2019 年山东省职业院校技能大赛现代电气控制系统安装与调试工作任务书

2019年山东省职业院校技能大赛现代电气控制系统安装与调试赛项

2019年山东省职业院校技能大赛

现代电气控制系统安装与调试

（总时间：240分钟）

工

作

任

务

书

场次号工位号

1

2019年山东省职业院校技能大赛现代电气控制系统安装与调试赛项

注意事项

一、本任务书共18页，另有维修工作票及排故机床电气原理

图2页、I/O分配表2页和A3版空白图纸2页、器件参数表1页等。

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1分；若因人为操作损坏器件，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。

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请按要求在4个小时内完成以下工作任务：

一、按“混料罐系统控制要求”，设计电气控制原理图，制

定相应的I/O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“混料罐系统控制要求”，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。

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一、系统运行说明

在炼油、化工、制药、水处理等行业中,将不同液体混合是必不

可少的工序,而且这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质,不

适合人工现场操作。本混料罐系统借助PLC来控制混料罐,对提高企

业生产和管理自动化水平有很大的帮助,同时又提高了生产效率、使

用寿命和质量,减少了企业产品质量的波动。

M4混料泵

SQ1

SQ2

原

料SQ3出

1M1料

原M3

料液料罐

2

M2

图1混料罐系统

混料罐控制系统由以下电气控制回路组成：

进料泵1由电机M1驱动【M1为双速电机，即可以低速运行又

可以高速运行运行，需要考虑过载保护；低速的热继电器整定电流

为0.3A，高速的热继电器整定电流为0.4A】；

进料泵2由电机M2驱动【M2为三相异步电动机由变频器调速，

速度由模拟量给定，加速时间1.2秒,减速时间0.5秒】；

出料阀由电机M3驱动【M3步进电机，正转为打开出料阀，反

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转关闭；步进电机参数设置为1000个脉冲/圈、使用自动半流功能；

步进电机不管正转还是反转，速度均为1R/S】；

混料泵由电机M4驱动【M4为三相异步电机，既可以正转也可

以反转，不需要考虑过载保护】；

液料罐中的液位由M5电机通过丝杠带动滑块来模拟【M5为伺

服电机；伺服电机参数设置如下：伺服电机旋转一周需要2600个脉

冲】。

注意：本任务书中混料罐最多可装1500L溶液，滑块的位置应

与混料罐中溶液的容积呈线性比例滑动，以滑块左侧轮廓为准，10cm

处为0L，（N）cm处为1500L，N的值由调试时确定。设备使用温

度传感器来检测罐中溶液的温度，检测的范围为0~100摄氏度，使

用控制柜正面的0~10V电压源模拟，电压源必须接电压表检测电压

源输出的电压值。

电机旋转以顺时针旋转为正向，逆时针旋转为反向。

所有的按钮、转换开关、指示灯请使用控制柜正面元件。

二、系统设计要求

1、本系统使用三台PLC，网络指定Q00UCPU/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）：

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方案三菱Q系列西门子S7-300西门子S7-1500+S7-1200

电机+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

编码器

M1、M2、M4

HL1、HL2、HL3、S7-200SmartCPU1212C

FX3U-32MR

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

SB1~SB3

4、根据本说明书控制要求，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。在标准图

纸上绘制5台电动机主电路，以及3台PLC电气原理图，并标

注I/O定义功能和变频器、伺服驱动器、步进驱动器、热继电器主要

参数及功能。在设计栏填写工位信息。

5、三台PLC和变频器安装位置要求如图2所示。不允许自行定

义位置，不得擅自更改设备已有器件位置和线路，其余器件位置自

行定义。

从站一：三菱FX3U-32MT/西

门子S7-200Smart

（6ES7288-1ST30-0AA0）/西

门子CPU1212C

（6ES7212-1AE40-0XB0）

变频器：三菱FR-E740/西门子

MM420(G120C)

（a）正面

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从站二：三菱FX3U-32MR/西门

子S7-200Smart

（6ES7288-1SR40-0AA0）/西

门子CPU1212C

（6ES7212-1BE40-0XB0）

从站：三菱FX3U-32MR/西门子

S7-200Smart

（6ES7288-1SR40-0AA0）/西

主站：三菱Q00UCPU/西门子

门子CPU1212C

S7-300

（6ES7212-1BE40-0XB0）

/西门子S7-1500

（b）背面

图2PLC和变频器安装位置示意图

三、系统控制要求

混料罐控制系统具备三种工作模式，模式一：通信测试模式；模

式二：设备调试模式；模式三：运行模式。

设备上电后触摸屏首先显示用户登录界面；当选择用户名Admin

及输入正确密码“2019”后，触摸屏即进入模式选择界面如图4所

示，此时可以选择进入任意一种模式；当选择用户名User及输入正

确密码（密码为工位号）后，触摸屏只能进入自动运行模式。当输

入密码错误时，弹出密码错误提示对话框。

图3用户登录界面

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图4模式选择界面

在已经正确登录用户Admin的条件下，在模式选择界面上点击触

摸屏【通讯测试模式】键，可进入通讯测试模式界面；点击【调试

模式】键可进入设备调试模式界面；点击【运行模式】可进入运行

模式界面。若只登录了用户User，则只能进入运行模式；若未登录

用户则不能进入任何模式。在只登录了用户User的情况下点击触摸

屏上【通讯测试模式】键、【调试模式】键或未登录任何用户的情

况下点击触摸屏上【通讯测试模式】键、【调试模式】键、【运行

模式】键则不能进入相应的界面，同时在“信息提示区”弹出文字

提示文字“登录不正确，请检查！”。

在模式选择界面上也可以点击【系统登录】键，触摸屏弹出图3

所示用户登录对话框进行用户登录。

1.通讯测试模式

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图5通讯测试界面

在此模式下检测触摸屏与三台PLC之间、主站PLC和从站PLC

之间的通讯状态，触摸屏界面如图5所示。

测试前必须将三台PLC上电且处于运行状态，每一台PLC均需

要分配一个输出点，作为通信测试灯，此测试指示灯无需接线但需

要在你设计的电气原理图上加以标注。

测试时必须将SA1置于左位，先进行触摸屏与三台PLC之间的

通讯测试。测试过程如下：

（1）在通讯测试界面上“触摸屏与PLC通讯测试”区域中“触

摸屏与主站通讯测试”右侧的输入框中输入数字“11”，主站PLC

上通讯测试灯亮，输入其他任意数字该通讯测试灯灭。

（2）在通讯测试界面上“触摸屏与PLC通讯测试”区域中“触

摸屏与从站1通讯测试”右侧的输入框中输入数字“12”，从站1PLC

上通讯测试灯亮，输入其他任意数字该通讯测试灯灭。

（3）在通讯测试界面上“触摸屏与PLC通讯测试”区域中“触

摸屏与从站2通讯测试”右侧的输入框中输入数字“13”，从站2PLC

上通讯测试灯亮，输入其他任意数字该通讯测试灯灭。

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完成触摸屏与三台PLC之间的通讯测试后，将SA1置于右侧可

以进行三台PLC之间的通讯测试，测试过程如下：

（1）主站PLC与从站1PLC通讯测试：按下按钮SB4，主站PLC

通讯测试灯亮、触摸屏上“三台PLC之间测试”区域的“主站与从

站1通讯测试”文本框背景色由白色变为黄色；再次按下按钮SB4，

主站PLC通讯测试灯灭、触摸屏上“三台PLC之间测试”区域的“主

站与从站1通讯测试”文本框背景色由黄色恢复为白色。

（2）主站PLC与从站2PLC通讯测试：按下按钮SB1，主站PLC

通讯测试灯亮、触摸屏上“三台PLC之间测试”区域的“主站与从

站2通讯测试”文本框背景色由白色变为黄色；再次按下按钮SB1，

主站PLC通讯测试灯灭、触摸屏上“三台PLC之间测试”区域的“主

站与从站2通讯测试”文本框背景色由黄色恢复为白色。

（3）从站1PLC与从站2PLC通讯测试：按下按钮SB2，从站1

PLC通讯测试灯亮、触摸屏上“三台PLC之间测试”区域的“从站

1与从站2通讯测试”文本框背景色由白色变为黄色；再次按下按钮

SB2，从站1PLC通讯测试灯灭、触摸屏上“三台PLC之间测试”

区域的“从站1与从站2通讯测试”文本框背景色由黄色恢复为白

色。

2、设备调试模式

触摸屏进入调试画面后，指示灯HL1、HL2均熄灭，等待电机调

试。触摸屏调试界面按图6进行制作：点击需要调试的电机按钮，

该按钮背景色由白色变为黄色表示选中该电机调试，在该电机未开

始调试时再次按下该按钮则视为取消该电机调试、按钮背景色由黄

色恢复为白色。某电机已被选择调试或正在调试时点击其他电机调

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试的按钮无效。

选择某电机调试后触摸屏上应显示出该电机调试所需的控件，按

照任务书说明要求操作后可以按下调试启动SB1按钮或触摸屏上“调

试”键可以开始调试。

图6调试模式画面

（1）进料泵1对应电机M1调试过程

选择进料泵1电机调试后，调试操作区变化显示如图7（a）所示，

点击【低速】或【高速】按键，按键颜色由黄色变为红色、两个按

键不能同时被选择。然后按下启动按钮SB1或触摸屏上【调试】按

键后，电机M1根据你的选择高速运行或低速运行，6秒后停止，电

机M1调试结束。在调试过程中也可以随时按触摸屏上【停止】按键

或按钮SB4，电机立即停止，调试结束。M1电机调试过程中，HL1

长亮。调试结束后，触摸屏上【低速】、【高速】、【送料泵1调

试】按钮背景色均恢复为原色、触摸屏界面恢复至图6所示。

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图7（a）图7（b）

图7（c）图7（d）

（2）进料泵2电机（变频电机）M2调试过程

选择进料泵2电机调试后，调试操作区变化显示如图7（b）所示，

先点击触摸屏上【调试】按钮或按下按钮SB1，然后可以通过操作触

摸屏上旋转输入器来改变电机转速，旋转输入器对应数值为频率

（HZ）、范围为0-50HZ，同时触摸屏上要实时动态显示电机当前转

速（r/min）。点击触摸屏上【停止】键或按下按钮SB4，M2电机停

止、结束调试。M2电机调试过程中，HL1以亮2S灭1S的周期闪烁。

调试结束后，触摸屏上【送料泵2调试】键背景色恢复为原色、触

摸屏界面恢复至图6所示。

（3）出料阀控制电机M3调试过程

选择出料阀控制电机调试后，调试操作区变化显示如图7（c）所

示。初始状态下假设出料阀是关闭状态，电机正转为打开出料阀，

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电机反转为关闭出料阀。电机正转的圈数越多则阀门的流量越大，

正转5R即打开至最大，打开至最大时流量为50L/S，完全关闭时流

量为0L/S。

先点击触摸屏上“调试”按键或按下SB1按钮，此时可以在输入

框中输入你想得到的流量，然后点击触摸屏上【打开】键，电机立

即正转一定的圈数以得到你想要的流量（正转0-5圈对应0-50L/S，

呈线性关系）。待电机停转后，可继续在输入框中输入你想要的的

流量，然后点击触摸屏上【打开】键，电机立即正转或反转一定的

圈数以得到你想要的流量。如此可反复输入流量值进行调试。点击

触摸屏上【关闭】键则电机反转关闭出料阀，使其流量为0L/S。

如第一次在输入框中输入流量值为30L/S，则电机需正转3圈后

停止；第二次在输入框中输入流量值为25L/S，则电机反转0.5圈后

停止；此时若点击触摸屏上【停止】键或按下按钮SB4则反转2.5

圈后停止。

出料阀全部关闭后可以点击触摸屏上【停止】键或按下按钮SB4

结束调试。M3电机调试过程中，HL2长亮。调试结束后触摸屏上【出

料泵调试】键恢复为原色，触摸屏界面恢复至图6所示。

（4）混料泵对应电机M4调试过程

选择混料泵电机调试后，点击触摸屏上【调试】键或按下按钮SB1，

M4电动机先正转运行5秒后停止3S然后又反转3S后停止，调试结

束。电机M4调试过程中，HL2以亮2S灭1S的周期闪烁。调试结

束后触摸屏上【混料泵调试】键恢复为原色。

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（5）液位模拟电机（伺服电机）M5调试过程

选择液位模拟电机调试后，调试操作区变化显示如图7（d）所示，

点击触摸屏上【调试】键或按下按钮SB1，此时滑块不管在什么位置

都先回到0L位置（标尺刻度10CM处）。回到0L位置之后才可以

点击触摸屏上【液位升】键或【液位降】键进行调试，点击触摸屏

上【液位升】键则滑块以2r/S的速度向右、点击触摸屏上【液位降】

键则滑块以1r/S的速度向左；在滑块到达标尺刻度16CM至18CM

之间的任意位置时，可按下按钮SB2，将此时滑块位置确定为N值，

触摸屏“调试操作”区中弹出文字提示“N值已确定”。若滑块不在

标尺刻度16CM至18CM之间的任意位置时就按下按钮SB2，则触

摸屏“调试操作”区中弹出文字提示“滑块位置错误”。

注意：松开【液位升】或【液位降】键则滑块停止（M5电机调

试过程中均为此要求）。

在确定N值后，触摸屏上“当前容量”立即显示为1500L，点击

触摸屏上【液位降】键则罐中液位容量以40L/S速度递减（滑块根据

比例计算移动的速度向左移动）、点击触摸屏上【液位升】键则罐

中液位容量以40L/S速度递增（滑块根据比例计算移动的速度向右移

动）。容量到达最大或最小时不再动作，滑块随容量变化实时变化。

将罐中溶液容量操作为0L后点击触摸屏上【停止】键或按下按钮SB4

调试结束，M5调试过程中HL1和HL2同时以2Hz闪烁。调试结束

后触摸屏上【液位模拟电机调试】键恢复为原色，触摸屏界面恢复

至图6所示。

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必须在所有电机（M1～M5）调试完成后才可以点击触摸屏上的

【返回】键使触摸屏画面返回图4界面。在未进入运行模式时，单

台电机可以反复调试。

3、运行模式

进入到运行模式后，触摸屏随即进入运行模式界面，运行模式界

面如图8所示。

图8运行模式界面

运行模式时初始状态：指示灯HL3开始以1Hz频率闪烁，液位

模拟电机M5所驱动的滑块位于0L位置，所有电机（M1～M5）均

停止。

运行前必须在触摸屏上“参数设置”区设置相关的参数，由于本

设备是将两种液体进行混合加热以进行充分的化学反应后产生的新

的液体，因此两种液体的混合比例要根据不同的配方来指定不同的

配方比。在触摸屏“参数设置”区的“配方比设定”的两个式子（液

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体1及液体2）输入框中输入比例（输入范围必须为1~4之间的整数）。

然后设置本次加工溶液的总容量，在“总容量设置”的输入框中输

入本次加工的总容量，设置范围为800~1500L之间的整数。当比例

及总容量设置完成之后，系统自动计算显示出液体1容量及液体2

容量。如设置比例为1:3、总容量为800L，则需液体1为200L、液

体2为600L。系统在计算液体1及液体2的进料量时允许有一定误

差，但是误差比不得超过5%。然后设置出料阀出料速度，设置范围

为20L/S~50L/S之间的整数。

进料泵1以高速运行时，液体1以30L/S的速度泵入罐中；进料

泵1以低速运行时，液体1以20L/S的速度泵入罐中。

液体2泵入罐中的速度与进料泵2电机运行速度有关，电机

0~50HZ速度对应0~30L/S的速度，呈线性关系。

注意：以上设置（输入框输入值）必须在允许范围之内，否则系

统不能启动运行！

正确设置之后可以点击触摸屏上【启动】键或按下按钮SB2，设

备启动运行、HL3变为长亮。启动运行之后按以下工序运行：

工序一：在罐中液位在设置的总容量50%以下时进料泵1电机高

速运行，以