2014年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛工程应用型赛项高校组工程设计文件
西门子杯中国智能制造挑战赛
2017年“西门子杯”中国智能制造挑战赛（原全国大学生工业自动化挑战赛）逻辑控制设计开发赛项决赛赛题一、被控对象描述1.对象模型电梯三维模型主要包括：电梯整体（包括轿厢、电机、限位开关，等）、各个楼层按钮（上下行呼梯按钮及指示灯，等）、电梯内部设备（轿厢开关门按钮、轿厢选层按钮及指示灯，等），等等。
电梯模型采用六部十层结构，其外形及示意图如下所示：imjlbfce十位个位图1：电梯模型外形示意图图2：七段数码管图3：电梯模型原理示意图图4：交流双速电梯拖动系统．．．．．相连，实施自动控制。
2.设计参数3.IO变量及相对地址列表（见附录）二、任务要求及评分细则1.任务要求针对电梯控制，参赛队需完成：1）控制方案的实施及调试。
包含PLC硬件组态及控制程序实施，WINCC监控画面组态及实施，PLC与WINCC之间的通信连接，以及系统调试、投运。
2）实现电梯的自动控制，及时响应不同楼层的客户召唤请求。
包括电梯启停、平层、开关门、故障提示及上下限位保护等。
2.评分细则★说明：当自动评分成绩相同时，群控指标1-5项作为参考指标进行比较，用以确定名次的先后顺序。
这五项指标，其评价优先级按照从高到低的顺序依次是：乘客平均候梯时间 > 乘客长时间候梯率 > 乘客平均乘梯时间 > 电梯运行总距离 > 系统启停总次数。
▼扣分项说明：当实现该功能时，得分为0分；当该功能未实现或实现有误时，得分为负分。
附录：电梯仿真对象IO列表PLC输入变量：PLC输出变量：。
2018年“西门子杯”中国智能制造挑战赛(原全国大学生工业自动化挑战赛 ) 连续过程设计开发赛项 竞赛规则
2018年“西门子杯”中国智能制造挑战赛（原全国大学生工业自动化挑战赛）连续过程设计开发赛项竞赛规则一、总则1.以公平、公正、公开为原则，以参赛队现场实施效果为考核标准。
2.全国竞赛组委会以甲方的身份发布工程项目招标需求，各参赛队以乙方的身份，根据甲方提出的要求，进行项目方案设计，并以工程承包商的身份进入比赛现场实施。
全国竞赛组委会将组织专家就项目方案设计、系统开发和现场实施等三个方面，对参赛队的系统设计方案和实施效果进行综合考察。
3.项目方案设计内容：（1）系统分析，包括需求分析、对象特性分析、安全分析等。
（2）控制系统设计，包括开车顺序、控制回路、控制PI&D图、控制算法、仪表选型、安全联锁、人机界面等。
（3）控制系统组成，包括控制器、IO卡件、通讯网络等。
（4）系统实施说明，包括系统连接、系统安装、系统组态、系统整定、系统调试、系统投运等。
（5）经济效益分析，包括产能、耗能、安全、环保等。
4.项目方案实施内容：（1）在SIMATIC S7-400 PLC上，完成硬件组态和控制程序开发；在SIMATIC WINCC上，完成监控画面组态与开发；建立PLC和WINCC之间的通讯连接。
（2）系统调试，包括控制器参数整定、故障排除、系统投运等。
（3）系统验收，包括项目方案设计书、现场实施报告，接受甲方对系统性能的评估。
5.全国竞赛组委会和各分赛区竞赛组委会只保证比赛设备正常可用，比赛现场不再对硬件组态、程序下载等基础问题作技术支持。
参赛队需要自行分析解决问题。
6.参赛队需要自行携带电脑，作为系统的上位机，并自己负责设备的连接。
全国竞赛组委会和各分赛区竞赛组委会提供的电脑仅作为备用机。
7.正式比赛期间，指导教师不得进入比赛现场。
如有不听规劝者，将取消其所带领参赛队的比赛资格。
原则上不允许以任何原因离开赛场，如有特殊原因，需要边裁或巡检陪同。
二、分赛区初赛1.各参赛队依据大赛样题撰写“项目方案设计书”，方案设计书提交后方有资格参加初赛。
西门子杯样题
2015年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛工程应用型赛项初赛样题电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。
随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。
目前电梯控制主要由PLC（可编程逻辑控制器）实现，现代的电梯控制除了需要满足基本的载客运货功能，还需要在保证安全的前提下，自动地、智能地制定最优的响应策略、运行速度等。
一、电梯模型介绍1. 电梯模型电梯模型主要包括：电梯整体（包括轿厢、电机、限位开关、急停按钮、重启按钮等等）、各个楼层按钮（上行按钮、下行按钮、指示灯等等）、电梯内部设备（轿厢开门按钮、轿厢关门按钮、指示灯等）等。
电梯模型采用一列三层结构：单层高度3.1米，整体高度12.7米。
如下图所示：电梯模型由PLC全自动控制。
2. 设计参数3. 输入输出数据（1）发往控制器的数字量数据（2）控制器输出的数字量数据二、控制任务1. 基本功能根据不同楼层客户需求，即时响应，实现自动平层、开关门、超重提示、实现上下限位，层门联锁保护等，并根据不同的需求实现合理的响应。
2. 运行（异常）状态监测在电梯整个运行过程中，监测状态参数以及各种反馈信号等，确保电梯稳定运行。
在故障情况下，制定相应的安全策略。
三、比赛要求大赛以一个虚拟的控制工程项目为背景展开。
大赛组委会作为甲方发布模糊的控制工程招标需求，各参赛队伍以乙方身份，根据甲方提出的控制任务，进行工程技术方案设计，并以甲方工程承包商的身份进入现场实施控制工程项目。
大赛综合考察参赛选手系统分析能力、系统设计能力以及系统实施能力。
参赛选手在理解被控对象的基础上，完成：1. 工程方案设计参赛队伍向大赛组委会提交工程方案设计文件后方可参加初赛。
工程方案设计主要内容包括：（1）系统分析，包括甲方需求分析、对象特性分析、安全分析等；（2）控制系统设计，包括控制逻辑、控制回路、控制算法等的选择及理由（3）控制系统选型，包括PLC、IO卡件、通讯网络的选择，并表达出各单元之间的信号连接；（4）控制方案经济效益分析。
西门子杯全国大学生控制技能仿真挑战赛
编号：03 西门子杯全国大学生控制技能仿真挑战赛间歇反应控制系统设计方案2007年6月西门子杯全国大学生过程控制仿真挑战赛设计方案目录一、被控对象工艺流程概述 (1)二、控制系统设计要求 (2)三、解决方案 (2)3.1 反应升温速度控制 (2)3.2 反应保温温度控制 (8)3.3 主产物产率控制 (10)3.4 反应器压力安全控制 (11)3.5 顺序控制方案设计 (15)四、设备使用方案 (16)4.1系统配置方案 (16)4.2 软件配置 (18)4.3 I/O模块接线图 (18)参考文献 (22)附录 (23)一、被控对象工艺流程概述被控对象为过程工业常见的带搅拌釜式反应器系统，属于间歇反应过程。
其工艺流程图如图1.1所示：图1.1 间歇反应工艺流程图工艺设备包括：两台高位计量罐，其中A物料计量罐液位L2，入口阀V3，出口阀V4，A物料泵及泵电机开关S4；B物料计量罐液位L3，入口阀V2，出口阀V5，B物料泵及泵电机开关S2。
C物料下料流量F6，C物料下料阀V6。
带搅拌器的釜式反应器，反应器内主产物浓度A，反应温度T1，液位L4，反应物出口流量F9，出口阀V9，出口泵及出口泵开关S5（开关）。
反应器蛇管冷却水入口流量F7，蛇管冷却水阀V7；反应器夹套冷却水入口流量F8，夹套冷却水阀V8；反应器夹套加热蒸汽阀S6（开关）。
反应器放空阀V5，反应器搅拌电机开关S8，高压冷却水阀V10。
二、控制系统设计要求1. 反应升温速度控制在缩合反应阶段，由冷态常温逐渐诱发反应至温度达到121℃左右。
在此阶段要求选手设计控制系统，保证温度以0.1~0.2℃/s的速率上升。
本间歇反应过程中有主副反应的竞争，主反应的活化能较高，期望较高的反应温度。
加热速率过慢会使反应停留在低温区，副反应会加强，影响主产物产率。
因此提高反应温度有利于主反应的进行。
但加热速率过猛会使反应后续的剧烈阶段失控而产生超压事故。
反应釜温度和压力是确保反应安全的关键参数，所以必须根据温度和压力的变化来控制反应的速率。
全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛设计开发型赛项总决赛评分规则
全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛设计开发型赛项
总决赛评分规则
设计开发型赛项总决赛成绩满分100分，由工程现场实施与方案答辩两部分组成，分值分配如下：
一、工程现场实施评分规则
工程现场实施环节满分70分，由硬件接线、系统实现和扰动测试两部分组成，分值分配如下：
1.硬件接线规则
硬件接线比赛环节，30分钟之内，要求将PCS 7远程IO中的AI模块与SMPT-1000仪表测量输出模块进行接线，并确保通讯正常。
硬件接线成绩由裁判组给出，对线缆连接及配置（满分100分，权重0.04）、系统通讯（满分100分，权重0.06）进行打分。
具体评分规则如下：
硬件接线的详细评分依据参见《2015年全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛设计开发型赛项硬件接线评分表》，最终以表格形式报告评分结果。
2.系统实现规则
系统实现比赛环节中要求30分钟之内，系统快速、平稳投运，在开车过程中维持各动态指标在要求范围内，系统稳定运行后保持各稳态指标在要求范围内。
系统实现成绩由自动评分系统（2015版）给出，对开车过程、控制效果、能耗产量以及稳定与安全指标进行综合打分。
评分过程由裁判组监督并确认。
具体评分规则如下：。
最新全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛工程设计文件资料
4）运行保护
为安全起见，在门区外，系统设定不能开门。
在非检修状态，电梯运行过程中，如果连续运行了运行时间限制器规定的时间后，其中没有平层开关动作过，系统就认为检测到钢丝绳打滑故障，所以就停止轿厢的一切运行，直到断电复位或转到检修状态时，才能恢复正常运行。
3）错误指令消除
当电梯到达最远层站将要反向时，原来所有后方登记的指令全部消除。连按2次错误指令的按钮，该等级的信号就被取消。
4）开门延时/关门保护
无司机运行时，电梯到站自动开门后，延时若干时间自动关门。在关门过程中，当安装在轿厢门口的光电信号或机械保护装置探测到有人或物体在此区域时，立即重新开门。
5）待载休眠
2015年全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛工程设计文件
ITEM2逻辑控制赛项
参赛队伍名称：
参赛学校名称：
2015年6月28日
一、方案设计依据、范围及相关标准
1、方案设计依据
（1）全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛逻辑控制赛项高校组初赛赛题及初赛细则；
（2）六层电梯逻辑控制仿真及设备用户手册等；
（3）SIMATIC S7-1200使用手册及产品目录。
图1理想速度曲线
在系统的制动段，既要对减速度进行必要的控制，以保证舒适感，又要严格地按电梯运行的速度和距离的关系来控制，以保证平层的精度。在系统的转速降至120r/min之前，为了使两者得到兼顾，采取以加速度对时间控制为主，同时根据在每一制动距离上实际转速与理论转速的偏差来修正加速度给定曲线的方法。
2、方案设计范围
本逻辑控制功能包括：六层电梯的单部电梯基本功能（集选控制、开关门控制、错误指令消除、开门延时/关门保护、待载休眠），单部电梯运行（异常）状态监测（超载保护、终端越程保护、开关门保护、运行保护），集群电梯的群控实现等。并在SIMATIC S7-1200 PLC上完成控制算法组态及SIMATIC WINCC上完成监控环境组态，建立PLC和WINCC之间的通讯连接。
2014年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛工程应用型
2014年西门子杯
全国大学生工业自动化挑战赛
工程设计文件
工程应用型赛项
高校组
参赛队伍名称：XXXXXXXX
参赛学校名称：XXXXXXXX
年月日
一、方案设计依据、范围及相关标准
二、系统分析（包括甲方需求分析、对象特性分析、系统安全分析等）
三、控制系统设计（包括控制逻辑、控制回路、控制算法等的选择，开机、停机等控制逻辑以流程图表达）
四、控制系统选型与系统连接
风电场的有功控制策略
风电场的优化运行"电力系统的调频需要对系统有功功率平衡进行控制,调压需要对系统无
五、实施效果
六、经济效益分析。
2014年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛工程创新型竞赛组 工程设计方案
2014年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛工程创新型竞赛组
工程设计方案
1.产品介绍
简要介绍创新产品的功能。
2.产品亮点
请为贵公司的新产品提炼出8个以内的产品亮点，展示产品的新颖性，与市场同类产品比较的创新点。
3.产品设计方案
3.1产品功能介绍（描述产品的功能的选择过程以及选择理由）
3.2产品外形设计（结合主流工业设计软件来说明产品外观设计，如
Pro/ENGINEER，SolidWorks等）
3.3工作原理介绍（建议提供设计图纸，流程图或者采用flash等多媒体形式）3.4技术实现解析（介绍如何采用LOGO控制器实现各种产品功能，包含程序流程
图，I/O列表，程序说明等）
3.5可行性测试（请提供技术指标和参数，仿真或者现场演示结果）
3.6产品使用说明（类似产品说明书，可以附件形式提交）
3.7产品成本分析（请提供产品元器件清单以及价格）
4.商业计划书
4.1市场需求分析（围绕市场中存在哪些问题，问题背后有哪些市场需求等方面展
开）
4.2市场前景预测（可以采用SWOT分析方法，建议采用权威组织或媒体的数据和
结论来佐证）
4.3产品定位（目标客户定位，产品层次定位）
4.4产品定价策略（阐述定价原则，利润比例，并阐述理由）
4.5产品销售策略（比如直销或分销，零售或者网络营销，请说明选择理由）
4.6产品推广策略（结合市场活动，以及市场预算）
5.活动收获
总结一下参加本次创新赛项的收获和心得，分享一些比较有感触的事情。
西门子杯全国大学生过程控制仿真挑战赛设计方案第I页
西门子杯全国大学生过程控制仿真挑战赛设计方案第I页西门子杯全国大学生过程控制仿真挑战赛设计方案第I页西门子杯全国大学生过程控制仿真挑战赛1 被控对象工艺流程概述............................................................................ .. (1)2 系统设计............................................................................ .. (3)2.1 DCS系统概述............................................................................ (3)2.2 系统软件安装设置............................................................................ .. (3)2.3 硬件结构及网络层次............................................................................ . (4)3 控制方案设计............................................................................ (6)3.1 进料流量控制方案............................................................................ .. (6)3.1.1 比值控制系统特点............................................................................ .. (6)3.1.2 比值控制系统主动量的选择............................................................................ .63.1.2 进料流量的变比值控制方案............................................................................ .63.1.4 控制器规律的选择............................................................................ .. (9)3.1.5 比值控制系统中控制器正、反作用的选择 (9)3.2 反应器料位控制方案............................................................................ .. (10)3.2.1 串级控制系统的特点............................................................................ .. (10)3.2.2 反应器料位串级控制系统............................................................................ (10)3.2.3 串级控制系统中主、副控制器规律的选择 (11)3.2.4 串级控制系统中主、副控制器正、反作用的选择 (12)3.3 反应温度及升温速率控制方案............................................................................ .123.3.1 模糊分程控制方案............................................................................ (12)3.3.2 模糊控制系统的参数设计............................................................................ (15)3.3.4 具有压力补偿的反应釜温度控制 (15)3.4 反应器压力安全控制及联锁保护 (17)3.5 反应器组分控制............................................................................ . (18)3.6 开车步骤顺序控制............................................................................ (19)4 结论............................................................................ . (21)附录............................................................................ .. (22)基于PCS7的带搅拌釜式反应器系统的控制方案的带搅拌釜式反应器系统的控制方案1 被控对象工艺流程概述被控对象工艺流程概述所选被控对象为过程工业常见的带搅拌釜式反应器（CSTR）系统，属于连续反应过程。
基于PCS 7的过程控制实验设计
基于PCS 7的过程控制实验设计史冬琳;门洪;李峰;刘剑钊【摘要】针对传统过程控制实验存在的一些缺点,基于西门子过程控制系统PCS 7设计了电厂锅炉综合自动控制系统,其中包括了过热蒸汽出口温度控制系统、燃料和送风控制系统、给水控制系统等.利用PCS 7中连续功能图(CFC)和顺序功能图(SFC)及仿真设备SMPT1000,实现各个回路的控制策略.实验结果表明,所设计的实验系统能够进行无扰切换,稳定运行,具有较强的抗干扰能力,且超调量小,响应速度快.【期刊名称】《自动化与仪表》【年(卷),期】2015(030)007【总页数】4页(P45-48)【关键词】PCS 7;SMPT1000;锅炉综合控制【作者】史冬琳;门洪;李峰;刘剑钊【作者单位】东北电力大学自动化工程学院,吉林132012;东北电力大学自动化工程学院,吉林132012;东北电力大学自动化工程学院,吉林132012;东北电力大学自动化工程学院,吉林132012【正文语种】中文【中图分类】G642.0火力发电厂热工过程自动控制主要指锅炉、汽轮机及其辅助设备运行的自动控制。
随着锅炉不断向大容量、高参数发展以及直流锅炉的应用，就对实现自动控制有了迫切要求，而且锅炉的自动控制系统也更加复杂，所以一般讨论电厂热工过程的自动控制时，主要是针对锅炉而言[1]。
实际锅炉的综合自动控制研究存在着高温、高压、强非线性等问题，要解决实际生产过程中的复杂工况，则成为锅炉综合控制实验的一道难题。
通过西门子过程控制系统PCS 7中连续功能图（CFC）和顺序功能图（SFC）组态各种功能块，实现了对变量的控制并达到工艺要求；同时使用图形编辑器WinCC 完成对操作员站的组态，基于多种生产工艺过程的仿真系统SMPT1000实现对工业生产过程的监控。
文献[2]针对硫化促进剂M制备的工艺流程，采用专家规则控制器为主控制器、PID控制器为副控制器的串级控制进行温度分段控制，可稳定运行，达到较好的控制效果；文献[3]基于SIMATIC PCS 7 BOX完成对间歇过程的开车顺序控制，采用STEP 7的梯形图程序实现顺序控制，能够较好地完成化工过程控制的实验任务；文献[4]制定了锅炉燃烧系统、汽包水位系统、蒸汽温度等系统的控制策略，所设计的方案能够很好地满足生产、安全等指标，具有很强的工业实用性。
西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛设计开发型赛项工程设计文件
（1）开车过程控制
①炉膛吹扫。检查所有阀门关闭，确保烟道通畅，启动鼓风机，对炉膛吹扫时间为1min±5s，并确认炉可燃性气体在爆炸限度以下；
②低负荷进料。确定炉可燃性气体在爆炸限度以下后，停止鼓风机，开启上料泵，调整调节阀的开度，使物料A的流量达到10kg/s±0.5kg/s围。
③加热炉点火。维持物料A在10kg/s±0.5kg/s围，打开鼓风机和燃料泵，为加热炉点火。
（3 ）燃料的进给量
燃料，是加热炉的能源核心，起着决定性的作用。燃料的进给量太小，充分燃烧时，可能使炉膛的温度达不到预定的温度，直接影响到加热的效率；燃料的进给量太大，造成能源的浪费，也会影响到加热炉的输出效率。
（4 ）空气的流量
炉膛的含氧量直接影响到燃料的是否能够充分燃烧，而且还会影响加热炉是否能够安全工作。炉膛含氧量过高，燃料虽然能够充分燃烧，但是会造成炉膛压强过高，会损坏设备；炉膛含氧量过低，燃料不能够充分燃烧，而且还会因为燃料与氧气的比列太高，会产生爆炸，影响安全生产。
2013年西门子杯
全国大学生工业自动化挑战赛
工程设计文件
设计开发型赛项
学校：汽车工业学院科技学院
参赛队伍编号：SIAC-34-0911
2013年 6月 28日
一、方案设计依据、围及相关标准
1.本方案是以流程工业领域常见的强制通风式加热炉为被控对象，通过加热炉辐射与对流传热，将一定流量的物料A加热到工艺要求的某个特定温度。
④炉膛升温。加热炉点火后，使物料A在管道均匀缓慢升温，使物料A的出口温度稳定在240℃±1℃围。
⑤提高负荷。维持物料A的出口温度稳定在240℃±1℃围。
（2）闭环过程控制
①热物料A出口温度控制回路。低负荷进料时，当物料A的出口温度保持在240℃左右时，要提升物料A的进给量，此时必须提高燃料的流量和空气的的流量，通过调整调节阀的开度实现。
全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛ITEM逻辑控制赛项样题高校组
2016年全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛ITEM2逻辑控制赛项【样题】电梯是宾馆、商店、住宅、多层厂房等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。
随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。
目前电梯控制主要由PLC（可编程逻辑控制器）实现，除了需要满足基本的载客运货功能，还需要在保证安全的前提下，自动地、智能地制定最优的响应策略、运行速度等。
本赛项以电梯行业为背景，要求参赛选手按照现实工程项目的实施流程来完成对电梯的控制。
具体地，比赛以西门子S7-1200系列PLC为控制系统，电梯仿真模型为被控对象，从项目前期方案文档、项目工程/程序开发及项目现场执行调试三方面进行考察，不仅能提高学生的逻辑思维能力，还可培养学生在较为复杂环境下，综合应用所学知识对控制科学与工程及相关领域现实问题进行分析、处理和解决，面对社会和环境的各种变迁具有较强的调节和适应能力，具有应对危机与突发事件的初步能力。
一、被控对象描述1.对象模型对象模型分为电梯模型与用户行为模型两项。
电梯三维模型主要包括：电梯整体（包括轿厢、电机、限位开关，等）、各个楼层按钮（上下行呼梯按钮及指示灯，等）、电梯内部设备（轿厢开关门按钮、轿厢选层按钮及指示灯，等），等等。
电梯模型采用多部多层结构，其外形及示意图如下所示：图1：电梯模型外形示意图图2：电梯模型原理示意图bfce图3：七段数码管电梯模型中各IO参数均可与PLC通过现场总线相连，实施自动控制。
用户行为模型指软件系统将模拟各楼层出现的用户数量以及每位用户对电梯的操作行为，如每一名用户按下期望到达的目标楼层按钮。
用户行为模型可以模拟现实情况下大量用户使用电梯时的具体用例，从而观察PLC所控制的电梯的行为是否符合要求。
2.设计参数二、控制系统配置被控对象通过PROFIBUS DP总线网络与控制系统进行通讯。
大赛所使用的控制器标准配置为SIMATIC S7-1200系列PLC★，以及西门子TIA Portal 软件系统。
工程应用型赛项初赛 样题
2015年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛工程应用型赛项初赛样题电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。
随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。
目前电梯控制主要由PLC（可编程逻辑控制器）实现，现代的电梯控制除了需要满足基本的载客运货功能，还需要在保证安全的前提下，自动地、智能地制定最优的响应策略、运行速度等。
一、电梯模型介绍1. 电梯模型电梯模型主要包括：电梯整体（包括轿厢、电机、限位开关、急停按钮、重启按钮等等）、各个楼层按钮（上行按钮、下行按钮、指示灯等等）、电梯内部设备（轿厢开门按钮、轿厢关门按钮、指示灯等）等。
电梯模型采用一列三层结构：单层高度3.1米，整体高度12.7米。
如下图所示：电梯模型由PLC全自动控制。
2. 设计参数3. 输入输出数据（1）发往控制器的数字量数据（2）控制器输出的数字量数据二、控制任务1. 基本功能根据不同楼层客户需求，即时响应，实现自动平层、开关门、超重提示、实现上下限位，层门联锁保护等，并根据不同的需求实现合理的响应。
2. 运行（异常）状态监测在电梯整个运行过程中，监测状态参数以及各种反馈信号等，确保电梯稳定运行。
在故障情况下，制定相应的安全策略。
三、比赛要求大赛以一个虚拟的控制工程项目为背景展开。
大赛组委会作为甲方发布模糊的控制工程招标需求，各参赛队伍以乙方身份，根据甲方提出的控制任务，进行工程技术方案设计，并以甲方工程承包商的身份进入现场实施控制工程项目。
大赛综合考察参赛选手系统分析能力、系统设计能力以及系统实施能力。
参赛选手在理解被控对象的基础上，完成：1. 工程方案设计参赛队伍向大赛组委会提交工程方案设计文件后方可参加初赛。
工程方案设计主要内容包括：（1）系统分析，包括甲方需求分析、对象特性分析、安全分析等；（2）控制系统设计，包括控制逻辑、控制回路、控制算法等的选择及理由（3）控制系统选型，包括PLC、IO卡件、通讯网络的选择，并表达出各单元之间的信号连接；（4）控制方案经济效益分析。
2022年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛工程应用型赛项高校组工程设计文件
2022年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛工程应用型赛项高校组工程设计文件一、项目背景工业自动化是现代工业生产中的重要技术手段，能够提高生产效率、降低生产成本，提升产品质量和市场竞争力。
为了推动大学生工业自动化技术的学习和应用，西门子公司每年举办全国大学生工业自动化挑战赛，旨在培养和发现优秀的工业自动化人才。
二、项目概述本工程设计文件是2022年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛工程应用型赛项高校组的参赛作品，旨在设计一套完整的工业自动化系统，实现特定工业过程的自动化控制和优化。
本设计文件将详细介绍项目的背景、目标、设计方案、系统组成、关键技术和实施计划等内容。
三、项目目标本工程设计的目标是设计一套能够实现特定工业过程的自动化控制系统，以提高生产效率、降低生产成本、提升产品质量和市场竞争力。
具体目标包括：1. 实现工业过程的自动化控制，提高生产效率；2. 优化生产过程，降低生产成本；3. 提高产品质量，减少不良品率；4. 提升系统的可靠性和稳定性，减少故障停机时间；5. 实现远程监控和远程操作，方便管理和维护。
四、设计方案本工程设计采用分布式控制系统（DCS）作为控制平台，结合传感器、执行器、通信设备等硬件设备，实现对工业过程的自动化控制。
具体设计方案包括以下几个方面：1. 系统架构设计：设计分布式控制系统的硬件和软件架构，确保系统的可靠性和稳定性；2. 控制策略设计：根据工业过程的特点和要求，设计合适的控制策略，实现对工业过程的自动化控制；3. 传感器和执行器的选择与配置：根据工业过程的需求，选择合适的传感器和执行器，并进行配置和布置；4. 通信网络设计：设计可靠的通信网络，实现传感器、执行器和控制系统之间的数据传输和通信；5. 系统监控与维护：设计系统监控与维护功能，实现对系统运行状态的监控和故障诊断。
五、系统组成本工程设计的系统由以下几个部分组成：1. 控制中心：包括分布式控制系统的主控制台、操作界面和监控系统，用于对整个工业自动化系统进行控制和监控；2. 传感器：用于采集工业过程中的各种参数，如温度、压力、流量等；3. 执行器：用于控制工业过程中的各种执行元件，如电机、阀门等；4. 通信设备：用于传输传感器和执行器的数据，以及控制指令的传输；5. 电源设备：为系统提供稳定的电源供应；6. 其他辅助设备：如电缆、接线盒等。
设计开发型修改
2014年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛工程设计文件设计开发型竞赛组参赛队伍编号：XXXXXXXX、方案设计依据、范围及相关标准1.1设计依据(1)西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛考题及初赛细则(2)新一代多功能过程控制实验系统SMPT-1000-SZ用户指南(3)SIMATIC PCS7使用手册及产品目录1.2设计范围本设计包括物料加热过程中出口物料温度控制、物料流量控制，锅炉内部压力控制、空气流量控制、燃料流量控制、安全连锁控制，开车、停车顺序控制等。
1.3设计遵循的标准及规范（1）HG/T20636-1998 《自控专业设计管理规定》（2）HG/T20637-1998 《自控专业工程设计文件的编制规定》（3）HG/T20638-1998 《自控专业工程设计文件深度的规定》（4）HG/T20639-1998 《自控专业工程设计用典型图表及标准目录》(5)HG20505-2000《过程检测和控制系统用文字代号和图形符号》(6)HG20506-1992《自控专业施工图设计内容深度规定》(7)HG/T20519-1992《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》(8)HG20559-1993《管道仪表流程图设计规定》(9)GB2625-81《过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号》二、系统分析（包括控制需求分析、对象特性分析、工艺流程分析、系统安全要求等）②压力汽包水位前馈-反馈控制系统、烟气含氧量前馈反馈控制系统、炉膛真空度单回路控 制系统、过热蒸汽出口流量单回路控制系统过热蒸汽出口温度受减温器和燃料量控制，因此在进减温器前设置一个温度检测 点，通过控制燃料的进料量来控制。
通过燃料的调节之后过热蒸汽进入减温器进一步 对温度进行调整，以达到控制精度。
通过控制变频鼓风机的转速来控制空气流量，是烟气中的含氧量保持在允许范围 内。
炉膛真空度直接受挡板的控制，因此采用单回路控制即可达到控制要求。
汽包水 位是一个滞后较大的环节，因此采用将蒸汽出口流量作为前馈以达到控制要求。
西门子电子大赛
2015年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛ITEM1设计开发赛项样题（版本2.0）赛题——连续反应器控制。
要求根据所提供的工艺对象，通过分析其对象动态特性，设计系统控制方案，现场实施并投入运行。
一、被控对象描述1. 工艺流程所选被控对象为过程工业常见的连续反应器。
反应过程为反应物A、反应物B以及催化剂C发生反应，生成产物D。
反应由热水加热诱发，由冷却水进行冷却。
其工艺流程图如下：FV1203该连续反应系统以反应物A、反应物B以及催化剂C，在反应温度70.0℃下进行反应，反应的产物为D。
反应设备包括：反应器，反应器耐压约1.5MPa。
为了安全，要求反应器在系统开、停车全过程中压力不超过1.2 MPa。
反应过程主要有三股连续进料。
第一股是反应物A，FI1201为进料流量，FV1201是进料阀；第二股是反应物B，FI1203为进料流量，FV1203是进料阀；第三股为催化剂C，FI1104为进料流量，FV1104为进料阀门；HS1101为搅拌开关；HS1102为热水加热开关，热水用来诱发反应。
反应器内主产物D重量百分比浓度在图中指示为AI1201，反应温度为TI1201，液位为LI1201。
反应器出口流量为FI1202，由出口阀FV1202控制其流量。
反应器出口为混合液，由产物D与未反应的A、B、C组成。
反应器冷却水入口流量为FI1105，由阀FV1105控制流量。
2. 开车步骤1．初始化检查，系统处于开车前状态，确认所有阀门处于关闭状态。
2．开FV1203，开始B进料，液位上升。
3．液位上升到50%左右，开FV1201，开始A进料。
4．当液位上升到60%，打开阀门FV1202。
5. 打开搅拌开关HS1101。
6. 打开热水加热开关HS1102，诱发反应。
7. 打开催化剂阀门FV1104。
8. 当温度TI1201大于40℃时，关闭热水加热开关。
9. 如果温度继续上升则反应诱发成功，调节冷却水进料反应器温度缓慢上升，不大于0.1℃/秒，直到到达70℃。
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2014年西门子杯
全国大学生工业自动化挑战赛
工程设计文件
工程应用型赛项
高校组
参赛队伍名称：XXXXXXXX
参赛学校名称：XXXXXXXX
年月日
一、方案设计依据、范围及相关标准
二、系统分析（包括甲方需求分析、对象特性分析、系统安全分析等）
三、控制系统设计（包括控制逻辑、控制回路、控制算法等的选择，开机、停机等控制逻辑以流程图表达）
一、控制逻辑流程图
二、控制回路
三、控制算法的选择
双馈机组风电场控制系统采用PI控制和HCC算法。
1、PI控制算法：
发电机并网时的变桨系统功率控制功率控制系统如下图所示，它由两个控制环组成
外环是功率控制环，根据发电机实际功率值调整发电机的电流设定值。
内环是一个功率伺服环，它通过转子电流控制器对发电机转差率进行控制，使发电机功率跟踪功率给定值。
如果功率低于额定功率值，这一控制环将通过改变转差率，进而改变桨叶桨距角，使风轮获得大功率。
如果功率参考值是恒定的，电流参考值也是恒定的。
变滑差发电机主要控制与输出功率成正比的转子电流。
控制器向转子电流控制器发送要求电流基准值，然后实际转子电流会与基准值比较进而做相应调整，使用IGBT 作为直流开关，用转子电流控制单元的外部转子电阻的PWM 可获得转子电流。
切换频率接近3kHz，这使得平均外部电阻在0 到100%之间几乎连续可调，发电机的转差率相应地能够从0.6%（转子自身电阻）到10%（转子电阻为自身电阻与外接电阻之和）之间连续变化。
当功率变化即转子电流变化时，PI 调节器迅速调整转子电阻，使转子电流跟踪给定值，
如果从主控制器传出的电流给定值是恒定的，它将保持转子电流恒定，从而使功率输出保持不变。
与此同时，发电机转差率却在作相应的调整以平衡输入功率的变化。
2、HCC算法：
HCC 算法是一种人工智能算法，可用于寻找未知函数的极大值点。
该算法最基本的思想是连续地对控制对象应用一系列规则、约束，同时检验自身的输出，确保输出逐步接近极大值。
如果利用HCC 算法寻找风力发电机组的输出功率极大值，根据偏航误差角与电机功率关系来控制偏航电机动作，可精确地实现偏航控制。
功率检测HCC 算法涉及的变量有：最新周期检测的功率值Pnew；次新周期检测的功率值Pold；功率差值∆P=Pnew−Pold；允许的最大功率误差Pe1、Pe2；功率给定值Pmax；初始偏航误差角θe；P1、P2、P3、P4为不同偏航误差角时的电机功率；2 次功率测量之间风力机偏航的角度为α。
设风速恒定，当风向发生改变时，风力机获取的功率变小。
图 2 是HCC 算法控制过程示意。
微控制器获得当前功率值Pnew=P1，并判断|Pnew−Pmax|与Pe1的大小。
仅当|Pnew−Pmax|>Pe1时，开启偏航电机。
偏航电机顺时钟方向转动(首次转动时固定一个方向，本文将其方向固定为顺时钟)。
四、控制系统选型与系统连接
二、系统连接
风电场的功率综合控制系统
风电场功率控制的目标是控制整个风电场输出的有功和无功功率,使风电场可以像常规发电厂一样承担频率!电压调节任务,减小对接入电网的影响"风电场控制系统的整体控制框图如图3.H所示"风电场控制系统是一个单独的控制单元,它负责接收系统调度指令,测量接入点PCC的电气量及风力发电机可以输出的功率,同时计算生成每个风力发电机组的控制信号"
风电场的有功控制策略
风电场的优化运行"电力系统的调频需要对系统有功功率平衡进行控制,调压需要对系统无功功率平衡进行控制"当系统频率降低时,需要增加系统内发电机组的有功输出或降低负荷需求;当系统电压降低时,需要增加系统内无功源(无功补偿设备)的无功输出或降低负荷需求"而风电场作为供电电源,具有特殊的一面"首先,风力作为可再生能源,具有节约能源!保护环境的优势,在正常运行时,我们希望能够尽可能的利用风能发电"然而风电场的功率输出依赖于风电场风速的变化,这就使风电场在系统要求增加出力的时候,达不到要求;或在正常运行时输出率突然降低"这给系统调度和稳定运行带来不利影响"随着国家大力倡导发展可再生能源,风电装机容量不断增加,作为电力系统要接纳大容量的风电,需要付出更多的代价(如更多的备用电源,更多的系统网损)"在国外,对大型风电场的功率控制已经在实际风电场中得到了应用"本节正是在此基础上,设计了风电场的实时控制方案,力求控制风电场在满足一定系统要求的同时使风电场优化运行"当系统频率低于额定频率,调度要求增加有功功率输出时,风电场由于受风影
响可能不能够增加输出,相反可能会因为风速降低而减小功率输出,但这些该在可以接受范内(随着储能技术的发展,风电场引入储能装置可能会满足该要求,目前已有有关研究)"然而,当统频率升高,需要减小有功功率输出时,调度在保证常规机组满足一定出力的同时,要求风电场减小出力时,这是风这是风电场应该能够完成的。
风电场控制系统的有功功率控制系统框图如图3.13所示"
不同类型的风力发电机组控制单元的组成有所不同，但发电机组多采用的控制系统结构如下图所示。
五、实施效果
六、经济效益分析。