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
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
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。
2016年全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛ITEM1过程控制赛项样题 高校组
2016年全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛ITEM 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。
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
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。
2016年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛
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高职 电气控制系统 任务书3-西门子(赛项赛卷)
2015年全国职业院校技能大赛现代电气控制系统安装与调试（总时间：240分钟）工作任务书场次号工位号注意事项一、本任务书共17页，如出现缺页、字迹不清等问题，请及时向裁判示意，进行任务书的更换。
二、在完成工作任务的全过程中，严格遵守电气安装和电气维修的安全操作规程。
电气安装中，低压电器安装按《电气装置安装工程低压电器施工及验收规范（GB50254-96）》验收。
三、不得擅自更改设备已有器件位置和线路，若现场设备安装调试有疑问，须经设计人员（赛场评委）同意后方可修改。
四、竞赛过程中，参赛选手认定竞赛设备的器件有故障，可提出更换，器件经现场裁判测定完好属参赛选手误判时，每次扣参赛队3分；若因人为操作损坏器件，酌情扣5-10分；后果严重者（如导致PLC、变频器、伺服等烧坏），本次竞赛成绩计0分。
五、所编PLC、触摸屏等程序必须保存到计算机的“D: \工位号”文件夹下，工位号以现场抽签为准。
六、参赛选手在完成工作任务的过程中，不得在任何地方标注学校名称、选手姓名等信息。
请按要求在4个小时内完成以下工作任务：一、按“标签打印系统控制说明书”，设计电气控制原理图，并按图完成器件选型计算、器件安装、电路连接（含主电路）和相关元件参数设置。
二、按“标签打印系统控制说明书”，编写PLC程序及触摸屏程序，完成后下载至设备PLC及触摸屏，并调试该电气控制系统达到控制要求。
三、参考X62W铣床电气原理图，排除X62W铣床电气控制电路板上所设置的故障，使该电路能正常工作，同时完成维修工作票。
标签打印系统控制说明书一、标签打印系统运行说明标签打印系统是用于工业、商业、超市、零售业、物流、仓储、图书馆等需要的条形码、二维码等标签制作，具有采用准确控制、高速运行、一体制作等要求的系统，如图1所示。
上色喷涂电机打码机标签A 点B 点M3入料口C 点上色电机热封滚轮电机M3D 点图1 标签打印系统结构示意图标签打印系统由以下电气控制回路组成：打码电机M1控制回路【M1为双速电机，需要考虑过载、联锁保护】。
2015年全国大学生电子设计竞赛题目汇总
（3）可在频段内扫描并能显示信号频谱和对应幅度最大的信号频率； （4）测试在全频段内的杂散频率(大于主频分量幅度的 2%为杂散频率)个 数； （5）其他。
三、说明
在频谱仪滤波器的输出端应有一个测试端子，便于测量。
E-2/3
四、评分标准
项 系统方案 理论分析与计算 设计 报告 测试方案与测试结果 设计报告结构及规范性 小计 完成第（1）项 完成第（2）项 完成第（3）项 基本 要求 完成第（4）项 完成第（5）项 完成第（6）项 完成第（7）项 小计 完成第（1）项 完成第（2）项 发挥 部分 完成第（3）项 完成第（4）项 其他 小计 总分 电路与程序设计 目 主要内容 方案选择、论证 进行必要的分析、计算 电路设计 程序设计 表明测试方案和测试结果 图表的规范性 分数 4 4 4 4 4 20 10 10 5 10 5 5 5 50 15 5 15 10 5 50 120
设计 报告
测试结果 设计报告结构及规范性 小计 完成第（2）（3）项 基 本 要求 完成第（4）项 完成第（5）项 完成第（6）项 小计 完成第（1）项 完成第（2）项 发挥 部分 完成第（3）项 完成第（4）项 其他 小计
3 4 20 24 6 18 2 50 3 30 10 2 5 50
总分
120
H-1/2
三、说明
除基本要求(6)以外所有测试均用电阻代替 LED 作为负载。
四、评分标准
项 系统方案 理论分析与计算 电路与程序设计 目 主要内容 电源变换及控制方法实现方案 提高效率方法的分析及计算 电路设计与参数计算 启动电路设计与参数计算 设定电路的设计 测试数据完整性 测试结果分析 摘要，设计报告正文的结构 图表的规范性 满分 4 4 5
2015高职 电气控制系统 任务书2-西门子(赛项赛卷)
2015年全国职业院校技能大赛现代电气控制系统安装与调试（总时间：240分钟）工作任务书场次号工位号注意事项一、本任务书共17页，如出现缺页、字迹不清等问题，请及时向裁判示意，进行任务书的更换。
二、在完成工作任务的全过程中，严格遵守电气安装和电气维修的安全操作规程。
电气安装中，低压电器安装按《电气装置安装工程低压电器施工及验收规范（GB50254-96）》验收。
三、不得擅自更改设备已有器件位置和线路，若现场设备安装调试有疑问，须经设计人员（赛场评委）同意后方可修改。
四、竞赛过程中，参赛选手认定竞赛设备的器件有故障，可提出更换，器件经现场裁判测定完好属参赛选手误判时，每次扣参赛队3分；若因人为操作损坏器件，酌情扣5-10分；后果严重者（如导致PLC、变频器、伺服等烧坏），本次竞赛成绩计0分。
五、所编PLC、触摸屏等程序必须保存到计算机的“D: \工位号”文件夹下，工位号以现场抽签为准。
六、参赛选手在完成工作任务的过程中，不得在任何地方标注学校名称、选手姓名等信息。
请按要求在4个小时内完成以下工作任务：一、按“混料罐系统控制说明书”，设计电气控制原理图，并按图完成器件选型计算、器件安装、电路连接（含主电路）和相关元件参数设置。
二、按“混料罐系统控制说明书”，编写PLC程序及触摸屏程序，完成后下载至设备PLC及触摸屏，并调试该电气控制系统达到控制要求。
三、参考YL-ZX型X62W铣床电气原理图，排除X62W铣床电气控制电路板上所设置的故障，使该电路能正常工作，同时完成维修工作票。
混料罐系统控制说明书一、混料罐系统运行说明在炼油、化工、制药、水处理等行业中,将不同液体混合是必不可少的工序,而且这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质,不适合人工现场操作。
本混料罐系统设计借助PLC来控制混料罐,对提高企业生产和管理自动水平有很大的帮助,同时又提高了生产线的效率、使用寿命和质量,减少了企业产品质量的波动。
全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛过程控制赛项
3.3绿色生产、节能减排降耗方面的考虑
3.4控制系统管道仪表流程图（包括基础控制系统、安全控制系统等）
四、系统设备选择与系统连接
4.1系统设备选择（包括控制器、测量变送装置、执行机构，DCS规模、IO模块配置、仪表盘、控制柜、配电装置等）
4.2系统连接（用工程语言描述系统的连接）
五、实施效果
5.1操作说明
5.2监控画面（包括流程画面、趋势画面、报警画面、操作画面等）
5.3响应曲线及性能分析
六、经济效益分
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
3.1基础控制系统及开车顺序控制系统的设计（包括控制回路、控制算法、被控变量、操纵变量、控制规律、阀门特性、顺序逻辑、安全保障等功能设计，并说明设计理由）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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: FV1203
FI1203物料B
HS1101
FI1104物料C
FV1201FV1104
反应器FI1201PI1201物料ATI1201
FV1105HS1102
AI1201FI1105LI1201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
1
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。
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达到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，直到到达70?。
10. 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
反应器共有三股连续进料。
要求选手设计控制系统克服每股进料的流量扰动。
同时，需要保证三股物料以一定比例进料。
2、反应器液位控制
要求选手设计液位控制系统，保证液位处于60,，以获得较大的反应停留时间，保证反应充分进行。
3、反应器压力安全控制
为保证反应安全，需要对压力进行安全控制系统的设计。
4、反应器组份控制
为得到一定的转化率的产品，要求选手对反应器最终产物的组份进行控制。
5、反应器温度控制
为保证反应的进行，需要对温度进行控制。
2
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
6、产物流量控制
为保证产量，需要对产物流量进行控制。
7、节能环保指标控制
出于对效能、环境等因素的考虑，要求在控制系统设计和实施中对冷却水用量等能耗指标予以充分考虑。
8、开车步骤顺序控制
从生产单元冷态起，自动开车，按照开车步骤依次将控制回路投用，保证开车稳步进行，保证系统无扰投运。
三、比赛要求
大赛以一个实用的控制工程项目为背景，大赛组委会作为甲方发布工程项目的控制需求，各参赛队伍以乙方的身份承接工程，完成工程项目的设计和现场实施。
1. 工程设计
进入总决赛的参赛队伍根据题目完成工程项目设计，撰写工程设计方案。
2. 工程现场实施
工程现场实施包括现场硬件接线、现场系统实现和现场扰动测试三部分。
(1)现场硬件接线
将PCS 7远程IO中的AI模块与SMPT-1000的仪表测量输出模块进行接线，确保通讯正常。
(2)现场系统实现
针对与初赛工艺相同但特性参数(例如但不限于各调节阀流通能力、开车步骤等)不同的被控对象，应用控制方案，进行参数整定，完成控制系统的调试和投运。
(3)现场扰动测试
经专家组协商，大赛组委会统一选定测试项目(如改变被控变量设定值、测量仪表出现偏差等)。
工程现场实施的具体评判标准参见《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总决赛评分规则》。
3. 答辩环节
现场实施环节完成后，根据各队得分，选取一部分优秀的队伍进入答辩环节。
此环节中，参赛队伍需要提交最终的工程设计方案、并到现场阐述设计方案，接受专家组提问。
大赛组委会组织专家组听取各参赛队的方案表述，专家组根据方案设计和表述情况进行评判，最终确定名次。
3
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
四、其他
1. 赛题无标准答案，鼓励各参赛队在满足赛题基本要求的前提下创新。
2. 大赛过程中发现赛题存在技术问题时，经专家组讨论，提出适当的弥补措施。
3. 各参赛队对赛题有技术疑问时，在不影响公开、公正、公平原则的基础上，大赛组委会秘书处负责解释。
4. 赛题公布之前，任何人不能以任何方式泄露本文件的内容。
5. 《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》在设计开发型赛项专家委员会确认后公布。
4。