福建省风光互补发电系统比赛样题.doc

“2014年福建省职业院校技能大赛”高职组风光互补发电系统安装与调试赛项样题一、竞赛设备赛项设备以“ZS-201A风光互补创新实训平台”为载体，平台由（1）、电源、数显仪表单元（2）、风光互补控制器模块（3）、监控模块（4）、PLC模块（5）、变桨偏航（6）、光伏跟踪接线模块（7）、蓄电池模块（8）、模拟电源、负载、整流模块（9）、离网逆变模块（10）、继电器模块（11）、偏航控制步进电机驱动模块（12）、光伏供电控制模块（13）、跟踪追日机构（14）、风速传感器机构（15）、风力发电模拟模块（16）、地面光伏电站模块构成，图1 风光互补发电实训系统现场每个工位备有2台电脑，两台电脑功能一致，选手可以自由使用。任务的时间分配由选手自行分配，任务完成顺序也没有统一要求。二、工作任务任务一：风光互补路灯设计(20分)福建省二级路准备安装一套功率为60W的风光互补LED路灯，路灯每天工作时间为10小时，备用时间为5天。1、进行风光互补路灯电池板功率，蓄电池容量，风力发电机功率的设计。写出计算过程，列出详细的设备清单和主要的规格参数（WORD文档）；2、画出风光互补LED路灯的系统图和工程安装图，要求安装图必须标明太阳能电池板的方位角和倾斜角（CAD图）；3、将设计文档保存在E:2014风光互补竞赛风光互补路灯设计文档 。任务二：风光互补LED路灯模拟系统搭建（5分）将（2）风光互补控制器模块，（7）蓄电池模块，（8）模拟电源、负载、整流模块（9）、离网逆变模块，（15）风力发电模拟模块（16）地面光伏电站模块通过接线组成一套交流220V的风光互补LED路灯模拟系统。要求，接线的选择要正确，能通过风光互补控制器控制LED灯的亮、灭。本任务完成后举手示意，请现场裁判员进行现场验收评分。任务三：太阳能电池板特性曲线测试（10分）图2 根据图2，利用（1）电源和数显模块，（16）地面光伏电站模块，（8）模拟电源、负载、整流模块，（3）、监控模块组合构建太阳电池板的特性参数测试系统。（1）模拟光源的亮度调节到最亮时，调节滑线变阻器，阻值从0逐渐变化到1000。记录对应的电压、电流值，填写在答题纸表1所示的光伏电池组件输出的电压、电流值表格中，每次记录的对应的电压值和电流值为一组，记录10组。（2）根据表12记录的数据，在答题纸图2所示的光伏电池组件输出功率曲线坐标图上绘制光伏电池组件输出功率曲线，注明曲线并标明坐标的参数单位和计量单位。（3）分析图8的光伏电池组件输出功率曲线：大赛设备的光伏电池组件在某光照度下输出最大功率，如果光照度增强，如何调节直流负载，使得光伏电池组件仍然输出最大功率。请在答题纸上叙述。任务四：太阳跟踪发电系统（30分）跟踪追日机构主要由投射灯、光线传感器，水平方向和俯仰方向运动机构、摆杆、直流电动机、接近开关、微动开关、底座支架等设备与器件组成，如图2所示，光伏供电装置的光伏电池组件偏移方向的定义和摆杆移动方向的定义已在图2中标明。东北图3 跟踪追日机构太阳跟踪系统主要由（3）监控模块，（4）PLC模块，（6）光伏跟踪接线模块，（10）继电器模块，（12）光伏供电控制模块，（13）跟踪追日机构组成。 1. 太阳跟踪系统主电路设计要求：（1）大赛提供的计算机中安装了CAD绘图软件，选用该软件中的A3绘图模板，绘制光伏供电系统主电路图并保存在计算机的“E:2014风光互补竞赛太阳跟踪系统设计文档”目录下，文件名为：光伏供电系统主电路。CAD绘图软件安装了部分器件符号的图库供参赛选手使用。（a）光伏供电系统主电路图中不反映继电器的互锁关系。（b）继电器的作用和编号必须要与任务书中定义的继电器编号一致。（2）参赛选手可以不调用CAD的图库而自行绘图，如图4所示的电气符号供参赛选手参考。图4 部分器件的电气符号2太阳跟踪系统接线根据所设计的系统图进行光伏供电控制模块、继电器模块、光伏跟踪接线模块、PLC、跟踪追日机构的接线。要求：1） PLC布线要求表1是西门子PLC的配置要求。根据该配置完成PLC的接线，接线的线径和颜色要合理。表1 PLC的配置序号输入输出配置序号输入输出配置1I0.0旋转开关自动挡23I2.6未定义2I0.1启动按钮24I2.7未定义3I0.2急停按钮25Q0.0启动按钮指示灯4I0.3向东按钮26Q0.1向东按钮指示灯5I0.4向南按钮27Q0.2向南按钮指示灯6I0.5向西按钮28Q0.3向西按钮指示灯7I0.6向北按钮29Q0.4向北按钮指示灯8I0.7灯1按钮30Q0.5灯1按钮指示灯、KA1线圈9I1.0灯2按钮31Q0.6灯2按钮指示灯、KA2线圈10I1.1东西按钮32Q0.7东西按钮指示灯11I1.2西东按钮33Q1.0西东按钮指示灯12I1.3停止按钮34Q1.1停止按钮指示灯13I1.4摆杆接近开关垂直限位35Q1.2继电器KA3线圈14I1.5光伏组件向东、向西限位开关36Q1.3继电器KA4线圈15I1.6光伏组件向北限位开关37Q1.4继电器KA5线圈16I1.7光伏组件向南限位开关38Q1.5继电器KA6线圈17I2.0光线传感器（光伏组件）向东信号39Q1.6继电器KA7线圈18I2.1光线传感器（光伏组件）向南信号40Q1.7继电器KA8线圈19I2.2光线传感器（光伏组件）向西信号411M0V20I2.3光线传感器（光伏组件）向北信号422M0V21I2.4摆杆东西向限位开关431LDC24V22I2.5摆杆西东向限位开关442LDC24V 2） 继电器布线要求根据所设计的光伏供电主电路，完成继电器的接线。要求：（1）继电器KA1和继电器KA2分别用于控制投射灯1和投射灯2；继电器KA3和继电器KA4分别用于控制摆杆由东向西运动和由西向东运动；继电器KA5和继电器KA6分别用于控制光伏电池组件向东偏转和向西偏转；继电器KA7和继电器KA8分别用于控制光伏电池组件向北偏转和向南偏转。（2）在答题纸表2所列的继电器接线表中标明接线起始端位置、结束端位置。3. 光伏电池组件的光源跟踪调试 根据光伏供电控制单元的选择开关和按钮的定义，操作光伏供电控制单元上的选择开关和相关按钮，光线传感器、投射灯和摆杆作相应的动作。要求：（1）光伏供电控制单元的选择开关有两个状态，选择开关拨向左边时，PLC处在手动控制状态，可以进行光伏电池组件跟踪、灯状态、摆杆运动操作，各功能按钮有效时，相应按钮指示灯亮。选择开关拨向右边时，PLC处在自动控制状态，按下启动按钮，PLC执行自动控制程序。PLC执行自动控制程序时，除了启动按钮指示灯、灯1和灯2按钮指示灯亮外，其他各功能按钮指示灯不亮。（2）PLC处在手动控制状态时，按下向东按钮，向东按钮的指示灯亮，光伏电池组件向东偏转3秒后停止偏转运动，向东按钮的指示灯熄灭。在光伏电池组件向东偏转的过程中，再次按下向东按钮或停止按钮或急停按钮，向东按钮的指示灯熄灭，光伏电池组件停止偏转运动。按下向西按钮，向西按钮的指示灯亮，光伏电池组件向西偏转3秒后停止偏转运动，向西按钮的指示灯熄灭。在光伏电池组件向西偏转的过程中，再次按下向西按钮或停止按钮或急停按钮，向西按钮的指示灯熄灭，光伏电池组件停止偏转运动。向东按钮和向西按钮在程序上采取互锁关系。向北按钮和向南按钮的作用与向东按钮和向西按钮的作用相同。（3）PLC处在手动控制状态时，按下灯1按钮，灯1按钮的指示灯亮，投射灯1亮。再次按下灯1按钮或按下停止按钮或急停按钮，灯1按钮的指示灯熄灭，投射灯1熄灭。PLC处在手动控制状态时，按下灯2按钮，灯2按钮的指示灯亮，投射灯2亮。再次按下灯2按钮或按下停止按钮或急停按钮，灯2按钮的指示灯熄灭，投射灯2熄灭。 （4）PLC处在手动控制状态时，按下东西按钮，东西按钮的指示灯亮，摆杆由东向西方向连续移动。在摆杆由东向西方向连续移动的过程中，再次按下东西按钮或按下停止按钮或急停按钮，东西按钮的指示灯熄灭，摆杆停止运动。摆杆由东向西方向移动处于极限位置时，东西按钮的指示灯熄灭，摆杆停止移动。如果按下西东按钮，西东按钮的指示灯亮，摆杆由西向东方向连续移动。在摆杆由西向东方向连续移动的过程中，再次按下西东按钮或按下停止按钮或急停按钮，西东按钮的指示灯熄灭，摆杆停止运动。摆杆由西向东方向移动处于极限位置时，西东按钮的指示灯熄灭，摆杆停止移动。东西按钮控制和西东按钮控制在程序上采取互锁关系。（5）PLC处在自动控制状态，按下启动按钮，摆杆向东连续移动，到达摆杆极限位置时，摆杆停止移动。该过程中，投射灯不亮。2秒钟后，投射灯1和投射灯2亮，光伏电池组件对光跟踪，对光跟踪结束时，摆杆由东向西方向移动，即移动1秒停1秒，摆杆不连续移动。摆杆由东向西方向开始移动时，光伏电池组件对光跟踪，当摆杆到达摆杆极限位置时，摆杆停止移动，光伏电池组件对光跟踪结束时，投射灯熄灭。2秒钟后，摆杆向东连续移动，到达垂直接近开关位置时，摆杆停止移动，投射灯1和投射灯2亮，光伏电池组件对光跟踪，对光跟踪结束时，投射灯熄灭。2秒钟后，投射灯1亮1秒熄灭，1秒钟后，投射灯2亮1秒熄灭，自动控制程序结束。在自动控制状态下，当按下停止按钮或急停按钮时，投射灯熄灭、摆杆和光伏电池组件停止运动。(6)进行触摸屏的界面编程，使触摸屏上也可以完成光伏供电控制单元的功能。本任务完成后举手示意，请现场裁判员进行现场验收评分。任务五：风力发电机变桨、偏航系统（26分）风力发电机变桨、偏航系统主要由：（1）电源、数显仪表单元，（3）监控模块，（4）PLC模块，（5）变桨偏航模块（11）偏航控制步进电机驱动模块，（14）风速传感器机构构成。 1. 风力发电机变桨、偏航系统主电路设计要求：（1）选用手提计算机中望CAD绘图软件中的A3绘图模板，绘制风力发电机变桨、偏航系统主电路图并保存在计算机的“E:2014风光互补竞赛风力发电机变桨、偏航系统设计文档”目录下，文件名为：风力发电机变桨、偏航系统主电路。（2）CAD绘图软件安装了部分器件符号的图库供参赛选手使用，如图4所示的电气符号，参赛选手也可以不调用CAD的图库而自行绘图。2风力发电机变桨、偏航系统的接线根据所设计的风力发电机变桨、偏航系统主电路图进行接线。要求： （1）完成风力发电机变桨、偏航系统接线，接线的线径和颜色要合理。（2）不改变各控制单元的功能。3. PLC的布线与接线根据所设计的风力供电主电路，完成PLC的布线与接线。要求：（1）表2是PLC的配置要求，根据该配置完成PLC的接线，接线的颜色要合理。表2 PLC的配置序号输入输出配置序号输入输出配置1I0.0变桨编码器A15Q0.0变桨脉冲 2I0.1变桨编码器B16Q0.1偏航脉冲3I0.217Q0.2变桨方向4I0.3变桨校验018Q0.3偏航方向5I0.4偏航校验019Q0.46I0.520Q0.57I0.6偏航编码器A21Q0.68I0.7偏航编码器B22Q0.79I1.023Q1.010I1.124Q1.111I1.2251M0V12I1.3262M0V13I1.4271L+24V14I1.5282L+24V4. 风力发电机变桨、偏航系统的调试风力发电机变桨、偏航系统要达到如下功能：通过触摸屏设置2种工作状态：状态1：远程控制状态要求在触摸屏具有校验0角度功能，校验0角度后，在触摸屏界面输入任意0-90度变桨角度后，变桨电机能够运动到达设定的角度；在触摸屏界面输入任意0-360度偏航角度后，偏航电机能够运动到达设定的角度。同时面板上能够实时显示偏航和变桨电机的角度。状态2：自动状态进入自动状态后，偏航角度能够根据风向角度的随机变化而变化，误差小于1度；变桨角度（0-90度）能够随风速的变动而变动，当风速超过一定值后（风速传感器输出电压为1.5V时），变桨角度固定在90度。同时触摸屏上能够实时显示风向角，风速，偏航和变桨电机的角度。触摸屏记录风向和风速在5分钟内的动态曲线。（要求最后展示该曲线给裁判进行评判） 本任务完成后举手示意，请现场裁判员进行现场验收评分。任务六：职业素养（5分）要求：（1）现场操作安全保护：应符合安全操作规程。（2）操作岗位：工具摆放、工位整洁、包装物品与导线线头等的处理符合职业岗位标准，节约电气耗材。（3）团队合作精神：应有合理地分工，团队配合紧密。（4）参赛纪律：参赛选手遵守赛场纪律，尊重赛场工作人员，爱惜赛场的设备和器材。其他分：（4分）1、独立工作分：满分2分，根据教师指导时间长短来确定。2、文档归档分：满分2分，能够按照要求进行设计文档的归档。附录：图库调用方法方法一：（1）打开软件新建一个dwg图纸。（2）Ctrl+2调出设计中心。（3）在设计中心的“文件夹”按钮下找到并双击“全国技能大赛图库”文件，此时设计中心右侧出现包括层，块，线型，文字样式等的7个选项。（4）双击“块”，就出现了150余个已定制的块文件。如图15所示。（5）拖拽所要选择的块到图纸中，松开鼠标左键，块会出现在模型空间中，点击鼠标左键确定块的插入位置。图15 图库方法二：（1）打开软件新建一个dwg图纸。（2）打开“全国技能大赛图库”文件。（3）Ctrl+2调出设计中心，在“打开的图形”下找到“全国技能大赛图库”，双击块选项。如图15所示。（4）双击要用到的一些块。（5）在模型空间中输入插入块命令：i。（6）在图块名里选择要插入的块的名称。选择插入点后（根据需要可设置比例和旋转角度）点插入。方法三：（1）打开软件新建一个dwg图纸。（2）打开“全国技能大赛图库”文件，如图15所示。ctrl+c复制图块，ctrl+v粘贴图块到相应位置。答 题 纸任务三-1：表1光伏电池组件输出的电压、电流值组号电压U/V电流I/A组号电压U/V电流I/A16273849510任务三-2：图1 光伏电池组件输出功率曲线 任务三-3：请分析图1的光伏电池组件输出功率曲线任务四-1表2继电器的布线与接线序号起始端位置结束端位置1KA1线圈2常开端红3常开端黑4KA2线圈5常开端红6常开端黑7KA3线圈8常开端红9常开端黑10KA4线圈11常开端红12常开端黑13KA5线圈14常开端红15常开端黑16KA6线圈17常开端红18常开端黑19KA7线圈20常开端红21常开端黑22KA8线圈23常开端红24常开端黑