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-赛题3-智能立体车库控制系统

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25页，含维修工作票及排故机床图纸2页、

I/O分配表2页和A3版空白图纸2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，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。

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请按要求在4个小时内完成以下工作任务：

一、按“智能立体车库系统控制要求”，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“智能立体车库系统控制要求”，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

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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智能立体车库控制系统说明书

一、系统运行说明

立体车库系统共由泊车位、转盘换位装置、汽车定位装置和升降

电梯组成。该智能立体车库5层，每层10个泊车位，汽车轴距(汽车

前轴中心到后轴中心的距高)不同，高级轿车轴距大于2.8米，中级轿

车轴距2.5-2.8米，小型轿车轴距2.2-2.5米，微型轿车轴距小于2.2

米，汽车定位装置包括支架伸缩、支架夹紧和检测装置，可以对汽车

进行定位和检测。如围1所示为系统结构简图，图中只给出三层车库

的泊车位示意。

图1.立体车库系统示意图

系统运行过程如下:有汽车时按动按钮，升降电梯门打开一汽车

开到升降电梯的转立换位装置上一由汽车定位装置进行测量和定位

一汽车由升降电梯运送到指定的层数一由转盘换位装置旋转到各层

的指定位置一再由汽车定位装置托送到泊车位，存汽车过程完成，取

汽车过程与存汽车过程类似。

汽车定位装置由伺服电机拖动，在何服电机轴上安装编码器测量

汽车轴距，SQ1接通开始检测，SQ2接通停止检测，停止检测后由定

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位电机将汽车定位在伸缩支架上，存取汽车由定位装置的伸缩支架进

行搬运；升降电梯由变频电机牵引，为防止电梯超出范围设置SQ3

和S04两个极限位置；转盘换位装置由步进电机驱动发转。泊车位用

于停放汽车，泊车位的分区编号如图2所示。

由图2可知，立体车库共有50个泊车位，每个泊车位最多可停

放一台车辆。需要在汽车进入泊车位前，汽车定位装置进行测量轴距。

轴距大小由编码器测定给出。

层数位置编号

5501502503504505506507508509510

4401402403404405406407408409410

3301302303304305306307308309310

2201202203204205206207208209210

1101102103104105106107108109110

图2泊车位的分区编号

智能立体车库系统由以下电气控制回路组成:电梯门由M1驱动

【M1为三相异步电机，正转开门反转关门，要求带有过载保护，热

继电器整定电流设定为0.3A】。电梯升降由电机M2驱动【M2为三

相异步电机(带速度继电器)，由变频器进行模拟量调速控制，调速范

围在0~50Hz,加速时间0.2秒，减速时间0.1秒】。汽车定位、夹紧装

置由电机M3和M4控制【定位监测装置用丝杆机构模拟，已知丝杆

螺距为4mm，由M3伺服电机驱动；伺服电机参数设置如下:伺服电

机旋转一周需要1000个脉冲，正转/反转的转速可为1圈/秒-3圈/秒;

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正转对应伸缩支架伸出，反转对应伸缩支架缩回。M4为三相高低速

异步电机，低速只进行正转，对应伸缩支架夹紧，高速反转对应伸缩

支架松开)。转盘换位装置由电机M5驱动【M5为步进电机；步进电

机参数设置如下:步进电机旋转一周需要2000个脉冲】电机旋转以面

向电机“顺时针旋转为正向，逆时针旋转为反向”为准。

系统输入应包含以下各输入输出点：丝杆花开位置检测传感器

SQ10-SQ13、左右限位（软限位）保护传感器SQ14和SQ15、左右

极限位（硬限位、直接接到伺服驱动器上）保护传感器、编码器，按

钮SB1-SB3、转换开关SA1及指示灯。所有的按钮、开关及指示灯

请使用控制柜正面元件。

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。具体配置见表1。

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、部分I/O、HMI与PLC组合分配方案见表1，其余

自行定义。

表1：PLC、HMI及I/O配置方案

方案三菱Q系列西门子S7-300西门子S7-1500

电机

+FX3U系列方案+S7-200Smart方案+S7-1200方案

HMIQ00UCPUS7-300CPU1511

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M1、M4

SB1～SB4S7-200SmartCPU1212C

FX3U-48MR

HL1～HL56ES7288-1SR40-0AA06ES7212-1BE40-0XB0

SQ11～SQ15

M3、M5S7-200SmartCPU1212C

FX3U-48MT

SQ1～SQ46ES7288-1ST30-0AA06ES7212-1AE40-0XB0

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）。把系统电气原理图、各

PLC的I/O接线图在标准图纸上，并填写I/O分配表，在“设计”栏中

填入选手工位号，在“制图”栏中填入PLC品牌型号。

从站：三菱FX3U-48MT/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

（a）正面

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从站：三菱FX3U-48MR/西

门子S7-200Smart

（6ES7288-1SR40-0AA0）

/西门子CPU1212C

（6ES7212-1BE40-0XB0）

主站：三菱Q00UCPU/西门

子S7-300/西门子

S7-1500

（b）反面

图3PLC和变频器安装位置示意图

5、三台PLC和变频器安装位置要求如图3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。

三、系统控制要求

涂胶机控制系统设备具备三种工作模式，模式一：通讯测试模式；

模式二：设备调试模式；模式三：自动运行模式。设备上电后触摸屏

首先进入首页窗口。若连续10秒未对触摸屏进行任何操作，则触摸

屏自动进入待机画面，即屏幕进入休眠状态，直到再次点击触摸屏。

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图4首页界面

1、系统登录

在首页界面上点击“系统登录”按钮，弹出如图5所示登录界面，

登录时可以选择以操作员身份登录，也可选择工程师身份登录，操作

员密码为“158GA1”，工程师密码为“158GA2”。如输入有错，画面

上应弹出“密码输入错误，是否重新输入”的提示框，点击提示框中

的“是”，用户可重新登录，点击提示框中的“否”，用户可进入首页

界面，但不能操作“通讯测试模式”、“进入测试”或“进入运行”，

只能点击“系统登录”重新登录。

图5

2、模式选择

系统登录成功之后，可以选择点击“通讯测试模式”、“进入测试”

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或“进入运行”，只有工程师可以进入测试模式、通讯测试模式和进

入运行模式操作，而操作员只能进入运行模式操作。若之前以操作员

身份登录，则画面上弹出“你没有进行该操作的权限”。

3、通讯测试模式

触摸屏进入通讯测试画面后（界面参考图6所示），HL1以闪

烁3次停3秒的周期运行（闪烁频率为2HZ）。此模式下可检测触摸

屏与三台PLC及三台PLC之间的通信情况。

图6通讯测试模式界面

如图6所示，当三台PLC上电后处于运行状态时，若系统网络

连接正常，则触摸屏中对应的通信指示灯点亮。此外，每一台PLC

需自由分配一个输出点，作为通信测试灯。分两种情况测试，由触摸

屏中的模式开关来切换，当开关旋转至左端时表示三台PLC之间的

通讯测试模式，旋转至右端时代表触摸屏与三台PLC之间的通讯。

在触摸屏中的“当前模式显示区”显示“三台PLC之间通讯“或”

触摸屏与三台PLC通讯“字样，要求与实际操作相符。

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（1）三台PLC之间通信测试

按下SB1按钮，主站PLC输出点的通信测试灯以2Hz闪烁；

再按下SB1按钮，主站PLC输出点的通信测试灯保持2Hz闪烁，

从站二PLC输出点的通信测试灯以1Hz闪烁；再按下SB1按钮，

主站、从站二PLC输出点的通信测试灯2秒后熄灭，第一种通信

测试完成。当触摸屏中的模式选择开关不在左端位置时，此模式操作

无效，如需重新测试该模式可将模式转换开关旋至右端再旋至左端重

新开始测试。

（2）触摸屏与三台PLC之间通信测试

按下触摸屏“测试按钮”，触摸屏上通讯状态显示区显示“主站正

在测试”，主站PLC输出点的通信测试灯和触摸屏上的主站指示灯

同时以1Hz闪烁，闪烁3秒后同时变为常亮，触摸屏上通讯状态显示

区显示“主站通讯正常”；再次按下触摸屏“测试按钮”，触摸屏上通

讯状态显示区显示“从站一正在测试”，主站指示灯和输出点的通信测

试灯保持常亮、从站一PLC输出点的通信测试灯和触摸屏上的从站

一的指示灯以1Hz闪烁，闪烁3秒后同时变为常亮，触摸屏上通讯状

态显示区显示“从站一通讯正常”；第三次按下触摸屏“测试按钮”，触

摸屏上显示“从站二正在测试”，主站和从站一指示灯和输出点的通信

测试灯保持常亮、从站二PLC输出点的通信测试灯和触摸屏上的从

站二的指示灯以1Hz闪烁，闪烁3秒后同时变为常亮，触摸屏上通讯

状态显示区显示“从站二通讯正常”；第四次按下触摸屏“测试按钮”，

所有输出点的通信测试灯和触摸屏上的指示灯以1Hz闪烁；3秒后所

有通信测试灯熄灭，触摸屏上通讯状态显示区显示“全部通讯正常”。

当触摸屏中的模式选择开关不在右端位置时，此模式操作无效，如需

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重新测试该模式可将模式转换开关旋至左端再旋至右端重新开始测

试。

此外，在通讯测试过程中，断开触摸屏与PLC的连接线，触摸

屏中通讯状态显示区显示“通讯中断，请检查网络连接！”。

测试完成后，所有通信正常，按下“返回首页界面”按钮将触摸屏

切换至首页界面，模式指示灯HL1熄灭。

4、调试模式

设备进入测试模式后，触摸屏出现测试画面、触摸屏上要求显示

实时时间及系统从上电开始计算的已运行时间，如图7所示，通过点

击相应、随意选择需调试的电机。点击某按键后其颜色由黄色变为红

色，再次点击则取消该电机调试，颜色由红色恢复为黄色。没有调试

顺序要求，但每次只能选择一个电机调试。

图7测试模式

（1)电梯门电机M1调试过程

按下触摸屏上“正转”键或按钮SB1后，电梯门电机正转运行5

秒后停止，按下触摸屏上“反转”键或按钮SB2后，电机反转运行5

秒后停止，M1电机调试过程中HL1长亮。

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（2）升降电梯电机M2调试过程

M2电机可以选择手动或自动，如果点击“手动”按键则表示为选

择手动模式，此时可按下按钮SB1后电机开始运行，然后可以在触

摸屏上拖动滑动输入器选择电机的运行速度，单位是r/min，电机实

时根据滑动输入器给定的速度运行。

如果点击“自动”按键则表示选择自动模式，M2电机先以200r/min

正转启动，每隔3秒速度加100r/min递增正转运行，直到到达额定转

速后再过3S后又变为200r/min运行，如此循环。运行中按下停止按

钮SB2则M2立即停止，调试需重新启动。M2电机调试过程中，HL2

以1HZ闪烁。

（3）汽车定位装置电机M3(伺服电机)和M4(夹紧电机)调试过程

在轴距检测中考虑竞赛设备情况，汽车的轴距尺寸范围由各定位

开关位置确定。其安装示意图7所示，其中SQ13、SQ12、SQl1和

SQ10分别为高级轿车、中级轿车、小型桥车和微型轿车轴范测量定

位开关，SQ14、SQ15分别为极限位开关。何服电机开始调试前，手

动将伸缩支架移动至任意位置，在触摸屏中设定伺服电机的速度之后

(速度范围应在60-180r/min之间，触摸屏设置时取整数)，按下启动按

钮SB1,M4电机先低速正转使伸缩支架夹紧，夹紧到位后（SQ3被压

下）M4电机停止。M4电机停止后M3转动驱动伸缩支架首先运行至

SQ10处，触摸屏记录微型车轴距为2.2米并将其显示在触摸屏上，

轴距由编码器给定;2s后，伸缩支架继续沿向丝杠左行驶到定位开关

SQ12处停止，触摸屏记录小型轿车轴距(2.2-2.5米);2s后，伸缩支架

继续沿丝杠向左行驶到定位开关SQ12处停止，触摸屏记录中级轿车

轴距(2.5-2.8米);3s后，伸缩支架继续沿丝杠向左行驶到定位开关

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SQ13处停止，触摸屏记录高级轿车轴范(2.8米以上);4s后，伸缩支架

自动返回至SQ10处停止。伸缩支架停止后，M4电机高速反转驱动

伸缩支架松开，松开到位后（SQ4被压下）M4电机停止，完成调试。

整个过程中按下停止按钮SB2可暂时停止，再次按下SB1，伸缩

支架从当前位置开始继续运行。M3电机调试过程中，伸缩支架运行

时HL2长亮，停止时HL2以2Hz闪烁。

本题汽车定位装置伸缩支架受丝杠长度限制，触摸屏显示的输出

长度并非实际伸缩支架运行的距离，但显示长度和伸缩支架运行距离

应该存在线性关系，即若改变SQ11-SQ13的位置，触摸屏测量的汽

车轴距应该有所不同，完成任务时请自行调整SQ10、SQ11、SQ12、

SQ13四个接近开关在丝杆上的安装位置以满足任务中的线性要求。

图8汽车定位测量机构示意图

(4)转盘换位电机(步进电机)M5调试过程

转盘换位电机(步进电机)假设安装在减速箱上(减速比为15:1，即

步进电机转15°则转盘转1°)。步进电机开始调试前，首先在触摸

屏中设定步进电机的速度之后(速度范围应在60-180r/min之间，取整

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数)，按下启动按钮SB1，步进电机M5正转驱动转盘转动36度自动

停止(1号车位为初始位置，转盘转动36度相当于将转盘从1号车位

转至2号车位)，3S后正转108度自动停上(相当于将转盘转至5号车

位，以此类推...,)，5S后反转108度自动停止。M5电机调试过程中，

HL2以亮2S灭1S的周期闪烁。

所有电机(M1~M5)调试完成后才可以按下触摸屏上“返回”键或

按下按钮SB3，系统可以返回首页界面。在未返回首页时，单台电机

可以反复调试。

5、自动运行模式

切换进入到运行模式后，触摸屏自动进入存取汽车模式画面，出

现“存取汽车系统”字样，画面可参考图9进行设计。

立体车库规定1层2层可停“高”“中”“小”“微”四种车、3层

可停“中”“小”“微”三种车、4层可停“小”“微”两种车、5层

可停“微”型车。停车时，“微”型车应优先停在5层，如果5层已

停满则按4层→3层→2层→1层的优先级停车；“小”型车应优先停

在4层，如果4层已停满则按3层→2层→1层的优先级停车；“中”

型车应优先停在3层，如果3层已停满则按3层→2层→1层的优先

级停车；“高”型车应优先停在2层，如果2层已停满则可停1层。

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图8自动存取车

立体车库工艺流程与控制要求:

(1)系统初始化状态

升降电梯在0层，电梯门关闭，各电机处于初始状态，泊车位无

汽车，伸缩支架位于SQ14位置处。

(2)存车

点击触摸屏上“存车”按钮，开始测量过程。

测量动作流程如下:按下按钮SB1，M1电机正转5S打开升降电

梯门，汽车开进，SQ1压下表示汽车开进，接通开始检测，SQ2压下

接通停止检测。例如来了一辆汽车:按下按钮SB1，M1电机正转5S

打开电梯门后制动停止,按下SQ1表示汽车就位，汽车就位后M4电

机低速正转驱动伸缩支架夹紧，夹紧到位后（SQ3压下）M3电机带

动伸缩支架由SQ10位置往SQ13位置运行，按下SQ2后M3电机立

即停止完成检测，M1电机反转5S后停止，将电梯门关闭。至此，

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检测动作完成。如果伸缩支架到达SQ15位置后SQ2还未被压下则自

动认定为高级轿车完成检测。完成检测后伸缩支架先自动返回SQ14

位置，然后M4电机高速反转使伸缩支架松开，松开到位后（SQ4压

下）开始检索车位。

如果车库内还有能存当前检测车型的空余车位，则执行存车动作，

如果没有空余车位，则在触摸屏上显示“没有空位，不能停车”，3S

后M1电机正转5S驱动电梯门打开使汽车驶离，汽车驶离(SQ1松开)

后M1电机反转5S驱动电梯门关闭。

如果车库内还有能存当前检测车型的空余车位，则执行存车动作。

存车动作流程如下:先在触摸屏上设定一个密码，该密码为取车时使

用，不输入密码不能存车，然后按下SB1后首先升降电梯开始将汽

车运送至相应楼层，然后转盘换向装置将汽车送至相应车位。已知升

降电梯每升高一层，变频器电机M2需要以30HZ的速度正转8S,反

之电梯每降低一层，变频器电机需要以30HZ的速度反转8S。例如若

要将汽车存放至204号车位，则电梯需要升高两层，即M2电机正转

16S，然后M5电机驱动转盘正转108度（此处需注意减速比），等待

5S（期间完成汽车入库动作)后，转盘换向装置复位，升降电梯回到0

层，至此，存车动作完成。

车库中某车位正在停车过程中触摸屏对应位置方格应灰色/绿色变换

闪亮，已存有车后，则触摸屏上相应方格由灰色变为绿色。存车时，

应记住存车的车位号及密码。

（3）取车

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取车动作流程如下。

先在触摸屏上点击“取车”，然后点击触摸屏上车位位置选择要取

的车，然后输入存车时对应的密码，密码正确才能取车，否则触摸屏

弹出“密码错误，不能取车”提示框。

输入密码正确后按下SB1，M1电机先正转5S将电梯门打开，升

降电梯开始运行至相应楼层，然后转盘换向装置转至相应车位将汽车

取出。例如若要将存放204号车位的汽车取出，电梯首先升高两层，

即M2电机正转16s，然后M5电机驱动转盘正转108度，等待5S（期

间完成汽车出库动作）后，转盘换向装置复位，升降电梯回到0层。

之后等待5S（期间汽车被开走），M1电机反转电梯门关闭。至此，

取车动作完成。

(4)紧急停止

系统发生急停事件按下急停按钮时(SA1被切断)，系统立刻停上，

急停恢复后(SA1被接通)，再次按下SB1，系统自动从之前状态启动

运行。

（5）系统状态显示

系统存车时绿灯HL4长亮，取车时绿灯HL5闪(周期为1秒)，系

统停止时红灯HL3长亮。

6、非正常情况处理

电机M1或M4出现过载时，设备立即停止，触摸屏上弹出“M1

电机过载”或“M4电机过载”提示框。直到解除故障后，再次按下

SB1按钮则设备按照停止前的状态继续运行。

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维修工作票

工作票编号N0：

发单日期：20年月日

工位号

工作任务T68镗床电气线路故障检测与排除

工作时间自年月日时分至年月日时分

登陆学号：（即两位数的工位号，如：01、10、20等）

工作条件

登陆密码：无

观察故障现象和排除故障后试机通电；检测及排故过程停电。

工作许可人签名

．在工作许可人签名后方可进行检修；

维1

2．对电气线路进行检测，确定线路的故障点并排除调试填写下列表格；

修

3．严格遵守电工操作安全规程；

要

4．不得擅自改变原线路接线，不得更改电路和元件位置；

求

5．完成检修后能恢复该镗床各项功能。

故障

现象

描述

故障

检测

和排

除过

程

故障

点描

述

注：选手在“工位号”栏签工位号，裁判在“工作许可人签名”栏签

名。

19

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镗床

SQ6

SQ4

80

76777879

75

SQ5

18

KM7

T68

反转

74

444

型

6869

7071

72

快速移动

17

KM6

73

67

444

正转

YL-ZT.0-6

YL-ZT

13

SQ163

61

626465

KT

16

66

14

电路故障点电气原理图

KM2

浙江亚龙教仪有限公司

3

15

KM5

60

11

59

高速

KM3

13

KT

比列

页

5358

14

KM4

545557

56

222

KT

第

重量

KM4