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5-包裹仓储分拣控制系统

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24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。

2

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请按要求在4个小时内完成以下工作任务：

一、按“包裹仓储分拣系统控制要求”，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“包裹仓储分拣系统控制要求”，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

图1某物流仓库示意图

智能仓储在现代物流中运用广泛，图1为某物流公司派件仓库的

示意图，“包裹分拣仓储系统”是将缇道线分入的包裹送入仓库的货

架；该系统能够自动地将不同片区的包裹分类放入大型货架的各个区

域，以方便派送员取件。拣货机是其核心装置，结构如图2、3所示。

拣货机结构图拣货机及货架示意图

图2拣货机示意图

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图3传送带及载物台示意图

系统启动运行后，当包裹到达传送带左侧，扫码位传感器检测到

包裹后，扫描仪读取包裹标签上的区域编号；然后传送带运送包裹向

右移动，传送带运转的同时，推包装置起动；当扫码位传感器再次检

测到包裹时，传送带、推包装置停止，扫描仪读取包裹信息，并重复

上述扫码、运送过程。当推包装置将先到达的包裹推入到载物台上，

载物台传感器检测到包裹时，传送带、推包装置停止；并根据该包裹

的目的仓号，载物台横向、纵向电机协同运行，拖动载物台沿着最短

路线将包裹送到对应仓库入口，然后载物台上的卸包装置将包裹推入

该仓库，待卸包装置返回后，载物台沿着原路线返回原位。回位后，

传送带、推包装置再次运行，等待下次包裹到达，继续进行分拣入库。

包裹仓储分拣控制系统由以下电气控制回路组成：

推包装置由一台三相异步电动机M1拖动，正常运行时只需要正

转运行，停止时需要进行反接制动，反接制动时需串接制动电阻；

卸包装置由一台双速电动机M2传动，能实现正、反转运行【电

机正转、低速推出包裹，高速、反转缩回】；

传送带由一台带离心开关的三相异步电动机M3拖动【要求用变

频器控制，可实现7段速、模拟量两种方式切换的调速控制，加、减

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速时间均设置为0.5s】；

移动基座用158GA1上丝杆机构的滑块模拟，由步进电机M4拖动

其沿水平导轨滑动【正、反向旋转速度由任务要求确定，步进驱动器

设置为2000脉冲每转，电流设置为1.5A】；

载物台由伺服电机M5拖动其纵向移动【伺服电机旋转一周需要

1600个脉冲，正、反转转速根据任务要求确定】。

电机旋转以顺时针旋转为正向，逆时针旋转为反向。

系统输入应包含以下各点：行程开关SQ1-SQ3；按钮SB1、SB2；

转换开关SA1-SA3；十字开关SA4；热继电器的常闭触点。

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）：

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

SA1～SA5

M4、M5

SQ1～SQ4

SB3S7-200SmartCPU1212C

FX3U-32MT

HL3、HL46ES7288-1ST30-0AA06ES7212-1AE40-0XB0

SQ11~SQ13

SQ14、SQ15

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M1、M2、M3

S7-200SmartCPU1212C

SB1～SB2FX3U-32MR

6ES7288-1SR40-0AA06ES7212-1BE40-0XB0

HL1、HL2

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4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

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

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（b）背面

图4PLC和变频器安装位置示意图

三、系统控制要求

包裹仓储分拣控制系统具备四种工作模式，模式一：通信测试模

式；模式二：设备调试模式；模式三：试运行模式；模式四：自动运

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，

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5用户登录界面

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图6模式选择界面

1.通讯测试模式

图7通讯测试界面

此模式为检测触摸屏与三台PLC之间通信情况，如图7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需要分配一个输出点，

作为通信测试灯。分两种情况测试：

（1）三台PLC之间通信测试：按下SB1按钮（从站一），主站

PLC输出点的通信测试灯亮；再按下SB1按钮，主站PLC输出点的

通信测试灯保持点亮，从站二PLC输出点的通信测试灯亮；再按下

SB1按钮，主站、从站二PLC输出点的通信测试灯灭，第一种通信

测试完成。

（2）触摸屏与三台PLC之间通信测试：在触摸屏测试框输入（10），

主站PLC输出点的通信测试灯亮；输入（20），主站、从站一PLC

输出点的通信测试灯亮；输入（30），主站、从站一、从站二PLC

输出点的通信测试灯亮；输入其他值，所有通信测试灯熄灭。

2、设备调试模式

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图8调试模式

调试模式画面如图8所示。按“M1--M5”图形按钮选择被调试对

象，选中某个电机调试时，对应的图形按钮指示灯点亮，提示信息栏

显示“提示信息：XX电机正在调试中”。各电机调试完毕，触摸屏

显示“提示信息：所有电机已调试完成！”

表2调试状态指示灯组显示对应功能表

状态HL1HL2HL3调试功能

0灭灭灭无

1灭灭亮M1电机调试

2灭亮灭M2电机调试

3灭亮亮M3电机调试

4亮灭灭M4电机调试

5亮灭亮M5电机调试

当选中的电机处于调试运行状态时，按“M1--M5”图形按钮中的

其他按钮均无效，只有在选中电机处于停止状态时，按其他按钮才可

任意切换。

每选中一个调试电机，控制柜指示灯组HL1、HL2、HL3会对应一

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种显示状态，具体如表2所示。

（1）M1电机调试

选择“M1”，按下SB1或触摸屏上“启动按钮”，M1电机启动运

行，触摸屏显示“M1状态：运行”。调试过程中按下SB2或触摸屏

上“停止按钮”，电机立即停止调试，完成一次启动停止视为调试完

成。

（2）M2电机调试

选择“M2”,按下SB1或触摸屏上“启动按钮”，M2电机低速、

正转（伸出），当到达伸出限位触发SQ3后，M2电机停止；等待3s

后，M2电机高速、反转（缩回），当触发到限位SQ4后，M2电机停

止。触摸屏上“M2状态”实时显示该电机实际运行状态。调试过程

中按下“停止按钮”，电机立刻停止调试，完成一次低速正转、高速

反转切换即视为调试完成。

（3）M3电机调试

M3电机可实现7级指定段速调试、无极变速调试两种调试方式，

通过SA3置于左位进入7级段速调试、置于右位进入无极变速调试。

7段速分别为：360r/min、600r/min、720r/min、900r/min、1080r/min、

1200r/min、1400r/min。无极变速调试的速度预置曲线如图9所示。

Hz

50

40

30

20

10

246810T

图9无极调速速度预置曲线

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要求：选择7段速调试时，按下启动按钮，M3电机以360r/min

正转，随后每隔3秒速度提升一级，实现7段速循环运行，触摸屏界

面“M3状态”动态显示电机转速。选择无极变速调试时，按下启动

按钮，触摸屏跳转到速度实时变化曲线界面，如图10所示，该实时

速度曲线为某次调试绘制的速度曲线样例。按下“启动”按钮，电机

按图9的V（Hz）—T（单位为S）变化曲线运行，电机运转时须在触

摸屏上绘制实际速度曲线，考虑到误差，允许实际曲线有一定的滞后

和偏差。按下按钮SB2电机停止。两种调试均完成一次，视为调试完

成。

图10速度实时变化曲线界面

（4）M4电机调试

M4为步进电机，拖动移动基座左右移动，十字手柄向左时，M4电

机反转（左移），当左移到达左限触发SQ1时，M4电机停止；十字

手柄向右时，M4电机正转（右移）；十字手柄在中间时，M4电机停

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止。通过调试，应将刻度盘调整到“0”刻度正对12点方向。调试过

程中触摸屏上实时显示M4电机的运行状态；完成一次正、反转视为

M4调试完成。

（5）M5电机调试

M5为伺服电机，拖动载物台的升、降。十字手柄在中间时，M5电

机停止；十字手柄向上时，M5电机反转（上升）；十字手柄向下时，

M4电机正转（下降），当载物台下降到达下限触发SQ2时，M4电机

停止。通过调试，须将刻度盘调整到“0”刻度正对12点方向且触摸

屏上实时显示M5电机工作状态；完成一次正、反转视为M5调试完成。

所有电机（M1～M5）调试完成后（调试无先后顺序，只需M1～

M5都经过一遍调试即可），触摸屏提示信息框中弹出“所有电机调

试完成”字幕，5秒之后自动返回首页界面。如不能自动返回则通过

点击“返回主页”按钮，将手动切换进入到首页界面。在未完成最后

一台电机调试前，单台电机可以反复调试。

3、试运行模式

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图11运行模式界面

试运行是为确保实际运行时，分拣系统稳定可靠，而进行的人工

指定分拣动作。因调试的是分拣子系统，可直接调用运行模式的界面

进行调试演示，界面如图11所示。在触摸屏上用一个九宫格类比立

体仓库，每个仓库有唯一的编号及列号、行号；包裹与载物台组成一

个方格（以下简称Y方格）。

为方便调试演示，规定在试运行、运行模式下：

（1）M4电机驱动移动基座使载物台移动，移动到SQ11位置时

可到达列1的仓库、移动到SQ12位置可到达列2的仓库、移动到SQ13

位置可到达列3的仓库。

（2）M5每转1圈移动一个仓库宽度，如：载物台从原点移动到

行1的仓库M5需要各转1圈；移动到行2的仓库口，M5需要转2

圈；移动到行3的仓库M5需要转3圈。

（2）触摸屏上Y方格在M4、M5电机旋转时，也以动画形式实

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时移动，Y方格移动的方向和终点准确反应实际包裹及载物台移动的

方向和目标仓。

（3）M4电机及M5电机的速度自定。载物台向目标仓库移动时，

为提升效率，要求往返目的仓库的路径最短（运行模式同样如此），

以“列3行1”为例，走图中虚线路径最短，即直线轨迹最短，则要

求横、纵向同时走完，据此可确定两台电机的运行速度。

试运行过程：设置列、行值（若超出仓库列、行范围，则无法运

行），按“运行”按钮，M4、M5同时运转、同时停止，带动载物台

向指定仓库移动，对应触摸屏上的Y方格同时动态移动，实时体现

载物台的运行轨迹，到达指定仓库，载物台停止，Y方格同时停在与

目标仓库方格重合处，2s后载物台、Y方格沿原路径返回原位。由裁

判指定3组不同的列、行数值，动作无误后，试运行结束。

4．自动运行模式

调试完毕，试运行结束，可进入运行模式。若前述操作未完成，

按下运行操作区“运行”按钮，会出现“调试未完成！”、“试运行

未完成！”的提示信息。

当“扫码位传感器”（用SA2模拟）检测到包裹，传送带停止

以方便扫描仪进行扫码，读取该包裹的目的仓号（这里采用在触摸屏

扫描仪上方的输入框内人工输入仓号的方式模拟扫码，由裁判指定；

为演示分拣动作，要求设定值不能与包裹序列中当前任意非0数相

同，否则提示：“扫码值与当前值重复!”，若设定值超过仓库编号

最大值，也将提示：“扫码数值超范围！”）。若设置参数无误，扫

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码成功，触摸屏发出“嘀”声，将获得的仓号显示在包裹序列的第一

个方格中，变频器以560r/min拖动包裹向右移动；“扫码位传感器”

再次检测到包裹，按前述步骤再次扫码，此时获得的仓号应显示在包

裹序列的第二个方格中。扫描多次，根据扫描的先后顺序，包裹在传

送带上的位置是自右向左依次排列的；因此，每次扫描获得的目标仓

库号将按自右向左的先后顺序被显示在包裹序列的方框中。

传送带电机M3与推包电机M1同步启动和停止，当推包电机将先

到达的包裹推入载物台时，“载物台传感器”（用SA1模拟）检测到

包裹已装载到位（此时，触摸屏Y方格内出现包裹矩形并显示刚推入

包裹的目标仓号，且包裹序列内的其他仓号依次右移一格），M3、M1

停止，同时，M4、M5电机将载物台上的包裹按最短距离送入指定仓

库口停止。

当载物台到达目标仓库停止后，卸包电机M2低速正转，伸出卸

包，卸包装置触及SQ3后M2停止，3S后，M2电机高速反转缩回、触

及SQ4后停止，此时，Y方格内的包裹矩形消失，M4、M5运行拖动载

物台按原路径返回原位。

当载物台返回原位停止后，传送带电机M3与推包电机M1同步启

动，继续传送和推送包裹，“载物台传感器”（SA1）检测到包裹装

载到位后，系统将按上述步骤依次将所有包裹送入指定仓库，此时包

裹序列全变为0。

系统运行时，只要载物台在初始位，既可以等待包裹继续分拣入

库，又可以继续扫描包裹，仓号按顺序显示在包裹序列中。

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当按下“停止”按钮，载物台完成当前派送包裹过程后停在原位，

整个系统停止运行。再次按下“运行”按钮系统重新运行。

5、非正常情况处理

（1）过载

当M1、M2电机发生过载时，系统暂停，运行界面跳转至报警界

面，如图12所示，M1电机过载其对应的指示灯以1Hz频率闪烁，M2

电机过载时，对应指示灯以2Hz频率闪烁。解除过载后，画面切换至

过载前画面，系统继续未完成的运行过程。

（2）超限

M5电机驱动载物台上下运行时，触及SQ1或SQ2时（超上限或下

限）或者M4电机驱动载物台左右移动时触及SQ14或SQ15系统立即

停止，触摸屏自动切换报警画面，画面超限报警灯点亮，解除报警后，

可以按下“启动”按钮，系统继续超限前未完成的运行过程。

图12报警画面

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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X62W铣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

维1．在工作许可人签名后方可进行检修；

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铣床各项功能。

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。

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SB6

86

84

85

19

83

KM6

4

4

4

SQ4-1

SB5

79

76

15

快速进给

77

75

82

18

万能铣床

81

80

78

KM5

KM4

SQ2-1

4

4

4

SA1-2

72

17

71

73

电路电气原理图

SQ1-2

SQ2-274

X62W

SQ3-1

通

SA1-3

断

70

63

浙江亚龙教仪有限公司

69

16

后、上、左

17

65

68

67

66

64

3-2

SQ6-2

SQ4-2

SQ3-2KM5

SQ1-118

SA1-1

51

进给控制

15

49

62

比列

页

KM4

59

61

56

55

54

53

52

50

60

58

57

SQ6-13

3

3

47

14

48

FR2

第

重量

前、下、右

KM3

13

46