高职组-现代电气控制系统安装与调试赛项题库-太阳能制冷

2016年全国高职院校技能大赛“现代电气控制系统安装与调试”赛项2016年全国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 注意事项一、本任务书共12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“太阳能制冷系统控制要求”，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“太阳能制冷系统控制要求”，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。太阳能制冷系统控制要求一、系统运行说明太阳能空调系统共由集热系统和制冷系统两部分组成，系统图如如图1和图2所示。图1、太阳能追踪仪集热系统：太阳能追踪仪太阳能追踪仪根据计算太阳轨迹，实现方向和仰角的调整，方向控制装置末端安装编码器，检测实际角度是否达到要求，仰角控制由伺服电机控制精度。其中方向和仰角转动的角度通过一定计算换算成实际行走的距离。制冷系统：溴化锂制冷（循环制冷系统）该装置除发生器是高压环境，其他容器内均是低压环境。由图2 可知，通过集热系统将光能转换成热能，被加热的冷水在发生器里作为热媒，使吸收器里合成的溴化锂、水混合液分解，分别成为高压气态水和液态溴化锂；液态溴化锂由溶液泵被抽回吸收器，高压气态水进入冷凝器冷凝成低压液态水（该过程模拟空调制冷吸收外界高温湿气）；通过冷凝产生的低压液态水在进入管道和蒸发器之前开始吸收热量，并且还吸收蒸发器中具有一定温度的工业冷却水，使低压液态水转换成低压气态水（此过程循环泵不停的使低压液态水转换产出低压气态水）；最后低压气态水进入吸收器被溴化锂大量吸收。图2、溴化锂制冷系统太阳能空调系统由以下电气控制回路组成：循环泵由电机M1驱动【M1为双速电机，需要考虑过载、联锁保护】。溶液泵由电机M2驱动【M2为三相异步电动机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45Hz，加速时间1.2秒,减速时间0.5秒三相异步电机，只进行单向正转运行】。太阳板清洗由电机M3驱动【M3为三相异步电机，只进行单向正转运行】。太阳板仰角由电机M4驱动【M4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1600个脉冲，太阳板仰角转动一度电机运行两圈】。太阳板方向由电机M4驱动【M5为步进电机；步进电机参数设置如下：步进电机旋转一周需要1000个脉冲，太阳板方向转动一度电机运行两圈】。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HMISB1、SB2、SB3Q00UCPUCPU314C-2PN/DPCPU 1511M1、M2、M3HL1、HL2FX3U-48MRS7-200Smart6ES7288-1SR40-0AA0CPU 1212C6ES7212-1BE40-0XB0M4、M5、SQ11、SQ13FX3U-48MTS7-200Smart6ES7288-1ST30-0AA0CPU 1212C6ES7212-1AE40-0XB04、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、系统控制要求太阳能空调系统设备具备两种工作模式，模式一：手动调试模式；模式二：自动运行模式。设备上电后触摸屏进入欢迎界面，触摸界面任意位置，设备进入调试模式。1、调试模式设备进入手动调试模式后，触摸屏出现调试画面，调试画面可参考图3进行制作。通过按下选择调试按钮，选择需要调试的电机，当前电机指示灯亮，触摸屏提示信息变化为“当前调试电机为：电机”，按下SB1启动按钮，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3 手动调试界面示意图（1）循环泵电动机M1调试过程按下SB1按钮，M1电动机以低速运行4秒后停止，再次按下启动按钮SB1后，高速运行6秒，电机M1调试结束。电机M1调试过程中，HL1以亮2S灭1S的周期闪烁。（2）溶液泵电动机M2调试过程按下启动按钮SB1后，电机M2以50Hz启动，再按下SB1按钮M2电动机35Hz运行，再按下SB1按钮M2电动机25Hz运行，再按下SB1按钮M2电动机15Hz运行，按下停止按钮SB2，M2停止。M2电机调试过程中，HL1以亮1S灭2S的周期闪烁。（3）清洗电机M3调试过程按下SB1按钮，电机M3启动，3秒后M1停止，再3秒后又自动启动，按此周期反复运行，可随时按下SB2停止。M3电机调试过程中，HL1长亮。（4）太阳能板仰角转动（伺服电机）M4调试过程仰角转动电机（伺服电机）不需要安装在丝杠装置上。伺服电机开始调试前，首先在触摸屏中设定步进电机的速度之后（速度范围应在60-150r/min之间），按下启动按钮SB1，伺服电机M4以正转5s-停2s-反转5s-停2s的周期一直运行，按下停止按钮SB2，M4停止。M4电机调试过程中，HL2以亮2S灭1S的周期闪烁。（5）太阳能板方向转动（步进电机）M5调试过程初始状态断电手动调节回原点SQ11，伺服电机开始调试前，首先在触摸屏中设定步进电机的速度之后（速度范围应在60-150r/min之间），按下启动按钮SB1， M5以8mm/s的速度带动滑块向左移动，当SQ13检测到信号时，M2停止旋转，停2秒后， M5以12mm/s的速度反转带动滑块右移，当运行到丝杠10cm处停止，停止旋转，停2秒后，又以8mm/s的速度向右移动至原点SQ11后，电机M5停止，至此电机M5调试结束。M5电机调试过程中，HL2以2Hz闪烁。所有电机（M1M5）调试完成后按下SB3，系统将切换进入到自动运行模式。在未进入自动运行模式时，单台电机可以反复调试。图4 方向移动电机结构示意图2、自动运行模式切换进入到自动运行模式后，触摸屏自动进入运行模式画面，出现“自动运行模式”字样，画面可参考图5进行设计。画面要求： 图5 自动运行参考界面太阳能空调工艺流程与控制要求：（1）系统初始化状态初始上电之前，先将丝杠滑台调制SQ11处，模拟方向的初始位置。（2）运行操作 集热系统图6 地理位置示意图如图6五角星（）区域是我们所在的地理位置，根据太阳运动轨迹计算伺服和步进电机应转动的角度。太阳板仰角转动一度伺服电机运行两圈，太阳板方向转动一度步进电机运行一圈。现给定3处地址信息和对应的不同时间，根据提供信息算出步进和伺服电机应转动的圈数，并在触摸屏上显示对应电机应转动的角度，触摸屏制作可以参考下图8。方位角（方向）：=arcsin (sintcos/cos)高度角（仰角）：=arcsin（sinsin+sincoscost）式中：当地纬度；：太阳赤纬角；以9月21日，该天赤纬角是0t：太阳时角；t=15 (当地时间-12)。以12点为例，该点太阳时角是0（t值为每小时应转动的角度，为了看出效果在程序中要求电机每5秒就转动一次该角度）。上海纬度：120；7月1日赤纬角：20；当地时间：14时黑龙江纬度：45；8月14日赤纬角：15；当地时间：10时三亚纬度：18；12月6日赤纬角：-20；当地时间：16时制冷系统 触摸屏上按下启动按钮，集热系统和制冷系统分别运行，各不干扰；集热系统按照要求运行，制冷系统运行流程：等待外部温度传感器检测外部环境温度达到20及以上（检测接入温控仪的铂电阻温度），开启清洗电机冲刷太阳能电池板，运行10s后停止。当发生器内的温度达到30（检测接入温控仪的铂电阻温度），溶液泵启动（溶液泵的运行情况由吸收器内的远传压力表信号决定，压力表信号由模拟电压提供，10V对应最高速，2V对应停止）；等待8s后，蒸发器内的循环泵运行（循环泵的运行情况由蒸发器内的远传压力表信号决定，压力表信号由同一个模拟电压提供，5V-10对应低速，5V以下对应高速）。该过程运行情况需要实时显示在触摸屏上，包括电机运行状态，运行速度，容器内压力显示（10V对应1Mpa，5V对应0.5Mpa），按下停止按钮系统全部停止。3、非正常情况处理当在自动运行画面中步进电机带动的滑块运行到极限位时停止系统，并且在触摸屏中自动弹出报警画面“太阳能追踪系统运行故障”，制冷系统照常运行，但当发生器内温度低于20，触摸屏中弹出报警界面“制冷系统运行故障”，所有电机运行停止，直到所有非正常情况处理，报警画面自动消除，等待重新启动。13