高职组现代电气控制系统安装与调试赛项题库太阳能制冷文档格式.docx
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三、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。
四、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3分;
若因人为操作损坏器件,酌情扣5-10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。
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“太阳能制冷系统控制要求”,设计电气控制原理图,制定相应的IO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“太阳能制冷系统控制要求”,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T68镗床/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。
太阳能制冷系统控制要求
一、系统运行说明
太阳能空调系统共由集热系统和制冷系统两部分组成,系统图如如图1和图2所示。
图1、太阳能追踪仪
集热系统:
太阳能追踪仪
太阳能追踪仪根据计算太阳轨迹,实现方向和仰角的调整,方向控制装置末端安装编码器,检测实际角度是否达到要求,仰角控制由伺服电机控制精度。
其中方向和仰角转动的角度通过一定计算换算成实际行走的距离。
制冷系统:
溴化锂制冷(循环制冷系统)
该装置除发生器是高压环境,其他容器内均是低压环境。
由图2可知,通过集热系统将光能转换成热能,被加热的冷水在发生器里作为热媒,使吸收器里合成的溴化锂、水混合液分解,分别成为高压气态水和液态溴化锂;
液态溴化锂由溶液泵被抽回吸收器,高压气态水进入冷凝器冷凝成低压液态水(该过程模拟空调制冷吸收外界高温湿气);
通过冷凝产生的低压液态水在进入管道和蒸发器之前开始吸收热量,并且还吸收蒸发器中具有一定温度的工业冷却水,使低压液态水转换成低压气态水(此过程循环泵不停的使低压液态水转换产出低压气态水);
最后低压气态水进入吸收器被溴化锂大量吸收。
图2、溴化锂制冷系统
太阳能空调系统由以下电气控制回路组成:
循环泵由电机M1驱动【M1为双速电机,需要考虑过载、联锁保护】。
溶液泵由电机M2驱动【M2为三相异步电动机由变频器进行多段速控制,变频器参数设置为第一段速为15Hz,第二段速为30Hz,第三段速为45Hz,加速时间1.2秒,减速时间0.5秒三相异步电机,只进行单向正转运行】。
太阳板清洗由电机M3驱动【M3为三相异步电机,只进行单向正转运行】。
太阳板仰角由电机M4驱动【M4为伺服电机;
伺服电机参数设置如下:
伺服电机旋转一周需要1600个脉冲,太阳板仰角转动一度电机运行两圈】。
太阳板方向由电机M4驱动【M5为步进电机;
步进电机参数设置如下:
步进电机旋转一周需要1000个脉冲,太阳板方向转动一度电机运行两圈】。
电动机旋转以“顺时针旋转为正向,逆时针旋转为反向”为准。
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。
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
HMI
SB1、SB2、SB3
Q00UCPU
CPU314C-2PN/DP
CPU1511
M1、M2、M3
HL1、HL2
FX3U-48MR
S7-200Smart
6ES7288-1SR40-0AA0
CPU1212C
6ES7212-1BE40-0XB0
M4、M5、
SQ11、SQ13
FX3U-48MT
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。
参照所给定的图纸格式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。
参照所给定的IO分配表格式,将编程中所用到的各个PLC的IO点以及主要的中间继电器和存储器填入IO分配表中。
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,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
太阳能空调系统设备具备两种工作模式,模式一:
手动调试模式;
模式二:
自动运行模式。
设备上电后触摸屏进入欢迎界面,触摸界面任意位置,设备进入调试模式。
1、调试模式
设备进入手动调试模式后,触摸屏出现调试画面,调试画面可参考图3进行制作。
通过按下选择调试按钮,选择需要调试的电机,当前电机指示灯亮,触摸屏提示信息变化为“当前调试电机为:
×
电机”,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,对应的指示灯消失。
图3手动调试界面示意图
(1)循环泵电动机M1调试过程
按下SB1按钮,M1电动机以低速运行4秒后停止,再次按下启动按钮SB1后,高速运行6秒,电机M1调试结束。
电机M1调试过程中,HL1以亮2S灭1S的周期闪烁。
(2)溶液泵电动机M2调试过程
按下启动按钮SB1后,电机M2以50Hz启动,再按下SB1按钮M2电动机35Hz运行,再按下SB1按钮M2电动机25Hz运行,再按下SB1按钮M2电动机15Hz运行,按下停止按钮SB2,M2停止。
M2电机调试过程中,HL1以亮1S灭2S的周期闪烁。
(3)清洗电机M3调试过程
按下SB1按钮,电机M3启动,3秒后M1停止,再3秒后又自动启动,按此周期反复运行,可随时按下SB2停止。
M3电机调试过程中,HL1长亮。
(4)太阳能板仰角转动(伺服电机)M4调试过程
仰角转动电机(伺服电机)不需要安装在丝杠装置上。
伺服电机开始调试前,首先在触摸屏中设定步进电机的速度之后(速度范围应在60-150r/min之间),按下启动按钮SB1,伺服电机M4以正转5s-停2s-反转5s-停2s的周期一直运行,按下停止按钮SB2,M4停止。
M4电机调试过程中,HL2以亮2S灭1S的周期闪烁。
(5)太阳能板方向转动(步进电机)M5调试过程
初始状态断电手动调节回原点SQ11,伺服电机开始调试前,首先在触摸屏中设定步进电机的速度之后(速度范围应在60-150r/min之间),按下启动按钮SB1,M5以8mm/s的速度带动滑块向左移动,当SQ13检测到信号时,M2停止旋转,停2秒后,M5以12mm/s的速度反转带动滑块右移,当运行到丝杠10cm处停止,停止旋转,停2秒后,又以8mm/s的速度向右移动至原点SQ11后,电机M5停止,至此电机M5调试结束。
M5电机调试过程中,HL2以2Hz闪烁。
所有电机(M1~M5)调试完成后按下SB3,系统将切换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。
图4方向移动电机结构示意图
2、自动运行模式
切换进入到自动运行模式后,触摸屏自动进入运行模式画面,出现“自动运行模式”字样,画面可参考图5进行设计。
画面要求:
图5自动运行参考界面
太阳能空调工艺流程与控制要求:
(1)系统初始化状态
初始上电之前,先将丝杠滑台调制SQ11处,模拟方向的初始位置。
(2)运行操作
①集热系统
图6地理位置示意图
如图6五角星(★)区域是我们所在的地理位置,根据太阳运动轨迹计算伺服和步进电机应转动的角度。
太阳板仰角转动一度伺服电机运行两圈,太阳板方向转动一度步进电机运行一圈。
现给定3处地址信息和对应的不同时间,根据提供信息算出步进和伺服电机应转动的圈数,并在触摸屏上显示对应电机应转动的角度,触摸屏制作可以参考下图8。
方位角(方向):
β=arcsin(sint•cosδ/cosα)
高度角(仰角):
α=arcsin(sinφ•sinδ+sinφ•cosδ•cost)
式中φ:
当地纬度;
δ:
太阳赤纬角;
以9月21日,该天赤纬角是0°
t:
太阳时角;
t=15•(当地时间-12)。
以12点为例,该点太阳时角是0°
(t值为每小时应转动的角度,为了看出效果在程序中要求电机每5秒就转动一次该角度)。
上海纬度:
120°
;
7月1日赤纬角:
20°
当地时间:
14时
黑龙江纬度:
45°
8月14日赤纬角:
15°
10时
三亚纬度:
18°
12月6日赤纬角:
-20°
16时
②制冷系统
触摸屏上按下启动按钮,集热系统和制冷系统分别运行,各不干扰;
集热系统按照①要求运行,制冷系统运行流程:
等待外部温度传感器检测外部环境温度达到20℃及以上(检测接入温控仪的铂电阻温度),开启清洗电机冲刷太阳能电池板,运行10s后停止。
当发生器内的温度达到30℃(检测接入温控仪的铂电阻温度),溶液泵启动(溶液泵的运行情况由吸收器内的远传压力表信号决定,压力表信号由模拟电压提供,10V对应最高速,2V对应停止);
等待8s后,蒸发器内的循环泵运行(循环泵的运行情况由蒸发器内的远传压力表信号决定,压力表信号由同一个模拟电压提供,5V-10对应低速,5V以下对应高速)。
该过程运行情况需要实时显示在触摸屏上,包括电机运行状态,运行速度,容器内压力显示(10V对应1Mpa,5V对应0.5Mpa),按下停止按钮系统全部停止。
3、非正常情况处理
当在自动运行画面中步进电机带动的滑块运行到极限位时停止系统,并且在触摸屏中自动弹出报警画面“太阳能追踪系统运行故障”,制冷系统照常运行,但当发生器内温度低于20℃,触摸屏中弹出报警界面“制冷系统运行故障”,所有电机运行停止,直到所有非正常情况处理,报警画面自动消除,等待重新启动。