現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試”賽題B題

1、2016年全國高職院校技能大賽“現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試”賽項(xiàng)2016年全國職業(yè)院校技能大賽現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試（B題）工作任務(wù)書 （總時間：240分鐘） 場次號 工位號 注意事項(xiàng)一、本任務(wù)書共14頁，如出現(xiàn)缺頁、字跡不清等問題，請及時向裁判示意，進(jìn)行任務(wù)書的更換。二、在完成工作任務(wù)的全過程中，嚴(yán)格遵守電氣安裝和電氣維修的安全操作規(guī)程。電氣安裝中，低壓電器安裝按電氣裝置安裝工程低壓電器施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50254-96）驗(yàn)收。三、不得擅自更改設(shè)備已有器件位置和線路，若現(xiàn)場設(shè)備安裝調(diào)試有疑問，須經(jīng)設(shè)計(jì)人員（賽場評委）同意后方可修改。四、競賽過程中，參賽選手認(rèn)定競賽設(shè)備的器件有故障，可提

2、出更換，器件經(jīng)現(xiàn)場裁判測定完好屬參賽選手誤判時，每次扣參賽隊(duì)3分；若因人為操作損壞器件，酌情扣5-10分；后果嚴(yán)重者（如導(dǎo)致PLC、變頻器、伺服等燒壞），本次競賽成績計(jì)0分。五、所編PLC、觸摸屏等程序必須保存到計(jì)算機(jī)的“D: 場次號-工位號”文件夾下，場次號和工位號以現(xiàn)場抽簽為準(zhǔn)。六、參賽選手在完成工作任務(wù)的過程中，不得在任何地方標(biāo)注學(xué)校名稱、選手姓名等信息。七、比賽結(jié)束后，參賽選手需要將任務(wù)書以及現(xiàn)場發(fā)放的圖紙、資料、草稿紙等材料一并上交，不得帶離考場。請按要求在4個小時內(nèi)完成以下工作任務(wù)：一、按“平面?zhèn)}庫系統(tǒng)”控制要求，設(shè)計(jì)電氣控制原理圖，制定相應(yīng)的I/O分配表，并按圖完成器件選型計(jì)算、

3、器件安裝、電路連接（含主電路）和相關(guān)元件參數(shù)設(shè)置。二、按“平面?zhèn)}庫系統(tǒng)”控制要求，編寫PLC程序及觸摸屏程序，完成后下載至設(shè)備PLC及觸摸屏，并調(diào)試該電氣控制系統(tǒng)達(dá)到控制要求。三、根據(jù)賽場設(shè)備上所提供的故障考核裝置，參考X62W銑床電氣原理圖，排除機(jī)床電氣控制電路板上所設(shè)置的故障，使該電路能正常工作，同時完成維修工作票。本次工作任務(wù)請?jiān)赮L-158GA1型現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)考核裝置上完成，該裝置的結(jié)構(gòu)介紹及使用方法請參考用戶說明書。操作過程中，須遵守安全操作規(guī)程和職業(yè)素養(yǎng)要求的相關(guān)規(guī)定。平面?zhèn)}庫控制系統(tǒng)一、系統(tǒng)運(yùn)行說明某平面?zhèn)}庫的結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)（其主要由）傳送帶、機(jī)器手、運(yùn)料

4、小車、推料氣缸和一套平面?zhèn)}庫等組成。圖1 平面?zhèn)}庫結(jié)構(gòu)圖平面?zhèn)}庫系統(tǒng)的運(yùn)行過程如下：開始運(yùn)行時，人工將貨物從進(jìn)貨區(qū)放至傳送帶1上，當(dāng)SQ1檢測到貨物之后，由電機(jī)M1帶動傳送帶1將貨物運(yùn)送至SQ2位置，期間需要對貨物類型進(jìn)行檢測，根據(jù)貨物類型檢測到的結(jié)果（用控制柜正面的010V電壓模擬貨物類型），將貨物分成A、B、C三種（04V為A貨，47V為B貨，710V為C貨）；由機(jī)械手臂抓起貨物，并根據(jù)貨物類型檢測結(jié)果決定將貨物放至運(yùn)料小車或者傳送帶2；平面?zhèn)}庫包括三個倉位，運(yùn)動送料小車將貨物運(yùn)送至相應(yīng)的倉位后，小車上的氣缸將貨物推進(jìn)倉位。送料小車的初始位置在SQ12處的倉位。如圖1所示，每個倉位配有一個

5、位置檢測傳感器（SQ11SQ13），且每一個倉位存放貨物的順序需按照A、B、C的順序依次存放，送料小車應(yīng)按照從左往右（倉位1-倉位2-倉位3）的順序進(jìn)行送料；如果貨物類型檢測傳感器檢測到的貨物不滿足各個倉位存放貨物的要求，由機(jī)械手將該貨物抓取后送至傳送帶2送回返貨區(qū)。平面?zhèn)}庫控制系統(tǒng)主要由以下電氣控制回路組成：傳送帶1由電機(jī)M1驅(qū)動【M1為三相異步電機(jī)，只進(jìn)行單向正轉(zhuǎn)運(yùn)行，要求能進(jìn)行Y-降壓起動，起動時間為3秒，并且需要設(shè)有過載保護(hù)，熱繼電器的整定電流設(shè)置為0.4A】；機(jī)器手底盤旋轉(zhuǎn)由電機(jī)M2驅(qū)動【M2為伺服電機(jī)，要求伺服電機(jī)能進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)則機(jī)械手底盤向左旋轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)則機(jī)械

6、手底盤向右旋轉(zhuǎn)；伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)置如下：伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周需要1000個脈沖，伺服電機(jī)通過齒輪減速器帶動機(jī)械手底盤旋轉(zhuǎn)，減速比為24:1】；送料小車由電機(jī)M3驅(qū)動【M3為步進(jìn)電機(jī)，要求步進(jìn)電機(jī)能進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)參數(shù)設(shè)置如下：步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周需要2000個脈沖，已知直線導(dǎo)軌的螺距為4mm，并使用旋轉(zhuǎn)編碼器對小車位置進(jìn)行檢測】；傳送帶2由電機(jī)M4驅(qū)動【M4為三相異步電機(jī)，由變頻器驅(qū)動，要求變頻器速度由PLC輸出模擬量電壓進(jìn)行給定，已知傳送帶2的速度v與變頻器的運(yùn)行頻率f之間的關(guān)系為：v=0.2×f，傳送帶2的速度需要從觸摸屏設(shè)定，M4從0mm/s加速到5mm/s需要用時1秒，從5mm/

7、s減速到0mm/s需要用時0.5秒】。機(jī)械手夾緊氣缸YV1、小車上推料氣缸YV2由PLC數(shù)字量輸出點(diǎn)控制，機(jī)械手夾緊氣缸置位則夾緊，復(fù)位則松開；推料氣缸置位則推出，復(fù)位則返回。系統(tǒng)輸入應(yīng)包含以下各點(diǎn)：傳送帶1、2的位置傳感器SQ1SQ4（使用控制柜正面的行程開關(guān)模擬）；送料電動機(jī)M3位置檢測傳感器SQ11、SQ12、SQ13，左右極限位保護(hù)傳感器SQ14和SQ15，編碼器（雙相計(jì)數(shù)）；調(diào)試/自動運(yùn)行模式切換開關(guān)（用控制柜正面SA1模擬），調(diào)試啟動按鈕SB4、調(diào)試停止按鈕SB1，自動運(yùn)行啟動按鈕SB5、自動運(yùn)行停止按鈕SB2，貨物類型確認(rèn)按鈕SB3（所有按鈕SB請使用控制柜正面元件）和急停按鈕（

8、由控制柜正面的SA2模擬）。貨物檢測傳感器SQ16（用控制柜正面的SA3來模擬，SA3位于右檔位時代表傳感器有信號），推料氣缸動作過程用延時3秒代替；由鉑電阻模擬電機(jī)M1的溫度，由溫控器顯示溫度，溫控器輸出接點(diǎn)給PLC。系統(tǒng)的輸出指示燈應(yīng)該包含：系統(tǒng)停止指示燈（紅燈HL1）、系統(tǒng)調(diào)試指示燈（紅燈HL2）、系統(tǒng)運(yùn)行指示燈（綠燈HL4）。所有的指示燈請使用控制柜正面元件。二、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1、本系統(tǒng)使用三臺PLC，網(wǎng)絡(luò)指定QCPU/S7-300/S7-1500為主站，2臺FX3U/S7-200Smart/S7-1200為從站，分別以CC_Link或工業(yè)以太網(wǎng)的形式組網(wǎng)。具體配置見表1。2、MCG

9、S觸摸屏應(yīng)連接到系統(tǒng)中主站PLC上（三菱系統(tǒng)中觸摸屏連接到QPLC的RS232端口；西門子系統(tǒng)中觸摸屏連接到S7-300/S7-1500的以太網(wǎng)端口，不允許連接到交換機(jī)）。3、電機(jī)控制、部分I/O、HMI與PLC組合分配方案見表1，其余自行定義。表1 PLC、HMI及I/O配置方案 三菱Q+FX3U系列方案西門子S7-300 +S7-200Smart方案西門子S7-1500 +S7-1200方案HMI、YV1、YV2Q00UCPUCPU314C-2PN/DPCPU 1511-1 PNM1、M4、SA1SA3FX3U-32MRS7-200Smart6ES7288-1SR40-0AA0CPU 12

10、12C6ES7212-1BE40-0XB0M2、M3、SB1SB5、FX3U-32MTS7-200Smart6ES7288-1ST30-0AA0CPU 1212C6ES7212-1AE40-0XB04、 根據(jù)本控制要求設(shè)計(jì)電氣控制原理圖，根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路圖連接電路（不允許借用機(jī)床考核單元電氣回路）。把系統(tǒng)電氣原理圖、各PLC的I/O接線圖在標(biāo)準(zhǔn)圖紙上，并填寫I/O分配表，在“設(shè)計(jì)”欄中填入選手工位號，在“制圖”欄中填入PLC品牌型號。 5、本次工作任務(wù)中用到的主要器件（如各個PLC和變頻器）已安裝好，部分線路也已經(jīng)安裝好（參見實(shí)物），選手不得擅自更改設(shè)備中已有器件的位置和線路。其余器件的安裝位

11、置請自行定義。三、系統(tǒng)控制要求平面?zhèn)}庫系統(tǒng)設(shè)備設(shè)有兩種工作模式，模式一：調(diào)試模式；模式二：自動運(yùn)行模式。系統(tǒng)工作模式由運(yùn)行模式切換開關(guān)SA1（控制柜反面）選取。設(shè)備上電后觸摸屏首先進(jìn)入登錄畫面?？刂乒裾娴募t色指示燈HL1以0.5Hz頻率閃爍點(diǎn)亮，表示系統(tǒng)上電。若連續(xù)15秒未對觸摸屏進(jìn)行任何操作，則觸摸屏自動進(jìn)入待機(jī)畫面，即屏幕進(jìn)入休眠狀態(tài)，直到再次點(diǎn)擊觸摸屏。1、觸摸屏登錄畫面要求登錄畫面如圖2所示。點(diǎn)擊“用戶登錄”按鈕，彈出用戶登錄窗口如圖3所示，登錄畫面中用戶名為admin，密碼為123。如輸入有錯，畫面上應(yīng)彈出“密碼輸入錯誤，是否重新輸入”的提示框，點(diǎn)擊提示框中的“是”，用戶可重新登錄

12、，點(diǎn)擊提示框中的“否”，返回登錄畫面。點(diǎn)擊“重新啟動”按鈕，觸摸屏重新啟動進(jìn)入登錄畫面。登錄后系統(tǒng)自動進(jìn)入相應(yīng)畫面：當(dāng)SA1在左擋位時，畫面進(jìn)入“調(diào)試模式”；當(dāng)SA1在右擋位時，畫面進(jìn)入“自動運(yùn)行模式”。系統(tǒng)要求進(jìn)入自動運(yùn)行模式之前，需首先進(jìn)行調(diào)試。圖2 登錄畫面圖3 用戶登錄窗口2、調(diào)試模式設(shè)備進(jìn)入調(diào)試模式后，觸摸屏切換至調(diào)試畫面，觸摸屏畫面設(shè)計(jì)可參考圖4。觸摸屏進(jìn)入調(diào)試畫面后，控制柜正面的紅色指示燈HL1熄滅，綠色指示燈HL4保持0.5Hz頻率閃爍，直到調(diào)試模式結(jié)束。通過按下“選擇調(diào)試按鈕”，可依次選擇需要調(diào)試的電機(jī)M1M4，觸摸屏中對應(yīng)電機(jī)指示燈亮。按下控制柜正面綠色按鈕SB4，選中的電

13、機(jī)將進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。圖4調(diào)試畫面示意圖（1）傳送帶1驅(qū)動電機(jī)M1調(diào)試過程按下SB4按鈕，電機(jī)M1以3秒間隔進(jìn)行Y型運(yùn)行-型運(yùn)行-停止- Y型運(yùn)行-型運(yùn)行-停止-.狀態(tài)循環(huán)切換，電機(jī)M1在Y型運(yùn)行時， HL2以2Hz閃爍點(diǎn)亮，M1在型運(yùn)行時，HL2長亮，M1停止時，HL2熄滅。按下停止按鈕SB1，M1停止，HL2滅。（2）機(jī)器手底盤旋轉(zhuǎn)電機(jī)M2調(diào)試過程首先在觸摸屏中設(shè)置機(jī)械手底盤的旋轉(zhuǎn)速度（速度取整數(shù)，設(shè)定范圍為38°/s），再設(shè)定機(jī)械手底盤的正向（向左）旋轉(zhuǎn)角度（取整數(shù)，設(shè)定范圍為60°120°），按下SB4，伺服電機(jī)M2按照設(shè)定的速度正向旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度（需要考慮減速

14、比24:1），2秒后再反向旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度回到初始位置；然后再次在觸摸屏中設(shè)置機(jī)械手底盤的反向（向右）旋轉(zhuǎn)角度（取整數(shù)，設(shè)定范圍為60°120°），按下SB4，伺服電機(jī)M2按照設(shè)定的速度反向旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，2秒后再正向旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度回到初始位置；再次按下SB4，伺服電機(jī)首先帶動機(jī)械手底盤正向旋轉(zhuǎn)角度，2秒后反向旋轉(zhuǎn)角度，再過2秒后反向旋轉(zhuǎn)角度，再過2秒后正向旋轉(zhuǎn)角度。電機(jī)M2運(yùn)行過程中，可隨時按下SB1使M2停止，再次按下SB4，電機(jī)M2繼續(xù)完成未完成的動作。M2在調(diào)試過程中，HL2紅燈長亮。（3）送料小車驅(qū)動電機(jī)M3調(diào)試過程送料小車電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。電機(jī)M3調(diào)試前，送料小

15、車在SQ11與SQ13之間的任意位置。首先在觸摸屏上設(shè)置送料小車的速度（設(shè)定范圍為4.012.0mm/s，精確到小數(shù)點(diǎn)后一位），按一下SB4按鈕，步進(jìn)電機(jī)M3帶動送料小車左行至SQ11，停2秒后再向右運(yùn)行至SQ12（此時小車所在的位置為初始位置，系統(tǒng)將編碼器中的數(shù)值清零）。然后，再次按下SB4，送料小車將按照以下順序循環(huán)運(yùn)行：右運(yùn)行至SQ13停2秒-左行至SQ12停2秒-左行至SQ11停2秒-右行至SQ12停2秒-右行至SQ13停2秒-；M3運(yùn)行過程中，隨時按下SB1，小車停止，此時可以使用觸摸屏中的“送料小車復(fù)位”按鈕控制送料小車返回初始位置（即無論送料小車停在哪個位置，按下觸摸屏中的“送料

16、小車復(fù)位”按鈕，送料小車都將直接返回至初始位置SQ12處）。在調(diào)試過程中，HL2紅燈以1Hz閃爍點(diǎn)亮。此外，要求在觸摸屏中顯示送料小車的當(dāng)前位置（單位為mm，精確到小數(shù)點(diǎn)后一位），并要求有動畫演示效果。圖5 送料小車電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖此外，在M3電機(jī)移動過程中檢測左右硬限位SQ14和SQ15。即小車左移時，SQ14檢測有信號，小車停止；小車右移時，SQ15檢測有信號，小車停止。（4）傳送帶2驅(qū)動電動機(jī)M4調(diào)試過程首先在觸摸屏中設(shè)置傳送帶2的速度（速度v的范圍4.06.0mm/s，精確到小數(shù)點(diǎn)后1位）；然后按下SB4按鈕，M4電動機(jī)按照所設(shè)置的速度正向點(diǎn)動運(yùn)行；M4電機(jī)調(diào)試過程中， HL2以5Hz閃

17、爍。所有電機(jī)（M1M4）調(diào)試完成后，將SA1旋至右檔位，系統(tǒng)進(jìn)入到自動運(yùn)行模式。在未進(jìn)入自動運(yùn)行模式時，單臺電機(jī)可以反復(fù)調(diào)試。3、自動運(yùn)行模式系統(tǒng)切換到自動運(yùn)行模式后，觸摸屏也隨之進(jìn)入自動運(yùn)行模式畫面（參見圖6），畫面自行設(shè)計(jì)。畫面設(shè)計(jì)要求：觸摸屏有倉庫顯示區(qū)，顯示每個倉位內(nèi)A、B、C三種貨物的數(shù)量；有倉位關(guān)閉設(shè)定區(qū)，可以選擇將對應(yīng)倉位關(guān)閉；有參數(shù)顯示區(qū)，可以顯示當(dāng)前貨物類型、機(jī)械手底盤方向、送料小車的當(dāng)前位置、貨物類型傳感器的實(shí)時電壓值；有參數(shù)設(shè)定區(qū)，可以對機(jī)械手底盤速度、送料小車速度、傳送帶2速度進(jìn)行設(shè)定（設(shè)定范圍與調(diào)試模式下相同）。圖6 自動運(yùn)行模式參考畫面平面?zhèn)}庫自動運(yùn)行時工藝流程與控

18、制要求：（1）系統(tǒng)初始化狀態(tài)小車處于原點(diǎn)（中間位置SQ12），小車內(nèi)無貨物（SQ16檢測），機(jī)器手處于原始位置。（2）運(yùn)行操作按下自動運(yùn)行啟動按鈕SB5，系統(tǒng)開始運(yùn)行，指示燈HL4長亮； 上貨與分揀工作流程：將貨物從進(jìn)貨區(qū)放至傳送帶1，當(dāng)SQ1檢測到貨物時，電機(jī)M1開始降壓起動；貨物經(jīng)由傳送帶1被送至SQ2處，期間經(jīng)過貨物類型傳感器時，觸摸屏中顯示貨物類型傳感器電壓值，按下按鈕SB3，則確認(rèn)貨物類型，并在觸摸屏上顯示；當(dāng)SQ2檢測到貨物時，電機(jī)M1停止；然后等待3秒，期間機(jī)械手將貨物抓起，根據(jù)入庫存放規(guī)則決定將貨物抓放至送料小車或者是傳送帶2；入庫存放規(guī)則：每個倉位存放貨物的順序?yàn)椋阂来未嫒階

19、、B、C、A、B、C.；選擇倉位的順序?yàn)椋簜}位1、倉位2、倉位3，放滿為止；每個倉位最多放6個貨物；檢測到的貨物不滿足上述入庫存放規(guī)則，由機(jī)械手將該貨物抓取至傳送帶2送回返貨區(qū)。入庫工作流程：系統(tǒng)初始狀態(tài)下，所有倉位都無貨，則若第一個貨物經(jīng)由貨物類型檢測傳感器檢測為A類貨物，當(dāng)M1電機(jī)停止后，等待3秒（期間機(jī)械手將貨物夾起），然后機(jī)械手底盤向左旋轉(zhuǎn)角度（的值取“調(diào)試模式”下的設(shè)定值），旋轉(zhuǎn)到位后再等待3秒（期間機(jī)械手將貨物放至在送料小車上）；當(dāng)小車上的貨物檢測傳感器SQ16檢測到信號時，等待3秒（期間機(jī)械手臂提起），然后機(jī)械手底盤向右旋轉(zhuǎn)角度回原位，同時送料小車向左行駛將貨物送至SQ11（倉位

20、1），到達(dá)SQ11位置時，再等待3秒（表示推料氣缸已動作將貨物推送至倉位），此時觸摸屏中倉位1中的A貨物數(shù)量變成1；然后送料小車向右行駛返回至初始位置SQ12處。若第二個貨物被檢測是A類貨物時，則按照以上流程將貨物放至送料小車，再由送料小車將該貨物送至SQ12（倉位2）存放。若第二個貨物被檢測是B類貨物時，則按照以上流程將貨物放至送料小車，再由送料小車將該貨物送至SQ11（倉位1）存放。若第二個貨物是C類貨物，則機(jī)械手將貨物夾起并向右旋轉(zhuǎn)角度（的值取“調(diào)試模式”下的設(shè)定值），將貨物放至在SQ3處，傳送帶2電機(jī)M4啟動運(yùn)行，將該貨物送回至返貨區(qū)，SQ4動作，傳送帶2電機(jī)M4停止。以此類推，直至所有倉位裝滿。觸摸屏中“倉位關(guān)閉設(shè)定”：工作過程中，可以在觸摸屏“倉位關(guān)閉設(shè)