GZ010光伏發(fā)電設(shè)備安裝與調(diào)試中職組樣題

1、2015年全國中職技能大賽“康尼杯”光伏發(fā)電設(shè)備安裝與調(diào)試賽項任務書（樣題）選手須知（1）任務書如果出現(xiàn)缺頁、字跡不清等問題，請及時向裁判示意，進行任務書的更換。（2）競賽內(nèi)容包括系統(tǒng)安裝、布線與接線、程序設(shè)計、測試、分析、設(shè)計、答題、焊接和提交成果。競賽時間共4小時，參賽隊應在規(guī)定的時間內(nèi)完成任務書規(guī)定內(nèi)容。參賽選手在競賽過程中根據(jù)任務書要求，將各系統(tǒng)的運行記錄或程序文件存儲到指定的計算機的盤目錄下，未存儲到指定位置的運行記錄或程序文件不予給分。（3）參賽選手提交的試卷不得寫上姓名或與身份有關(guān)的信息，否則成績無效。（4）參賽選手認定競賽設(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

2、選手誤判時，每次扣該參賽隊3分。（5）競賽過程中，參賽選手要遵守操作規(guī)程，確保人身及設(shè)備安全，并接受裁判員的監(jiān)督和警示。競賽過程中由于參賽選手人為原因造成的器件損壞，不予更換。競賽過程中由于參賽選手人為原因造成貴重器件損壞，停止該隊比賽，競賽成績作為零分。（6）在競賽過程中，參賽選手如有舞弊、不服從裁判判決、擾亂賽場秩序等行為，裁判按照規(guī)定扣減相應分數(shù)。情節(jié)嚴重的取消競賽資格，競賽成績記為零分。 （7）競賽結(jié)束時，參賽選手要清潔工位。一、競賽設(shè)備描述競賽設(shè)備以“KNT-SPV02光伏發(fā)電實訓系統(tǒng)”為載體，該設(shè)備由光伏供電裝置、光伏供電系統(tǒng)、逆變與負載系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)組成，如圖1所示。（a） （b

3、） （c） （d）圖1 KNT-SPV02光伏發(fā)電實訓系統(tǒng)外形圖（a）光伏供電裝置（b）光伏供電系統(tǒng)（c）逆變與負載系統(tǒng)（d）監(jiān)控系統(tǒng)1光伏供電裝置光伏供電裝置主要由光伏電池組件、投射燈、光線傳感器、光線傳感器控制盒、水平方向和俯仰方向運動機構(gòu)、擺桿、擺桿減速箱、擺桿支架、單相交流電動機、電容器、直流電動機、接近開關(guān)、微動開關(guān)、底座支架等設(shè)備與器件組成。光伏供電裝置的光伏電池組件偏移方向的定義和擺桿移動方向的定義如圖2所示，靠近擺桿的投射燈定義為投射燈1（簡稱燈1），另1盞投射燈定義為投射燈2（簡稱燈2）。型號、參數(shù)相同的4塊光伏電池組件和光線傳感器沒有安裝在光伏供電裝置上。2光伏供電系統(tǒng)光伏

4、供電系統(tǒng)主要由光伏電源控制單元、光伏輸出顯示單元、觸摸屏、光伏供電控制單元、DSP核心單元、信號處理單元、接口單元、西門子S7-200 CPU226PLC、繼電器組、接線排、蓄電池組、可調(diào)電阻、斷路器、開關(guān)電源、應用軟件、網(wǎng)孔架等組成。光伏供電系統(tǒng)的光伏供電控制單元沒有接線且從網(wǎng)孔架上拆除、西門子S7-200 CPU226PLC除了AC220V電源線和接地線外，其他接線已拆除；繼電器組接線已拆除。圖2 光伏供電裝置外形圖及方向定義3逆變與負載系統(tǒng)逆變與負載系統(tǒng)主要由逆變電源控制單元、逆變輸出顯示單元、DSP核心單元、DC-DC升壓單元、單相橋逆變單元、變頻器、三相交流電機、發(fā)光管舞臺燈光模塊、

5、警示燈、接線排、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。逆變與負載系統(tǒng)的接線均完成。4監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)主要由計算機、組態(tài)軟件、接線排、網(wǎng)孔架等組成。二、競賽任務任務一：光伏供電裝置1光伏電池組件、光線傳感器的安裝 要求： （1）將4塊光伏電池組件正確地安裝在光伏供電裝置上，緊固件不松動。 （2）將光線傳感器安裝在4塊光伏電池組件的中部位置，緊固件不松動。2光伏電池組件開路電壓和短路電流的測量要求：（1）分別在關(guān)閉燈1和燈2、燈1亮、燈1和燈2亮的三種情況下，用萬用表測量光伏供電裝置中任意1塊光伏電池組件的開路電壓和短路電流，在表1中記錄該光伏電池組件的開路電壓值和短路電流值。（2）將2塊光伏電池組件串聯(lián)連接。分

6、別在關(guān)閉燈1和燈2、燈1亮、燈1和燈2亮的三種情況下，用萬用表測量該串聯(lián)連接的光伏電池組件的開路電壓和短路電流，在表1中記錄該串聯(lián)連接的光伏電池組件開路電壓值和短路電流值。（3）將2塊光伏電池組件并聯(lián)連接。分別在關(guān)閉燈1和燈2、燈1亮、燈1和燈2亮的三種情況下，用萬用表測量該并聯(lián)連接的光伏電池組件的開路電壓和短路電流，在表1中記錄該并聯(lián)連接的光伏電池組件的開路電壓值和短路電流值。表1 光伏電池組件開路電壓和短路電流的測量數(shù)據(jù)光伏電池組件關(guān)閉燈1和燈2燈1亮燈1和燈2亮開路電壓（V）短路電流（A）開路電壓（V）短路電流（A）開路電壓（V）短路電流（A）1塊2塊串聯(lián)2塊并聯(lián)3光伏電池組件接線要求：

7、光伏電池組件的開路電壓和短路電流測量結(jié)束后，請將4塊光伏電池組件并聯(lián)連接，焊接連接線并用膠帶纏繞包扎。4簡述下列問題（1）請根據(jù)表1記錄的開路電壓值和短路電流值，簡述型號和參數(shù)相同的光伏電池組件的串聯(lián)、并聯(lián)的開路電壓值和短路電流值與單塊光伏電池組件開路電壓值和短路電流值之間的關(guān)系。（2）在實訓中，同學將KNT-SPV02光伏發(fā)電實訓系統(tǒng)的2塊光伏電池組件并聯(lián)，燈1和燈2關(guān)閉，用性能良好的萬用表測量該并聯(lián)光伏電池組件的輸出電壓值為-2.8V；打開燈1，用性能良好的萬用表測量該并聯(lián)光伏電池組件的輸出電壓值為+0.7V。請敘述可能的原因。任務二：光伏供電系統(tǒng)1西門子S7-200 CPU226PLC的

8、配置要求：西門子S7-200 CPU226PLC的輸入輸出配置如表2所示。表2 S7-200 CPU226PLC的輸入輸出配置表序號輸入輸出配置序號輸入輸出配置1I0.0不使用23I2.6擺桿西東向限位開關(guān)2I0.1燈1按鈕24I2.7不使用3I0.2燈2按鈕25Q0.0啟動按鈕指示燈4I0.3東西按鈕26Q0.1向東按鈕指示燈5I0.4西東按鈕27Q0.2向西按鈕指示燈6I0.5停止按鈕28Q0.3向北按鈕指示燈7I0.6向北按鈕29Q0.4向南按鈕指示燈8I0.7向南按鈕30Q0.5燈1按鈕指示燈、KA7線圈9I1.0旋轉(zhuǎn)開關(guān)自動擋31Q0.6燈2按鈕指示燈、KA8線圈10I1.1啟動按鈕

9、32Q0.7東西按鈕指示燈11I1.2急停按鈕33Q1.0西東按鈕指示燈12I1.3向東按鈕34Q1.1停止按鈕指示燈13I1.4向西按鈕35Q1.2繼電器KA3線圈14I1.5光線傳感器（光伏組件）向東信號36Q1.3繼電器KA4線圈15I1.6光線傳感器（光伏組件）向西信號37Q1.4繼電器KA5線圈16I1.7光線傳感器（光伏組件）向北信號38Q1.5繼電器KA6線圈17I2.0光線傳感器（光伏組件）向南信號39Q1.6繼電器KA1線圈18I2.1擺桿接近開關(guān)垂直限位40Q1.7繼電器KA2線圈19I2.2光伏組件向東、向西限位開關(guān)411M0V20I2.3光伏組件向北限位開關(guān)422M0V

10、21I2.4光伏組件向南限位開關(guān)431LDC24V22I2.5擺桿東西向限位開關(guān)442LDC24V2繪制S7-200 CPU226輸入輸出接口圖依據(jù)表2定義的S7-200 CPU226PLC的輸入輸出配置，請在圖3上繪制S7-200 CPU226輸入輸出接口圖。要求：（1）S7-200 CPU226輸入的有關(guān)端口分別畫出按鈕、開關(guān)、傳感器等符號圖形，注明各按鈕、開關(guān)、傳感器的去向。（2）輸出的有關(guān)端口分別畫出所接的指示燈、繼電器線圈等符號圖形，注明各指示燈、繼電器線圈的去向。（3）輸出接口圖中相關(guān)繼電器要反映互鎖關(guān)系。圖3 繪制S7-200 CPU226輸入輸出接口圖3西門子S7-200 CP

11、U226PLC的布線與接線要求：根據(jù)表2西門子S7-200 CPU226PLC的配置，完成西門子S7-200 CPU226PLC的布線與接線，接線的線徑和顏色要求見表3。比賽工位提供了設(shè)備出廠時的線標套管，接線的線標套管號碼與表2要求一致。在進行西門子S7-200 CPU226PLC的布線與接線時，不改變光伏供電控制單元的按鈕、旋鈕、急停按鈕的功能。表3 S7-200 CPU226PLC接線的線徑和顏色要求序號起始端結(jié)束端線型序號起始端結(jié)束端線型1L1接線排L0.75mm2紅色25I2.0略0.3mm2藍色2N接線排N0.75mm2黑色26I2.1略0.3mm2藍色3GND接線排PE0.75m

12、m2黃綠色27I2.2略0.3mm2藍色41M略0.3mm2白色28I2.3略0.3mm2藍色52M略0.3mm2白色29I2.4略0.3mm2藍色61L略0.3mm2紅色30I2.5略0.3mm2藍色72L略0.3mm2紅色31I2.6略0.3mm2藍色83L略0.3mm2紅色32I2.79I0.033Q0.0略0.3mm2藍色10I0.1略0.3mm2藍色34Q0.1略0.3mm2藍色11I0.2略0.3mm2藍色35Q0.2略0.3mm2藍色12I0.3略0.3mm2藍色36Q0.3略0.3mm2藍色13I0.4略0.3mm2藍色37Q0.4略0.3mm2藍色14I0.5略0.3mm2藍

13、色38Q0.5略0.3mm2藍色15I0.6略0.3mm2藍色39Q0.6略0.3mm2藍色16I0.7略0.3mm2藍色40Q0.7略0.3mm2藍色17I1.0略0.3mm2藍色41Q1.0略0.3mm2藍色18I1.1略0.3mm2藍色42Q1.1略0.3mm2藍色19I1.2略0.3mm2藍色43Q1.2略0.3mm2藍色20I1.3略0.3mm2藍色44Q1.3略0.3mm2藍色21I1.4略0.3mm2藍色45Q1.4略0.3mm2藍色22I1.5略0.3mm2藍色46Q1.5略0.3mm2藍色23I1.6略0.3mm2藍色47Q1.6略0.3mm2藍色24I1.7略0.3mm2藍

14、色48Q1.7略0.3mm2藍色4光伏供電控制單元的安裝、布線與接線要求：（1）將光伏供電控制單元安裝在光伏供電系統(tǒng)的網(wǎng)孔架上，緊固件不松動。（2）完成光伏供電控制單元的布線與接線。光伏供電控制單元與DC24V電源有關(guān)的接線線徑、顏色、線標套管的要求見表4。表4 光伏供電控制單元與DC24V電源有關(guān)的接線的線徑和顏色要求序號起始端結(jié)束端線型1DT5.1略0.3mm2紅色2DT6.6略0.3mm2白色5繼電器組的配置、布線與接線要求：（1）繼電器KA1、KA2用于擺桿偏轉(zhuǎn)電機的控制，繼電器KA3、KA4用于光伏組件東西方向偏轉(zhuǎn)電機的控制，繼電器KA5、KA6用于光伏組件南北方向偏轉(zhuǎn)電機的控制，繼

15、電器KA7用于投射燈1的控制，繼電器KA8用于投射燈2的控制。（2）正確布線與接線，K01-K20套管號碼是繼電器組用于硬件互鎖標記。6光伏電池組件跟蹤光源的PLC程序設(shè)計與測試要求：（1）光伏供電控制單元的選擇開關(guān)有兩個狀態(tài)，選擇開關(guān)撥向手動控制狀態(tài)時，PLC可以進行燈1和燈2的狀態(tài)控制、光伏電池組件跟蹤光源、擺桿運動的手動控制。選擇開關(guān)撥向自動控制狀態(tài)時，按下啟動按鈕，PLC執(zhí)行光伏電池組件跟蹤光源的自動控制程序。（2）PLC處在手動控制狀態(tài)時，按下向東按鈕，向東按鈕的指示燈亮，光伏電池組件向東偏轉(zhuǎn)。在光伏電池組件向東偏轉(zhuǎn)的過程中，再次按下向東按鈕或按下停止按鈕或按下急停按鈕時，向東按鈕的

16、指示燈熄滅，光伏電池組件停止偏轉(zhuǎn)運動。光伏電池組件向東偏轉(zhuǎn)處于限位位置時，向東按鈕的指示燈熄滅，光伏電池組件停止偏轉(zhuǎn)運動。如果按下向西按鈕，向西按鈕的指示燈亮，光伏電池組件向西偏轉(zhuǎn)。在光伏電池組件向西偏轉(zhuǎn)的過程中，再次按下向西按鈕或按下停止按鈕或按下急停按鈕時，向西按鈕的指示燈熄滅，光伏電池組件停止偏轉(zhuǎn)運動。光伏電池組件向西偏轉(zhuǎn)處于限位位置時，向西按鈕的指示燈熄滅，光伏電池組件停止偏轉(zhuǎn)運動。光伏電池組件向東偏轉(zhuǎn)和向西偏轉(zhuǎn)在程序上采取互鎖關(guān)系。向北按鈕和向南按鈕的作用與向東按鈕和向西按鈕的功能相同，光伏電池組件向北偏轉(zhuǎn)和向南偏轉(zhuǎn)在程序上采取互鎖關(guān)系。 （3）PLC處在手動控制狀態(tài)時，按下燈1按鈕

17、或燈2按鈕，燈1和燈1按鈕指示燈或者燈2和燈2按鈕指示燈亮。再次按下燈1按鈕或燈2按鈕或按下停止按鈕或按下急停按鈕時，燈1按鈕指示燈或燈2按鈕指示燈熄滅，燈1或燈2熄滅。 （4）PLC處在手動控制狀態(tài)時，按下東西按鈕，東西按鈕的指示燈亮，擺桿由東向西方向移動。在擺桿由東向西方向移動的過程中，再次按下東西按鈕或按下停止按鈕或按下急停按鈕時，東西按鈕的指示燈熄滅，擺桿停止運動。擺桿由東向西方向移動經(jīng)過垂直位置到達限位位置時（也可能不經(jīng)過垂直位置而到達限位位置），東西按鈕的指示燈熄滅，擺桿停止移動。如果按下西東按鈕，西東按鈕的指示燈亮，擺桿由西向東方向移動。在擺桿由西向東方向移動的過程中，再次按下西

18、東按鈕或按下停止按鈕或按下急停按鈕時，西東按鈕的指示燈熄滅，擺桿停止運動。擺桿由西向東方向移動經(jīng)過垂直位置到達限位位置時（也可能不經(jīng)過垂直位置而到達限位位置），西東按鈕的指示燈熄滅，擺桿停止移動。擺桿由東向西方向移動和擺桿由西向東方向移動在程序上采取互鎖關(guān)系。（5）PLC處在自動控制狀態(tài)，按下啟動按鈕，燈1和燈2亮，擺桿向東移動，光伏電池組件進行對光跟蹤。擺桿向東移動經(jīng)過垂直位置到達限位位置時停止移動（也可能不經(jīng)過垂直位置而到達限位位置），當光伏電池組件對光跟蹤結(jié)束時，擺桿由東向西方向移動，光伏電池組件又進行對光跟蹤。擺桿到達垂直接近開關(guān)位置時停止移動，光伏電池組件對光跟蹤結(jié)束時，燈1和燈2熄

19、滅，自動程序結(jié)束。光伏電池組件處于對光跟蹤的過程中，按下停止按鈕或按下急停按鈕時，自動程序結(jié)束。7光伏電池組件的輸出特性測試將光伏供電控制單元的選擇開關(guān)撥向手動控制狀態(tài)，調(diào)節(jié)光伏供電裝置的擺桿處于垂直狀態(tài)，調(diào)節(jié)光伏電池組件正對著燈1或燈2。要求：（1）調(diào)節(jié)光伏供電系統(tǒng)的可調(diào)變阻器，阻值從0逐漸變化到1000。依次記錄燈1和燈2不亮時光伏電池組件輸出所對應的電壓測量值和電流測量值，填寫在表5中，每次記錄的對應的電壓值和電流值為一組，記錄12組。（2）調(diào)節(jié)光伏供電系統(tǒng)的可調(diào)變阻器，阻值從0逐漸變化到1000。依次記錄點亮燈1時光伏電池組件輸出所對應的電壓測量值和電流測量值，填寫在表6中，每次記錄的

20、對應的電壓值和電流值為一組，記錄12組。（3）調(diào)節(jié)光伏供電系統(tǒng)的可調(diào)變阻器，阻值從0逐漸變化到1000。依次記錄同時點亮燈1和燈2時光伏電池組件輸出所對應的電壓測量值和電流測量值，填寫在表7中，每次記錄的對應的電壓值和電流值為一組，記錄12組。表5 燈1和燈2不亮時的光伏電池組件輸出電壓和輸出電流的測量值組號電壓U/V電流I/A組號電壓U/V電流I/A172839410511612表6 點亮燈1時的光伏電池組件輸出電壓和輸出電流的測量值組號電壓U/V電流I/A組號電壓U/V電流I/A172839410511612表7 同時點亮燈1和燈2時的光伏電池組件輸出電壓和輸出電流測量值組號電壓U/V電流

21、I/A組號電壓U/V電流I/A1728394105116128繪制光伏電池組件的輸出功率曲線要求：根據(jù)表5、表6和表7中記錄的數(shù)據(jù)，在圖4的光伏電池組件輸出特性曲線圖上繪制3條光伏電池組件的輸出功率曲線，并標明坐標的參數(shù)單位和計量單位。圖4 光伏電池組件輸出功率曲線9簡述問題在某光照度下，KNT-SPV02光伏發(fā)電實訓系統(tǒng)中的可調(diào)變阻器獲取了光伏電池組件的最大輸出功率，如果光照度適當降低，要求可調(diào)變阻器仍然獲取光伏電池組件的最大輸出功率，那么如何調(diào)整可調(diào)變阻器的阻值？并說明理由。10設(shè)計光伏路燈系統(tǒng)（1）50W光伏路燈系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計條件：路燈功率50W，路燈工作電壓12V，每天工作時間6h，保

22、證連續(xù)7個陰雨天能正常工作。光伏電池安裝地區(qū)峰值日照時數(shù)為3.5h。光伏電池組件工作電壓為18V，光伏電池組件綜合損失系數(shù)為1.05，蓄電池充電效率為0.85。（可以適當補充設(shè)計條件，但不能更改現(xiàn)有的設(shè)計條件）。（2）畫出設(shè)計的光伏路燈系統(tǒng)框圖。11正確地設(shè)置直流電壓表和直流電流表的參數(shù)任務三：逆變與負載系統(tǒng)1示波器的使用要求：利用監(jiān)控系統(tǒng)有關(guān)的界面，設(shè)置逆變器輸出頻率為60Hz、輸出幅度為AC220V、逆變器死區(qū)為1500ns，利用示波器的FFT測量功能測量逆變器的輸出波形。截圖保存在U盤和手提電腦的桌面，文件名：60Hz波形。2變頻器的參數(shù)設(shè)置要求：變頻器從30Hz開始，每1秒上升1Hz，

23、到了40Hz之后每1秒下降1Hz，降到30Hz后重復循環(huán)。3分析請分析圖5單相逆變主電路的工作原理。圖5 單相逆變主電路原理圖4正確地設(shè)置交流電壓表和交流電流表的參數(shù)任務四：監(jiān)控系統(tǒng)1設(shè)計光源跟蹤界面要求：（1）設(shè)計光源跟蹤界面，界面中的各控件名稱與光伏供電系統(tǒng)中的光伏供電控制單元的按鈕、旋鈕、急停按鈕、指示燈的名稱要對應、功能要一致。（2）在光源跟蹤界面中設(shè)計擺桿限位開關(guān)控件和擺桿限位指示燈控件，要求與實際的擺桿限位開關(guān)功能一致。當擺桿到達限位時，相應的擺桿限位指示燈控件亮。（3）在界面中設(shè)計光伏電池組件限位開關(guān)控件和限位指示燈控件，要求與實際的光伏電池組件限位開關(guān)功能一致。當光伏電池組件到

24、達限位時，相應的光伏電池組件限位指示燈控件亮。（4）在光源跟蹤界面中設(shè)計一個光伏電池組件輸出功率指示燈控件，在燈1和燈2點亮的情況下，當光伏電池組件輸出功率達到最大輸出功率的90%以上時，該指示燈亮。（5）S7-200 CPU226PLC處在手動控制狀態(tài)時，點擊手動控制控件可以進行任務二第6條第（2）（4）項燈1和燈2工作狀態(tài)、擺桿運動狀態(tài)、光伏電池組件跟蹤的遙測、遙控的手動操作。（遙測是指光源跟蹤界面能夠檢測投射燈、擺桿、光伏電池組件和光伏供電控制單元的工作狀態(tài)；遙控是指通過光源跟蹤界面來控制投射燈、擺桿、光伏電池組件的運動）（6）S7-200 CPU226PLC處在自動控制狀態(tài)時，分別點擊

25、自動控制控件和啟動按鈕控件，啟動按鈕指示燈控件點亮、光伏供電控制單元的啟動按鈕指示燈亮，S7-200 CPU226PLC執(zhí)行任務二第6條第（5）項的自動控制程序。2設(shè)計逆變與負載系統(tǒng)界面 要求： （1）逆變與負載系統(tǒng)界面設(shè)置死區(qū)時間下拉框，下拉框中有300、600、900、1200、1500、1800、2100、2400、2700、3000共10項數(shù)據(jù)，時間單位：ns。這些數(shù)據(jù)是逆變器死區(qū)時間，供選擇和測量死區(qū)波形使用。（2）逆變與負載系統(tǒng)界面設(shè)置調(diào)制比窗，調(diào)制比為0.7-1，分辨率為0.1。例如：選擇調(diào)制比為1時，逆變器輸出電壓幅度為AC220V1=AC220V；選擇調(diào)制比為0.7時，逆變器

26、輸出電壓幅度為AC220V0.7=AC154V。調(diào)制比是供選擇和測量逆變器輸出電壓幅度波形使用。（3）逆變與負載系統(tǒng)界面設(shè)置基波窗，基波頻率在50Hz至60Hz之間可調(diào)，分辨率為1Hz，基波窗是供選擇和測量逆變器的輸出頻率使用。3設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)的光伏發(fā)電采集報表采集報表采集數(shù)據(jù)不少于8次，3分鐘記錄一次光伏電池組件的輸出電壓和輸出電流。4設(shè)計光伏電池組件輸出功率曲線圖實時采集光伏電池組件隨可調(diào)變阻器阻值變化的輸出電壓和電流值，自動繪制在燈1和燈2點亮、燈1或燈2點亮、燈1和燈2不亮時的光伏電池組件輸出功率曲線，截圖保存在U盤和手提計算機桌面，文件名分別為：燈1和燈2點亮的功率曲線、燈1或燈2點亮的功率曲線、燈1和燈2不亮的功率曲線。任務五：焊接1溫度檢測電路模塊焊接每個競賽工位提供了溫度檢測電路模塊套件：PCB板及托板架、CPU芯片（已裝入程序）和插座、相關(guān)的元器件。溫度檢測電路模