全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛过程控制赛项

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。

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：。

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总决赛赛题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总决赛赛题一、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反应器系统，属于连续反应过程。

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。

反应属于放热反应，由热水加热(夹套)诱发，由冷却水(蛇管)进行冷却。

其工艺流程图(示意图)如下: FV1203FI1203物料BHS1101FI1104物料CFV1201FV1104反应器FI1201PI1201物料ATI1201FV1105HS1102AI1201FI1105LI1201冷却水冷却水FI1202FV1202产物D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12015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总决赛赛题料阀门;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。

压力为PI1201。

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。

2019年西门子杯中国智能制造挑战赛2019年“西门子杯”中国智能制造挑战赛安徽省赛区暨华东三分赛区竞赛赛项规程一、赛项名称赛项名称：2019年“西门子杯”中国智能制造挑战赛安徽省赛区暨华东三分赛区竞赛英语翻译：2019 "Siemens Cup" China Intelligent Manufacturing Competition in Anhui Province(originally called National College Students Industrial Automation Challenge), the Third Competition Zone in Eastern China赛项组别：智能制造工程设计与应用类赛项共五个组别，流程行业自动化方向--本科组、流程行业自动化方向--高职组、离散行业自动化方向--本科组、离散行业自动化方向--高职组、信息化网络化方向--高职组。

二、竞赛组织机构主办单位：安徽省教育厅承办单位：安徽工业大学安徽职业技术学院（一）组织委员会主任委员：储常连安徽省教育厅副厅长执行主任委员：魏先文安徽工业大学校长孙敬华安徽职业技术学院校长副主任委员：祖明安徽工业大学党委副书记梁祥君安徽省教育厅高教处处长史锋安徽职业技术学院副校长委员：檀俊安徽省教育厅高教处副处长吴一戎中国科学技术大学信息科学技术学院院长何怡刚合肥工业大学电气与自动化工程学院院长高清维安徽大学电气工程与自动化学院院长刘晓东安徽工业大学电气与信息工程学院院长李敬兆安徽理工大学电气与信息工程学院院长江巨浪安庆师范大学物理与电气工程学院副院长凌有铸安徽工程大学电气工程学院院长张润梅安徽建筑大学机械与电气工程学院院长章毛连安徽科技学院电气与电子工程学院院长张晓东皖西学院机械与车辆工程学院院长王庆龙合肥学院电子信息与电子工程系系主任刘增良铜陵学院电气工程学院院长郭焕银宿州学院机械与电子工程学院院长计勇安徽新华学院电子通信工程学院院长洪应安徽职业技术学院机电工程学院副院长（二）专家委员会主任：祖明安徽工业大学党委副书记副主任：刘晓东安徽工业大学电气与信息工程学院院长李敬兆安徽理工大学电气与信息工程学院院长委员：雷经发安徽建筑大学机械与电气工程学院副院长臧大进铜陵学院电气工程学院副院长方明星安徽师范大学物理与电子信息学院自动化专业负责人王冠凌安徽工程大学电气工程学院大学生创新训练中心主任赵卫东安徽工业大学电气与信息工程学院电气工程及自动化系主任刘升安徽工业大学电气与信息工程学院测控技术与仪器系副主任谢军安徽职业技术学院机电工程学院教研室主任（三）仲裁委员会主任：张贝克大赛组委会秘书长、北京化工大学教授副主任：刘晓东安徽工业大学电气与信息工程学院院长教育部高等学校自动化类教学指导委员会成员（名单全国组委会讨论确定）委员：北京化工大学、安徽工业大学、西门子公司相关领导和老师（名单全国组委会讨论确定）（四）秘书处安徽工业大学电气与信息工程学院安徽工业大学创新教育学院安徽职业技术学院机电工程学院秘书长：冷护基安徽工业大学创新教育学院院长副秘书长：聂建华安徽工业大学电气与信息工程学院副院长洪应安徽职业技术学院机电工程学院副院长秘书：张卉安徽工业大学创新教育学院创新实践部主任李修正安徽工业大学电气与信息工程学院学生办公室钱晓东安徽职业技术学院机电工程学院三、竞赛目的“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）是由教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会、中国系统仿真学会、西门子（中国）有限公司联合主办，以模拟的典型工业自动化系统为对象的工程科技竞赛，是面向全国自动化、机电一体化相关专业大学生高职、高专学生的一项创新性科技活动，也是教育部质量工程资助的大学生科技竞赛之一。

全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛ITEM2逻辑控制赛项样题高校组近年来，工业自动化领域的发展越来越受到人们的关注。

为了培养优秀的工业自动化人才，提高我国工业自动化技术水平，西门子公司举办了全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛。

其中，ITEM2逻辑控制赛项是该赛事中的重要环节，对于参赛选手来说，这是一次展示自己技术能力的绝佳机会。

ITEM2逻辑控制赛项样题要求参赛选手在规定时间内，设计并实现一个自动化控制系统。

参赛选手需要运用所学的理论知识，结合实际情况，规划动作流程并编写控制程序。

在比赛过程中，选手需要面对各种可能出现的问题，进行调试和修正，使得整个系统能够稳定运行。

这不仅对参赛选手的技术能力提出了较高的要求，也考验了他们的团队合作和解决问题的能力。

逻辑控制是工业自动化领域中的一项核心技术，它通过对输入信号进行逻辑运算和判断，对输出信号进行控制，实现对工业过程的自动化控制。

在现代工业生产中，逻辑控制技术广泛应用于各种自动化设备和生产线，能够有效提高生产效率，减少人力和物力资源的浪费。

因此，掌握逻辑控制技术对于工业自动化人才来说非常重要。

在ITEM2逻辑控制赛项中，选手所面临的挑战不仅仅是设计一个系统，更重要的是要考虑到系统的可靠性和稳定性。

在现实生产环境中，往往会出现各种干扰因素和故障，例如电压波动、传感器故障等，这些都可能对系统的正常运行产生影响。

因此，选手需要在设计控制系统时充分考虑到这些问题，并采取相应的措施来保证系统的鲁棒性。

同时，选手在比赛中还需要具备一定的创新能力。

虽然赛题给出了明确的要求和指导，但选手也可以在此基础上进行改进和创新。

他们可以优化控制算法，提高系统的响应速度和精度；他们可以设计智能化的控制策略，使系统能够自动调整参数和适应不同的工况；他们还可以通过与其他团队的合作，共同解决问题和互相学习，推动自动化技术的发展。

总之，全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛ITEM2逻辑控制赛项样题是对参赛选手技术能力和团队合作能力的全面考察。

2016年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛ITEM3运动控制赛项样题一、赛项介绍运动控制赛项主要面向自动化、机电一体化、装备制造等专业方向的参赛选手，着重于参赛选手运动控制系统方面能力的培养。

本赛项通过实际使用运动控制设备完成规定控制任务并结合现场答辩的方式，来着重考察参赛选手对运动控制系统理论知识的掌握程度和灵活运用的能力，以及对于典型运动控制系统实际调试的熟练程度。

本赛项所采用的运动控制器为实际生产中广泛采用的西门子SIMA TIC 315T控制器，驱动部分则采用了通用性强、性能出众的SINAMICS S120系列驱动产品。

这两者的结合使用，可轻松满足运动控制系统对响应速度、定位精度、同步精度等方面内容的要求。

本赛项分为初赛和决赛两个环节。

其中，初赛环节采用完成不同规定任务的方式进行比赛，该环节着重考查参赛选手运动控制系统的基本调试能力。

决赛环节控制对象为一经过抽象后的实际生产设备，控制方案需要参赛选手根据控制要求自行设计，该环节要求选手不仅仅具备驱动器的调试能力，还需要具备一定的方案设计和控制程序编写能力。

决赛环节还设置了笔试环节和方案答辩环节，在这两个环节中，会对参赛选手的运动及控制理论基础知识及其系统分析和程序设计的思路进行考查，从而更好的反映出参赛选手的综合素质。

二、运动控制系统描述1. 设备组成运动控制系统主要由电气箱(运动控制器、控制单元、整流单元、电机模块、变压器、手操盒等)与被控对象(伺服电机、减速箱、同心圆盘对象包、物料卷绕对象包)组成。

2. 设备清单2.1 控制系统设备清单：2.2调试软件及硬件：STEP 7 V5.5可编程控制器调试软件S7-Technology V4.2 T系列可编程控制器调试软件STARTER运动控制器调试软件WinCC Advacnced v13或更高版本人机界面组态软件调试用计算机、通讯电缆与测量仪器2.3 对象模型清单：带刻度圆盘大、小各一个圆盘用同步带两根铝质安装背板物料卷绕对象包3. 对象模型描述对象模型- 同心圆盘共一大一小两个圆盘，各由一部电机驱动。

张贝克中国系统仿真学会理事内容•大赛简介•比赛设备简介•挑战赛题目主办单位•中国系统仿真学会主办•中国自动化学会专家咨询委员会、中国自动化学会ASEA办公室协办•西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团自动化系统部、北京化工大学承办宗旨与目的•创新性能力的培养•对工程技术的重视•强调协作精神•理论联系实际指导委员会•吴启迪教育部副部长•李伯虎院士•戴汝为院士•孙优贤院士•何维克教授•郭广生教授专家组•组长：孙柏林•副组长：马正午、萧德云、朱群雄•成员：金以慧、邵惠鹤、吴连伟、吴惕华、龚至豪、潘立登、顾幸生组委会•主任：吴重光、马正午、安晓杰•成员：吴云洁、张贝克、沈伟、元娜、王琪参赛对象•每个参赛学校组成一个参赛队，每队由一名领队（教师）和三名学生组成。

所有全日制在校本科生、研究生都有资格参加。

•领队负责对方案设计和实施进行指导。

但是，所有软、硬件工作必须由学生完成。

比赛日程•竞赛筹备阶段（今—6/30）报名与前期培训。

•竞赛实施阶段–初赛阶段（6/8--7/31)针对题目进行控制方案的设计，撰写工程文档以电子版提交。

–初赛评估阶段(8/1—8/10)由专家组评出10支优胜队，进入决赛。

–决赛阶段(8/18—8/23）赴北京化工大学参加夏令营，在工业级高精度仿真环境下基于PCS7实施控制方案。

初赛细则设计方案必须包括：•提供控制方案的P&ID图。

控制方案包括控制器、被控变量、控制变量、控制阀等的选择。

•系统配置图，包括软件安装、硬件结构及网络层次设计。

•以IEC标准语言，以CFC、SFC或SCL语言描述控制算法，必要时可加框图描述。

初赛细则具体要求：•每个参赛队只能提交一套控制方案•必须有方案的详细说明及理由•字数不限。

方案评分标准：•方案的可行性，即该方案能不能在现实工业环境下实施。

•方案的合理性，即是否满足工业生产经济、安全等方面的要求，在保证安全的前提下达到经济效益最大化。

•方案的新颖性，在上述两个指标的基础上，鼓励创新。