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

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。