高職組現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試賽項題庫自動抓棉機(jī).doc

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2016年全國高職院校技能大賽“現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試”賽項 2016年全國職業(yè)院校技能大賽 現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試 （總時間：240分鐘） 工 作 任 務(wù) 書 場次號 工位號 注意事項 一、本任務(wù)書共12頁，如出現(xiàn)缺頁、字跡不清等問題，請及時向裁判示意，進(jìn)行任務(wù)書的更換。 二、在完成工作任務(wù)的全過程中，嚴(yán)格遵守電氣安裝和電氣維修的安全操作規(guī)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(guī)范（GB50254-96）》驗收。 三、不得擅自更改設(shè)備已有器件位置和線路，若現(xiàn)場設(shè)備安裝調(diào)試有疑問，須經(jīng)設(shè)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(rèn)定競賽設(shè)備的器件有故障，可提出更換，器件經(jīng)現(xiàn)場裁判測定完好屬參賽選手誤判時，每次扣參賽隊3分；若因人為操作損壞器件，酌情扣5-10分；后果嚴(yán)重者（如導(dǎo)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(jī)的“D: \場次號-工位號”文件夾下，場次號和工位號以現(xiàn)場抽簽為準(zhǔn)。 六、參賽選手在完成工作任務(wù)的過程中，不得在任何地方標(biāo)注學(xué)校名稱、選手姓名等信息。 七、比賽結(jié)束后，參賽選手需要將任務(wù)書以及現(xiàn)場發(fā)放的圖紙、資料、草稿紙等材料一并上交，不得帶離考場。 請按要求在4個小時內(nèi)完成以下工作任務(wù)： 一、按“自動抓棉機(jī)系統(tǒng)控制要求”，設(shè)計電氣控制原理圖，制定相應(yīng)的IO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(guān)元件參數(shù)設(shè)置。 二、按“自動抓棉機(jī)系統(tǒng)控制要求”，編寫PLC程序及觸摸屏程序，完成后下載至設(shè)備PLC及觸摸屏，并調(diào)試該電氣控制系統(tǒng)達(dá)到控制要求。 三、根據(jù)賽場設(shè)備上所提供的故障考核裝置，參考T68鏜床/X62W銑床電氣原理圖，排除機(jī)床電氣控制電路板上所設(shè)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(wù)請在YL-158GA1型現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試實訓(xùn)考核裝置上完成，該裝置的結(jié)構(gòu)介紹及使用方法請參考用戶說明書。 自動抓棉機(jī)系統(tǒng)控制要求 一、系統(tǒng)運(yùn)行說明 自動抓棉機(jī)是紡織加工的第一道工序，用于加工棉、棉型化纖和中長化纖原料，具有抓棉、松棉、除去雜質(zhì)和混合原料等功能，在棉花加工中起著非常重要的作用。間隙下降的抓棉臂帶動抓棉小車通過轉(zhuǎn)塔移動作順序抓取，被抓取的棉花纖維束塊通過風(fēng)機(jī)抽吸經(jīng)輸棉管道送至下道機(jī)臺作進(jìn)一步加工。該系統(tǒng)由轉(zhuǎn)塔、抓棉臂、抓棉小車、輸棉管道和出棉口等部分組成，如圖1所示。 自動抓棉機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過程如下：抓棉小車隨轉(zhuǎn)塔做左右往復(fù)運(yùn)動，對棉包進(jìn)行抓取，抓棉小車每抓完一個行程（從SQ1處運(yùn)行到SQ2處），抓棉臂下降一定高度，然后再繼續(xù)抓棉，抓棉小車抓到的棉花經(jīng)風(fēng)機(jī)抽吸隨輸棉管道輸送到出棉口。 圖1 自動抓棉機(jī)系統(tǒng) 自動抓棉機(jī)系統(tǒng)由以下電氣控制回路組成：轉(zhuǎn)塔的移動由伺服電機(jī)M1驅(qū)動，通過絲杠帶動滑塊來模擬轉(zhuǎn)塔的左右移動【伺服電機(jī)M1參數(shù)設(shè)置如下：伺服電機(jī)M1旋轉(zhuǎn)一周需要2000個脈沖】。抓棉臂的上下運(yùn)行由步進(jìn)電機(jī)M2驅(qū)動【步進(jìn)電機(jī)M2參數(shù)設(shè)置如下：步進(jìn)電機(jī)M2旋轉(zhuǎn)一周需要1000個脈沖】。抓棉小車由三相異步雙速電機(jī)M3驅(qū)動，控制不同的抓棉速度【需考慮過載、聯(lián)鎖保護(hù)】。風(fēng)機(jī)由三相異步電動機(jī)M4驅(qū)動，可通過選擇風(fēng)機(jī)的速度來控制輸棉的速度【三相異步電動機(jī)M4由變頻器控制，速度主要由電流型模擬量4-20mA給定，加速時間1.2秒，減速時間0.5秒】。 電動機(jī)旋轉(zhuǎn)以“順時針旋轉(zhuǎn)為正向,逆時針旋轉(zhuǎn)為反向”為準(zhǔn)。 二、控制系統(tǒng)設(shè)計要求 1、本系統(tǒng)使用三臺PLC，網(wǎng)絡(luò)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(yè)以太網(wǎng)的形式組網(wǎng)。 2、MCGS觸摸屏應(yīng)連接到系統(tǒng)中主站PLC上（三菱系統(tǒng)中觸摸屏連接到QPLC的RS232端口；西門子系統(tǒng)中觸摸屏連接到S7-300/S7-1500的以太網(wǎng)端口，不允許連接到交換機(jī)）。 3、電機(jī)控制、I/O、HMI與PLC組合分配方案（其余自行定義）： 方案 電機(jī) 三菱Q系列+FX3U系列方案 西門子S7-300 +S7-200Smart方案 西門子S7-1500 +S7-1200方案 HMI SB1～SB4、SA5 Q00UCPU CPU314C-2PN/DP CPU 1511 M3、M4 HL1～HL3 FX3U-48MR S7-200Smart 6ES7288-1SR40-0AA0 CPU 1212C 6ES7212-1BE40-0XB0 M1、M2 SQ1～SQ3 FX3U-48MT S7-200Smart 6ES7288-1ST30-0AA0 CPU 1212C 6ES7212-1AE40-0XB0 4、根據(jù)本控制要求設(shè)計電氣控制原理圖，根據(jù)所設(shè)計的電路圖連接電路，不允許借用機(jī)床考核單元電氣回路。參照所給定的圖紙格式把系統(tǒng)電氣原理圖以及各個PLC的I/O接線圖繪制在標(biāo)準(zhǔn)圖紙上，在“設(shè)計”欄中填入選手工位號，在“制圖”欄中填入PLC品牌型號。參照所給定的IO分配表格式，將編程中所用到的各個PLC的IO點(diǎn)以及主要的中間繼電器和存儲器填入IO分配表中。 5、本次工作任務(wù)中用到的主要器件（如各個PLC和變頻器）已安裝好，部分線路也已經(jīng)安裝好，選手不得擅自更改設(shè)備中已有器件的位置和線路。其余器件的安裝位置請自行定義。 三、系統(tǒng)控制要求 自動抓棉機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)備具備兩種工作模式，模式一：調(diào)試模式；模式二：自動運(yùn)行模式。設(shè)備上電后觸摸屏顯示歡迎界面，點(diǎn)擊界面任一位置，觸摸屏即進(jìn)入啟動選擇畫面。 1、啟動選擇畫面要求 啟動選擇畫面（如圖2所示），選擇“調(diào)試模式”，彈出“用戶登入”窗口（如圖3所示），用戶名下拉選“負(fù)責(zé)人”，輸入密碼“123”方可進(jìn)入“調(diào)試模式界面”，密碼錯誤不能進(jìn)入畫面，調(diào)試完成后自動返回啟動畫面（也可在調(diào)試過程點(diǎn)擊按鈕返回）。 圖2 啟動選擇畫面 圖3 用戶登錄界面 選擇“自動運(yùn)行模式”，彈出“用戶登入”窗口，用戶名下拉選“操作員”，輸入密碼“456”方可進(jìn)入“自動運(yùn)行模式”畫面，密碼錯誤不能進(jìn)入畫面。 2、調(diào)試模式 觸摸屏進(jìn)入調(diào)試畫面后，調(diào)試模式指示燈HL1以0.5Hz頻率閃爍點(diǎn)亮，等待電機(jī)調(diào)試。觸摸屏調(diào)試界面可以參考圖5進(jìn)行制作：通過按下“選擇調(diào)試按鈕”，可依次選擇需要調(diào)試的電機(jī)M1～M4，對應(yīng)電機(jī)指示燈亮，指示燈HL1停止閃爍。按下調(diào)試啟動SB1按鈕，選中的電機(jī)將進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。每個電機(jī)調(diào)試完成后，對應(yīng)的指示燈熄滅。 圖4 調(diào)試模式參考畫面 （1）轉(zhuǎn)塔伺服電機(jī)M1調(diào)試過程 轉(zhuǎn)塔伺服電機(jī)M1安裝在絲杠位置上，安裝示意圖如圖5所示，其中SQ1、SQ2分別為轉(zhuǎn)塔左右移動限位開關(guān)，SQ11、SQ12分別為極限位開關(guān)。伺服電機(jī)M1開始調(diào)試前，手動將轉(zhuǎn)塔移動至SQ1位置，在觸摸屏中設(shè)定伺服電機(jī)的速度之后（速度范圍應(yīng)在100-200r/min之間），按下啟動按鈕SB1，轉(zhuǎn)塔向右行駛2cm停止（已知絲杠的螺距為4mm），2s后，轉(zhuǎn)塔開始向左運(yùn)行，至SQ1處停止，2s后繼續(xù)向左運(yùn)行，至SQ2處停止，2s后，轉(zhuǎn)塔繼續(xù)右行至SQ1處停止，整個調(diào)試過程結(jié)束。整個過程中按下停止按鈕SB2，轉(zhuǎn)塔伺服電機(jī)M1停止，再次按下SB1，轉(zhuǎn)塔從當(dāng)前位置開始繼續(xù)運(yùn)行。伺服電機(jī)M1電機(jī)調(diào)試過程中，轉(zhuǎn)塔移動時時，HL2以2Hz閃爍。 圖5、轉(zhuǎn)塔伺服電機(jī)安裝示意圖 （2）抓棉臂步進(jìn)電機(jī)M2調(diào)試過程 抓棉臂步進(jìn)電機(jī)M2不需要安裝在絲杠位置上。步進(jìn)電機(jī)M2調(diào)試前，首先在觸摸屏中設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的速度之后（速度范圍應(yīng)在60-200r/min之間），按下啟動按鈕SB1后，步進(jìn)電機(jī)M2以正轉(zhuǎn)5s-停2s-反轉(zhuǎn)5s-停2s的周期一直運(yùn)行，按下停止按鈕SB2，步進(jìn)電機(jī)M2停止。M2電機(jī)調(diào)試過程中，HL2以亮2S滅1S的周期閃爍。 （3）抓棉小車雙速電機(jī)M3調(diào)試過程 按下SB1按鈕，雙速電機(jī)M3低速啟動3秒后M3停止，再3秒后又自動高速啟動，按此周期反復(fù)運(yùn)行，可隨時按下SB2停止。雙速電機(jī)M3調(diào)試過程中，HL2以2.5Hz閃爍。 （4）三相異步電機(jī)M4調(diào)試過程 按下SB1按鈕，M4電機(jī)以15Hz啟動，再按下SB1按鈕M4電機(jī)以30Hz運(yùn)行，再按下SB1按鈕M4電機(jī)以45Hz運(yùn)行?！咀ⅲ篗4電機(jī)速度由PLC模擬量4-20mA給定?！空麄€過程中按下停止按鈕SB2，M4電機(jī)停止。電機(jī)M4調(diào)試過程中，HL2以亮2S滅1S的周期閃爍。 所有電機(jī)（M1～M4）調(diào)試完成后觸摸屏畫面將自動切換進(jìn)入到自動運(yùn)行模式。在未進(jìn)入自動運(yùn)行模式時，單臺電機(jī)可以反復(fù)調(diào)試。 2、自動運(yùn)行模式 自動切換進(jìn)入到自動運(yùn)行模式后，觸摸屏隨即進(jìn)入自動運(yùn)行模式畫面，自動運(yùn)行模式畫面請參考圖6所示，主要包含： 圖6 自動運(yùn)行模式參考畫面 自動抓棉機(jī)工藝流程與控制要求： （1） 系統(tǒng)初始化狀態(tài) 轉(zhuǎn)塔處于初始位置（SQ1檢測有信號），抓棉區(qū)有棉花（SQ3檢測有信號），自動運(yùn)行模式啟動按鈕SB3、停止按鈕SB4、急停按鈕SA1全部處于初始狀態(tài)，所有電機(jī)停止（M1-M4）,自動運(yùn)行模式指示燈HL3開始以1Hz頻率閃爍。 （2） 自動運(yùn)行過程 抓棉機(jī)在開始運(yùn)行前，首先應(yīng)對系統(tǒng)的運(yùn)行模式進(jìn)行選擇：高速運(yùn)行模式和低速運(yùn)行模式（通過觸摸屏上的系統(tǒng)運(yùn)行模式下拉菜單選擇） 選擇高速運(yùn)行模式時,自動抓棉機(jī)的工藝流程如下:按下SB3,風(fēng)機(jī)M4以50Hz頻率運(yùn)行，轉(zhuǎn)塔從SQ1位置開始向左行駛（M1電機(jī)帶動滑塊左行，速度2r/s），直到SQ2處位置有信號時M1電機(jī)停止。M1電機(jī)運(yùn)行的同時，M3電機(jī)開始高速抓棉，電機(jī)運(yùn)行的同時并對電機(jī)溫度檢測（M3帶有溫度檢測傳感器，用控制柜前面板溫度控制器+熱電阻Pt100代替），溫度超過30℃時，系統(tǒng)停止運(yùn)行，并報警。當(dāng)M1電機(jī)到達(dá)SQ2位置時，M4電機(jī)停止；抓棉臂下降3.2cm（M2電機(jī)以4r/s速度正轉(zhuǎn)走3.5cm行程），至此自動抓棉機(jī)運(yùn)行完第一個行程。M2電機(jī)走完3.5cm之后，M1電機(jī)向右行駛，速度2r/s；M4電機(jī)啟動。當(dāng)M1電機(jī)行駛至SQ1位置時，M1和M4電機(jī)停止，同時抓棉臂下降3.6cm，自動抓棉機(jī)運(yùn)行完第二個行程。當(dāng)抓棉區(qū)一直有棉花，即SQ3有信號，自動抓棉機(jī)就按此流程一直自動循環(huán)運(yùn)行。 選擇低速運(yùn)行模式時,自動抓棉機(jī)的工藝流程如下:按下SB3,風(fēng)機(jī)M4以28Hz頻率運(yùn)行，轉(zhuǎn)塔從SQ1位置開始向左行駛（M1電機(jī)帶動滑塊左行，速度1r/s），直到SQ2處位置有信號時M1電機(jī)停止。M1電機(jī)運(yùn)行的同時，M3電機(jī)開始低速抓棉，電機(jī)運(yùn)行的同時并對電機(jī)溫度檢測（M3帶有溫度檢測傳感器，用控制柜前面板溫度控制器+熱電阻Pt100代替），溫度超過30℃時，系統(tǒng)停止運(yùn)行，并報警。當(dāng)M1電機(jī)到達(dá)SQ2位置時，M4電機(jī)停止；抓棉臂下降1.2cm（M2電機(jī)以1.5r/s速度正轉(zhuǎn)走1.2cm行程），至此自動抓棉機(jī)運(yùn)行完第一個行程。M2電機(jī)走完1.2cm之后，M1電機(jī)向右行駛，速度1r/s；M4電機(jī)啟動。當(dāng)M1電機(jī)行駛至SQ1位置時，M1和M4電機(jī)停止，同時抓棉臂下降1.2cm，自動抓棉機(jī)運(yùn)行完第二個行程。當(dāng)抓棉區(qū)一直有棉花，即SQ3有信號，自動抓棉機(jī)就按此流程一直自動循環(huán)運(yùn)行。 當(dāng)抓棉區(qū)沒有棉花或抓棉下車電機(jī)溫度報警時，系統(tǒng)停止運(yùn)行，同時報警指示燈HL4閃爍（周期為0.5s）。 （3） 停止操作 系統(tǒng)自動運(yùn)行過程中，按下自動模式停止按鈕SB4，系統(tǒng)完成當(dāng)前這一個行程后停止運(yùn)行，當(dāng)停止后再次啟動運(yùn)行，系統(tǒng)保持上次運(yùn)行的記錄。 系統(tǒng)發(fā)生急停事件按下急停按鈕時(SA1被切斷)，系統(tǒng)立即停止。急?；謴?fù)后（SA1被接通），再次按下SB1，系統(tǒng)自動從之前狀態(tài)啟動運(yùn)行。 3、非正常情況處理 當(dāng)電機(jī)M3運(yùn)行時出現(xiàn)高溫報警，所有電機(jī)停止運(yùn)行，此時在觸摸屏中自動彈出報警畫面“抓棉小車M3電機(jī)高溫報警”；當(dāng)溫度低于30℃，報警畫面自動解除。 當(dāng)抓棉區(qū)沒有棉花時（SQ3無信號），所有電機(jī)停止運(yùn)行，此時在觸摸屏中自動彈出報警畫面“抓棉區(qū)無棉花”；直至SQ3有信號時，報警畫面自動解除。 12