山西职业院校技能大赛
2018年山西省高职院校技能大赛“现代电气控制系统安装与调试”赛项2018年山西省职业院校技能大赛高职组现代电气控制系统安装与调试（总时间：240分钟）工作任务书 （样题） 场次号 工位号 注意事项一、本任务书共11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。请按要求在4个小时内完成以下工作任务：一、按“伺服灌装机系统控制要求”，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“伺服灌装机系统控制要求”，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。伺服灌装机系统控制要求一、系统运行说明在现代社会中，灌装机广泛应用于食品、医药、日化等行业，灌装机产能水平的高低直接关系着产品的质量和生产的效率，要求伺服灌装系统提供更高精度的、更高自动化程度的控制工艺，来不断迎接市场的挑战！该系统由X轴跟随伺服、Y轴灌装步进、主轴传送带、正品检测装置、正品传送带和次品传送带等部分组成。图1 伺服灌装机系统伺服灌装机系统由以下电气控制回路组成：X轴跟随由伺服电机M1驱动，通过丝杠带动滑块来模拟灌装平台的左右移动【伺服电机M1参数设置如下：伺服电机M1旋转一周需要4000个脉冲】。Y轴灌装喷嘴上下移动由步进电机M2驱动【步进电机M2参数设置如下：步进电机M2旋转一周需要2000个脉冲】。主轴传送带由三相异步电机M3驱动【M3由变频器驱动，速度主要由模拟量4-20mA给定，可进行正反转运行，加速时间0.5秒，减速时间0.5秒】，正品传送带由三相异步电机M4驱动【需要考虑过载】，次品传送带由三相异步电机M5驱动【需要考虑过载】。正品检测装置检测瓶装液体灌装是否合格，其体积0-500mL对应模拟量DC 0-10V，合格瓶装液体净含量大于450mL，小于450mL为次品。SQ1到SQ2之间的距离为灌装同步运行期间，此距离与两空物料瓶之间的距离相等。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HMISB1SB4、SA1Q00UCPUCPU314C-2PN/DPCPU 1511M4、M5、SA2HL1HL6FX3U-48MRS7-200Smart6ES7288-1SR40-0AA0CPU 1212C6ES7212-1BE40-0XB0M1、M2、M3、SA3SQ1SQ6FX3U-48MTS7-200Smart6ES7288-1ST30-0AA0CPU 1212C6ES7212-1AE40-0XB04、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、系统控制要求伺服灌装机控制系统设备具备两种工作模式，模式一：调试模式；模式二：自动模式。设备上电后触摸屏显示欢迎界面，点击界面任一位置，触摸屏即进入启动选择画面。1、启动选择画面要求启动选择画面（如图2所示），选择“调试模式”，弹出“用户登入”窗口（如图3所示），用户名下拉选“负责人”，输入密码“123”方可进入“调试模式界面”，密码错误不能进入画面，调试完成后自动返回启动画面（也可在调试过程点击按钮返回）。选择“自动模式”，弹出“用户登入”窗口，用户名下拉选“操作员”，输入密码“456”方可进入“自动运行模式”画面，密码错误不能进入画面。图2 启动选择画面 图3 用户登录界面2、调试模式触摸屏进入调试画面后，设备进入调试模式后，触摸屏出现调试画面，如图4所示。通过点击下拉框，随意选择需调试的电机，并且当前电机指示灯亮，按下SB1按钮，选中的电机按下述要求进行调试运行。没有调试顺序要求，每个电机调试完成后，对应的指示灯熄灭。图4 调试模式参考画面（1）X轴跟随伺服电机M1调试过程X轴跟随伺服电机M1安装在丝杠位置上，（滑块模拟灌装喷嘴）安装示意图如图6所示。初始状态断电手动调节回原点SQ3，按钮SB1实现正向点动运转功能，按钮SB3实现反向点动运转功能；选择开关SA1指定2个速度选择，SA1接通时速度要求为4mm/s，SA1断开时速度要求为12mm/s。在按下SB1或SB2实现点动运转时，应允许切换SA1，改变当前运转速度。调试中按下SB2后，伺服电机自动回原点SQ3，M1电机调试结束。M1电机调试过程中，HL1以2Hz闪烁，停止时HL1常亮。触摸屏上滑动条位置刻度与实物钢尺相同（单位：厘米），显示实物滑动块当前位置。图5 伺服电机安装示意图（2）灌装步进电机M2调试过程灌装步进电机M2不需要安装在丝杠位置上。按下启动按钮SB1后，步进电机M2以30r/min的速度正转5s-停2s-反转5s-停2s的周期一直运行，按下停止按钮SB2，步进电机M2停止。M2电机调试过程中，HL2以亮2S灭1S的周期闪烁。（3）传送带电机M3（变频电机）调试过程按下SB1按钮，M3电机以正转15Hz（运行3秒）-反转20Hz（运行2秒） -正转15Hz（运行3秒）-反转20Hz（运行2秒）的周期一直运行。【注：M3电机速度由PLC模拟量4-20mA给定。】整个过程中按下停止按钮SB2，M3电机停止。电机M3调试过程中，HL2以亮2S灭1S的周期闪烁。（4）正品传送带电机M4调试过程按下SB1按钮，电机M4启动，3秒后M4停止，2秒后又自动启动，按此周期反复运行，可随时按下SB2停止。电机M4调试过程中， HL2以2.5Hz闪烁。（5）次品传送带电机M5调试过程按下启动按钮SB1后，延时5秒后次品传送带电机M5才启动运行，按下停止按钮SB2后，次品传送带电机M5延时3秒后才停止，次品传送带电机M5调试结束。M5电机调试过程中，HL2以1Hz闪烁。所有电机（M1M5）调试完成后将自动返回启动选择界面。在未调试结束前，单台电机可以反复调试。调试过程不要切换选择调试电机。2、自动模式操作员登陆设备“进入自动模式”，触摸屏进入自动模式画面，如图7所示，触摸屏画面主要包含：自动切换进入到自动运行模式后，触摸屏随即进入自动运行模式画面，自动运行模式画面请参考图6所示，主要包含：各个电机的工作状态指示灯、返回启动选择画面按钮、设定主轴传送带速度、设定灌装物料瓶个数、显示跟随轴速度、显示合格灌装液体瓶数量、显示不合格灌装液体瓶数量等信息。图6 自动运行模式参考画面伺服灌装机系统工艺流程与控制要求：（1） 系统初始化状态自动模式时初始状态：开关SQ1SQ6常开、所有电机（M1M5）停止，SA2检测有液体。触摸屏上主轴传送带速度设定范围2.05.0mm/s(设定比例V=0.5*f)。自动运行前手动将丝杠滑块移动到SQ3位置。（2）自动运行过程设定灌装物料瓶个数和主轴传送带速度后，按下自动模式启动按钮SB3,设备运行指示灯HL3闪烁（0.5Hz），当进料传感器SQ6初始检测到有空物料瓶进入主轴传送带，则HL3常亮。主轴传送带电机M3正转启动，同时X轴跟随伺服M1以2.5r/s的速度运行至SQ2处（SQ2-SQ1区间为同步区间），此时灌装喷嘴追上空物料瓶，然后灌装喷嘴向下移动，即步进电机M2以3r/s的速度正转3r停止，停止期间开始向物料瓶灌装液体，HL4以2Hz频率闪烁，代表液体正在灌装；当M1电机运行到SQ1位置时，灌装液体结束，HL4指示灯灭，主轴传送带电机M3停止，反转3r后停止，然后M1电机以3r/s的速度高速运行至SQ2处，然后为下一个空物料瓶灌装液体，依上述流程循环运行，直到需灌装物料瓶数数量为0，M1电机回到SQ3位置，系统停止（运行期间可增加需灌装瓶数量），HL5常亮。M1电机在运行至SQ2期间，正品检测装置开始检测合格瓶装液体，并在触摸屏上显示合格和不合格数量。若瓶装液体合格就启动正品传送带电机M4，M4运行5s后停止；否则机械手抓到次品传送带，次品传送带电机M5启动运行5s后停止。（3）停止操作系统自动运行过程中，按下自动模式停止按钮SB4，系统完成当前这一个物料瓶灌装后，若有剩余需要灌装的空物料瓶，M1电机在SQ1位置停止；否则，M1电机回到SQ3位置停止，当停止后再次启动运行，系统保持上次运行的记录。系统发生急停事件按下急停按钮时(SA3被切断)，系统立即停止。急停恢复后（SA3被接通），再次按下SB1，系统自动从之前状态启动运行。3、非正常情况处理当SA2检测不到液体，系统停止，触摸屏中自动弹出报警画面“储液罐无液体，请加入液体”；当SA2检测有信号时，报警画面自动解除。11
