全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛工程设计文件
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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。
2012年全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛-工程创新型竞赛组题目讲解各位老师,各位同学你们好。
我是西门子公司中国研究院高科技企业化中心工程师,今天由我来为大家讲解2012年全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛工程创新型竞赛组的题目。
首先欢迎大家参加2012年全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛,本次大赛由教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会、西门子中国有限公司和中国系统仿真学会联合主办,根据大赛侧重点的不同,一共设置了三个竞赛组:工程应用型,设计开发型和工程创新型。
这其中,工程创新型竞赛组只在面向全国高校在读学生征集具备创新性和可行性的多点触摸人机界面及其相关控件的设计方案。
众所周知,多点触控在手机等消费电子领域已经得到了广泛的应用,带给人们巨大地想象力和创造力。
但是,如果将这一技术引入以严谨苛刻著称的工业界那又将会引发一场怎样的变革。
我们根据多点触控在工业自动化领域的五个潜在应用场景,设置了五个竞赛题目。
接下来我会分别对这五个不同的题目进行讲解,结合具体的实例,来帮助老师和铜须门更好的了解这些应用场景,以及在进行多点触摸人机界面及其相关控件设计的时候需要达到的基本要求。
工程创新型竞赛组题目一:机器人/机械手/加工工具操作工业潜在应用场景:操作人员运用多点触摸技术控制机器人,机械手,或者加工刀具通过在三维空间的运动来完成一些复杂的工业生产任务。
举例来说,在机械加工领域,操作人员使用多点触控模式,用多个手指操作多个触摸控件,从而可以同时控制加工刀具和加工零件在多轴多平面的组合运动。
具体来说,一个手指的前移或者后退代表加工刀具的上升或者下降。
另外拇指和食指的组合运动则代表了加工零件在加工平面的平移或者旋转。
这样的组合运动方式,保证了加工刀具和加工零件之间运动的相互协调,从而提高了机械加工的效率以及机械加工的精度。
对于这个竞赛题目的设计要求:第一,需要支持多轴多平面不同的运动方式,例如上升、下降、平移、或者旋转。
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。
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:。
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:。
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。
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。
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。
2015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初赛赛题赛题——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反应器系统,属于连续反应过程。
反应过程为反应物A与反应物B发生反应,生成产物C。
反应开始后由冷却水进行冷却。
其工艺流程图如下:FV1203该连续反应系统以反应物A与反应物B,在反应温度70.0℃下进行反应,反应的产物为C。
反应设备包括:反应器,反应器耐压约2.5MPa。
为了安全,要求反应器在系统开、停车全过程中压力不超过1.5 MPa。
反应器压力报警上限组态值为1.2 MPa。
反应过程主要有两股连续进料。
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;反应器内主产物C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C与未反应的A、B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FV1201约50%,开始进料。
3.开FV1203约50%,开始进料。
4.液位LI1201上升,物料开始反应,当反应器温度达到45℃时,调节冷却水进料确保反应器温度缓慢上升。
5.当液位上升至80%左右,打开出口阀门FV1202。
6. 反应器正常运行时,确保反应器温度、压力、液位、产品组份和出口流量均维持在工艺要求范围内。
同时,确保反应器处在安全、稳定的生产工况。
二、控制任务1、进料流量及比例控制反应器共有两股连续进料。
要求选手设计控制系统克服每股进料的流量扰动。
同时,需要保证两股物料以一定比例进料。
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【样题】本样题是为了让参赛队伍了解2018年连续过程设计开发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开车步骤、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,提倡从先进控制、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:该放热反应过程在催化剂C的作用下,原料A与原料B反应生成主产物D和副产物E,反应方程式如下:主反应: 2A + B —> D副反应: A + B —> E其中,主生成物D是所需产品,副生成物E是杂质,主、副反应均为强放热反应。
为了获得较高的反应转化率,采用原料A过量的工艺。
正常工况下工艺过程如下:原料A与原料B分别由原料A进料泵、原料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,进入放热反应器R101进行反应,反应所需的催化剂C,由催化剂C输送泵P103从反应器顶部加入。
在反应过程中,反应放热强烈,因此反应器R101采用夹套式水冷却。
反应转化率与反应温度、停留时间、反应物料浓度及混合配比有关,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,过高的气相压力使反应器有爆炸的风险。
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,使催化剂C迅速中毒失活,从而中止反应。
冷却水吸收反应器的放热量形成热水,热水通往E101预热器对进料进行预热,以回收一部分热量,多余的热水通往公用工程。
反应器R101底部出口生成物含有产品D、杂质E,催化剂C、以及未反应的原料A和少量原料B,为了回收原料A,在反应器下游设置闪蒸罐V102,将混合生成物(D+E+C+A+B)中过量的原料A分离提纯。
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
逻辑控制型赛项
参赛队组别:
设备号:
年月日
一、方案设计依据、范围及相关标准
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)
三、控制系统设计
四、系统设备选择与系统连接
五、实施效果
六、经济效益分析
书中横卧着整个过去的灵魂——卡莱尔
人的影响短暂而微弱,书的影响则广泛而深远——普希金
人离开了书,如同离开空气一样不能生活——科洛廖夫
书不仅是生活,而且是现在、过去和未来文化生活的源泉——库法耶夫
书籍把我们引入最美好的社会,使我们认识各个时代的伟大智者———史美尔斯
书籍便是这种改造灵魂的工具。
人类所需要的,是富有启发性的养料。
而阅读,则正是这种养料———雨果。
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。