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

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2016年全國(guó)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(xiàng) 2016年全國(guó)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(shí)間：240分鐘） 工 作 任 務(wù) 書(shū) 場(chǎng)次號(hào) 工位號(hào) 注意事項(xiàng) 一、本任務(wù)書(shū)共12頁(yè)，如出現(xiàn)缺頁(yè)、字跡不清等問(wèn)題，請(qǐng)及時(shí)向裁判示意，進(jìn)行任務(wù)書(shū)的更換。 二、在完成工作任務(wù)的全過(guò)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(yàn)收規(guī)范（GB50254-96）》驗(yàn)收。 三、不得擅自更改設(shè)備已有器件位置和線(xiàn)路，若現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝調(diào)試有疑問(wèn)，須經(jīng)設(shè)計(jì)人員（賽場(chǎng)評(píng)委）同意后方可修改。 四、競(jìng)賽過(guò)程中，參賽選手認(rèn)定競(jìng)賽設(shè)備的器件有故障，可提出更換，器件經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)裁判測(cè)定完好屬參賽選手誤判時(shí)，每次扣參賽隊(duì)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(jìng)賽成績(jī)計(jì)0分。 五、所編PLC、觸摸屏等程序必須保存到計(jì)算機(jī)的“D: \場(chǎng)次號(hào)-工位號(hào)”文件夾下，場(chǎng)次號(hào)和工位號(hào)以現(xiàn)場(chǎng)抽簽為準(zhǔn)。 六、參賽選手在完成工作任務(wù)的過(guò)程中，不得在任何地方標(biāo)注學(xué)校名稱(chēng)、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(shū)以及現(xiàn)場(chǎng)發(fā)放的圖紙、資料、草稿紙等材料一并上交，不得帶離考場(chǎng)。 請(qǐng)按要求在4個(gè)小時(shí)內(nèi)完成以下工作任務(wù)： 一、按“自動(dòng)抓棉機(jī)系統(tǒng)控制要求”，設(shè)計(jì)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(jì)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(dòng)抓棉機(jī)系統(tǒng)控制要求”，編寫(xiě)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(chǎng)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(shí)完成維修工作票。 本次工作任務(wù)請(qǐng)?jiān)赮L-158GA1型現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試實(shí)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(qǐng)參考用戶(hù)說(shuō)明書(shū)。 自動(dòng)抓棉機(jī)系統(tǒng)控制要求 一、系統(tǒng)運(yùn)行說(shuō)明 自動(dòng)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(zhǎng)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(dòng)抓棉小車(chē)通過(guò)轉(zhuǎn)塔移動(dòng)作順序抓取，被抓取的棉花纖維束塊通過(guò)風(fēng)機(jī)抽吸經(jīng)輸棉管道送至下道機(jī)臺(tái)作進(jìn)一步加工。該系統(tǒng)由轉(zhuǎn)塔、抓棉臂、抓棉小車(chē)、輸棉管道和出棉口等部分組成，如圖1所示。 自動(dòng)抓棉機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程如下：抓棉小車(chē)隨轉(zhuǎn)塔做左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)棉包進(jìn)行抓取，抓棉小車(chē)每抓完一個(gè)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(chē)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(dòng)抓棉機(jī)系統(tǒng) 自動(dòng)抓棉機(jī)系統(tǒng)由以下電氣控制回路組成：轉(zhuǎn)塔的移動(dòng)由伺服電機(jī)M1驅(qū)動(dòng)，通過(guò)絲杠帶動(dòng)滑塊來(lái)模擬轉(zhuǎn)塔的左右移動(dòng)【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(gè)脈沖】。抓棉臂的上下運(yùn)行由步進(jìn)電機(jī)M2驅(qū)動(dòng)【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(gè)脈沖】。抓棉小車(chē)由三相異步雙速電機(jī)M3驅(qū)動(dòng)，控制不同的抓棉速度【需考慮過(guò)載、聯(lián)鎖保護(hù)】。風(fēng)機(jī)由三相異步電動(dòng)機(jī)M4驅(qū)動(dòng)，可通過(guò)選擇風(fēng)機(jī)的速度來(lái)控制輸棉的速度【三相異步電動(dòng)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(shí)間1.2秒，減速時(shí)間0.5秒】。 電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)以“順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正向,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為反向”為準(zhǔn)。 二、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 1、本系統(tǒng)使用三臺(tái)PLC，網(wǎng)絡(luò)指定QCPU/S7-300/S7-1500為主站，2臺(tái)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(mén)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(mén)子S7-300 +S7-200Smart方案 西門(mén)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(jì)電氣控制原理圖，根據(jù)所設(shè)計(jì)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(gè)PLC的I/O接線(xiàn)圖繪制在標(biāo)準(zhǔn)圖紙上，在“設(shè)計(jì)”欄中填入選手工位號(hào)，在“制圖”欄中填入PLC品牌型號(hào)。參照所給定的IO分配表格式，將編程中所用到的各個(gè)PLC的IO點(diǎn)以及主要的中間繼電器和存儲(chǔ)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(gè)PLC和變頻器）已安裝好，部分線(xiàn)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(xiàn)路。其余器件的安裝位置請(qǐng)自行定義。 三、系統(tǒng)控制要求 自動(dòng)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(dòng)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(dòng)選擇畫(huà)面。 1、啟動(dòng)選擇畫(huà)面要求 啟動(dòng)選擇畫(huà)面（如圖2所示），選擇“調(diào)試模式”，彈出“用戶(hù)登入”窗口（如圖3所示），用戶(hù)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(cuò)誤不能進(jìn)入畫(huà)面，調(diào)試完成后自動(dòng)返回啟動(dòng)畫(huà)面（也可在調(diào)試過(guò)程點(diǎn)擊按鈕返回）。 圖2 啟動(dòng)選擇畫(huà)面 圖3 用戶(hù)登錄界面 選擇“自動(dòng)運(yùn)行模式”，彈出“用戶(hù)登入”窗口，用戶(hù)名下拉選“操作員”，輸入密碼“456”方可進(jìn)入“自動(dòng)運(yùn)行模式”畫(huà)面，密碼錯(cuò)誤不能進(jìn)入畫(huà)面。 2、調(diào)試模式 觸摸屏進(jìn)入調(diào)試畫(huà)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(guò)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(duì)應(yīng)電機(jī)指示燈亮，指示燈HL1停止閃爍。按下調(diào)試啟動(dòng)SB1按鈕，選中的電機(jī)將進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。每個(gè)電機(jī)調(diào)試完成后，對(duì)應(yīng)的指示燈熄滅。 圖4 調(diào)試模式參考畫(huà)面 （1）轉(zhuǎn)塔伺服電機(jī)M1調(diào)試過(guò)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(dòng)限位開(kāi)關(guān)，SQ11、SQ12分別為極限位開(kāi)關(guān)。伺服電機(jī)M1開(kāi)始調(diào)試前，手動(dòng)將轉(zhuǎn)塔移動(dòng)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(dòng)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(kāi)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(gè)調(diào)試過(guò)程結(jié)束。整個(gè)過(guò)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(kāi)始繼續(xù)運(yùn)行。伺服電機(jī)M1電機(jī)調(diào)試過(guò)程中，轉(zhuǎn)塔移動(dòng)時(shí)時(shí)，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(guò)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(dòng)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(guò)程中，HL2以亮2S滅1S的周期閃爍。 （3）抓棉小車(chē)雙速電機(jī)M3調(diào)試過(guò)程 按下SB1按鈕，雙速電機(jī)M3低速啟動(dòng)3秒后M3停止，再3秒后又自動(dòng)高速啟動(dòng)，按此周期反復(fù)運(yùn)行，可隨時(shí)按下SB2停止。雙速電機(jī)M3調(diào)試過(guò)程中，HL2以2.5Hz閃爍。 （4）三相異步電機(jī)M4調(diào)試過(guò)程 按下SB1按鈕，M4電機(jī)以15Hz啟動(dòng)，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。【注：M4電機(jī)速度由PLC模擬量4-20mA給定?！空麄€(gè)過(guò)程中按下停止按鈕SB2，M4電機(jī)停止。電機(jī)M4調(diào)試過(guò)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(huà)面將自動(dòng)切換進(jìn)入到自動(dòng)運(yùn)行模式。在未進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行模式時(shí)，單臺(tái)電機(jī)可以反復(fù)調(diào)試。 2、自動(dòng)運(yùn)行模式 自動(dòng)切換進(jìn)入到自動(dòng)運(yùn)行模式后，觸摸屏隨即進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行模式畫(huà)面，自動(dòng)運(yùn)行模式畫(huà)面請(qǐng)參考圖6所示，主要包含： 圖6 自動(dòng)運(yùn)行模式參考畫(huà)面 自動(dòng)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(cè)有信號(hào)），抓棉區(qū)有棉花（SQ3檢測(cè)有信號(hào)），自動(dòng)運(yùn)行模式啟動(dòng)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(dòng)運(yùn)行模式指示燈HL3開(kāi)始以1Hz頻率閃爍。 （2） 自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程 抓棉機(jī)在開(kāi)始運(yùn)行前，首先應(yīng)對(duì)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(guò)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(shí),自動(dòng)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(kāi)始向左行駛（M1電機(jī)帶動(dòng)滑塊左行，速度2r/s），直到SQ2處位置有信號(hào)時(shí)M1電機(jī)停止。M1電機(jī)運(yùn)行的同時(shí)，M3電機(jī)開(kāi)始高速抓棉，電機(jī)運(yùn)行的同時(shí)并對(duì)電機(jī)溫度檢測(cè)（M3帶有溫度檢測(cè)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(guò)30℃時(shí)，系統(tǒng)停止運(yùn)行，并報(bào)警。當(dāng)M1電機(jī)到達(dá)SQ2位置時(shí)，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(dòng)抓棉機(jī)運(yùn)行完第一個(gè)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(dòng)。當(dāng)M1電機(jī)行駛至SQ1位置時(shí)，M1和M4電機(jī)停止，同時(shí)抓棉臂下降3.6cm，自動(dòng)抓棉機(jī)運(yùn)行完第二個(gè)行程。當(dāng)抓棉區(qū)一直有棉花，即SQ3有信號(hào)，自動(dòng)抓棉機(jī)就按此流程一直自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行。 選擇低速運(yùn)行模式時(shí),自動(dòng)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(kāi)始向左行駛（M1電機(jī)帶動(dòng)滑塊左行，速度1r/s），直到SQ2處位置有信號(hào)時(shí)M1電機(jī)停止。M1電機(jī)運(yùn)行的同時(shí)，M3電機(jī)開(kāi)始低速抓棉，電機(jī)運(yùn)行的同時(shí)并對(duì)電機(jī)溫度檢測(cè)（M3帶有溫度檢測(cè)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(guò)30℃時(shí)，系統(tǒng)停止運(yùn)行，并報(bào)警。當(dāng)M1電機(jī)到達(dá)SQ2位置時(shí)，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(dòng)抓棉機(jī)運(yùn)行完第一個(gè)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(dòng)。當(dāng)M1電機(jī)行駛至SQ1位置時(shí)，M1和M4電機(jī)停止，同時(shí)抓棉臂下降1.2cm，自動(dòng)抓棉機(jī)運(yùn)行完第二個(gè)行程。當(dāng)抓棉區(qū)一直有棉花，即SQ3有信號(hào)，自動(dòng)抓棉機(jī)就按此流程一直自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行。 當(dāng)抓棉區(qū)沒(méi)有棉花或抓棉下車(chē)電機(jī)溫度報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)停止運(yùn)行，同時(shí)報(bào)警指示燈HL4閃爍（周期為0.5s）。 （3） 停止操作 系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中，按下自動(dòng)模式停止按鈕SB4，系統(tǒng)完成當(dāng)前這一個(gè)行程后停止運(yùn)行，當(dāng)停止后再次啟動(dòng)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(shí)(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(dòng)從之前狀態(tài)啟動(dòng)運(yùn)行。 3、非正常情況處理 當(dāng)電機(jī)M3運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)高溫報(bào)警，所有電機(jī)停止運(yùn)行，此時(shí)在觸摸屏中自動(dòng)彈出報(bào)警畫(huà)面“抓棉小車(chē)M3電機(jī)高溫報(bào)警”；當(dāng)溫度低于30℃，報(bào)警畫(huà)面自動(dòng)解除。 當(dāng)抓棉區(qū)沒(méi)有棉花時(shí)（SQ3無(wú)信號(hào)），所有電機(jī)停止運(yùn)行，此時(shí)在觸摸屏中自動(dòng)彈出報(bào)警畫(huà)面“抓棉區(qū)無(wú)棉花”；直至SQ3有信號(hào)時(shí)，報(bào)警畫(huà)面自動(dòng)解除。 12