2019年山東省職業院校技能大賽現代電氣控制系統安裝與調試賽項

2019年山東省職業院校技能大賽

現代電氣控制系統安裝與調試

（總時間：240分鐘）

工

作

任

務

書

場次號工位號

1

2019年山東省職業院校技能大賽現代電氣控制系統安裝與調試賽項

注意事項

一、本任務書共18頁，另有維修工作票及排故機床電氣原理

圖2頁、I/O分配表2頁和A3版空白圖紙2頁、器件參數表1頁等。

如出現缺頁、字跡不清等問題，請及時向裁判示意，進行任務書

的更換。

二、在完成工作任務的全過程中，嚴格遵守電氣安裝和電氣

維修的安全操作規程。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收規范（GB50254-96）》驗收。

三、不得擅自更改設備已有器件位置和線路，若現場設備安

裝調試有疑問，須經設計人員（賽場評委）同意后方可修改。

四、競賽過程中，參賽選手認定競賽設備的器件有故障，可

提出更換，器件經現場裁判測定完好屬參賽選手誤判時，每次扣

參賽隊1分；若因人為操作損壞器件，扣5-10分；后果嚴重者

（如導致PLC、變頻器、伺服等燒壞），本次競賽成績計0分。

五、所編PLC、觸摸屏等程序必須保存到計算機的“D:\場

次號-工位號”文件夾下，場次號和工位號以現場抽簽為準。

六、參賽選手在完成工作任務的過程中，不得在任何地方標

注學校名稱、選手姓名等信息。

七、比賽結束后，參賽選手需要將任務書以及現場發放的圖

紙、資料、草稿紙等材料一并上交，不得帶離考場。

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請按要求在4個小時內完成以下工作任務：

一、按“混料罐系統控制要求”，設計電氣控制原理圖，制

定相應的I/O分配表，并按圖完成器件選型計算、器件安裝、電

路連接（含主電路）和相關元件參數設置。

二、按“混料罐系統控制要求”，編寫PLC程序及觸摸屏

程序，完成后下載至設備PLC及觸摸屏，并調試該電氣控制系

統達到控制要求。

三、根據賽場設備上所提供的故障考核裝置，參考X62W

銑床電氣原理圖，排除機床電氣控制電路板上所設置的故障，使

該電路能正常工作，同時完成維修工作票。

本次工作任務請在YL-158GA1型現代電氣控制系統安裝與

調試實訓考核裝置上完成，該裝置的結構介紹及使用方法請參考

用戶說明書。

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一、系統運行說明

在煉油、化工、制藥、水處理等行業中,將不同液體混合是必不

可少的工序,而且這些行業中多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質,不

適合人工現場操作。本混料罐系統借助PLC來控制混料罐,對提高企

業生產和管理自動化水平有很大的幫助,同時又提高了生產效率、使

用壽命和質量,減少了企業產品質量的波動。

M4混料泵

SQ1

SQ2

原

料SQ3出

1M1料

原M3

料液料罐

2

M2

圖1混料罐系統

混料罐控制系統由以下電氣控制回路組成：

進料泵1由電機M1驅動【M1為雙速電機，即可以低速運行又

可以高速運行運行，需要考慮過載保護；低速的熱繼電器整定電流

為0.3A，高速的熱繼電器整定電流為0.4A】；

進料泵2由電機M2驅動【M2為三相異步電動機由變頻器調速，

速度由模擬量給定，加速時間1.2秒,減速時間0.5秒】；

出料閥由電機M3驅動【M3步進電機，正轉為打開出料閥，反

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轉關閉；步進電機參數設置為1000個脈沖/圈、使用自動半流功能；

步進電機不管正轉還是反轉，速度均為1R/S】；

混料泵由電機M4驅動【M4為三相異步電機，既可以正轉也可

以反轉，不需要考慮過載保護】；

液料罐中的液位由M5電機通過絲杠帶動滑塊來模擬【M5為伺

服電機；伺服電機參數設置如下：伺服電機旋轉一周需要2600個脈

沖】。

注意：本任務書中混料罐最多可裝1500L溶液，滑塊的位置應

與混料罐中溶液的容積呈線性比例滑動，以滑塊左側輪廓為準，10cm

處為0L，（N）cm處為1500L，N的值由調試時確定。設備使用溫

度傳感器來檢測罐中溶液的溫度，檢測的范圍為0~100攝氏度，使

用控制柜正面的0~10V電壓源模擬，電壓源必須接電壓表檢測電壓

源輸出的電壓值。

電機旋轉以順時針旋轉為正向，逆時針旋轉為反向。

所有的按鈕、轉換開關、指示燈請使用控制柜正面元件。

二、系統設計要求

1、本系統使用三臺PLC，網絡指定Q00UCPU/S7-300/S7-1500

為主站，2臺FX3U/S7-200Smart/S7-1200為從站，分別以CC_Link

或工業以太網的形式組網。

2、MCGS觸摸屏應連接到系統中主站PLC上（三菱系統中觸摸

屏連接到QPLC的RS232端口；西門子系統中觸摸屏連接到

S7-300/S7-1500的以太網端口，不允許連接到交換機）。

3、電機控制、I/O、HMI與PLC組合分配方案（其余自行定義）：

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方案三菱Q系列西門子S7-300西門子S7-1500+S7-1200

電機+FX3U系列方案+S7-200Smart方案方案

HMI

Q00UCPUS7-300CPU1511

M3、M5

SQ14～SQ15S7-200SmartCPU1212C

FX3U-32MT

SB4、SB5、SA16ES7288-1ST30-0AA06ES7212-1AE40-0XB0

編碼器

M1、M2、M4

HL1、HL2、HL3、S7-200SmartCPU1212C

FX3U-32MR

HL46ES7288-1SR40-0AA06ES7212-1BE40-0XB0

SB1~SB3

4、根據本說明書控制要求，設計電氣控制原理圖，根據所設計

的電路圖連接電路，不允許借用機床考核單元電氣回路。在標準圖

紙上繪制5臺電動機主電路，以及3臺PLC電氣原理圖，并標

注I/O定義功能和變頻器、伺服驅動器、步進驅動器、熱繼電器主要

參數及功能。在設計欄填寫工位信息。

5、三臺PLC和變頻器安裝位置要求如圖2所示。不允許自行定

義位置，不得擅自更改設備已有器件位置和線路，其余器件位置自

行定義。

從站一：三菱FX3U-32MT/西

門子S7-200Smart

（6ES7288-1ST30-0AA0）/西

門子CPU1212C

（6ES7212-1AE40-0XB0）

變頻器：三菱FR-E740/西門子

MM420(G120C)

（a）正面

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從站二：三菱FX3U-32MR/西門

子S7-200Smart

（6ES7288-1SR40-0AA0）/西

門子CPU1212C

（6ES7212-1BE40-0XB0）

從站：三菱FX3U-32MR/西門子

S7-200Smart

（6ES7288-1SR40-0AA0）/西

主站：三菱Q00UCPU/西門子

門子CPU1212C

S7-300

（6ES7212-1BE40-0XB0）

/西門子S7-1500

（b）背面

圖2PLC和變頻器安裝位置示意圖

三、系統控制要求

混料罐控制系統具備三種工作模式，模式一：通信測試模式；模

式二：設備調試模式；模式三：運行模式。

設備上電后觸摸屏首先顯示用戶登錄界面；當選擇用戶名Admin

及輸入正確密碼“2019”后，觸摸屏即進入模式選擇界面如圖4所

示，此時可以選擇進入任意一種模式；當選擇用戶名User及輸入正

確密碼（密碼為工位號）后，觸摸屏只能進入自動運行模式。當輸

入密碼錯誤時，彈出密碼錯誤提示對話框。

圖3用戶登錄界面

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圖4模式選擇界面

在已經正確登錄用戶Admin的條件下，在模式選擇界面上點擊觸

摸屏【通訊測試模式】鍵，可進入通訊測試模式界面；點擊【調試

模式】鍵可進入設備調試模式界面；點擊【運行模式】可進入運行

模式界面。若只登錄了用戶User，則只能進入運行模式；若未登錄

用戶則不能進入任何模式。在只登錄了用戶User的情況下點擊觸摸

屏上【通訊測試模式】鍵、【調試模式】鍵或未登錄任何用戶的情

況下點擊觸摸屏上【通訊測試模式】鍵、【調試模式】鍵、【運行

模式】鍵則不能進入相應的界面，同時在“信息提示區”彈出文字

提示文字“登錄不正確，請檢查！”。

在模式選擇界面上也可以點擊【系統登錄】鍵，觸摸屏彈出圖3

所示用戶登錄對話框進行用戶登錄。

1.通訊測試模式

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圖5通訊測試界面

在此模式下檢測觸摸屏與三臺PLC之間、主站PLC和從站PLC

之間的通訊狀態，觸摸屏界面如圖5所示。

測試前必須將三臺PLC上電且處于運行狀態，每一臺PLC均需

要分配一個輸出點，作為通信測試燈，此測試指示燈無需接線但需

要在你設計的電氣原理圖上加以標注。

測試時必須將SA1置于左位，先進行觸摸屏與三臺PLC之間的

通訊測試。測試過程如下：

（1）在通訊測試界面上“觸摸屏與PLC通訊測試”區域中“觸

摸屏與主站通訊測試”右側的輸入框中輸入數字“11”，主站PLC

上通訊測試燈亮，輸入其他任意數字該通訊測試燈滅。

（2）在通訊測試界面上“觸摸屏與PLC通訊測試”區域中“觸

摸屏與從站1通訊測試”右側的輸入框中輸入數字“12”，從站1PLC

上通訊測試燈亮，輸入其他任意數字該通訊測試燈滅。

（3）在通訊測試界面上“觸摸屏與PLC通訊測試”區域中“觸

摸屏與從站2通訊測試”右側的輸入框中輸入數字“13”，從站2PLC

上通訊測試燈亮，輸入其他任意數字該通訊測試燈滅。

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完成觸摸屏與三臺PLC之間的通訊測試后，將SA1置于右側可

以進行三臺PLC之間的通訊測試，測試過程如下：

（1）主站PLC與從站1PLC通訊測試：按下按鈕SB4，主站PLC

通訊測試燈亮、觸摸屏上“三臺PLC之間測試”區域的“主站與從

站1通訊測試”文本框背景色由白色變為黃色；再次按下按鈕SB4，

主站PLC通訊測試燈滅、觸摸屏上“三臺PLC之間測試”區域的“主

站與從站1通訊測試”文本框背景色由黃色恢復為白色。

（2）主站PLC與從站2PLC通訊測試：按下按鈕SB1，主站PLC

通訊測試燈亮、觸摸屏上“三臺PLC之間測試”區域的“主站與從

站2通訊測試”文本框背景色由白色變為黃色；再次按下按鈕SB1，

主站PLC通訊測試燈滅、觸摸屏上“三臺PLC之間測試”區域的“主

站與從站2通訊測試”文本框背景色由黃色恢復為白色。

（3）從站1PLC與從站2PLC通訊測試：按下按鈕SB2，從站1

PLC通訊測試燈亮、觸摸屏上“三臺PLC之間測試”區域的“從站

1與從站2通訊測試”文本框背景色由白色變為黃色；再次按下按鈕

SB2，從站1PLC通訊測試燈滅、觸摸屏上“三臺PLC之間測試”

區域的“從站1與從站2通訊測試”文本框背景色由黃色恢復為白

色。

2、設備調試模式

觸摸屏進入調試畫面后，指示燈HL1、HL2均熄滅，等待電機調

試。觸摸屏調試界面按圖6進行制作：點擊需要調試的電機按鈕，

該按鈕背景色由白色變為黃色表示選中該電機調試，在該電機未開

始調試時再次按下該按鈕則視為取消該電機調試、按鈕背景色由黃

色恢復為白色。某電機已被選擇調試或正在調試時點擊其他電機調

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試的按鈕無效。

選擇某電機調試后觸摸屏上應顯示出該電機調試所需的控件，按

照任務書說明要求操作后可以按下調試啟動SB1按鈕或觸摸屏上“調

試”鍵可以開始調試。

圖6調試模式畫面

（1）進料泵1對應電機M1調試過程

選擇進料泵1電機調試后，調試操作區變化顯示如圖7（a）所示，

點擊【低速】或【高速】按鍵，按鍵顏色由黃色變為紅色、兩個按

鍵不能同時被選擇。然后按下啟動按鈕SB1或觸摸屏上【調試】按

鍵后，電機M1根據你的選擇高速運行或低速運行，6秒后停止，電

機M1調試結束。在調試過程中也可以隨時按觸摸屏上【停止】按鍵

或按鈕SB4，電機立即停止，調試結束。M1電機調試過程中，HL1

長亮。調試結束后，觸摸屏上【低速】、【高速】、【送料泵1調

試】按鈕背景色均恢復為原色、觸摸屏界面恢復至圖6所示。

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圖7（a）圖7（b）

圖7（c）圖7（d）

（2）進料泵2電機（變頻電機）M2調試過程

選擇進料泵2電機調試后，調試操作區變化顯示如圖7（b）所示，

先點擊觸摸屏上【調試】按鈕或按下按鈕SB1，然后可以通過操作觸

摸屏上旋轉輸入器來改變電機轉速，旋轉輸入器對應數值為頻率

（HZ）、范圍為0-50HZ，同時觸摸屏上要實時動態顯示電機當前轉

速（r/min）。點擊觸摸屏上【停止】鍵或按下按鈕SB4，M2電機停

止、結束調試。M2電機調試過程中，HL1以亮2S滅1S的周期閃爍。

調試結束后，觸摸屏上【送料泵2調試】鍵背景色恢復為原色、觸

摸屏界面恢復至圖6所示。

（3）出料閥控制電機M3調試過程

選擇出料閥控制電機調試后，調試操作區變化顯示如圖7（c）所

示。初始狀態下假設出料閥是關閉狀態，電機正轉為打開出料閥，

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電機反轉為關閉出料閥。電機正轉的圈數越多則閥門的流量越大，

正轉5R即打開至最大，打開至最大時流量為50L/S，完全關閉時流

量為0L/S。

先點擊觸摸屏上“調試”按鍵或按下SB1按鈕，此時可以在輸入

框中輸入你想得到的流量，然后點擊觸摸屏上【打開】鍵，電機立

即正轉一定的圈數以得到你想要的流量（正轉0-5圈對應0-50L/S，

呈線性關系）。待電機停轉后，可繼續在輸入框中輸入你想要的的

流量，然后點擊觸摸屏上【打開】鍵，電機立即正轉或反轉一定的

圈數以得到你想要的流量。如此可反復輸入流量值進行調試。點擊

觸摸屏上【關閉】鍵則電機反轉關閉出料閥，使其流量為0L/S。

如第一次在輸入框中輸入流量值為30L/S，則電機需正轉3圈后

停止；第二次在輸入框中輸入流量值為25L/S，則電機反轉0.5圈后

停止；此時若點擊觸摸屏上【停止】鍵或按下按鈕SB4則反轉2.5

圈后停止。

出料閥全部關閉后可以點擊觸摸屏上【停止】鍵或按下按鈕SB4

結束調試。M3電機調試過程中，HL2長亮。調試結束后觸摸屏上【出

料泵調試】鍵恢復為原色，觸摸屏界面恢復至圖6所示。

（4）混料泵對應電機M4調試過程

選擇混料泵電機調試后，點擊觸摸屏上【調試】鍵或按下按鈕SB1，

M4電動機先正轉運行5秒后停止3S然后又反轉3S后停止，調試結

束。電機M4調試過程中，HL2以亮2S滅1S的周期閃爍。調試結

束后觸摸屏上【混料泵調試】鍵恢復為原色。

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（5）液位模擬電機（伺服電機）M5調試過程

選擇液位模擬電機調試后，調試操作區變化顯示如圖7（d）所示，

點擊觸摸屏上【調試】鍵或按下按鈕SB1，此時滑塊不管在什么位置

都先回到0L位置（標尺刻度10CM處）?；氐?L位置之后才可以

點擊觸摸屏上【液位升】鍵或【液位降】鍵進行調試，點擊觸摸屏

上【液位升】鍵則滑塊以2r/S的速度向右、點擊觸摸屏上【液位降】

鍵則滑塊以1r/S的速度向左；在滑塊到達標尺刻度16CM至18CM

之間的任意位置時，可按下按鈕SB2，將此時滑塊位置確定為N值，

觸摸屏“調試操作”區中彈出文字提示“N值已確定”。若滑塊不在

標尺刻度16CM至18CM之間的任意位置時就按下按鈕SB2，則觸

摸屏“調試操作”區中彈出文字提示“滑塊位置錯誤”。

注意：松開【液位升】或【液位降】鍵則滑塊停止（M5電機調

試過程中均為此要求）。

在確定N值后，觸摸屏上“當前容量”立即顯示為1500L，點擊

觸摸屏上【液位降】鍵則罐中液位容量以40L/S速度遞減（滑塊根據

比例計算移動的速度向左移動）、點擊觸摸屏上【液位升】鍵則罐

中液位容量以40L/S速度遞增（滑塊根據比例計算移動的速度向右移

動）。容量到達最大或最小時不再動作，滑塊隨容量變化實時變化。

將罐中溶液容量操作為0L后點擊觸摸屏上【停止】鍵或按下按鈕SB4

調試結束，M5調試過程中HL1和HL2同時以2Hz閃爍。調試結束

后觸摸屏上【液位模擬電機調試】鍵恢復為原色，觸摸屏界面恢復

至圖6所示。

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必須在所有電機（M1～M5）調試完成后才可以點擊觸摸屏上的

【返回】鍵使觸摸屏畫面返回圖4界面。在未進入運行模式時，單

臺電機可以反復調試。

3、運行模式

進入到運行模式后，觸摸屏隨即進入運行模式界面，運行模式界

面如圖8所示。

圖8運行模式界面

運行模式時初始狀態：指示燈HL3開始以1Hz頻率閃爍，液位

模擬電機M5所驅動的滑塊位于0L位置，所有電機（M1～M5）均

停止。

運行前必須在觸摸屏上“參數設置”區設置相關的參數，由于本

設備是將兩種液體進行混合加熱以進行充分的化學反應后產生的新

的液體，因此兩種液體的混合比例要根據不同的配方來指定不同的

配方比。在觸摸屏“參數設置”區的“配方比設定”的兩個式子（液

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體1及液體2）輸入框中輸入比例（輸入范圍必須為1~4之間的整數）。

然后設置本次加工溶液的總容量，在“總容量設置”的輸入框中輸

入本次加工的總容量，設置范圍為800~1500L之間的整數。當比例

及總容量設置完成之后，系統自動計算顯示出液體1容量及液體2

容量。如設置比例為1:3、總容量為800L，則需液體1為200L、液

體2為600L。系統在計算液體1及液體2的進料量時允許有一定誤

差，但是誤差比不得超過5%。然后設置出料閥出料速度，設置范圍

為20L/S~50L/S之間的整數。

進料泵1以高速運行時，液體1以30L/S的速度泵入罐中；進料

泵1以低速運行時，液體1以20L/S的速度泵入罐中。

液體2泵入罐中的速度與進料泵2電機運行速度有關，電機

0~50HZ速度對應0~30L/S的速度，呈線性關系。

注意：以上設置（輸入框輸入值）必須在允許范圍之內，否則系

統不能啟動運行！

正確設置之后可以點擊觸摸屏上【啟動】鍵或按下按鈕SB2，設

備啟動運行、HL3變為長亮。啟動運行之后按以下工序運行：

工序一：在罐中液位在設置的總容量50%以下時進料泵1電機高

速運行，以