现代电气控制系统安装与调试赛题A题.docx

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现代电气控制系统安装与调试赛题A题

2016年现代电气控制系统安装与调试”赛题A题

2016年全国职业院校技能大赛

现代电气控制系统安装与调试（A题）

工

作

任

务

书

（总时间：

240分钟）

场次号工位号

注意事项

一、本任务书共14页，如出现缺页、字迹不清等问题，请及时向裁判示意，进行任务书的更换。

二、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。

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。

相异步电动机（不带速度继电器）由变频器控制，要求变频器速度由PLC输出模拟量电压进行给定，已知进料速度v与变频器的运行频率f之间的关系为：

v=0.2×f，进料速度需要从触摸屏设定，M1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0.1秒】。

滑台由电机M2驱动【M2为伺服电机，要求伺服电机能进行正反转，且伺服电机参数设置如下：

伺服电机旋转一周需要1000个脉冲，已知直线导轨的螺距为4mm】。

锯片电动机由M3控制【M3为双速电机，要求能△-YY自动切换运行，切换时间为3s，并且需要考虑过载保护，低速时热继电器的整定电流为0.25A，高速时热继电器的整定电流为0.3A】。

正品传送带由电机M4控制【M4为三相异步电机（带速度继电器），只进行单向正转运行】。

压紧气缸YV1、切割气缸YV2、次品分拣汽缸YV3分别由PLC数字量输出点控制，置位则推出，复位则返回。

系统输入应包含以下各点：

滑台电动机M2初始位置检测传感器SQ2、左右限位（软限位）保护传感器SQ3和SQ1、左右极限位（硬限位、直接接到伺服驱动器上）保护传感器SQ5和SQ4；编码器（双相计数），调试启动按钮SB4、调试停止按钮SB1，自动切料启动按钮SB5、自动切料停止按钮SB2和急停按钮（由SA2模拟）。

工料检测传感器（由SA1模拟）；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。

所有的按钮和开关请使用控制柜正面元件。

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

Q00UCPU

CPU314C-2PN/DP

CPU1511-1PN

M3、M4

SB1～SB5

HL1～HL4

FX3U-32MR

S7-200Smart

6ES7288-1SR40-0AA0

CPU1212C

6ES7212-1BE40-0XB0

M1、M2、编码器

SA1、SA2

SQ1～SQ3

FX3U-32MT

S7-200Smart

6ES7288-1ST30-0AA0

CPU1212C

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

定长切料系统设备具备两种工作模式，模式一：

调试模式；模式二：

运行模式。

设备上电后触摸屏首先跳出用户登录窗口。

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、登录画面要求

“用户登录”窗口参照图2进行设计。

登录时可以选择以操作员身份登录，也可选择工程师身份登录，操作员密码为“123”，工程师密码为“456”。

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”，用户可进入启动选择画面，但不能进行“调试模式”和“自动运行模式”选择，只能点击“用户重新登录”返回用户登录窗口重新登录。

登录成功后系统自动进入启动选择画面。

图2用户登录画面

图3启动选择画面

2、启动选择画面要求

启动选择画面参照图3进行设计。

选择进入“调试模式”或者进入“自动运行模式”，只有工程师可以进行调试模式和自动运行模式操作，而操作员只能进行自动运行模式操作。

即若之前以操作员身份登录，则画面上弹出“你没有进行该操作的权限”。

启动选择画面中有能够返回登录画面的选择按钮。

图4调试模式画面

3、调试模式

触摸屏的调试模式画面请参考图4进行设计。

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。

触摸屏调试模式画面可以参考图进行制作设计：

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。

（1）进料电动机M1调试过程

首先在触摸屏中设置进料电动机的速度（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，M1电动机按照所设置的速度正向点动运行；然后设置工料的长度（长度L的范围为120.0~160.0mm，精确到小数点后1位），再次按下SB4按钮，M1电动机运行时间t秒后停止（t=L/v，t单位为s，精确到小数点后1位）；M1运行时随时按下红色停止按钮SB1，M1停止，再次按下SB4，M1电机继续运行剩余的时间。

M1电动机调试过程中，红灯HL2长亮。

时间t应当显示在触摸屏中。

（2）滑台电动机M2调试过程

首先M2电机在JOG模式下运行，运行速度设置为60r/min，此时直接点按伺服驱动器的上下箭头按钮，M2电机带动滑块左右移动，移动过程中检测左右硬限位SQ5和SQ4。

即滑块左移时，SQ5检测有信号，滑块停止；滑块右移时，SQ4检测有信号，滑块停止。

JOG模式下将滑台调节回原点SQ2，选择不同的工料类型，按下SB4按钮，M2电机带动滑块向右移动，移动速度v1与之前设置的进料电机速度v相同，移动距离L1=v1*t1，（t1为切一次料所需要的完整时间，t1包括压紧气缸的压紧时间t11，锯片电机的启动时间t12即△-YY切换时间，工料的切断时间t13，切割气缸的缩回时间t14，压紧气缸的缩回时间t15，t1=max（t11,t12）+t13+t14+t15）。

当选择不同的工料时，各个气缸的运行时间不同：

选择工料一时，压紧气缸的压紧时间t11和缩回时间t15分别为2s，锯片电机的启动时间t12即△-YY切换时间为3s，切割气缸的切断时间t13为4s、缩回时间t14为1s，；选择工料二时，压紧气缸的压紧时间t11和缩回时间t15分别为1s，锯片电机的启动时间t12即△-YY切换时间为3s，切割气缸的切断时间t13为5s、缩回时间t14为2s。

当M2电机移动至L1距离后，立即返回原点SQ2，即返回距离L2=L1，返回时间t2=t-t1，则返回速度v2=L2/t2。

M2运行时随时按下红色停止按钮SB1，M2停止，再次按下SB4，M2电机继续运行；同时，SQ3检测有信号，则M2电机停止，SQ3恢复，M2继续左行，SQ1检测有信号，则M2电机无法右行，SQ1恢复，M2电机继续右行。

M2电机调试过程中，红灯HL2以1Hz闪烁。

时间t1、t2，速度v2应当显示在触摸屏中。

图5滑台电动机结构示意图

（3）锯片电动机M3调试过程

按下SB4按钮，电机M3实现△-YY切换运行，切换时间为3s。

切换完成后电机的运行时间为t3（t3=t13+t14+t15），M3运行t3后自行停止。

但若电机M3运行过程中按下停止按钮SB1，则电机M3停止，电机M3调试中止。

再次按下SB4，电机M3重新（不是从中断位置）开始调试。

电机M3在低速运行时，指示灯HL2以2Hz闪烁点亮，电机M3在高速运行时，指示灯HL2长亮，电机M3停止时，指示灯HL2熄灭。

时间t3应当显示在触摸屏中。

（4）正品传送带电动机M4调试过程

按下SB4按钮，电机M4正向启动（从电机轴一侧来看，顺时针为正向旋转，逆时针为反旋转向），3秒后M4停止，再3秒后又自动启动，按此周期反复运行，可随时按下SB1使M4停止。

M4电机调试过程中，HL2以5Hz闪烁。

所有电机（M1～M4）调试完成后触摸屏画面将返回至启动选择画面。

调试模式下，单台电机可以反复调试。

4、自动运行模式

系统进入到自动运行模式后，触摸屏出现“自动运行模式”字样，画面自行设计，触摸屏画面要求：

由设置参数对话框（工料类型选择、设置进料速度、切料长度等），有各个电机的工作状态指示灯，气缸的运行状态指示；当前工料长度显示、误差值显示，滑台当前位置（由编码器测定）和当前速度显示等。

所有长度和速度的显示值均应精确到小数点后一位。

自动运行模式画面可参考图6。

图6自动运行模式画面

切料机启动前，首先需要在触摸屏上选择工料类型、设定进料速度v（4.0

切断分拣工艺流程与控制要求：

（1）系统初始化状态

滑台电动机M2、切断压板8、分拣推板12均位于初始位置，锯片10在原位。

（2）定长切料工作流程

①触摸屏设定完成后，系统位于初始化状态，按下控制柜正面绿色启动按钮SB5，系统开始进入自动运行模式，进料电机M1启动，速度为v，工件连续送出；

②当工料检测传感器SA1检测到有物料时，t0开始计时；

③当t0=L/v时，即工料已达到切料长度，滑台电动机M2立即启动，速度v1=v，带动滑台向右跟随工料同步运行，同时压紧气缸开始伸出将工料压紧，锯片电动机M3带动锯片开始启动（压紧气缸与锯片均固定在滑台上）；

④当锯片电机完成△-YY切换后，切割气缸伸出开始切料；工料被切断后，切割气缸首先缩回，然后压紧气缸缩回，同时触摸屏中显示所切工料长度与设定工料长度的误差值（工料长度由控制柜正面的0~10V电压给定，并在触摸屏中实时显示，工料长度与电压的关系如图7所示）。

若误差值小于5.0mm，则说明所切的工料长度符合要求，则启动正品传送带电机，5s后将正品工料运出；否则说明所切料不符合要求，则启动次品分拣气缸将次品推出侧面（气缸的推出和缩回各需要2s）；同时在触摸屏中记录正品和次品的累积数量；

图7工料长度与电压的关系图

⑤当切割气缸和压紧气缸缩回到位后，锯片电动机停止，滑台电动机带动滑台（滑台电机返回原点的速度v2自己根据之前的公式算出）向左回到原点SQ2。

至此一次切料完成。

当滑台电动机回到原点的同时，工料再次达到切料长度，滑台再次同步向右运行完成下一次切料、分拣等动作；

⑥直到工料检测传感器检测不到物料，系统完成一个动作周期后停止运行。

（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启动运行时，系统保持上次运行的记录。

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。

（4）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、故障时红灯HL1闪（频率为2Hz）。

5、非正常情况处理

在自动运行模式下，若连续出现三个次品，则在触摸屏自动弹出报警画面，报警画面显示“连续出现三个次品，请检查设备”。

触摸报警画面任意位置，系统退出报警画面。

同时，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。