現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試賽項樣題（高職組）任務(wù)6.污水處理控制系統(tǒng)

2022年江西省職業(yè)院校技能大賽高職組現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試賽項樣題庫

注意事項

一、在完成工作任務(wù)的全過程中，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收規(guī)范（GB50254-96）》驗收。

二、不得擅自更改設(shè)備已有器件位置和線路，若現(xiàn)場設(shè)備安裝

調(diào)試有疑問，須經(jīng)設(shè)計人員（賽場評委）同意后方可修改。

三、競賽過程中，參賽選手認(rèn)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選手誤判時，每次扣參賽

隊1分；若因人為操作損壞器件，扣5分；后果嚴(yán)重者（如導(dǎo)致PLC、

變頻器、伺服等燒壞），本次競賽成績計0分。

四、所編PLC、觸摸屏、PPT等程序必須保存到計算機(jī)的“D:\

場次號-工位號”文件夾下，場次號和工位號以現(xiàn)場抽簽為準(zhǔn)。

五、參賽選手在完成工作任務(wù)的過程中，不得在任何地方標(biāo)注

學(xué)校名稱、選手姓名等信息。

六、比賽結(jié)束后，參賽選手需要將任務(wù)書以及現(xiàn)場發(fā)放的圖紙、

資料、草稿紙等材料一并上交，不得帶離考場。

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請按要求在10個小時內(nèi)完成以下工作任務(wù)：

一、按“污水處理系統(tǒng)”，使用智能化電氣設(shè)計軟件，設(shè)計控制

系統(tǒng)主電路、控制電路（含伺服、步進(jìn)、變頻器）、PLC控制電路；

將設(shè)計完成的內(nèi)容導(dǎo)出PDF格式并保存到硬盤指定位置和優(yōu)盤中，

比賽開始兩個小時后提交。

二、按設(shè)計圖完成元件選型計算、元件安裝、電路連接（含主

電路）和相關(guān)元件參數(shù)設(shè)置。

三、按“污水處理系統(tǒng)”，編寫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。

四、根據(jù)給定的電氣設(shè)備原理圖及故障檢測要求，檢測出該電

氣設(shè)備電路板上的故障，并按要求在其電路圖紙的相應(yīng)位置上標(biāo)注

故障類型符號。

五、使用三維場景搭建軟件進(jìn)行工業(yè)場景的搭建，完成搭建后

的場景能夠完整的展示“污水處理系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)。

六、按“污水處理系統(tǒng)”編寫PPT，內(nèi)容包含設(shè)計思路，調(diào)試

流程，并能獨立講解，時間為5分鐘。PPT文件必須保存到計算機(jī)

的“D:\工位號”文件夾下，工位號以現(xiàn)場抽簽為準(zhǔn)。

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污水處理控制系統(tǒng)

一、系統(tǒng)運(yùn)行說明

在現(xiàn)代社會中合理的污水處理可用于凈化污水、保護(hù)環(huán)境。污水處理控

制系統(tǒng)包括設(shè)備含有格柵、柵渣輸送、螺旋輸送、閘門以及提升泵等組成，

對閘門提升的高度、螺旋輸送速度、格柵池液位高度、磁絮凝沉淀的配方進(jìn)

行科學(xué)的控制，最終實現(xiàn)污水處理的自動控制，將污水凈化為可以排入河道

的中水，起到保護(hù)環(huán)境的作用。對處理污水的自動控制如圖1所示。

圖1污水處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

閘門電機(jī)M1控制回路【M1為伺服電機(jī)，帶動絲杠運(yùn)行；已知絲杠的螺距

為4mm，伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周需要1600個脈沖,以絲杠運(yùn)行位置代表閘門打開高

度】。

格柵電機(jī)M2控制回路【M2為步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周脈沖為2000】。

螺旋輸送電機(jī)M3控制回路【M3為三相異步電動機(jī)（帶速度繼電器、需要

考慮過載，熱繼電器電流整定為0.3A），只進(jìn)行單向正轉(zhuǎn)運(yùn)行】。

柵渣輸送電機(jī)M4控制回路【M4為雙速電動機(jī)，只進(jìn)行單向反轉(zhuǎn)低速運(yùn)行】。

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提升泵電機(jī)M5控制回路，由2個三相異步電動機(jī)組成，采用一拖一的方

式運(yùn)行（1#電機(jī)可以實現(xiàn)變、工頻自由切換，2#電機(jī)只有變頻運(yùn)行模式，且

1#與2#電機(jī)不能同時使用變頻運(yùn)行模式；當(dāng)1#電機(jī)由變頻模式切換到工頻模

式時或由工頻模式切換為變頻模式時，電機(jī)應(yīng)停止運(yùn)行2s），1#與2#電機(jī)均

只進(jìn)行單向正轉(zhuǎn)運(yùn)行。【變頻器采用PLC輸出模擬量控制,加速/減速時間均為

0.5秒】。

I:位置傳感器---用前面板上電流調(diào)節(jié)旋鈕模擬量來模擬，4-20mA對應(yīng)伺

服電機(jī)8~20cm。

II:濁度傳感器檢測---用后面板上電壓調(diào)節(jié)旋鈕模擬量來模擬，(0-10V

對應(yīng)0.1‰~0.5‰)。

III:液位傳感器---用前面板上電壓調(diào)節(jié)旋鈕模擬量來模擬，0-10V對應(yīng)

0~5.0m。（注：項目中液位以地面為基準(zhǔn)，高度用負(fù)值表示。）

IV:溫度傳感器---用PT100模擬電機(jī)溫度（通過S7-300PLC讀?。?/p>

觸摸屏顯示溫度（為便于檢測，用1:2的比例模擬電機(jī)溫度）。

面向電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，以“順時針旋轉(zhuǎn)為正，逆時針旋轉(zhuǎn)為反”為準(zhǔn)。

二、控制系統(tǒng)設(shè)計要求

1.本系統(tǒng)使用三臺PLC、一臺變頻器，網(wǎng)絡(luò)指定QCPU/S7-300/S7-1500為

主站，2臺FX3U/S7-200Smart/S7-1200及變頻器為從站，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)）。

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3.電機(jī)控制、I/O、HMI與PLC組合分配方案（其余自行定義）：

三菱Q系列

方案西門子S7-300西門子S7-1500

+FX3U系列方

電機(jī)+S7-200Smart方案+S7-1200方案

案

HMI、十字開關(guān)、SB6、SB7、

Q00UCPUS7-300CPU1511

SA3

M1、M2、編碼器、

S7-200SmartCPU1212C

SB1～SB3、SB5、SQ1～FX3U-32MT

6ES7288-1ST30-0AA06ES7212-1AE40-0XB0

SQ5、SA1

M3、M4、HL1～HL4、SB4、S7-200SmartCPU1212C

FX3U-32MR

SA2、SA46ES7288-1SR40-0AA06ES7212-1BE40-0XB0

M5FR-E740G120C-PNG120C-PN

（注：SA4伺服電機(jī)使能信號給定開關(guān)）

4.根據(jù)本說明書控制要求，設(shè)計電氣控制原理圖，根據(jù)所設(shè)計的電路圖

連接電路，不允許借用機(jī)床考核單元電氣回路。

5.三臺PLC和變頻器安裝位置要求如圖2所示。不允許自行定義位置，

不得擅自更改設(shè)備已有器件位置和線路，其余器件位置自行定義。

從站一：三菱FX3U-32MT

/西門子S7-200Smart

（6ES7288-1ST30-0AA0）

/西門子CPU1212C

（6ES7212-1AE40-0XB0）

變頻器：三菱FR-E840/西

門子G120C

（a）正面

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從站二：三菱FX3U-32MR

/西門子S7-200Smart

（6ES7288-1SR40-0AA0）

/西門子CPU1212C

（6ES7212-1BE40-0XB0）

從站：三菱FX3U-32MR/西門子

主站：三菱Q00UCPU/西門

子S7-300

/西門子S7-1500

（b）背面

圖2PLC和變頻器安裝位置示意圖

三、系統(tǒng)控制要求

污水處理控制系統(tǒng)設(shè)備具備三種工作模式，模式一：通信測試模式；模

式二：設(shè)備調(diào)試模式；模式三：自動運(yùn)行模式；模式四：其他模式。

設(shè)備上電后自動進(jìn)入首界面，（參考圖3所示）。

點擊“通信測試模式”按鈕，彈出“用戶登錄”窗口（參考圖4所示），

用戶名下拉選“測試員”，輸入密碼“2022”方可進(jìn)入“通信測試模式”界面，

密碼錯誤不能進(jìn)入界面，調(diào)試完成后自動返回首頁界面（也可在調(diào)試過程中

點擊按鈕返回），調(diào)試過程中點擊此界面下方其他界面切換按鈕時應(yīng)無反應(yīng)。

點擊“設(shè)備調(diào)試模式”按鈕，彈出“用戶登錄”窗口，用戶名下拉選“負(fù)

責(zé)人”，輸入密碼“test”，進(jìn)入閘門電機(jī)調(diào)試界面，密碼錯誤不能進(jìn)入調(diào)試

界面。在調(diào)試過程中只能通過點擊屏幕下方界面切換按鈕進(jìn)入“M1~M5電機(jī)”、

“報警界面”相應(yīng)調(diào)試界面，點擊其他界面按鈕無效，全部電機(jī)調(diào)試完成后

自動返回首頁界面（也可在某一電機(jī)調(diào)試完成后，點擊返回首頁界面按鈕返

回）。

點擊“自動運(yùn)行模式”按鈕，彈出“用戶登錄”窗口，用戶名下拉選“操

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作員”，輸入密碼為各自工位號“xx”，進(jìn)入“自動運(yùn)行模式”界面，密碼錯

誤不能進(jìn)入調(diào)試界面。自動運(yùn)行過程中可點擊屏幕下方界面切換按鈕進(jìn)入“報

警界面”界面，點擊其他界面切換按鈕無反應(yīng)。

點擊“其他模式”按鈕，彈出“用戶登錄”窗口，用戶名下拉選“其他”，

單擊“確定”按鈕后進(jìn)入自動運(yùn)行界面，此模式下可以進(jìn)入任意界面，但只

可以隨意切換畫面沒有設(shè)置參數(shù)和進(jìn)行按鈕操作的權(quán)限。按下任意操作按鈕

應(yīng)沒有任何反應(yīng)，參數(shù)應(yīng)無法設(shè)置，觀察完成后可點擊“返回首頁界面”按

鈕返回首頁。

圖3首頁界面圖4用戶登錄界面

1.通信測試模式

觸摸屏進(jìn)入通信測試畫面后（界面參考圖5所示），HL1以閃爍3次停3

秒的周期運(yùn)行（閃爍頻率為2Hz）。此模式下可檢測觸摸屏與三臺PLC及三臺

PLC之間的通信情況。

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圖5通信測試模式界面

如圖5所示，當(dāng)三臺PLC上電后處于運(yùn)行狀態(tài)時，若系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接正常，

則觸摸屏中對應(yīng)的通信指示燈點亮。此外，每一臺PLC需自由分配一個輸出

點，作為通信測試燈。（通信提示信息中指示燈，當(dāng)正常時閃爍，若從站網(wǎng)線

斷開時，對應(yīng)指示燈熄滅；若主站網(wǎng)線斷開時，所有指示燈熄滅。）分兩種通

信模式，當(dāng)切換按鈕為左側(cè)檔位時進(jìn)行“三臺PLC之間通信測試”，右側(cè)檔位

時進(jìn)行“觸摸屏與三臺PLC之間的通信”。

（1）三臺PLC之間通信測試

按下SB4（從站二）按鈕，主站PLC輸出點的通信測試燈以2Hz閃爍；

按下SB5（從站一）按鈕，主站PLC輸出點的通信測試燈保持2Hz閃爍，從

站二PLC輸出點的通信測試燈以1Hz閃爍；按下SB6（主站）按鈕，主站PLC

輸出點的通信測試燈保持2Hz閃爍，從站二PLC輸出點的通信測試燈保持1Hz

閃爍,從站一PLC輸出點的通信測試燈以0.5Hz閃爍；按下SB7（主站）按鈕，

主站、從站一、從站二PLC輸出點的通信測試燈2秒后熄滅，第一種通信

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測試完成。當(dāng)觸摸屏中的模式選擇開關(guān)不在左端位置時，此模式操作無效，

如需重新測試該模式可將模式開關(guān)切換至右端再切換至左端重新開始測試。

（2）觸摸屏與三臺PLC之間通信測試

按下觸摸屏“測試按鈕”，觸摸屏上通信狀態(tài)顯示區(qū)顯示“主站正在測試”，

主站PLC輸出點的通信測試燈和觸摸屏上的主站指示燈同時以1Hz閃爍，閃

爍3秒后同時變?yōu)槌Ａ粒|摸屏上通信狀態(tài)顯示區(qū)顯示“主站通信正?！?；再

次按下觸摸屏“測試按鈕”，觸摸屏上通信狀態(tài)顯示區(qū)顯示“從站一正在測試”，

主站指示燈和輸出點的通信測試燈保持常亮、從站一PLC輸出點的通信測試

燈和觸摸屏上的從站一的指示燈以1Hz閃爍，閃爍4秒后同時變?yōu)槌Ａ粒|

摸屏上通信狀態(tài)顯示區(qū)顯示“從站一通信正?！保坏谌伟聪掠|摸屏“測試按

鈕”，觸摸屏上顯示“從站二正在測試”，主站和從站一指示燈和輸出點的通

信測試燈保持常亮、從站二PLC輸出點的通信測試燈和觸摸屏上的從站二的

指示燈以1Hz閃爍，閃爍5秒后同時變?yōu)槌Ａ?，觸摸屏上通信狀態(tài)顯示區(qū)顯

示“從站二通信正常”；第四次按下觸摸屏“測試按鈕”，所有輸出點的通信

測試燈和觸摸屏上的指示燈以1Hz閃爍；3秒后所有通信測試燈熄滅，觸摸

屏上通信狀態(tài)顯示區(qū)顯示“全部通信正?！薄．?dāng)觸摸屏中的模式選擇開關(guān)不在

右端位置時，此模式操作無效，如需重新測試該模式可將模式開關(guān)切換至左

端再切換至右端重新開始測試。

此外，在通信測試過程中，斷開觸摸屏與PLC的連接線，觸摸屏中通信

狀態(tài)顯示區(qū)顯示“通信中斷，請檢查網(wǎng)絡(luò)連接！”。

測試完成后，若所有通信正常，按下“首頁界面”按鈕將觸摸屏切換至

首頁界面，模式指示燈HL1熄滅。

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2.設(shè)備調(diào)試模式

設(shè)備進(jìn)入調(diào)試模式后，觸摸屏出現(xiàn)閘門電機(jī)調(diào)試畫面（界面參考圖6所

示）。通過點擊界面切換按鈕，任意切換“M1-M5電機(jī)調(diào)試界面”及“報警界

面”，M1~M5電機(jī)對應(yīng)從左到右5個指示燈，當(dāng)電機(jī)為未調(diào)試狀態(tài)時指示燈為

紅色，按下SB1按鈕確認(rèn)調(diào)試電機(jī)，電機(jī)調(diào)試過程中指示燈變?yōu)榫G色，選中

的電機(jī)按相應(yīng)要求進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。沒有調(diào)試順序要求，每個電機(jī)調(diào)試完成后，

對應(yīng)的指示燈為藍(lán)色，當(dāng)電機(jī)正在調(diào)試時，點擊其他界面的按鈕無反應(yīng)，直

到電機(jī)調(diào)試完成后才可以切換至其他電機(jī)調(diào)試界面。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時，運(yùn)行顯

示區(qū)顯示“××電機(jī)正在調(diào)試”，當(dāng)電機(jī)調(diào)試完成后，顯示“××電機(jī)調(diào)試完

成”。

（1）閘門電機(jī)M1調(diào)試過程（如圖6所示）

進(jìn)入M1電機(jī)調(diào)試界面后，按下SB1電機(jī)進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，模式指示燈HL1

以閃爍1次（閃爍頻率為2HZ）停1秒的周期運(yùn)行。要求SQ1安裝在實物鋼尺

的20cm刻度處，SQ2安裝在SQ1與SQ3之間的任意位置，SQ3安裝在實物鋼

尺的8cm刻度處。

閘門電機(jī)分點動和位置匹配兩種調(diào)試模式。首先將SA4轉(zhuǎn)到右檔位，通

過PLC輸出點控制伺服電機(jī)使能。

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圖6閘門電機(jī)調(diào)試畫面

點動模式：按下點動模式按鈕，按鈕SB2實現(xiàn)正向點動運(yùn)轉(zhuǎn)功能，按下

按鈕SB3實現(xiàn)反轉(zhuǎn)點動功能；用選擇開關(guān)SA1選擇2種運(yùn)行速度，第一種速

度要求為5mm/s，第二種速度要求為12mm/s。在按下SB2或SB3實現(xiàn)點動運(yùn)

行時，應(yīng)允許切換SA1，在SA1切換速度的基礎(chǔ)上可通過觸摸屏速度控制按鈕

來加減速度（每次按動按鈕速度變化量為1mm/s），并且通過實時速度顯示區(qū)

顯示當(dāng)前速度，速度最高為16mm/s，最低為2mm/s，當(dāng)超出速度范圍時速度

不再改變，按下SB4后，閘門關(guān)閉（以當(dāng)前速度自動返回原點SQ3處）。

位置匹配模式：設(shè)定M1電機(jī)速度為3~12mm/s，利用前面板電流模擬量控

制閘門高度，當(dāng)電流模擬量調(diào)到20mA時，點擊位置匹配按鈕，電機(jī)開始向右

運(yùn)行，電機(jī)運(yùn)行至鋼尺20cm處，電機(jī)到位后停止，再將電流值調(diào)到4mA，等

待2s后，電機(jī)運(yùn)行至8cm（SQ3）處，電機(jī)停止，M1電機(jī)調(diào)試結(jié)束。M1電機(jī)

向右運(yùn)行過程中，將SA4轉(zhuǎn)回左檔位（斷開使能），閘門電機(jī)立即停止，經(jīng)手

動將滑塊移動到SQ3、SQ2之間，再將SA4轉(zhuǎn)到右檔位，按下位置匹配按鈕后

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從當(dāng)前位置繼續(xù)運(yùn)行直至調(diào)試結(jié)束。

M1電機(jī)調(diào)試過程中，運(yùn)行指示與實際狀態(tài)對應(yīng)，在電機(jī)運(yùn)行過程中運(yùn)行

顯示區(qū)會實時當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，同時顯示實時位置、斷開使能后滑塊運(yùn)行距離

以及通過鋼尺（8~20cm）對應(yīng)顯示閘門實際距離（0~4m），電機(jī)調(diào)試指示燈隨

狀態(tài)過程變化。數(shù)值保留2位小數(shù)。

SQ3SQ2SQ1

SQ4SQ5

（2）格柵電機(jī)M2調(diào)試過程（如圖7所示）

進(jìn)入M2電機(jī)調(diào)試界面后，按下SB1電機(jī)進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，模式指示燈HL1

以閃爍2次（閃爍頻率為2Hz）停2秒的周期運(yùn)行。已知污水格柵池的底面積

為50㎡，格柵電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，可以過濾出10kg的雜質(zhì)，格柵池液位范圍為

（0~-4.0m），格柵速度范圍（1~2r/s），而雜質(zhì)在污水中的濃度范圍為0.1‰

~0.5‰（0.1‰=0.1g/L）。

首先從觸摸屏上設(shè)定格柵的速度（單位：r/s）、格柵池的液位（單位：m）

和雜質(zhì)在污水中的濃度（單位：‰），根據(jù)上述已知參數(shù)計算格柵電機(jī)所需的

運(yùn)行時間以及回轉(zhuǎn)次數(shù)，并在觸摸屏中顯示，然后按下SB2，格柵電機(jī)M2以

當(dāng)前速度正轉(zhuǎn)運(yùn)行，將雜質(zhì)從污水中去除，當(dāng)格柵電機(jī)運(yùn)行時間到達(dá)后自動

停止。調(diào)試中在觸摸屏中將開關(guān)轉(zhuǎn)到右檔位“激活脫機(jī)使能”，格柵電機(jī)立即

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停止，觸摸屏中將開關(guān)轉(zhuǎn)到左檔位“關(guān)閉脫機(jī)使能”，再次按下SB2，格柵電

機(jī)M2繼續(xù)將剩余雜質(zhì)清除，一次過濾完成，調(diào)試結(jié)束。

圖7格柵電機(jī)調(diào)試畫面

M2電機(jī)調(diào)試過程中，運(yùn)行指示與實際狀態(tài)對應(yīng)，在電機(jī)運(yùn)行過程中運(yùn)行

顯示區(qū)會實時當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，同時顯示柵渣總重量、當(dāng)前污水總量、格柵電

機(jī)實時運(yùn)行時間、電機(jī)回轉(zhuǎn)次數(shù)，以及電機(jī)調(diào)試指示燈隨狀態(tài)過程變化。數(shù)

值保留2位小數(shù)。

（3）螺旋/柵渣輸送電機(jī)M3/M4調(diào)試過程（如圖8所示）

進(jìn)入M3電機(jī)調(diào)試界面后，按下SB1電機(jī)進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，模式指示燈HL1

以閃爍3次（閃爍頻率為2Hz）停3秒的周期運(yùn)行。手動輸入運(yùn)行時間和運(yùn)行

周期數(shù)量，全部設(shè)置完成后，按下SB2按鈕，電機(jī)M3以輸入時間3:1的比例

分配正轉(zhuǎn)和停止的運(yùn)行時間，時間向上取整。（例設(shè)定10S，實際運(yùn)行時間為

正轉(zhuǎn)8s,停止3s），當(dāng)M3電機(jī)運(yùn)行結(jié)束后，等待3秒M4電機(jī)運(yùn)行。電機(jī)M4

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以輸入時間3:2的比例分配反轉(zhuǎn)和停止的運(yùn)行時間，時間向上取整。當(dāng)前周

期與觸摸屏相等時調(diào)試結(jié)束。

圖8螺旋/柵渣輸送調(diào)試畫面

M3/M4電機(jī)調(diào)試過程中，運(yùn)行指示與實際狀態(tài)對應(yīng)，在電機(jī)運(yùn)行過程中運(yùn)

行顯示區(qū)會實時當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，同時顯示電機(jī)運(yùn)行時間以及當(dāng)前運(yùn)行剩余周

期數(shù)，并通過溫度傳感器實時顯示柵渣電機(jī)M4的運(yùn)行溫度（通過S7-300PLC

讀?。?，當(dāng)溫度高于60攝氏度（1:2的比例模擬電機(jī)溫度），電機(jī)立即停止，

報警界面切換按鈕開始以紅色閃爍，報警界面顯示“電機(jī)溫度異常，請停止

運(yùn)行”，解除警報后，報警界面切換按鈕停止閃爍并恢復(fù)為原來顏色及狀態(tài)，

繼續(xù)當(dāng)前狀態(tài)運(yùn)行。數(shù)值保留2位小數(shù)。

（4）提升泵電機(jī)M5調(diào)試過程（如圖9所示）

進(jìn)入M5電機(jī)調(diào)試界面后，按下SB1電機(jī)進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，模式指示燈HL1

以閃爍4次（閃爍頻率為2HZ）停4秒的周期運(yùn)行。

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觸摸屏中設(shè)置1#電機(jī)變頻運(yùn)行時間t1、1#電機(jī)工頻運(yùn)行時間t2、1#電機(jī)

工頻+2#電機(jī)變頻運(yùn)行時間t3以及兩個電機(jī)變頻運(yùn)行時的頻率。設(shè)定完成后

按下SB2按鈕，1#電機(jī)變頻運(yùn)行t1時間后，切換為工頻運(yùn)行（在切換過程中

需停止2s）；以工頻狀態(tài)運(yùn)行t2時間后，切換為1#電機(jī)工頻+2#電機(jī)變頻狀

態(tài)；運(yùn)行t3時間后，2#電機(jī)停止，1#電機(jī)工頻運(yùn)行；運(yùn)行t2時間后，切換

為1#電機(jī)變頻運(yùn)行（在切換過程中需停止2s）；運(yùn)行t1秒后停止，M5電機(jī)調(diào)

試結(jié)束。在調(diào)試過程中任意時間按下SB3按鈕，提升泵電機(jī)立即停止動作，

再次按下SB2后，繼續(xù)當(dāng)前狀態(tài)運(yùn)行直至結(jié)束。

圖9提升泵調(diào)試畫面

M5電機(jī)調(diào)試過程中，運(yùn)行指示與實際狀態(tài)對應(yīng)，在電機(jī)運(yùn)行過程中運(yùn)行

顯示區(qū)會實時當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，同時顯示累計運(yùn)行時間、兩個電機(jī)實時頻率以

及電機(jī)運(yùn)行時對應(yīng)指示燈亮滅。數(shù)值保留2位小數(shù)。

所有電機(jī)（M1～M5）調(diào)試完成后觸摸屏上五個電機(jī)調(diào)試指示燈均為藍(lán)色，

并在下方顯示“所有電機(jī)調(diào)試完成”，保持3秒后將自動返回首頁界面；也可

在所有電機(jī)未調(diào)試完成時，點擊“返回首頁”按鈕手動返回；在未調(diào)試結(jié)束

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前，單臺電機(jī)可以反復(fù)調(diào)試。

3.自動運(yùn)行模式

操作員登陸設(shè)備“自動運(yùn)行模式”，觸摸屏進(jìn)入自動運(yùn)行模式畫面（界面

參考圖10所示），觸摸屏畫面主要包含：

1．各個流程的狀態(tài)指示燈、返回首頁界面按鈕、查看報表按鈕。

2．參數(shù)設(shè)置區(qū)：設(shè)定閘門電機(jī)速度、格柵電機(jī)運(yùn)行速度、污水PH值以及預(yù)

設(shè)總水量。

3．參數(shù)顯示區(qū)：顯示閘門電機(jī)高度、格柵電機(jī)運(yùn)行時間、污水類型、絮凝

池液位、污水中柵渣濃度等信息，數(shù)據(jù)精度保留一位小數(shù)。

圖10自動運(yùn)行模式畫面

（1）自動運(yùn)行模式時初始狀態(tài)

初始狀態(tài)：行程開關(guān)SQ1～SQ3常開、十字開關(guān)SQ6～SQ9常開、SA1~SA4

轉(zhuǎn)至左檔位，所有電機(jī)（M1～M5）停止。

參數(shù)設(shè)置：設(shè)定閘門電機(jī)速度（10mm/s～20mm/s）、污水PH值（4.0~8.5）、

格柵速度（1r/s~2r/s），預(yù)設(shè)總進(jìn)水量（150m3~180m3），參數(shù)設(shè)定完成后將SA4

轉(zhuǎn)動右檔位接通使能，指示燈HL4以1Hz閃爍，等待自動運(yùn)行開始，將SA3

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轉(zhuǎn)到右檔位，閘門電機(jī)回到初始位置SQ3處。同時設(shè)備運(yùn)行指示燈HL4常亮。

污水種類確認(rèn)：依據(jù)觸摸屏中污水PH值，將污水分為四類。其中

A:PH=4.0~5.0（SQ6）、B:PH=5.0~6.0（SQ7），C:PH=6.0~7.0（SQ8）、

D:PH=7.5~8.5（SQ9），通過十字開關(guān)確認(rèn)污水種類,當(dāng)確認(rèn)完成后觸摸屏顯示

污水種類。

圖9確認(rèn)各檢測點元件（十字開關(guān)）

（2）格柵池進(jìn)水流程

格柵池進(jìn)水流程指示燈1HZ閃爍狀態(tài)下

當(dāng)污水種類確認(rèn)后，按下啟動按鈕SB1，將調(diào)整前面板電流模擬量從

4~20mA,使滑塊從SQ3運(yùn)行至SQ1，表明閘門完全打開。到位后，停止2秒，

再調(diào)整模擬量從20~4mA，使滑塊從SQ1運(yùn)行至SQ3，此時閘門完全關(guān)閉，完

成一次進(jìn)水流程。

格柵池進(jìn)水流程結(jié)束后指示燈變?yōu)槌Ａ痢Ｓ|摸屏實時顯示閘門電機(jī)高度

（3）格柵池排渣流程

格柵池排渣流程指示燈1HZ閃爍狀態(tài)下

已知格柵電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，可以過濾出10kg的雜質(zhì)，而濁度傳感器檢測到雜

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質(zhì)在污水中的濃度范圍為0.1‰~0.5‰（0.1‰=0.1g/L），當(dāng)檢測到濃度值時

向上取整（例：濃度為0.12‰，則向上取整后為0.2‰）。通過觸摸屏設(shè)定格

柵電機(jī)速度（1r/s~2r/s），計算電機(jī)運(yùn)行時間。

例：完成一次進(jìn)水流程后（回原點SQ3），等待1S，螺旋輸送電機(jī)開始運(yùn)

行，2S后格柵電機(jī)以設(shè)定速度開始運(yùn)行，同時柵渣輸送機(jī)以轉(zhuǎn)2s停1s的周

期運(yùn)行，當(dāng)格柵電機(jī)過濾完成后，柵渣輸送電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行3s把剩余柵渣輸送

后關(guān)閉，同時螺旋輸送電機(jī)停止。

格柵池排渣流程結(jié)束后指示燈變?yōu)槌Ａ?。觸摸屏實時顯示格柵電機(jī)運(yùn)行

時間、溶液中雜質(zhì)濃度（向上取整）。

（4）磁絮凝池供水流程

磁絮凝池供水流程指示燈1HZ閃爍狀態(tài)下

M2格柵電機(jī)運(yùn)行完成后，污水磁絮凝池供水電機(jī)（以觸摸屏上供水電機(jī)

指示燈代替）打開。已知污水磁絮凝池總水量為格柵池的90%，從而計算出磁

絮凝池總水量與液位（水池底面積為50m2）。手動調(diào)節(jié)前面板電壓值，使HMI

顯示的液位高度與計算值相等（誤差±0.1m）。

當(dāng)磁絮凝池的液位在-4~-2m之間指示燈以亮2s滅1s閃爍，在-2~0m之

間指示燈以亮1s滅2s閃爍。當(dāng)液位到達(dá)計算值時供水電機(jī)停止運(yùn)行。

磁絮凝池供水流程結(jié)束后指示燈變?yōu)槌Ａ痢?/p>

（5）磁絮凝池凈化流程

磁絮凝池凈化流程指示燈1HZ閃爍狀態(tài)下

供水完成后開始進(jìn)行沉淀凈化，以下為各類水質(zhì)的沉淀凈化時間以及指

示燈的顏色，如表2所示：

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表2各類水質(zhì)處理時間

水

質(zhì)沉淀沉淀凈化時間對應(yīng)指示燈

過程

A類3s藍(lán)

B類5s黑

C類4s黃

D類2s綠

磁絮凝池凈化流程結(jié)束后指示燈變?yōu)槌Ａ痢?/p>

（6）磁絮凝池排水流程

磁絮凝池排水流程指示燈1HZ閃爍狀態(tài)下

凈化完成后，由提升泵系統(tǒng)將水排入河道。提升泵系統(tǒng)由1#、2#兩個電

機(jī)配合運(yùn)行。

當(dāng)液位在（0.0~-2.0m）時1#電機(jī)工頻運(yùn)行，2#電機(jī)變頻運(yùn)行（0~50Hz），

在（-2.0~-4.0m）時1#電機(jī)變頻運(yùn)行（0~50Hz）。（注：當(dāng)1#電機(jī)變頻轉(zhuǎn)工

頻或工頻轉(zhuǎn)變頻停2s）。

i)當(dāng)液位在（0~-2m）之間時，計算2#電機(jī)頻率公式如下：

2實際液位

f50Hz

2

ii)當(dāng)液位在（-2~-4m）之間時，計算1#電機(jī)頻率公式如下：

4實際液位

f50Hz

2

（注：當(dāng)液位在-2m的±0.1之間時，1#電機(jī)停止2s后，切換為變頻運(yùn)

行。）

排水過程液位逐漸下降（手動調(diào)節(jié)電壓模擬量值），當(dāng)液位下降到-4.0m

提升泵停止運(yùn)行，排水流程結(jié)束。結(jié)束后HL4熄滅。

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磁絮凝池排水流程結(jié)束后指示燈變?yōu)槌Ａ?。觸摸屏實時顯示磁絮凝池的

液位。

（7）循環(huán)結(jié)束

完成污水處理后，流程指示燈全部常亮。同時可以重新設(shè)置參數(shù)，也可

以不重新設(shè)置參數(shù)，但需要將SA3轉(zhuǎn)回左擋位，再次按下啟動按鈕SB1，流程

燈全部熄滅以繼續(xù)下次污水處理流程。

（8）報表分析

為了跟蹤凈化水質(zhì)的情況，將上述的磁絮凝池的實時液位用曲線表示（根

據(jù)觸摸屏采樣周期自動更新），將提升泵運(yùn)行時間、PH值、凈化后累計總水量、

雜質(zhì)累計總重量用歷史表格（每30s存盤一次數(shù)據(jù)）的形式顯示，實時曲線

的橫、縱坐標(biāo)格式以及歷史表格如圖12所示：

圖12報表曲線分析

（9）急停處理

在運(yùn)行過程中按下急停按鈕SA2后，各動作立即停止。再次啟動時，全

部參數(shù)清零，需重新進(jìn)行設(shè)定后再次運(yùn)行。

4.非正常情況處理

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圖13報警畫面

（1）當(dāng)閘門電機(jī)M5出現(xiàn)越程（左、右超行程位置開關(guān)分別為兩側(cè)微動

開關(guān)SQ3、SQ4），伺服系統(tǒng)自動停止，報警界面切換按鈕開始以紅色閃爍，并

在報警條中顯示（如圖13所示）“請注意，設(shè)備越程”，解除報警后，報警界

面切換按鈕停止閃爍并恢復(fù)為原來顏色及狀態(tài)，系統(tǒng)重新開始運(yùn)行。停止時

HL2以0.5Hz閃爍。

在系統(tǒng)自動運(yùn)行模式下：當(dāng)磁絮凝池液位高于-0.2m時，報警界面切換按

鈕開始以紅色閃爍，并在報警條中顯示（如圖13所示）“磁絮凝池超出最高

液位”，同時供水電機(jī)停止動作；解除報警后，報警界面切換按鈕停止閃爍并

恢復(fù)為原來顏色及狀態(tài)，系統(tǒng)重新開始運(yùn)行。停止時HL2以1Hz閃爍。

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故障檢測

一、工作任務(wù)

請選手在設(shè)有故障（10個故障點）的裝置上進(jìn)行故障查找，并將故障點的

位置與故障類型在圖紙上標(biāo)出。裝置圖紙見附件，符號具體要求如下：

二、操作要求

1.觀察現(xiàn)象時，只能接通控制電路的電源，不能接通主回路電源；

2.故障檢測時，必須在斷電情況下測量，不能打開行線槽蓋板、不能松卸

端子；

3.必要時，可以打開開關(guān)面板和按鈕盒進(jìn)行檢測；

4.請使用萬用表、絕緣電阻測試儀、接地電阻測試儀等儀表進(jìn)行故障檢測；

5.故障點只需在圖紙上標(biāo)注符號，無需修復(fù)。

三、模塊分值

本模塊分值為10分，每正確找到一個故障點且標(biāo)注正確得1.0分。

標(biāo)注方法如下：

四、注意事項

在完成工作任務(wù)的全過程中，嚴(yán)格遵守電氣安裝安全操作規(guī)程。

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數(shù)字化工業(yè)場景搭建

一、工作任務(wù)

請選手根據(jù)任務(wù)書“污水處理系統(tǒng)”的場景平面參考圖進(jìn)行工業(yè)

場景搭建。

場景平面參考圖

二、操作要求

1.在電腦上使用三維場景搭建軟件進(jìn)行操作，搭建三維場景圖；

2.搭建所需的部件可在模型庫中選擇；

3.搭建的三維場景必須與場景平面參考圖展現(xiàn)的場景一致。

三、模塊分值

本模塊分值為5分，每正確搭建一個區(qū)域得1分，區(qū)域搭建錯誤或不完整

該區(qū)域不得分。

四、注意事項

在完成工作任務(wù)的全過程中，嚴(yán)格遵守賽場紀(jì)律。

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應(yīng)用辦公軟件制作匯報PPT

一.工作任務(wù)

請選手根據(jù)任務(wù)書“污水處理系統(tǒng)”的控制要求制作PPT。

二．操作要求

1.在電腦上使用WPS軟件進(jìn)行操作；

2.內(nèi)容包含設(shè)計思路，調(diào)試流程。

三.模塊分值

本模塊分值為8分，PPT制作3分，匯報5分。

四.注意事項

在完成工作任務(wù)的全過程中，嚴(yán)格遵守賽場紀(jì)律。

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器件參數(shù)

序號器件型號參數(shù)值

1熱繼電器

2變頻器

3步進(jìn)電機(jī)

4伺服電機(jī)

工位號：

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工位號:

2022年江西省職業(yè)院校技能大賽

高職組現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試

賽項

工

作

任

務(wù)

書

（樣題）

高職組現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試賽項專家組

中國江西

2022·12

1

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請按要求在10個小時內(nèi)完成以下工作任務(wù)：

一、按“污水處理系統(tǒng)”，使用智能化電氣設(shè)計軟件，設(shè)計控制

系統(tǒng)主電路、控制電路（含伺服、步進(jìn)、變頻器）、PLC控制電路；

將設(shè)計完成的內(nèi)容導(dǎo)出PDF格式并保存到硬盤指定位置和優(yōu)盤中，

比賽開始兩個小時后提交。

二、按設(shè)計圖完成元件選型計算、元件安裝、電路連接（含主

電路）和相關(guān)元件參數(shù)設(shè)置。

三、按“污水處理系統(tǒng)”，編寫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。

四、根據(jù)給定的電氣設(shè)備原理圖及故障檢測要求，檢測出該電

氣設(shè)備電路板上的故障，并按要求在其電路圖紙的相應(yīng)位置上標(biāo)注

故障類型符號。

五、使用三維場景搭建軟件進(jìn)行工業(yè)場景的搭建，完成搭建后

的場景能夠完整的展示“污水處理系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)。

六、按“污水處理系統(tǒng)”編寫PPT，內(nèi)容包含設(shè)計思路，調(diào)試

流程，并能獨立講解，時間為5分鐘。PPT文件必須保存到計算機(jī)

的“D:\工位號”文件夾下，工位號以現(xiàn)場抽簽為準(zhǔn)。

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污水處理控制系統(tǒng)

一、系統(tǒng)運(yùn)行說明

在現(xiàn)代社會中合理的污水處理可用于凈化污水、保護(hù)環(huán)境。污水處理控

制系統(tǒng)包括設(shè)備含有格柵、柵渣輸送、螺旋輸送、閘門以及提升泵等組成，

對閘門提升的高度、螺旋輸送速度、格柵池液位高度、磁絮凝沉淀的配方進(jìn)

行科學(xué)的控制，最終實現(xiàn)污水處理的自動控制，將污水凈化為可以排入河道

的中水，起到保護(hù)環(huán)境的作用。對處理污水的自動控制如圖1所示。

圖1污水處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

閘門電機(jī)M1控制回路【M1為伺服電機(jī)，帶動絲杠運(yùn)行；已知絲杠的螺距

為4mm，伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周需要1600個脈沖,以絲杠運(yùn)行位置代表閘門打開高

度】。

格柵電機(jī)M2控制回路【M2為步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周脈沖為2000】。

螺旋輸送電機(jī)M3控制回路【M3為三相異步電動機(jī)（帶速度繼電器、需要

考慮過載，熱繼電器電流整定為0.3A），只進(jìn)行單向正轉(zhuǎn)運(yùn)行】。

柵渣輸送電機(jī)M4控制回路【M4為雙速電動機(jī)，只進(jìn)行單向反轉(zhuǎn)低速運(yùn)行】。

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提升泵電機(jī)M5控制回路，由2個三相異步電動機(jī)組成，采用一拖一的方

式運(yùn)行（1#電機(jī)可以實現(xiàn)變、工頻自由切換，2#電機(jī)只有變頻運(yùn)行模式，且

1#與2#電機(jī)不能同時使用變頻運(yùn)行模式；當(dāng)1#電機(jī)由變頻模式切換到工頻模

式時或由工頻模式切換為變頻模式時，電機(jī)應(yīng)停止運(yùn)行2s），1#與2#電機(jī)均

只進(jìn)行單向正轉(zhuǎn)運(yùn)行。【變頻器采用PLC輸出模擬量控制,加速/減速時間均為

0.5秒】。

I:位置傳感器---用前面板上電流調(diào)節(jié)旋鈕模擬量來模擬，4-20mA對應(yīng)伺

服電機(jī)8~20cm。

II:濁度傳感器檢測---用后面板上電壓調(diào)節(jié)旋鈕模擬量來模擬，(0-10V

對應(yīng)0.1‰~0.5‰)。

III:液位傳感器---用前面板上電壓調(diào)節(jié)旋鈕模擬量來模擬，0-10V對應(yīng)

0~5.0m。（注：項目中液位以地面為基準(zhǔn)，高度用負(fù)值表示。）

IV:溫度傳感器---用PT100模擬電機(jī)溫度（通過S7-300PLC讀?。?，由

觸摸屏顯示溫度（為便于檢測，用1:2的比例模擬電機(jī)溫度）。

面向電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，以“順時針旋轉(zhuǎn)為正，逆時針旋轉(zhuǎn)為反”為準(zhǔn)。

二、控制系統(tǒng)設(shè)計要求

1.本系統(tǒng)使用三臺PLC、一臺變頻器，網(wǎng)絡(luò)指定QCPU/S7-300/S7-1500為

主站，2臺FX3U/S7-200Smart/S7-1200及變頻器為從站，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)）。

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2022年江西省職業(yè)院校技能大賽高職組現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試賽項樣題庫

3.電機(jī)控制、I/O、HMI與PLC組合分配方案（其余自行定義）：

三菱Q系列

方案西門子S7-300西門子S7-1500

+FX3U系列方

電機(jī)+S7-200Smart方案+S7-1200方案

案

HMI、十字開關(guān)、SB6、SB7、

Q00UCPUS7-300CPU1511

SA3

M1、M2、編碼器、

S7-200SmartCPU1212C

SB1～SB3、SB5、SQ1～FX3U-32MT

6ES7288-1ST30-0AA06ES7212-1AE40-0XB0

SQ5、SA1

M3、M4、HL1～HL4、SB4、S7-200SmartCPU1212C

FX3U-32MR

SA2、SA46ES7288-1SR4