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-高校组

2016年全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛ITEM 4 工程创新型竞赛组题目(版本1.0)一、题目背景工业4.0、中国制造2025需要大量具备商业头脑、进取精神的技术与商业相结合的工程人才。

本赛项设立的目的是为了面向中国制造业急需的产品经理、研发型工程师，培养在校工科学生的商业意识和产品规划、设计与研发能力，激发其去了解和掌握产品研发的流程和管理方法，锻炼其综合运用跨学科知识与技术的能力。

大赛要求参赛团队具备敏锐的市场分析能力、缜密的商业策划能力、创新的技术研发能力以及优秀的产业化能力等。

各参赛队伍以创业者的身份提交产品设计方案,大赛组委会组织专家作为投资人的身份考察其方案及选手在商业意识与技术实力方面的能力，决定是否进行“投资”将作为竞赛评判的基本主线。

二、比赛要求本次工程创新竞赛，要求参赛队在市场需求分析或行业预测中发现商业机会，综合运用所学自动化、机电、信息、管理等知识，设计开发一款能够规模化上市的创新产品。

2016年工程创新赛项选题■环境监测■人体健康及康复■家居机器人■运动及娱乐■智能硬件（*对于参赛学校评比中选送的特别优秀的方案与作品，也可在以上主题之外自行选题。

）产品应具备：●良好的市场前景●可行的商业模式●核心竞争力应与自动化、信息等技术相关●能够被大规模生产制造●创新思想和产品，未见相关报道研发所采用软、硬件无品牌和型号限制（竞争厂商产品限制参见“其他”一节第三条）。

参赛队可根据方案设计的技术要求自行选择。

（一）初赛要求：参赛选手需要在初赛阶段完成商业计划书和产品的设计，内容由参赛队自行发挥，包括但不限于：●从市场角度分析为什么要研发这款创新产品？●从赢利模式角度分析为什么该产品值得投资？●从技术角度分析这款产品为什么能够获得竞争优势？●完成所有技术相关的设计图纸。

●完成原型机的初步开发，并演示大赛组委会在设立的分赛区中组织相关专家对参赛方案进行预审，从产品的创新性、实用性、可行性、市场前景、方案成熟度等方面进行综合评价，选出具有初步投资价值的产品和方案进入分赛区比赛。

2016年全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛ITEM 1 过程控制赛项样题本样题是为了让参赛队伍了解2016年过程控制赛项的工艺对象及控制要求。

参赛队伍根据本样题的要求进行仪表及控制系统的初步设计。

在仿真对象发布后，具体物性参数、工艺参数、设备参数将给出，再进行详细设计，并提供上机练习调试。

在完成基本控制设计的基础上，提倡从生产优化、节能、安全等多角度进行方案设计与实施。

在正式比赛时，将得到一份正式赛题。

正式赛题与样题在物性参数、工艺参数、设备参数、对象特性、控制要求、评分考查点及扰动类型等方面会有10-30%的差异。

一、工艺描述某反应工艺过程如下图所示：该反应过程是原料A与原料B，在催化剂C的作用下，生成主产物D和副产物E的过程。

反应方程式如下所示：主反应：2A + B —＞D副反应：A + B —＞ E其中，主反应生成物D是所需产品，而副反应生成物E是杂质。

主副反应均为强放热反应。

为了获得较高转化率，采用A物料过量的工艺。

成品转化率计算公式为D / B * 100%。

正常工况时的工艺过程如下：物料A与物料B分别由A进料泵、B进料泵输送进入混合罐V101（立式圆罐）内混合。

混合物料经预热器E101升温后，进入反应器R101进行反应，反应所需的催化剂C由催化剂输送泵P103从反应器顶部加入。

在反应过程中，反应放热强烈，因此R101需要使用夹套用冷却水进行冷却。

反应温度、停留时间、反应物料浓度及混合配比最终影响产品D的转化率。

反应体系气相压力对温度敏感，在冷却失效产生的高温条件下，过高的气相压力将使反应器有爆炸的风险。

因此，在反应器顶部设一路抑制剂。

当反应压力过高危及安全时，通入抑制剂F。

该抑制剂会使催化剂C迅速中毒失活，从而迅速中止反应。

冷却水被反应器加热后形成的热水通往E101预热器对进料进行预热,回收一部分热量，多余的热水通往公用工程。

R101反应器底部出口物料含有产品D、杂质E，催化剂C、以及未反应的原料A和少量原料B。

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。

2016年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛设计开发型赛项高校组初赛赛题赛题——锅炉控制。

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. 工艺流程赛题的被控对象是流程工业领域常见的自然循环锅炉。

锅炉是用于生产蒸汽的装置，生产的蒸汽用于发电和提供热能。

去大气软化水经给水泵P1101泵出，分成两路，一路给水去减温器E1101，与过热蒸汽换热，然后与另一路给水混合进入省煤器E1102。

去减温器E1101的锅炉给水用于调整过热蒸汽的温度，同时也对锅炉给水进行预热。

正常工况时，大部分锅炉给水直接流向省煤器，小部分锅炉给水流向减温器。

省煤器E1102由多段盘管组成，燃料燃烧产生的高温烟气自上而下通过管间，与管内的锅炉给水换热，回收烟气中的余热，并使锅炉给水进一步预热。

被烟气加热成饱和水的锅炉给水全部进入汽包V1102，再经过对流管束和下降管进入锅炉水冷壁，吸收炉膛辐射热在水冷壁里变成汽水混合物，然后返回汽包V1102进行汽水分离。

锅炉汽包为卧式圆筒形承压容器，内部装有给水分布槽、汽水分离器等。

汽水分离是汽包的重要作用之一，汽包V1102顶部设放空阀XV1104，分离出的饱和蒸汽再次进入炉膛F1101进行汽相升温，成为过热蒸汽。

出炉膛的过热蒸汽进入减温器E1101壳程，进行温度微调并为锅炉给水预热，最后以工艺所要求的过热蒸汽压力、过热蒸汽温度输送给下游生产过程。

过热蒸汽出口管线上设开关阀XV1105。

燃料经由燃料泵P1102泵入炉膛F1101的燃烧器，空气经变频鼓风机K1101送入燃烧器。

燃料与空气在燃烧器混合燃烧，产生热量使锅炉水汽化。

燃烧产生的烟气带有大量余热，对省煤器E1102中的锅炉给水进行预热。

烟气经由烟道，靠烟囱的抽力抽出，通入大气。

锅炉的典型控制包括：（1）燃烧控制，需要控制燃料和空气的配比，以达到充分燃烧；（2）给水控制，需要与蒸汽产量匹配，以控制锅炉汽包内水的储量；（3）过热蒸汽出口压力控制，要求能够根据负荷的变化控制蒸汽压力；（4）过热蒸汽出口温度控制，需要根据工艺要求精确控制蒸汽温度。

2015年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛ITEM2逻辑控制赛项决赛赛题电梯是高层宾馆、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、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。

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图3：交流双速电梯拖动系统bfce图4：七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3. 输入输出数据I O列表详见附录。

二、控制任务1. 单部电梯基本功能根据不同楼层客户需求及时响应，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。

具体地，应具备如下功能：1）电梯初始化比赛开始时，电梯模型会给出自动运行信号，示意比赛开始，控制程序需要在收到该信号后，进行必要的初始化工作，完成后使电梯位于基站（即一层）待命，并返回准备就绪信号以确认。

2）集选控制集选控制是指在信号控制的基础上把召唤信号集合起来进行有选择的应答。

电梯在运行过程中可以应答同一方向所有层站呼梯信号和轿厢内的选层指令信号，并自动在这些信号指定的层站平层停靠。

2016年西门子杯中国智能制造挑战赛2016年“西门子杯”中国智能制造挑战赛ITEM6工业网络赛项(试) 决赛竞赛规则2016年“西门子杯”中国智能制造挑战赛ITEM6工业网络赛项(试) 决赛竞赛规则一、总则1. 大赛以公平、公正、公开为原则，以参赛队伍是否遵循实际工业项目设计及实施过程为考核标准。

2. 大赛组委会作为甲方发布工业网络工程项目需求，各参赛队伍以乙方身份，根据甲方需求，完成工程方案设计和实施任务。

大赛主要考察参赛选手的通讯需求分析能力、工业网络系统的设计能力和实施能力。

3. 工程方案设计主要内容包括:(1)系统分析(厂区布局分析、通讯需求分析等);(2)网络结构设计(设计网络结构图并说明设计理由);(3)系统设备选型(交换机、无线接入点、无线客户端、控制器等的选型，说明所选设备与网络功能实现的对应关系);(4)工程实施方案(网络结构实施方案、网络功能实现步骤、通讯验证方法等)。

4. 工程项目实施包括以下几部分内容:(1)制作工业以太网线，完成工业网络系统连接;(2)对交换机、无线模块进行配置;(3)系统调试，完成甲方的工业网络功能需求;(4)系统验收，向甲方展示已实施的工业网络，并接受甲方对工业网络系统功能的评估。

5. 大赛组委会和总决赛组委会只保证比赛环境正常可用。

比赛现场不再针对交换机配置、使用等基础问题进行技术支持，此部分作为比赛考核内容之一，参赛队员自行分析解决。

6. 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。

比赛期间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。

12016年“西门子杯”中国智能制造挑战赛ITEM6工业网络赛项(试) 决赛竞赛规则二、决赛竞赛规则1. 参赛队需在指定日期和地点参加决赛的现场比赛。

2. 决赛环节由“决赛笔试”、“现场实施”与“方案答辩”三部分组成，“方案答辩”仅用于遴选特等奖获奖队伍。

2016年全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛ITEM6工业网络赛项(试)赛题工业通信网络连接现场设备、控制器、人机界面（HMI ）、监控系统及企业管理系统，是工业生产系统中信息的传输通道，是生产系统稳定安全运行的重要基础。

工业网络赛项题目以西门子实际项目为背景，要求根据所提供的工厂描述和技术需求，完成工程设计方案及现场实施、调试任务，培养工业通信网络的需求分析能力、设计能力、实施能力和调试能力。

一、工厂描述某工厂通信网络主要由控制中心和生产线两个层次构成。

该工厂共6条生产线，每条为直线形，长约300米左右，各条生产线之间首尾相接。

各条生产线与控制中心之间通过有线方式进行通信。

该工厂具有一套AGV (Automated Guided Vehicle)传输系统，其中包括5台AGV 小车，从生产线1至生产线6沿环形轨道运行。

AGV 小车均以无线方式与各条生产线进行通信。

控制中心的视频服务器需要对每辆AGV 小车上普通IP 摄像头的视频进行监控，同时控制中心PLC （作为PROFINET I/O 控制器）需要与AGV 小车内PROFINET I/O 设备之间进行实时数据交换。

控制中心另设综合监控系统，能够同时访问视频及控制数据。

工厂布置示意图如图1所示。

PN IO 视频服务器控制中心综合200米300米300米300米300米300米300米20米（AGV图1 工厂布置示意图工厂网络可划分为，汇聚层网络（包含控制中心、生产线主交换机）、接入层网络（用以连接无线接入点AP设备）、无线覆盖接入网络与移动AGV小车内终端网络，网络层次结构如图2所示，图2 工厂网络层次结构简图AGV小车基本结构可参考图3所示示意图，内含普通IP摄像头（基本带宽占用为3Mbit/s）及PROFINET I/O 设备、交换机和无线客户端，通过无线客户端接入生产线无线网络。

图3 AGV小车基本结构示意图二、上机设备配置●西门子交换机：SCALANCE XM408-8C；●西门子无线模块（无线接入点AP及客户端）：SCALANCE W761、SCALANCE W721；●西门子PLC S7-1200，作为PROFINET I/O 控制器；●西门子PLC S7-1200，作为PROFINET I/O 设备；●IP摄像头；●视频服务器和综合监控系统可采用普通计算机。