2018年山西职业院校技能大赛

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2018年山西省职业院校技能大赛

高职组现代电气控制系统安装与调试

(总时间:240分钟)

(样题)

场次号 工位号

注意事项

一、本任务书共11页,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3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。

请按要求在4个小时内完成以下工作任务:

一、按“伺服灌装机系统控制要求”,设计电气控制原理图,制定相应的IO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“伺服灌装机系统控制要求”,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/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。

伺服灌装机系统控制要求

一、系统运行说明

在现代社会中,灌装机广泛应用于食品、医药、日化等行业,灌装机产能水平的高低直接关系着产品的质量和生产的效率,要求伺服灌装系统提供更高精度的、更高自动化程度的控制工艺,来不断迎接市场的挑战!该系统由X轴跟随伺服、Y轴灌装步进、主轴传送带、正品检测装置、正品传送带和次品传送带等部分组成。

图1 伺服灌装机系统

伺服灌装机系统由以下电气控制回路组成:X轴跟随由伺服电机M1驱动,通过丝杠带动滑块来模拟灌装平台的左右移动【伺服电机M1参数设置如下:伺服电机M1旋转一周需要4000个脉冲】。Y轴灌装喷嘴上下移动由步进电机M2驱动【步进电机M2参数设置如下:步进电机M2旋转一周需要2000个脉冲】。主轴传送带由三相异步电机M3驱动【M3由变频器驱动,速度主要由模拟量4-20mA给定,可进行正反转运行,加速时间0.5秒,减速时间0.5秒】,正品传送带由三相异步电机M4驱动【需要考虑过载】,次品传送带由三相异步电机M5驱动【需要考虑过载】。

正品检测装置检测瓶装液体灌装是否合格,其体积0-500mL对应模拟量DC 0-10V,合格瓶装液体净含量大于450mL,小于450mL为次品。SQ1到SQ2之间的距离为灌装同步运行期间,此距离与两空物料瓶之间的距离相等。

电动机旋转以“顺时针旋转为正向,逆时针旋转为反向”为准。

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。

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

电机

三菱Q系列+FX3U系列方案

西门子S7-300 +S7-200Smart方案

西门子S7-1500 +S7-1200方案

HMI

SB1~SB4、SA1

Q00UCPU

CPU314C-2PN/DP

CPU 1511

M4、M5、SA2

HL1~HL6

FX3U-48MR

S7-200Smart

6ES7288-1SR40-0AA0

CPU 1212C

6ES7212-1BE40-0XB0

M1、M2、M3、SA3

SQ1~SQ6

FX3U-48MT

S7-200Smart

6ES7288-1ST30-0AA0

CPU 1212C

6ES7212-1AE40-0XB0

4、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。参照所给定的图纸格式把系统电气原理图以及各个PLC的I/O接线图绘制在标准图纸上,在“设计”栏中填入选手工位号,在“制图”栏中填入PLC品牌型号。参照所给定的IO分配表格式,将编程中所用到的各个PLC的IO点以及主要的中间继电器和存储器填入IO分配表中。

5、本次工作任务中用到的主要器件(如各个PLC和变频器)已安装好,部分线路也已经安装好,选手不得擅自更改设备中已有器件的位置和线路。其余器件的安装位置请自行定义。

三、系统控制要求

伺服灌装机控制系统设备具备两种工作模式,模式一:调试模式;模式二:自动模式。设备上电后触摸屏显示欢迎界面,点击界面任一位置,触摸屏即进入启动选择画面。

1、启动选择画面要求

启动选择画面(如图2所示),选择“调试模式”,弹出“用户登入”窗口(如图3所示),用户名下拉选“负责人”,输入密码“123”方可进入“调试模式界面”,密码错误不能进入画面,调试完成后自动返回启动画面(也可在调试过程点击按钮返回)。

选择“自动模式”,弹出“用户登入”窗口,用户名下拉选“操作员”,输入密码“456”方可进入“自动运行模式”画面,密码错误不能进入画面。

图2 启动选择画面 图3 用户登录界面

2、调试模式

触摸屏进入调试画面后,设备进入调试模式后,触摸屏出现调试画面,如图4所示。通过点击下拉框,随意选择需调试的电机,并且当前电机指示灯亮,按下SB1按钮,选中的电机按下述要求进行调试运行。没有调试顺序要求,每个电机调试完成后,对应的指示灯熄灭。

图4 调试模式参考画面

(1)X轴跟随伺服电机M1调试过程

X轴跟随伺服电机M1安装在丝杠位置上,(滑块模拟灌装喷嘴)安装示意图如图6所示。初始状态断电手动调节回原点SQ3,按钮SB1实现正向点动运转功能,按钮SB3实现反向点动运转功能;选择开关SA1指定2个速度选择,SA1接通时速度要求为4mm/s,SA1断开时速度要求为12mm/s。在按下SB1或SB2实现点动运转时,应允许切换SA1,改变当前运转速度。调试中按下SB2后,伺服电机自动回原点SQ3,M1电机调试结束。M1电机调试过程中,HL1以2Hz闪烁,停止时HL1常亮。

触摸屏上滑动条位置刻度与实物钢尺相同(单位:厘米),显示实物滑动块当前位置。

图5 伺服电机安装示意图

(2)灌装步进电机M2调试过程

灌装步进电机M2不需要安装在丝杠位置上。按下启动按钮SB1后,步进电机M2以30r/min的速度正转5s-停2s-反转5s-停2s的周期一直运行,按下停止按钮SB2,步进电机M2停止。M2电机调试过程中,HL2以亮2S灭1S的周期闪烁。

(3)传送带电机M3(变频电机)调试过程

按下SB1按钮,M3电机以正转15Hz(运行3秒)-反转20Hz(运行2秒) -正转15Hz(运行3秒)-反转20Hz(运行2秒)的周期一直运行。【注:M3电机速度由PLC模拟量4-20mA给定。】整个过程中按下停止按钮SB2,M3电机停止。电机M3调试过程中,HL2以亮2S灭1S的周期闪烁。

(4)正品传送带电机M4调试过程

按下SB1按钮,电机M4启动,3秒后M4停止,2秒后又自动启动,按此周期反复运行,可随时按下SB2停止。电机M4调试过程中, HL2以2.5Hz闪烁。

(5)次品传送带电机M5调试过程

按下启动按钮SB1后,延时5秒后次品传送带电机M5才启动运行,按下停止按钮SB2后,次品传送带电机M5延时3秒后才停止,次品传送带电机M5调试结束。M5电机调试过程中,HL2以1Hz闪烁。

所有电机(M1~M5)调试完成后将自动返回启动选择界面。在未调试结束前,单台电机可以反复调试。调试过程不要切换选择调试电机。

2、自动模式

操作员登陆设备“进入自动模式”,触摸屏进入自动模式画面,如图7所示,触摸屏画面主要包含:自动切换进入到自动运行模式后,触摸屏随即进入自动运行模式画面,自动运行模式画面请参考图6所示,主要包含:各个电机的工作状态指示灯、返回启动选择画面按钮、设定主轴传送带速度、设定灌装物料瓶个数、显示跟随轴速度、显示合格灌装液体瓶数量、显示不合格灌装液体瓶数量等信息。

图6 自动运行模式参考画面

伺服灌装机系统工艺流程与控制要求:

(1)\t系统初始化状态

自动模式时初始状态:开关SQ1~SQ6常开、所有电机(M1~M5)停止,SA2检测有液体。触摸屏上主轴传送带速度设定范围2.0~5.0mm/s(设定比例V=0.5*f)。自动运行前手动将丝杠滑块移动到SQ3位置。

(2)自动运行过程

设定灌装物料瓶个数和主轴传送带速度后,按下自动模式启动按钮SB3,设备运行指示灯HL3闪烁(0.5Hz),当进料传感器SQ6初始检测到有空物料瓶进入主轴传送带,则HL3常亮。主轴传送带电机M3正转启动,同时X轴跟随伺服M1以2.5r/s的速度运行至SQ2处(SQ2-SQ1区间为同步区间),此时灌装喷嘴追上空物料瓶,然后灌装喷嘴向下移动,即步进电机M2以3r/s的速度正转3r停止,停止期间开始向物料瓶灌装液体,HL4以2Hz频率闪烁,代表液体正在灌装;当M1电机运行到SQ1位置时,灌装液体结束,HL4指示灯灭,主轴传送带电机M3停止,反转3r后停止,然后M1电机以3r/s的速度高速运行至SQ2处,然后为下一个空物料瓶灌装液体,依上述流程循环运行,直到需灌装物料瓶数数量为0,M1电机回到SQ3位置,系统停止(运行期间可增加需灌装瓶数量),HL5常亮。

M1电机在运行至SQ2期间,正品检测装置开始检测合格瓶装液体,并在触摸屏上显示合格和不合格数量。若瓶装液体合格就启动正品传送带电机M4,M4运行5s后停止;否则机械手抓到次品传送带,次品传送带电机M5启动运行5s后停止。

(3)停止操作

系统自动运行过程中,按下自动模式停止按钮SB4,系统完成当前这一个物料瓶灌装后,若有剩余需要灌装的空物料瓶,M1电机在SQ1位置停止;否则,M1电机回到SQ3位置停止,当停止后再次启动运行,系统保持上次运行的记录。

系统发生急停事件按下急停按钮时(SA3被切断),系统立即停止。急停恢复后(SA3被接通),再次按下SB1,系统自动从之前状态启动运行。

3、非正常情况处理

当SA2检测不到液体,系统停止,触摸屏中自动弹出报警画面“储液罐无液体,请加入液体”;当SA2检测有信号时,报警画面自动解除。

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