2019 年山東省職業(yè)院校技能大賽現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試工作任務(wù)書

2019年山東省職業(yè)院校技能大賽現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試賽項

2019年山東省職業(yè)院校技能大賽

現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試

（總時間：240分鐘）

工

作

任

務(wù)

書

場次號工位號

1

2019年山東省職業(yè)院校技能大賽現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試賽項

注意事項

一、本任務(wù)書共18頁，另有維修工作票及排故機床電氣原理

圖2頁、I/O分配表2頁和A3版空白圖紙2頁、器件參數(shù)表1頁等。

如出現(xiàn)缺頁、字跡不清等問題，請及時向裁判示意，進行任務(wù)書

的更換。

二、在完成工作任務(wù)的全過程中，嚴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。

三、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。

四、競賽過程中，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5-10分；后果嚴重者

（如導(dǎo)致PLC、變頻器、伺服等燒壞），本次競賽成績計0分。

五、所編PLC、觸摸屏等程序必須保存到計算機的“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。

六、參賽選手在完成工作任務(wù)的過程中，不得在任何地方標

注學(xué)校名稱、選手姓名等信息。

七、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4個小時內(nèi)完成以下工作任務(wù)：

一、按“混料罐系統(tǒng)控制要求”，設(shè)計電氣控制原理圖，制

定相應(yīng)的I/O分配表，并按圖完成器件選型計算、器件安裝、電

路連接（含主電路）和相關(guān)元件參數(shù)設(shè)置。

二、按“混料罐系統(tǒng)控制要求”，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)達到控制要求。

三、根據(jù)賽場設(shè)備上所提供的故障考核裝置，參考X62W

銑床電氣原理圖，排除機床電氣控制電路板上所設(shè)置的故障，使

該電路能正常工作，同時完成維修工作票。

本次工作任務(wù)請在YL-158GA1型現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與

調(diào)試實訓(xùn)考核裝置上完成，該裝置的結(jié)構(gòu)介紹及使用方法請參考

用戶說明書。

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一、系統(tǒng)運行說明

在煉油、化工、制藥、水處理等行業(yè)中,將不同液體混合是必不

可少的工序,而且這些行業(yè)中多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質(zhì),不

適合人工現(xiàn)場操作。本混料罐系統(tǒng)借助PLC來控制混料罐,對提高企

業(yè)生產(chǎn)和管理自動化水平有很大的幫助,同時又提高了生產(chǎn)效率、使

用壽命和質(zhì)量,減少了企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的波動。

M4混料泵

SQ1

SQ2

原

料SQ3出

1M1料

原M3

料液料罐

2

M2

圖1混料罐系統(tǒng)

混料罐控制系統(tǒng)由以下電氣控制回路組成：

進料泵1由電機M1驅(qū)動【M1為雙速電機，即可以低速運行又

可以高速運行運行，需要考慮過載保護；低速的熱繼電器整定電流

為0.3A，高速的熱繼電器整定電流為0.4A】；

進料泵2由電機M2驅(qū)動【M2為三相異步電動機由變頻器調(diào)速，

速度由模擬量給定，加速時間1.2秒,減速時間0.5秒】；

出料閥由電機M3驅(qū)動【M3步進電機，正轉(zhuǎn)為打開出料閥，反

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轉(zhuǎn)關(guān)閉；步進電機參數(shù)設(shè)置為1000個脈沖/圈、使用自動半流功能；

步進電機不管正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，速度均為1R/S】；

混料泵由電機M4驅(qū)動【M4為三相異步電機，既可以正轉(zhuǎn)也可

以反轉(zhuǎn)，不需要考慮過載保護】；

液料罐中的液位由M5電機通過絲杠帶動滑塊來模擬【M5為伺

服電機；伺服電機參數(shù)設(shè)置如下：伺服電機旋轉(zhuǎn)一周需要2600個脈

沖】。

注意：本任務(wù)書中混料罐最多可裝1500L溶液，滑塊的位置應(yīng)

與混料罐中溶液的容積呈線性比例滑動，以滑塊左側(cè)輪廓為準，10cm

處為0L，（N）cm處為1500L，N的值由調(diào)試時確定。設(shè)備使用溫

度傳感器來檢測罐中溶液的溫度，檢測的范圍為0~100攝氏度，使

用控制柜正面的0~10V電壓源模擬，電壓源必須接電壓表檢測電壓

源輸出的電壓值。

電機旋轉(zhuǎn)以順時針旋轉(zhuǎn)為正向，逆時針旋轉(zhuǎn)為反向。

所有的按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、指示燈請使用控制柜正面元件。

二、系統(tǒng)設(shè)計要求

1、本系統(tǒng)使用三臺PLC，網(wǎng)絡(luò)指定Q00UCPU/S7-300/S7-1500

為主站，2臺FX3U/S7-200Smart/S7-1200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）。

3、電機控制、I/O、HMI與PLC組合分配方案（其余自行定義）：

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方案三菱Q系列西門子S7-300西門子S7-1500+S7-1200

電機+FX3U系列方案+S7-200Smart方案方案

HMI

Q00UCPUS7-300CPU1511

M3、M5

SQ14～SQ15S7-200SmartCPU1212C

FX3U-32MT

SB4、SB5、SA16ES7288-1ST30-0AA06ES7212-1AE40-0XB0

編碼器

M1、M2、M4

HL1、HL2、HL3、S7-200SmartCPU1212C

FX3U-32MR

HL46ES7288-1SR40-0AA06ES7212-1BE40-0XB0

SB1~SB3

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，不允許借用機床考核單元電氣回路。在標準圖

紙上繪制5臺電動機主電路，以及3臺PLC電氣原理圖，并標

注I/O定義功能和變頻器、伺服驅(qū)動器、步進驅(qū)動器、熱繼電器主要

參數(shù)及功能。在設(shè)計欄填寫工位信息。

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-E740/西門子

MM420(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

S7-200Smart

（6ES7288-1SR40-0AA0）/西

主站：三菱Q00UCPU/西門子

門子CPU1212C

S7-300

（6ES7212-1BE40-0XB0）

/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

混料罐控制系統(tǒng)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：運行模式。

設(shè)備上電后觸摸屏首先顯示用戶登錄界面；當選擇用戶名Admin

及輸入正確密碼“2019”后，觸摸屏即進入模式選擇界面如圖4所

示，此時可以選擇進入任意一種模式；當選擇用戶名User及輸入正

確密碼（密碼為工位號）后，觸摸屏只能進入自動運行模式。當輸

入密碼錯誤時，彈出密碼錯誤提示對話框。

圖3用戶登錄界面

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圖4模式選擇界面

在已經(jīng)正確登錄用戶Admin的條件下，在模式選擇界面上點擊觸

摸屏【通訊測試模式】鍵，可進入通訊測試模式界面；點擊【調(diào)試

模式】鍵可進入設(shè)備調(diào)試模式界面；點擊【運行模式】可進入運行

模式界面。若只登錄了用戶User，則只能進入運行模式；若未登錄

用戶則不能進入任何模式。在只登錄了用戶User的情況下點擊觸摸

屏上【通訊測試模式】鍵、【調(diào)試模式】鍵或未登錄任何用戶的情

況下點擊觸摸屏上【通訊測試模式】鍵、【調(diào)試模式】鍵、【運行

模式】鍵則不能進入相應(yīng)的界面，同時在“信息提示區(qū)”彈出文字

提示文字“登錄不正確，請檢查！”。

在模式選擇界面上也可以點擊【系統(tǒng)登錄】鍵，觸摸屏彈出圖3

所示用戶登錄對話框進行用戶登錄。

1.通訊測試模式

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圖5通訊測試界面

在此模式下檢測觸摸屏與三臺PLC之間、主站PLC和從站PLC

之間的通訊狀態(tài)，觸摸屏界面如圖5所示。

測試前必須將三臺PLC上電且處于運行狀態(tài)，每一臺PLC均需

要分配一個輸出點，作為通信測試燈，此測試指示燈無需接線但需

要在你設(shè)計的電氣原理圖上加以標注。

測試時必須將SA1置于左位，先進行觸摸屏與三臺PLC之間的

通訊測試。測試過程如下：

（1）在通訊測試界面上“觸摸屏與PLC通訊測試”區(qū)域中“觸

摸屏與主站通訊測試”右側(cè)的輸入框中輸入數(shù)字“11”，主站PLC

上通訊測試燈亮，輸入其他任意數(shù)字該通訊測試燈滅。

（2）在通訊測試界面上“觸摸屏與PLC通訊測試”區(qū)域中“觸

摸屏與從站1通訊測試”右側(cè)的輸入框中輸入數(shù)字“12”，從站1PLC

上通訊測試燈亮，輸入其他任意數(shù)字該通訊測試燈滅。

（3）在通訊測試界面上“觸摸屏與PLC通訊測試”區(qū)域中“觸

摸屏與從站2通訊測試”右側(cè)的輸入框中輸入數(shù)字“13”，從站2PLC

上通訊測試燈亮，輸入其他任意數(shù)字該通訊測試燈滅。

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完成觸摸屏與三臺PLC之間的通訊測試后，將SA1置于右側(cè)可

以進行三臺PLC之間的通訊測試，測試過程如下：

（1）主站PLC與從站1PLC通訊測試：按下按鈕SB4，主站PLC

通訊測試燈亮、觸摸屏上“三臺PLC之間測試”區(qū)域的“主站與從

站1通訊測試”文本框背景色由白色變?yōu)辄S色；再次按下按鈕SB4，

主站PLC通訊測試燈滅、觸摸屏上“三臺PLC之間測試”區(qū)域的“主

站與從站1通訊測試”文本框背景色由黃色恢復(fù)為白色。

（2）主站PLC與從站2PLC通訊測試：按下按鈕SB1，主站PLC

通訊測試燈亮、觸摸屏上“三臺PLC之間測試”區(qū)域的“主站與從

站2通訊測試”文本框背景色由白色變?yōu)辄S色；再次按下按鈕SB1，

主站PLC通訊測試燈滅、觸摸屏上“三臺PLC之間測試”區(qū)域的“主

站與從站2通訊測試”文本框背景色由黃色恢復(fù)為白色。

（3）從站1PLC與從站2PLC通訊測試：按下按鈕SB2，從站1

PLC通訊測試燈亮、觸摸屏上“三臺PLC之間測試”區(qū)域的“從站

1與從站2通訊測試”文本框背景色由白色變?yōu)辄S色；再次按下按鈕

SB2，從站1PLC通訊測試燈滅、觸摸屏上“三臺PLC之間測試”

區(qū)域的“從站1與從站2通訊測試”文本框背景色由黃色恢復(fù)為白

色。

2、設(shè)備調(diào)試模式

觸摸屏進入調(diào)試畫面后，指示燈HL1、HL2均熄滅，等待電機調(diào)

試。觸摸屏調(diào)試界面按圖6進行制作：點擊需要調(diào)試的電機按鈕，

該按鈕背景色由白色變?yōu)辄S色表示選中該電機調(diào)試，在該電機未開

始調(diào)試時再次按下該按鈕則視為取消該電機調(diào)試、按鈕背景色由黃

色恢復(fù)為白色。某電機已被選擇調(diào)試或正在調(diào)試時點擊其他電機調(diào)

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試的按鈕無效。

選擇某電機調(diào)試后觸摸屏上應(yīng)顯示出該電機調(diào)試所需的控件，按

照任務(wù)書說明要求操作后可以按下調(diào)試啟動SB1按鈕或觸摸屏上“調(diào)

試”鍵可以開始調(diào)試。

圖6調(diào)試模式畫面

（1）進料泵1對應(yīng)電機M1調(diào)試過程

選擇進料泵1電機調(diào)試后，調(diào)試操作區(qū)變化顯示如圖7（a）所示，

點擊【低速】或【高速】按鍵，按鍵顏色由黃色變?yōu)榧t色、兩個按

鍵不能同時被選擇。然后按下啟動按鈕SB1或觸摸屏上【調(diào)試】按

鍵后，電機M1根據(jù)你的選擇高速運行或低速運行，6秒后停止，電

機M1調(diào)試結(jié)束。在調(diào)試過程中也可以隨時按觸摸屏上【停止】按鍵

或按鈕SB4，電機立即停止，調(diào)試結(jié)束。M1電機調(diào)試過程中，HL1

長亮。調(diào)試結(jié)束后，觸摸屏上【低速】、【高速】、【送料泵1調(diào)

試】按鈕背景色均恢復(fù)為原色、觸摸屏界面恢復(fù)至圖6所示。

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圖7（a）圖7（b）

圖7（c）圖7（d）

（2）進料泵2電機（變頻電機）M2調(diào)試過程

選擇進料泵2電機調(diào)試后，調(diào)試操作區(qū)變化顯示如圖7（b）所示，

先點擊觸摸屏上【調(diào)試】按鈕或按下按鈕SB1，然后可以通過操作觸

摸屏上旋轉(zhuǎn)輸入器來改變電機轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)輸入器對應(yīng)數(shù)值為頻率

（HZ）、范圍為0-50HZ，同時觸摸屏上要實時動態(tài)顯示電機當前轉(zhuǎn)

速（r/min）。點擊觸摸屏上【停止】鍵或按下按鈕SB4，M2電機停

止、結(jié)束調(diào)試。M2電機調(diào)試過程中，HL1以亮2S滅1S的周期閃爍。

調(diào)試結(jié)束后，觸摸屏上【送料泵2調(diào)試】鍵背景色恢復(fù)為原色、觸

摸屏界面恢復(fù)至圖6所示。

（3）出料閥控制電機M3調(diào)試過程

選擇出料閥控制電機調(diào)試后，調(diào)試操作區(qū)變化顯示如圖7（c）所

示。初始狀態(tài)下假設(shè)出料閥是關(guān)閉狀態(tài)，電機正轉(zhuǎn)為打開出料閥，

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電機反轉(zhuǎn)為關(guān)閉出料閥。電機正轉(zhuǎn)的圈數(shù)越多則閥門的流量越大，

正轉(zhuǎn)5R即打開至最大，打開至最大時流量為50L/S，完全關(guān)閉時流

量為0L/S。

先點擊觸摸屏上“調(diào)試”按鍵或按下SB1按鈕，此時可以在輸入

框中輸入你想得到的流量，然后點擊觸摸屏上【打開】鍵，電機立

即正轉(zhuǎn)一定的圈數(shù)以得到你想要的流量（正轉(zhuǎn)0-5圈對應(yīng)0-50L/S，

呈線性關(guān)系）。待電機停轉(zhuǎn)后，可繼續(xù)在輸入框中輸入你想要的的

流量，然后點擊觸摸屏上【打開】鍵，電機立即正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)一定的

圈數(shù)以得到你想要的流量。如此可反復(fù)輸入流量值進行調(diào)試。點擊

觸摸屏上【關(guān)閉】鍵則電機反轉(zhuǎn)關(guān)閉出料閥，使其流量為0L/S。

如第一次在輸入框中輸入流量值為30L/S，則電機需正轉(zhuǎn)3圈后

停止；第二次在輸入框中輸入流量值為25L/S，則電機反轉(zhuǎn)0.5圈后

停止；此時若點擊觸摸屏上【停止】鍵或按下按鈕SB4則反轉(zhuǎn)2.5

圈后停止。

出料閥全部關(guān)閉后可以點擊觸摸屏上【停止】鍵或按下按鈕SB4

結(jié)束調(diào)試。M3電機調(diào)試過程中，HL2長亮。調(diào)試結(jié)束后觸摸屏上【出

料泵調(diào)試】鍵恢復(fù)為原色，觸摸屏界面恢復(fù)至圖6所示。

（4）混料泵對應(yīng)電機M4調(diào)試過程

選擇混料泵電機調(diào)試后，點擊觸摸屏上【調(diào)試】鍵或按下按鈕SB1，

M4電動機先正轉(zhuǎn)運行5秒后停止3S然后又反轉(zhuǎn)3S后停止，調(diào)試結(jié)

束。電機M4調(diào)試過程中，HL2以亮2S滅1S的周期閃爍。調(diào)試結(jié)

束后觸摸屏上【混料泵調(diào)試】鍵恢復(fù)為原色。

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（5）液位模擬電機（伺服電機）M5調(diào)試過程

選擇液位模擬電機調(diào)試后，調(diào)試操作區(qū)變化顯示如圖7（d）所示，

點擊觸摸屏上【調(diào)試】鍵或按下按鈕SB1，此時滑塊不管在什么位置

都先回到0L位置（標尺刻度10CM處）?；氐?L位置之后才可以

點擊觸摸屏上【液位升】鍵或【液位降】鍵進行調(diào)試，點擊觸摸屏

上【液位升】鍵則滑塊以2r/S的速度向右、點擊觸摸屏上【液位降】

鍵則滑塊以1r/S的速度向左；在滑塊到達標尺刻度16CM至18CM

之間的任意位置時，可按下按鈕SB2，將此時滑塊位置確定為N值，

觸摸屏“調(diào)試操作”區(qū)中彈出文字提示“N值已確定”。若滑塊不在

標尺刻度16CM至18CM之間的任意位置時就按下按鈕SB2，則觸

摸屏“調(diào)試操作”區(qū)中彈出文字提示“滑塊位置錯誤”。

注意：松開【液位升】或【液位降】鍵則滑塊停止（M5電機調(diào)

試過程中均為此要求）。

在確定N值后，觸摸屏上“當前容量”立即顯示為1500L，點擊

觸摸屏上【液位降】鍵則罐中液位容量以40L/S速度遞減（滑塊根據(jù)

比例計算移動的速度向左移動）、點擊觸摸屏上【液位升】鍵則罐

中液位容量以40L/S速度遞增（滑塊根據(jù)比例計算移動的速度向右移

動）。容量到達最大或最小時不再動作，滑塊隨容量變化實時變化。

將罐中溶液容量操作為0L后點擊觸摸屏上【停止】鍵或按下按鈕SB4

調(diào)試結(jié)束，M5調(diào)試過程中HL1和HL2同時以2Hz閃爍。調(diào)試結(jié)束

后觸摸屏上【液位模擬電機調(diào)試】鍵恢復(fù)為原色，觸摸屏界面恢復(fù)

至圖6所示。

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必須在所有電機（M1～M5）調(diào)試完成后才可以點擊觸摸屏上的

【返回】鍵使觸摸屏畫面返回圖4界面。在未進入運行模式時，單

臺電機可以反復(fù)調(diào)試。

3、運行模式

進入到運行模式后，觸摸屏隨即進入運行模式界面，運行模式界

面如圖8所示。

圖8運行模式界面

運行模式時初始狀態(tài)：指示燈HL3開始以1Hz頻率閃爍，液位

模擬電機M5所驅(qū)動的滑塊位于0L位置，所有電機（M1～M5）均

停止。

運行前必須在觸摸屏上“參數(shù)設(shè)置”區(qū)設(shè)置相關(guān)的參數(shù)，由于本

設(shè)備是將兩種液體進行混合加熱以進行充分的化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生的新

的液體，因此兩種液體的混合比例要根據(jù)不同的配方來指定不同的

配方比。在觸摸屏“參數(shù)設(shè)置”區(qū)的“配方比設(shè)定”的兩個式子（液

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體1及液體2）輸入框中輸入比例（輸入范圍必須為1~4之間的整數(shù)）。

然后設(shè)置本次加工溶液的總?cè)萘?，在“總?cè)萘吭O(shè)置”的輸入框中輸

入本次加工的總?cè)萘?，設(shè)置范圍為800~1500L之間的整數(shù)。當比例

及總?cè)萘吭O(shè)置完成之后，系統(tǒng)自動計算顯示出液體1容量及液體2

容量。如設(shè)置比例為1:3、總?cè)萘繛?00L，則需液體1為200L、液

體2為600L。系統(tǒng)在計算液體1及液體2的進料量時允許有一定誤

差，但是誤差比不得超過5%。然后設(shè)置出料閥出料速度，設(shè)置范圍

為20L/S~50L/S之間的整數(shù)。

進料泵1以高速運行時，液體1以30L/S的速度泵入罐中；進料

泵1以低速運行時，液體1以20L/S的速度泵入罐中。

液體2泵入罐中的速度與進料泵2電機運行速度有關(guān)，電機

0~50HZ速度對應(yīng)0~30L/S的速度，呈線性關(guān)系。

注意：以上設(shè)置（輸入框輸入值）必須在允許范圍之內(nèi)，否則系

統(tǒng)不能啟動運行！

正確設(shè)置之后可以點擊觸摸屏上【啟動】鍵或按下按鈕SB2，設(shè)

備啟動運行、HL3變?yōu)殚L亮。啟動運行之后按以下工序運行：

工序一：在罐中液位在設(shè)置的總?cè)萘?0%以下時進料泵1電機高

速運行，以