始降压起动；

货物经由传送带1被送至SQ2处，期间经过货物类型传感器时，触摸屏中显示货物类型传感器电压值，按下按钮SB3，则确认货物类型，并在触摸屏上显示；

当SQ2检测到货物时，电机M1停止；

然后等待3秒，期间机械手将货物抓起，根据入库存放规则决定将货物抓放至送料小车或者是传送带2；

入库存放规则：

每个仓位存放货物的顺序为：

依次存入A、B、C、A、B、C...；

选择仓位的顺序为：

仓位1、仓位2、仓位3，放满为止；

每个仓位最多放6个货物；

检测到的货物不满足上述入库存放规则，由机械手将该货物抓取至传送带2送回返货区。

入库工作流程：

系统初始状态下，所有仓位都无货，则若第一个货物经由货物类型检测传感器检测为A类货物，当M1电机停止后，等待3秒（期间机械手将货物夹起），然后机械手底盘向左旋转α角度（α的值取“调试模式”下的设定值），旋转到位后再等待3秒（期间机械手将货物放至在送料小车上）；

当小车上的货物检测传感器SQ16检测到信号时，等待3秒（期间机械手臂提起），然后机械手底盘向右旋转α角度回原位，同时送料小车向左行驶将货物送至SQ11（仓位1），到达SQ11位置时，再等待3秒（表示推料气缸已动作将货物推送至仓位），此时触摸屏中仓位1中的A货物数量变成1；

然后送料小车向右行驶返回至初始位置SQ12处。

若第二个货物被检测是A类货物时，则按照以上流程将货物放至送料小车，再由送料小车将该货物送至SQ12（仓位2）存放。

若第二个货物被检测是B类货物时，则按照以上流程将货物放至送料小车，再由送料小车将该货物送至SQ11（仓位1）存放。

若第二个货物是C类货物，则机械手将货物夹起并向右旋转β角度（β的值取“调试模式”下的设定值），将货物放至在SQ3处，传送带2电机M4启动运行，将该货物送回至返货区，SQ4动作，传送带2电机M4停止。

以此类推，直至所有仓位装满。

触摸屏中“仓位关闭设定”：

工作过程中，可以在触摸屏“仓位关闭设定区”，任意关闭仓位1、仓位2、仓位3，此时将影响送料小车的送料顺序；

例如目前仓位1有A、B、C货物各一个，仓位2有A、B货物各一个，仓位3有A货一个。

工作过程中将仓位2关闭，若下一次检测为A类货物时，则货物存入仓位1；

若下一次检测为B类货物时，则货物存入仓位3；

则下一次检测为C类货物时，该C货将被运送至返货区。

（3）停止操作

a）按下控制柜正面红色停止按钮SB2，系统完成一个动作周期后停止运行。

且当系统停止后再次按下启动按钮SB5时，系统从上次运行记录的位置开始运行。

b）系统发生急停事件，按下急停按钮时（用SA2模拟实现，即SA2被切断），系统立即停止。

急停恢复后（SA2被接通），再次按下SB5，系统自动从急停之前状态启动运行。

c）已知每个仓位最多存放6个货物，即A、B、C、A、B、C，当所有仓位都满仓时，系统停止运行。

（4）送料过程的动作要求连贯，执行动作要求顺序执行，运行过程不允许出现硬件冲突。

（5）系统状态显示

系统运行时控制柜正面绿灯HL4长亮，系统停止时红灯HL1长亮，系统发生急停、仓位全满时红灯HL1闪（频率为2Hz）。

4、非正常情况处理

在自动运行模式下，若连续三个货物都被退回至返货区，则在触摸屏自动弹出报警画面，报警画面显示“连续三个货物被退回，请注意放货顺序”。

触摸报警画面任意位置，系统退出报警画面。

在自动运行模式下，实时监测电机M1的温度，检测温度超过30℃，则自动弹出报警画面“电机过热，系统即将停止”，5s后系统停止。

温度降至30℃以下后，系统退出报警画面。

按下SB5，系统自动从之前状态启动运行。