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现代电气控制系统安装与调试全国职业院校技能大赛

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2020年4月19日
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全国职业院校技能大赛

现代电气控制系统安装与调试
【样题】
（总时间：240分钟）

工
作
任
务
书

场次号 工位号

请按要求在4个小时内完成以下工作任务：
一、按“标签打印系统控制说明书”，设计电气控制原理图，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“标签打印系统控制说明书”，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、参考╳╳╳床电气原理图，排除╳╳╳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。

请注意下列事项：
一、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。
二、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、所编PLC程序保存到计算机的D盘文件夹中，文件夹名称以工位号命名，选手需按指定路径将程序存盘。

标签打印系统控制说明书
一、标签打印系统运行说明
标签打印系统是用于工业、商业、超市、零售业、物流、仓储、图书馆等需要的条形码、二维码等标签制作，具有采用准确控制、高速运行、一体制作等要求的系统。
标签打印系统由以下电气控制回路组成：打码电机M1控制回路【M1为双速电机，需要考虑过载、联锁保护】。上色电机M2控制回路【M2为三相异步电机（不带速度继电器），只进行单向正转运行】。传送带电机M3控制回路【M3为三相异步电动机（带速度继电器），由变频器进行多段速控制,变频器参数设置为第一段速为15Hz，第二段速为30Hz，第三段速为40Hz、第四段速为50Hz，加速时间02秒,减速时间0.3秒】。热封滚轮电机M4控制回路【M4为三相异步电机（不带速度继电器），只进行单向正转运行】。上色喷涂进给电机M5控制回路【M5为伺服电机；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；正转对应上色喷涂电机向下进给】。以电动机旋转“顺时针旋转为正向,逆时针旋转为反向”为准。
二、标签打印系统安装方案要求
1、本系统使用三台PLC，网络指定Q0CPU/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
Q00UCPU
S7-300
CPU 1511
M1、M2、M4
SB1～SB6
HL1～HL3
FX3U-48MR
S7-200Smart
6ES7288-1SR40-0AA0
CPU 1212C
6ES7212-1BE40-0XB0
M3、M5、编码器
SQ1～SQ5
FX3U-48MT
S7-200Smart
6ES7288-1ST30-0AA0
CPU 1212C
6ES7212-1AE40-0XB0
4、根据本说明书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2台从站PLC电气原理图绘制在标准图纸上，并标注I/O定义功能和变频器、伺服驱动器主要参数及功能，不需要绘制其它电机主电路。在“设计”栏中填入选手工位号，在“制图”栏中填入PLC品牌型号。
5、三台PLC和变频器安装位置要求如图2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。
变频器：三菱FR-E740/西门子MM420
从站：三菱FX3U-48MT/西门子S7-200Smart（6ES7288-1ST30-0AA0）/ 西门子CPU1212C（6ES7212-1AE40-0XB0）

（a）正面
主站：三菱Q00UCPU/西门子S7-300/西门子S7-1500
从站：三菱FX3U-48MR/西门子S7-200Smart（6ES7288-1SR40-0AA0）/西门子CPU1212C（6ES7212-1BE40-0XB0）

（b）正面
图1 PLC和变频器安装位置示意图
三、标签打印系统控制要求
标签打印系统设备具备两种工作模式，模式一：调试模式；模式二：加工模式。设备上电后设备自动进入调试模式。
1、调试模式
设备自动进入调试模式后，触摸屏出现调试画面，如图2。经过按下“选择调试按钮”，可依次选择需要调试的电机，当前电机指示灯亮，按下SB1按钮，选中的电机将进行调试运行。每个电机调试完成后，对应的指示灯消失。

图2 调试模式画面
（1）打码电机M1调试过程
按下启动按钮SB1后，打码电机低速运行6秒后停止，再次按下启动按钮SB1后，高速运行4秒，打码电机M1调试结束。M1电机调试过程中，HL1以1Hz闪烁。
（2）上色喷涂电机M2调试过程
按下启动按钮SB1后，上色喷涂电机启动运行4秒后停止，上色喷涂电机M2调试结束。M2电机调试过程中，HL1长亮。
（3）传送带电机（变频电机）M3调试过程
按下SB1按钮，M3电动机以15Hz启动，再按下SB1按钮M3电动机30Hz运行，再按下SB1按钮M3电动机40Hz运行，再按下SB1按钮M3电动机50Hz运行，按下停止按钮SB2，M3停止。M3电机调试过程中，HL2以1Hz闪烁。
（4）热封滚轮电机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，按此周期重复运行，可随时按下SB2停止。电机M4调试过程中，HL2长亮。
（5）上色喷涂进给电机（伺服电机）M5调试过程
初始状态断电手动调节回原点SQ1，按下SB1按钮，上色喷涂电机M5正转向左移动，当SQ2检测到信号时，停止旋转，停2秒后，电机M5反转右移，当SQ1检测到信号时，停止旋转，停2秒后，又向正转左移动至SQ3后停2秒，电机M5反转右移回原点，至此上色喷涂电机M5调试结束。M5电机调试过程中，M5电机正转和反转转速均为1圈/秒，HL1和HL2同时以2Hz闪烁。

图3 上色喷涂进给电机结构示意图
所有电机（M1～M5）调试完成后将自动切换进入到加工模式。在未进入工作模式时，单台电机能够重复调试。
2、加工模式
自动切换进入到加工模式后，触摸屏自动进入加工模式画面，如图4所示，触摸屏画面主要包含：各个电机的工作状态指示灯、按钮、设置加工参数、当日生产数量（停止或失电时都不会被清零）等信息。

图4 加工模式画面
加工模式时初始状态：上色喷涂进给电机在原点SQ1、传送带上各检测点（SB3～SB6）常开、所有电机（M1～M5）停止等。
（1）设置加工数量后，按下启动按钮SB1，设备运行指示灯HL3闪烁等待放入工件（0.5Hz），当入料传感器（SB3）检测到A点传送带上有标签工件，则HL1长亮，设备开始加工过程，M3电机正转启动，以50Hz运行，带动传送带上的工件移动。
（2）当工件移动到达B点（由SB4给出信号）后M3电机变换成15Hz正转运行，同时打码电机M1高速正转，4秒后变为低速正转，4秒后打码电机M1停止（代表第一次打码结束）；传送带立即以30Hz反转，传送工件重新回到B点，M3电机变换成15Hz正转运行，打码机进行第二次打码，同样先高速正转4秒后变为低速正转，4秒后打码电机M1 停止。
（3）两次打码结束后，传送带继续以50Hz前行，当工件移动到达C点（由SB5给出信号）后开始上色，传送带降为15Hz正转运行；先上色喷涂进给电机M5以3圈/秒速度从原点前进SQ2，此时上色电机M2启动运行；再以2圈/秒速度进给至SQ3位置后停止，3秒后M5反转以3圈/秒速度进给SQ2，上色电机M2停止运行，M5反转以1圈/秒速度回到原点，上色工作结束。
（4上色工作结束后，传送带继续以50Hz前行，同时开启热封滚轮加热（HL3代表加热动作），当工件移动到达D点（由SB6给出信号）后先检测滚轮温度（温度控制器+热电阻Pt100），温度超过30℃开始热封（否则传送带停止运行），传送带以15Hz正转运行，同时热封滚轮电机M4运行2秒→停2秒，循环3次后热封结束。
（5）一个标签打印结束后，才能重新在入料扣放入下一个标签工件，循环运行。在运行中按下停止按钮SB2后，设备将完成当前工件的加工后停止，同时HL1熄灭。在运行中按下急停按钮后，各动作立即停止（人工取走标签后），设备重新启动开始运行。
3、非正常情况处理
当上色喷涂进给电机M5出现越程（左、右超行程位置开关分别为两侧微动开关SQ4、SQ5），伺服系统自动锁住，并在触摸屏自动弹出报警画面“报警画面，设备越程”，解除报警后，系统重新从原点初始态启动。
当工件移动到达D点（由SB6给出信号），10秒内检测滚轮温度未超过30℃，10秒后自动弹出报警画面“加热器损坏，检测设备”，手动关闭窗口后再次自动进入10秒温度检测。