全国职业院校技能大赛中职组汇总.docx

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全国职业院校技能大赛中职组汇总

“2013年全国职业院校技能大赛”中职组

光伏发电设备安装与调试赛项样题

一、竞赛设备

賽项设备以“KNT-SPV02光伏发电实训系统”为载体，该设备由光伏供电装置、光伏供电系统、逆变与负载系统和监控系统组成，如图1所示。

（a）（b）（c）（d）

图1光伏发电实训系统

（a）光伏供电装置（b）风力供电装置（c）光伏供电系统（d）监控系统

二、工作任务

任务一：

光伏供电装置

光伏供电装置主要由光伏电池组件、投射灯、光线传感器、光线传感器控制盒、光照度传感器、水平方向和俯仰方向运动机构、摆杆、摆杆减速箱、摆杆支架、单相交流电动机、电容器、直流电动机、接近开关、微动开关、底座支架等设备与器件组成，如图2所示，光伏供电装置的光伏电池组件偏移方向的定义和摆杆移动方向的定义已在图2中标明。

1．器件安装

光伏供电装置除了光伏电池组件、光线传感器、投射灯和摆杆支架之外，其他部件和设备已安装完成。

要求：

（1）将2盏投射灯、摆杆支架正确地安装在光伏供电装置上，紧固件不松动。

靠近摆杆的投射灯定义为投射灯1（简称灯1），另1盏投射灯定义为投射灯2（简称灯2）。

（2）将4块光伏电池组件和光线传感器正确地安装在光伏供电装置上，紧固件不松动。

图2光伏供电装置

2.布线与接线

（1）整理2盏投射灯的引线并正确地与投射灯的接线座连接。

接线时必须切断电源，不可带电操作。

（2）4块型号和参数相同的光伏电池组件并联连接。

焊接连接线，并用胶带缠绕包扎。

任务二：

光伏供电系统

光伏供电系统主要由光伏电源控制单元、光伏输出显示单元、触摸屏、光伏供电控制单元、DSP控制单元、接口单元、温度传感器、湿度传感器、西门子S7-200CPU226PLC、继电器组、接线排、蓄电池组、可调电阻、断路器、12V开关电源、5V开关电源、网孔架等组成。

光伏供电系统的光伏供电控制单元没有接线、西门子S7-200CPU226PLC除了AC220V电源线和接地线外，其他接线已拆除；继电器组中除了与蓄电池充放电有关的KA13继电器外，其他继电器的接线已拆除。

1.光伏供电系统主电路设计

要求：

（1）大赛提供的手提计算机中安装了中望CAD绘图软件，选用该软件中的A3绘图模板，绘制光伏供电系统主电路图并保存在U盘和手提计算机的桌面，文件名为：

光伏供电系统主电路。

中望CAD绘图软件安装了部分器件符号的图库供参赛选手使用。

图库调用方法请见附录。

（a）光伏供电系统主电路图中不反映继电器的互锁关系。

（b）继电器的作用和编号必须要与任务书中定义的继电器编号一致。

（2）参赛选手可以不调用中望CAD的图库而自行绘图，如图3所示的电气符号供参赛选手参考。

图3部分器件的电气符号

2．光伏供电控制单元的布线与接线

根据所设计的光伏供电主电路，完成光伏供电控制单元的布线与接线。

要求：

（1）完成光伏供电控制单元的布线与接线，接线的线径和颜色要合理，接线要有合理的线标套管。

线标套管号码从A00至A99排列，线标套管号码除了同1根导线两端一致外，不得与其他导线的线标套管号码重复命名，图4是线标套管号码示意图。

图4线标套管号码示意图

（2）不改变光伏供电控制单元的按钮、旋钮、急停按钮的功能。

（3）在答题纸表1所示的光伏供电控制单元接线表中标明接线起始端位置线标套管号码、结束端位置、结束端位置线标套管号码、线型和颜色。

3.西门子S7-200CPU226PLC的布线与接线

根据所设计的光伏供电主电路，完成西门子S7-200CPU226PLC的布线与接线。

要求：

（1）表2是西门子S7-200CPU226PLC的配置要求。

根据该配置完成西门子S7-200CPU226PLC的布线与接线，接线的线径和颜色要合理，接线要有合理的线标套管，线标套管号码从A00至A99排列，线标套管号码除了同1根导线两端一致外，不得与其他导线的线标套管号码重复命名（电源线除外）。

表2西门子S7-200CPU226PLC的配置

序号

输入输出

配置

序号

输入输出

配置

1

I0.0

旋转开关自动挡

23

I2.6

未定义

2

I0.1

启动按钮

24

I2.7

未定义

3

I0.2

急停按钮

25

Q0.0

启动按钮指示灯

4

I0.3

向东按钮

26

Q0.1

向东按钮指示灯

5

I0.4

向南按钮

27

Q0.2

向南按钮指示灯

6

I0.5

向西按钮

28

Q0.3

向西按钮指示灯

7

I0.6

向北按钮

29

Q0.4

向北按钮指示灯

8

I0.7

灯1按钮

30

Q0.5

灯1按钮指示灯、KA1线圈

9

I1.0

灯2按钮

31

Q0.6

灯2按钮指示灯、KA2线圈

10

I1.1

东西按钮

32

Q0.7

东西按钮指示灯

11

I1.2

西东按钮

33

Q1.0

西东按钮指示灯

12

I1.3

停止按钮

34

Q1.1

停止按钮指示灯

13

I1.4

摆杆接近开关垂直限位

35

Q1.2

继电器KA3线圈

14

I1.5

光伏组件向东、向西限位开关

36

Q1.3

继电器KA4线圈

15

I1.6

光伏组件向北限位开关

37

Q1.4

继电器KA5线圈

16

I1.7

光伏组件向南限位开关

38

Q1.5

继电器KA6线圈

17

I2.0

光线传感器（光伏组件）向东信号

39

Q1.6

继电器KA7线圈

18

I2.1

光线传感器（光伏组件）向南信号

40

Q1.7

继电器KA8线圈

19

I2.2

光线传感器（光伏组件）向西信号

41

1M

0V

20

I2.3

光线传感器（光伏组件）向北信号

42

2M

0V

21

I2.4

摆杆东西向限位开关

43

1L

DC24V

22

I2.5

摆杆西东向限位开关

44

2L

DC24V

（2）在答题纸表3所示的S7-200CPU226输入输出接线表中标明接线起始端位置线标套管号码、结束端位置、结束端位置线标套管号码、线型和颜色。

4.继电器的布线与接线

根据所设计的光伏供电主电路，完成继电器的布线与接线。

要求：

（1）继电器KA1和继电器KA2分别用于控制投射灯1和投射灯2；继电器KA3和继电器KA4分别用于控制摆杆由东向西运动和由西向东运动；继电器KA5和继电器KA6分别用于控制光伏电池组件向东偏转和向西偏转；继电器KA7和继电器KA8分别用于控制光伏电池组件向北偏转和向南偏转。

（2）在答题纸表4～表11所示的继电器接线表中标明接线起始端位置、起始端位置线标套管号码、结束端位置、结束端位置线标套管号码、线型和颜色。

继电器布线与接线要有合理的线标套管，接线的线径和颜色要合理，线标套管号码从A00至A99排列，线标套管号码除了同1根导线两端一致外，不得与其他导线的线标套管号码重复命名（电源线除外）。

5.光伏供电系统的硬件互锁保护电路与接线

光伏供电系统主电路中的继电器的动作由PLC控制，PLC软件设计要求考虑继电器的互锁关系，有关互锁关系也要具有硬件保护措施。

要求：

（1）设计摆杆由东向西和由西向东运动的互锁硬件电路、设计光伏电池组件向东和向西偏转的互锁硬件电路、设计光伏电池组件向北和向南偏转互锁硬件电路，互锁硬件电路的设计方法不能少于两种，上述每种互锁硬件电路只采用一种方法，设计电路自定。

（2）在答题纸上图5～图7的位置画出反映互锁关系的硬件电路图。

（3）完成互锁关系的硬件接线，接线要有合理的线标套管，接线的线径和颜色要合理，线标套管号码从A00至A99排列。

（4）在有关的接线表中要反映互锁关系的接线。

6.光伏电池组件的光源跟踪调试

根据光伏供电控制单元的选择开关和按钮的定义，操作光伏供电控制单元上的选择开关和相关按钮，光伏电池组件、投射灯和摆杆作相应的动作。

要求：

（1）光伏供电控制单元的选择开关有两个状态，选择开关拨向左边时，PLC处在手动控制状态，可以进行光伏电池组件跟踪、灯状态、摆杆运动操作，各功能按钮有效时，相应按钮指示灯亮。

选择开关拨向右边时，PLC处在自动控制状态，按下启动按钮，PLC执行自动控制程序。

PLC执行自动控制程序时，除了启动按钮指示灯、灯1和灯2按钮指示灯亮外，其他各功能按钮指示灯不亮。

（2）PLC处在手动控制状态时，按下向东按钮，向东按钮的指示灯亮，光伏电池组件向东偏转3秒后停止偏转运动，向东按钮的指示灯熄灭。

在光伏电池组件向东偏转的过程中，再次按下向东按钮或停止按钮或急停按钮，向东按钮的指示灯熄灭，光伏电池组件停止偏转运动。

按下向西按钮，向西按钮的指示灯亮，光伏电池组件向西偏转3秒后停止偏转运动，向西按钮的指示灯熄灭。

在光伏电池组件向西偏转的过程中，再次按下向西按钮或停止按钮或急停按钮，向西按钮的指示灯熄灭，光伏电池组件停止偏转运动。

向东按钮和向西按钮在程序上采取互锁关系。

向北按钮和向南按钮的作用与向东按钮和向西按钮的作用相同。

（3）PLC处在手动控制状态时，按下灯1按钮，灯1按钮的指示灯亮，投射灯1亮。

再次按下灯1按钮或按下停止按钮或急停按钮，灯1按钮的指示灯熄灭，投射灯1熄灭。

PLC处在手动控制状态时，按下灯2按钮，灯2按钮的指示灯亮，投射灯2亮。

再次按下灯2按钮或按下停止按钮或急停按钮，灯2按钮的指示灯熄灭，投射灯2熄灭。

（4）PLC处在手动控制状态时，按下东西按钮，东西按钮的指示灯亮，摆杆由东向西方向连续移动。

在摆杆由东向西方向连续移动的过程中，再次按下东西按钮或按下停止按钮或急停按钮，东西按钮的指示灯熄灭，摆杆停止运动。

摆杆由东向西方向移动处于极限位置时，东西按钮的指示灯熄灭，摆杆停止移动。

如果按下西东按钮，西东按钮的指示灯亮，摆杆由西向东方向连续移动。

在摆杆由西向东方向连续移动的过程中，再次按下西东按钮或按下停止按钮或急停按钮，西东按钮的指示灯熄灭，摆杆停止运动。

摆杆由西向东方向移动处于极限位置时，西东按钮的指示灯熄灭，摆杆停止移动。

东西按钮控制和西东按钮控制在程序上采取互锁关系。

（5）PLC处在自动控制状态，按下启动按钮，摆杆向东连续移动，到达摆杆极限位置时，摆杆停止移动。

该过程中，投射灯不亮。

2秒钟后，投射灯1和投射灯2亮，光伏电池组件对光跟踪，对光跟踪结束时，摆杆由东向西方向移动，即移动1秒停1秒，摆杆不连续移动。

摆杆由东向西方向开始移动时，光伏电池组件对光跟踪，当摆杆到达摆杆极限位置时，摆杆停止移动，光伏电池组件对光跟踪结束时，投射灯熄灭。

2秒钟后，摆杆向东连续移动，到达垂直接近开关位置时，摆杆停止移动，投射灯1和投射灯2亮，光伏电池组件对光跟踪，对光跟踪结束时，投射灯熄灭。

2秒钟后，投射灯1亮1秒熄灭，1秒钟后，投射灯2亮1秒熄灭，自动控制程序结束。

在自动控制状态下，当按下停止按钮或急停按钮时，投射灯熄灭、摆杆和光伏电池组件停止运动。

7.光伏电池组件的输出特性测试

将光伏供电控制单元的选择开关拨向左边时，PLC处在手动控制状态，调节光伏供电装置的摆杆处于垂直状态，调节光伏电池组件正对着投射灯。

（1）点亮投射灯1和灯2，检测光伏电池组件的输出特性。

要求：

调节光伏供电系统的可调变阻器，阻值从0Ω逐渐变化到1000Ω。

记录对应的电压、电流值，填写在答题纸表12所示的光伏电池组件输出的电压、电流值表格中，每次记录的对应的电压值和电流值为一组，记录10组。

（2）点亮投射灯1，检测光伏电池组件的输出特性。

要求：

调节光伏供电系统的可调变阻器，阻值从0Ω逐渐变化到1000Ω。

记录对应的电压、电流值，填写在答题纸表13所示的光伏电池组件输出的电压、电流值表格中，每次记录的对应的电压值和电流值为一组，记录10组。

（3）点亮投射灯1，摆杆向东或向西偏移至限位位置，检测光伏电池组件的输出特性。

要求：

调节光伏供电系统的可调变阻器，阻值从0Ω逐渐变化到1000Ω。

记录对应的电压、电流值，填写在答题纸表14所示的光伏电池组件输出的电压、电流值表格中，每次记录的对应的电压值和电流值为一组，记录10组。

（4）根据表12、表13和表14中记录的数据，在答题纸图8所示的光伏电池组件输出功率曲线坐标图上绘制3条光伏电池组件输出功率曲线，注明每条曲线并标明坐标的参数单位和计量单位。

（5）分析图8的光伏电池组件输出功率曲线：

大赛设备的光伏电池组件在某光照度下输出最大功率，如果光照度增强，如何调节直流负载，使得光伏电池组件仍然输出最大功率。

请在答题纸上叙述。

8.蓄电池的充电测试

用示波器测量充电波形。

任务三：

逆变与负载系统

逆变与负载系统主要由逆变电源控制单元、逆变输出显示单元、DSP核心单元、DC-DC升压单元、全桥逆变单元、变频器、三相交流电机、发光管舞台灯光模块、警示灯、接线排、断路器、网孔架等组成。

1.逆变与负载系统主电路设计

要求：

（1）大赛提供的手提计算机中安装了中望CAD绘图软件，选用该软件中的A3绘图模板，绘制逆变与负载系统主电路图并保存在U盘和手提计算机的桌面，文件名为：

逆变与负载系统电路。

（2）参赛选手可以不调用中望CAD的图库而自行绘图，如图3所示的电气符号供参赛选手参考。

2．器件安装

逆变与负载系统除了逆变电源控制单元、逆变输出显示单元、DSP核心单元、DC-DC升压单元、全桥逆变单元、发光管舞台灯光模块、接线排、断路器已安装完成外，其他部件和设备未安装。

要求：

将变频器、三相交流电机、警示灯安装在逆变与负载系统网孔板内。

3．布线与接线

根据所设计的逆变与负载系统主电路，完成变频器、三相交流电机和警示灯的布线与接线。

要求：

（1）完成变频器接线，接线的线径和颜色要合理，接线要有合理的线标套管。

线标套管号码从B00至B99排列，线标套管号码除同1根导线两端一致外，其余不得重复命名，图9是线标套管号码示意图。

图9线标套管号码示意图

（2）完成三相交流电机接线，接线的线径和颜色要合理，接线要有合理的线标套管，线标套管号码要求与要求

（1）相同。

（3）完成警示灯接线，接线的线径和颜色要合理，接线要有合理的线标套管，线标套管号码要求与要求

（1）相同。

4.逆变与负载系统部分设备和器件的调试

要求：

（1）设置逆变与负载系统的变频器相关参数，操作变频器面板上的相应功能按钮，三相交流电机作变速旋转。

（2）警示灯闪烁。

（3）使用示波器测量逆变器的SPWM波形，截图保存在U盘和手提计算机的桌面，文件名为：

SPWM波形。

（4）设置逆变器输出频率为60Hz，使用示波器测量逆变器的输出频率，截图保存在U盘和手提计算机的桌面，文件名为：

60Hz波形。

（5）设置逆变器输出电压为AC200V，使用示波器测量逆变器的输出电压幅度，截图保存在U盘和手提计算机的桌面，文件名为：

AC200V波形。

（6）示波器的使用与波形分析：

（a）利用示波器的FFT频谱分析功能，检测1μs死区的逆变器输出波形和800ns死区的逆变器输出波形，分别截图保存在U盘和手提计算机的桌面，文件名分别为：

1微秒逆变器输出和FFT波形、800纳秒逆变器输出和FFT波形。

（b）分析利用示波器的FFT频谱分析功能检测的波形，叙述逆变死区时间与逆变器输出电能质量的关系。

任务四：

监控系统

功能要求

（1）正确焊接com1～com5通信线。

图10是线标套管示意图，号码从CC00至CC99排列，不同的导线不得与其他导线的线标套管号码重复命名。

图10通信线线标套管示意图

（2）正确设置通信参数，完成监控系统的通信。

（3）设计监控系统的光源跟踪界面和逆变与负载系统界面，分别显示各自的运行状态参数。

光源跟踪界面参数应包含温度、湿度、光照度等环境参数，光伏电池组件输出电压和电流等与系统相关的信息。

逆变与负载系统界面参数应包含温度、湿度等环境参数，逆变输出电压、电流、幅度、频率、转换效率等与系统相关的信息。

（4）利用光源跟踪界面的按钮可以控制光源跟踪手动或自动相应的动作。

（5）调节逆变与负载系统界面的死区、频率、输出幅度等参数，改变逆变器的工作状态。

（6）设计监控系统的光伏发电采集报表，采集数据不少于8次，3分钟记录一次光伏输出电压、光伏输出电流。

（7）设计光伏电池组件输出特性曲线坐标图，实时采集表12数据并输出相关曲线，并截图保存在监控计算机桌面和U盘，以便查看。

任务五：

职业素养

要求：

（1）现场操作安全保护：

应符合安全操作规程。

（2）操作岗位：

工具摆放、工位整洁、包装物品与导线线头等的处理符合职业岗位标准，节约电气耗材。

（3）团队合作精神：

应有合理地分工，团队配合紧密。

（4）参赛纪律：

参赛选手遵守赛场纪律，尊重赛场工作人员，爱惜赛场的设备和器材。

附录：

图库调用方法

方法一：

（1）打开软件新建一个dwg图纸。

（2）Ctrl+2调出设计中心。

（3）在设计中心的“文件夹”按钮下找到并双击“全国技能大赛图库”文件，此时设计中心右侧出现包括层，块，线型，文字样式等的7个选项。

（4）双击“块”，就出现了150余个已定制的块文件，如图11所示。

（5）拖拽所要选择的块到图纸中，松开鼠标左键，块会出现在模型空间中，点击鼠标左键确定块的插入位置。

方法二：

（1）打开软件新建一个dwg图纸。

（2）打开“全国技能大赛图库”文件。

（3）Ctrl+2调出设计中心，在“打开的图形”下找到“全国技能大赛图库”，双击块选项。

如图11所示。

（4）双击要用到的一些块。

（5）在模型空间中输入插入块命令：

i。

（6）在图块名里选择要插入的块的名称。

选择插入点后（根据需要可设置比例和旋转角度）点插入。

方法三：

（1）打开软件新建一个dwg图纸。

（2）打开“全国技能大赛图库”文件，ctrl+c复制图块，ctrl+v粘贴图块到相应位置。

图11图库