2021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

工位號:

2021年山東省職業院校技能大賽

（高職組）

現代電氣控制系統安裝與調試賽項

工

作

任

務

書

（樣題）

高職組現代電氣控制系統安裝與調試賽項專家組

2021·11

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2021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、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。

二、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。

三、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，酌情扣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。

四、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。

五、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。

六、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，不得帶離賽場。

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請按要求在5個小時內完成以下工作任務：

一、按“智能立體車庫控制要求”，使用SEEElectrical

電氣設計軟件進行控制系統的元件布局（需在指定的元件清

單中選擇），控制電路（包含主電路、PLC電路）的設計并生

成接線圖、材料清單。

二、按設計圖完成元件選型計算、元件安裝、電路連

接（含主電路）和相關元件參數設置。

三、按“智能立體車庫控制要求”，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。

四、根據給定的××電氣設備原理圖及故障檢測要求，

檢測出該電氣設備電路板上的故障，并按要求在其電路圖圖紙

的相應位置上標注故障類型符號。

五、使用Solidcenter軟件進行工業場景的搭建，完成搭

建后的場景能夠完整的展示“智能立體車庫控制系統”結構。

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智能立體車庫系統控制說明書

一、智能立體車庫系統運行說明

立體車庫系統共由泊車位、轉盤換位裝置、汽車定位裝置和升降

電梯組成。該智能立體車庫3層，每層10個泊車位，汽車軸距（汽車

前軸中心到后軸中心的距離）不同，高級轎車軸距大于2.8米，中級轎

車軸距2.5-2.8米，小型轎車軸距2.2-2.5米，汽車定位裝置包括支架伸

縮、支架夾緊和檢測裝置，可以對汽車進行定位和檢測。如圖1所示為

系統結構簡圖，圖中給出三層車庫的泊車位示意。

圖1、立體車庫系統示意圖

系統運行過程如下：有汽車時按動按鈕，升降電梯門打開→汽車

開到升降電梯的轉盤換位裝置上→由汽車定位裝置進行測量和定位→

汽車由升降電梯運送到指定的層數→由轉盤換位裝置旋轉到各層的指

定位置→再由汽車定位裝置托送到泊車位，存汽車過程完成，取汽車

過程與存汽車過程相反。

汽車定位裝置由伺服電機拖動，在伺服電機軸上安裝編碼器測量

汽車軸距，SQ1接通開始檢測，SQ2接通停止檢測，停止檢測后由定位

電機將汽車定位在伸縮支架上，存取汽車由定位裝置的伸縮支架進行

搬運；升降電梯由變頻電機牽引，為防止電梯超出范圍設置SQ3和

SQ4兩個極限位置；轉盤換位裝置由步進電機驅動旋轉。泊車位用于

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停放汽車，泊車位的分區編號如下表所示。

樓位置編號

層

三21222324252627282930

二11121314151617181920

一12345678910

由表可知，立體車庫共有30個泊車位，每個泊車位最多可停放一

臺車輛。需要在汽車進入泊車位前，汽車定位裝置進行測量軸距。軸

距大小由編碼器測定給出。

智能立體車庫系統由以下電氣控制回路組成：電梯門由M1驅動

【M1為三相異步電機，正轉開門反轉關門，需考慮過載保護，熱繼電

器電流整定為0.25A】。電梯升降由電機M2驅動【M2為三相異步電機

（帶速度繼電器），由變頻器進行模擬量調速控制,調速范圍在0～50Hz，

加速時間1.2秒,減速時間1秒】。汽車定位、夾緊裝置由電機M3和M4

控制【M3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2000個脈沖，正轉/反轉的轉速可為1圈/秒～3圈/秒；正轉對應伸縮

支架伸出，反轉對應伸縮支架縮回。M4為三相異步電機，正轉則伸縮

支架夾緊，反轉則伸縮支架松開】。轉盤換位裝置由電機M5驅動【M5

為步進電機；步進電機參數設置如下：步進電機旋轉一周需要2000個

脈沖】。電機旋轉以面向電機“順時針旋轉為正向,逆時針旋轉為反向”為

準。

二、控制系統設計要求

1、本系統使用三臺PLC，網絡指定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

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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）：

三菱Q系列

方案西門子西門子

+FX3U系列S7-300+S7-S7-1500+S7-

電機方案

200Smart方案1200方案

HMI

SQ1～SQ4Q00UCPUCPU314C-2PN/DPCPU1511

M1、M4S7-200SmartCPU1212C

FX3U-32MR

SQ11～SQ156ES7288-1SR40-0AA06ES7212-1BE40-0XB0

M2、M3、M5S7-200SmartCPU1212C

FX3U-32MT

SB1～SB56ES7288-1ST30-0AA06ES7212-1AE40-0XB0

除題目特別要求外，其他所有按鈕及指示燈應使用控制柜正面元

件。

4、根據本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。

（a）正面

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圖2PLC和變頻器安裝位置示意圖

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。

三、智能立體車庫系統控制要求

立體車庫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：自動運行模式。設備上電后觸摸屏首先

顯示用戶登錄界面；當輸入用戶名Admin及正確密碼“2021”后，觸摸屏

即進入模式選擇界面，此時可以選擇進入任意一種模式；當輸入用戶

名User及正確密碼（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

1、通信測試模式

此模式為檢測觸摸屏與三臺PLC之間通信情況，如圖5所示，當

三臺PLC上電后處于運行狀態時，若系統網絡連接正常，則觸摸屏中

對應的通信指示燈點亮。此外，每一臺PLC需要分配一個輸出點，作

為通信測試燈。分兩種情況測試：

（1）三臺PLC之間通信測試：按下SB1按鈕（從站二），主站

PLC輸出點的通信測試燈亮；再按下SB1按鈕，主站的通信測試燈保

持點亮，從站一PLC輸出點的通信測試燈亮；再按下SB1按鈕，主站、

從站一中通信測試燈滅，第一種通信測試完成。

（2）觸摸屏與三臺PLC之間通信測試：在測試框輸入（10），主

站PLC輸出點的通信測試燈閃爍；輸入（20），主站、從站一PLC輸出

點的通信測試燈閃爍；輸入（30），主站、從站一、從站二PLC輸出點

的通信測試燈閃爍；閃爍頻率均為1Hz。輸入其他值，所有通信測試燈

熄滅。

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圖5通信測試模式界面參考圖

2、調試模式

觸摸屏進入設備調試畫面后，指示燈HL1以0.5Hz頻率閃爍，等

待選擇電機調試。觸摸屏調試界面可以參考圖6進行制作：通過點擊下

拉框，隨意選擇需調試的電機，觸摸屏中相應的電機指示燈閃爍，指

示燈HL1按照新的要求進行閃爍（見每個電機的調試過程說明）。按下

調試啟動按鈕SB2按鈕，選中的電機按下述要求進行調試運行。每個

電機調試完成后，觸摸屏上對應的指示燈長亮。（沒有調試順序要求，

M1～M5電機未調試完，無法進入自動模式）

（1）電梯門電機M1調試過程

觸摸屏中選擇電機M1調試時，指示燈HL1以閃爍1s（頻率為1Hz）滅

1s的周期運行。按下調試啟動按鈕SB2后，電梯門電機M1啟動運行，

并按照“正轉5秒-停2秒-反轉5秒-停2秒”的規律運行3個周期后停止；

電機M1調試結束。

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圖6調試模式畫面

（2）升降電梯電機M2調試過程

觸摸屏中選擇電機M2調試時，指示燈HL1以閃爍2s（頻率為1Hz）

滅1s的周期運行。按下SB2按鈕，M2電機以5Hz正轉啟動，每隔3秒

頻率加5Hz正轉運行，依次為10Hz、15Hz、20Hz┅、50Hz，運行頻率

達到50Hz后，電機M2運行10秒停止；5秒后M2電機自動從10Hz反

轉啟動運行，每隔3秒頻率加10Hz反轉運行，依次為20Hz、30Hz、

┅、50Hz，運行頻率達到50Hz后，電機M2運行10秒停止。運行中按

下調試停止按鈕SB3，M2立即停止（調試沒有結束，需重新啟動調試）。

（3）汽車定位裝置電機M3（伺服電機）和M4（夾緊電機）調試

過程

根據系統設計要求，M3和M4電機需要同時進行調試。在觸摸屏

中選擇電機M3或者M4調試時，指示燈HL1以“閃爍3s（頻率為1Hz）

-滅1s-閃爍4s（頻率為1Hz）-滅1s”的周期運行。

在軸距檢測中考慮競賽設備情況，汽車的軸距尺寸范圍由各定位

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開關位置確定。其安裝示意圖如圖7所示，其中SQ13、SQ12和SQ11

分別為高級轎車、中級轎車、小型轎車軸距測量定位開關，SQ14、

SQ15分別為極限位開關。

圖7汽車定位裝置伸縮支架結構示意圖

伺服電機開始調試前，手動將伸縮支架移動至任意位置，在觸摸

屏中設定伺服電機的速度之后（速度范圍應在60-180r/min之間），按下

SB2或者“開始檢測”按鈕，伸縮支架沿絲杠行駛到定位開關SQ11處停

止，觸摸屏記錄小型轎車軸距（2.2-2.5米），M4再完成一次夾緊松開

的過程（正轉4s-停2s-反轉4s）；再次按下SB2或者“開始檢測”按鈕，

伸縮支架繼續沿絲杠向左行駛到定位開關SQ12處停止，觸摸屏記錄中

級轎車軸距（2.5-2.8米），M4再完成一次夾緊松開的過程；再次按下

SB2或者“開始檢測”按鈕，伸縮支架繼續沿絲杠向左行駛到定位開關

SQ13處停止，觸摸屏記錄高級轎車軸距（2.8米以上），M4再完成一次

夾緊松開的過程；再次按下SB2或者“開始檢測”按鈕，伸縮支架自動返

回至SQ11處停止。整個過程中按下調試停止按鈕SB3，M3或M4電機

停止，再次按下SB2，伸縮支架從當前位置開始繼續運行。本題汽車定

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位裝置伸縮支架受絲杠長度限制，觸摸屏顯示的輸出長度并非實際滑

塊運行的距離，但顯示長度和滑塊運行距離應該存在線性關系，即若

改變SQ11-SQ13的位置，觸摸屏測量的汽車軸距應該有所不同。

（4）轉盤換位電機（步進電機）M5調試過程

觸摸屏中選擇電機M5調試時，指示燈HL1以閃爍5s（頻率為1Hz）

滅1s的周期運行。轉盤換位電機（步進電機）假設安裝在減速箱上

（步進電機轉20圈，轉盤轉1圈）。步進電機開始調試前，首先在觸摸

屏中設定步進電機的速度之后（速度范圍應在60-180r/min之間），按下

調試啟動按鈕SB2，步進電機M5正轉驅動轉盤轉動36度自動停止（1

號車位為初始位置，轉盤轉動36度相當于將轉盤從1號車位轉至2號

車位），3s后正轉108度自動停止（相當于將轉盤轉至5號車位），5s后

反轉到初始位置自動停止。

所有電機（M1～M5）調試完成后，按下觸摸屏中“自動模式”按鈕，

系統將進入自動運行模式。在未進入自動運行模式前，單臺電機可以

反復調試。

3、自動運行模式

切換進入到自動運行模式后，觸摸屏自動進入存取汽車模式畫面，

出現“存取汽車模式”字樣，畫面可參考圖8進行設計。畫面要求：。各

泊車位有汽車進入時，對應位置應顯示汽車類型“高”、“中”或“小”；此

外，觸摸屏中還應該有存車和取車指示，及可存汽車數量等。

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圖8自動運行模式參考界面

立體車庫工藝流程與控制要求：

（1）系統初始化狀態

升降電梯在1層，電梯門關閉，各電機處于初始狀態，泊車位無汽

車，伸縮支架位于SQ11位置處。自動運行指示燈HL2以0.5Hz的頻率

閃爍，按下自動模式啟動按鈕SB4，HL2長亮，系統進入自動運行模式。

（2）運行操作

①存車過程如下：首先在觸摸屏中選擇“車型”，然后輸入“車位”，

單擊觸摸屏“存車”命令按鈕，開始存車過程。整個存車過程可分為檢測

和存車兩部分動作流程：

電梯開關門、車型檢測及夾緊動作流程如下：以存入汽車為高級

汽車為例，則動作順序為：按下“存車”命令按鈕，M1電機正轉5s，將

電梯門打開；按下SQ1，M3電機帶動伸縮支架由SQ11位置運行至

SQ13位置，按下SQ2，M4電機（夾緊電機）正向運行4s，M1電機反

轉5s，將電梯門關閉。

至此，檢測動作完成；

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存車動作流程如下：首先升降電梯開始將汽車運送至相應樓層

（電梯初始位置為1層），然后轉盤換向裝置將汽車送至相應車位。已

知升降電梯每升高一層，變頻器電機M2以30Hz的速度正轉4s，反之

電梯每降低一層，變頻器電機以30Hz的速度反轉4s。例如若要將高級

汽車存放至24號車位，則電梯需要升高2層，即M2電機正轉8s，然

后M5電機驅動轉盤正轉108度，然后M4電機（夾緊電機）反向運行

4s，等待5s（期間完成汽車入庫動作）后，M3電機帶動伸縮支架回到

SQ11位置，轉盤換向裝置復位，升降電梯回到1層。至此，存車動作

完成.

根據規則設計控制系統程序實現自動存車，并且在觸摸屏相應位

置顯示存車類型和已存入汽車數量。

如選擇的車位已經有車，觸摸屏彈出提示框，提示“該車位已經有

車”。

②取車過程流程如下：在觸摸屏中輸入要取的車的車位號，按下

“取車”命令按鈕，升降電梯開始運行至相應樓層，電梯門打開，然后轉

盤換向裝置轉至相應車位將汽車取出；根據已存入的車型，車型檢測

及夾緊動作流程與存車類似。例如若要將存放在24號車位的高級汽車

取出，電梯首先升高兩層，即M2電機正轉8s，然后M5電機驅動轉盤

正轉108度；M1電機正轉5s，將電梯門打開；按下SQ1，M3電機帶

動伸縮支架由SQ11位置運行至SQ13位置，按下SQ2，M4電機（夾緊

電機）正向運行4s，M1電機反轉5s，將電梯門關閉；轉盤換向裝置復

位，升降電梯回到1層。之后M1電機正轉5s（電梯門打開），之后M4

電機（夾緊電機）反向運行4s；等待5s后（期間汽車被開走），M3電

機帶動伸縮支架回到SQ11位置，電梯門關閉。

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至此，取車動作完成。根據規則設計控制系統程序實現自動取車，并

且在觸摸屏相應位置顯示取車類型和當前車位汽車數量和類型。

③在智能立體車庫存取車過程中自動運行指示燈HL2常亮，完成

后，自動運行指示燈HL2閃爍（周期為0.5Hz），系統可以反復進行存

取車過程。

（3）停止操作

①系統自動運行過程中，按下自動停止按鈕SB5，系統完成當前汽

車存取后停止運行。當停止后再次啟動運行，系統保持上次運行的記

錄。

②系統發生急停事件按下急停按鈕時(SA1被切斷)，系統立即停止。

急停恢復后（SA1被接通），再次按下SB4，系統自動從之前狀態啟動

運行。

（4）整個過程的動作要求連貫，執行動作要求順序執行，運行過

程不允許出現硬件沖突。

4、非正常情況處理

當智能立體車庫存取車循環運行時，若伸縮支架出現越程（左、

右超行程位置開關分別為兩側微動開關SQ14、SQ15），則伺服系統自

動鎖住，并在觸摸屏自動彈出報警畫面“報警畫面，設備越程”，解除報

警后，系統重新從之前的狀態開始運行。

系統在運行時，出現電梯超出范圍（SQ3和SQ4兩個極限開關動

作），則系統立即停止，觸摸屏上彈出報警畫面“電梯故障，設備停用”，

解除報警后，系統重新從之前的狀態開始運行。

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故障檢測

一、工作任務

請選手在設有故障（10個故障點）的裝置上進行故障查找，并

將故障點的位置與故障類型在圖紙上標出。裝置圖紙見附件，符號具

體要求如下：

二、操作要求

1.觀察現象時，只能接通控制電路的電源，不能接通主回路電

源；

2.故障檢測時，必須在斷電情況下測量，不能打開行線槽蓋板、

不能松卸端子拆下導線；

3.必要時，可以打開開關面板和按鈕盒進行檢測；

4.請使用萬用表、絕緣電阻測試儀、接地電阻測試儀進行故障檢

測；

5.故障點只需在圖紙上標注符號，無需修復。

三、模塊分值

本模塊分值為10分，每正確找到一個故障點且標注正確得1.0

分。

四、注意事項

在完成工作任務的全過程中，嚴格遵守電氣安裝安全操作規程。

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數字化工業場景搭建

一、工作任務

請選手根據任務書“智能立體車庫系統”的場景平面參考圖進行

工業場景搭建。

二、操作要求

1.在電腦上使用solidcenter軟件進行操作，搭建三維場景圖；

2.搭建所需的部件可在模型庫中選擇；

3.搭建的三維場景必須與場景平面參考圖展現的場景一致。

三、模塊分值

本模塊分值為5分，每正確搭建一個區域得1分，區域搭建錯誤

或不完整該區域不得分。

四、注意事項

在完成工作任務的全過程中，嚴格遵守賽場紀律。