全國(guó)大學(xué)生西門子杯工業(yè)自動(dòng)化挑戰(zhàn)賽ITEM邏輯控制賽項(xiàng)樣題高校組

1、2016年全國(guó)大學(xué)生西門子杯工業(yè)自動(dòng)化挑戰(zhàn)賽ITEM2邏輯控制賽項(xiàng)【樣題】電梯是賓館、商店、住宅、多層廠房等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多，對(duì)電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性提出了更高的要求。目前電梯控制主要由 PLC（可編程邏輯控制器）實(shí)現(xiàn)，除了需要滿足基本的載客運(yùn)貨功能，還需要在保證安全的前提下，自動(dòng)地、智能地制定最優(yōu)的響應(yīng)策略、運(yùn)行速度等。本賽項(xiàng)以電梯行業(yè)為背景，要求參賽選手按照現(xiàn)實(shí)工程項(xiàng)目的實(shí)施流程來完成對(duì)電梯的控制。具體地，比賽以西門子 S7-1200系列PLC為控制系統(tǒng)，電梯仿真模型為被控對(duì)象，從項(xiàng)目前期方案文檔、項(xiàng)目

2、工程/程序開發(fā)及項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行調(diào)試三方面進(jìn)行考察，不僅能提高學(xué)生的邏輯思維能力，還可培養(yǎng)學(xué)生在較為復(fù)雜環(huán)境下，綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)對(duì)控制科學(xué)與工程及相關(guān)領(lǐng)域現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行分析、處理和解決，面對(duì)社會(huì)和環(huán)境的各種變遷具有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)和適應(yīng)能力，具有應(yīng)對(duì)危機(jī)與突發(fā)事件的初步能力。一、被控對(duì)象描述1. 對(duì)象模型對(duì)象模型分為電梯模型與用戶行為模型兩項(xiàng)。電梯三維模型主要包括：電梯整體（包括轎廂、電機(jī)、限位開關(guān)，等）、各個(gè)樓層按鈕（上下行呼梯按鈕及指示燈，等）、電梯內(nèi)部設(shè)備（轎廂開關(guān)門按鈕、轎廂選層按鈕及指示燈，等），等等。電梯模型采用多部多層結(jié)構(gòu)，其外形及示意圖如下所示：圖1:電梯模型外形示意圖圖2:電梯模型原理示

3、意圖圖3 :七段數(shù)碼管電梯模型中各10參數(shù)均可與PLC通過現(xiàn)場(chǎng)總線相連，實(shí)施自動(dòng)控制。用戶行為模型指軟件系統(tǒng)將模擬各樓層出現(xiàn)的用戶數(shù)量以及每位用戶對(duì)電梯的操作行為，如每一名用戶按下期望到達(dá)的目標(biāo)樓層按鈕。用戶行為模型可以模擬現(xiàn)實(shí)情況下大量用戶使用電梯時(shí)的具體用例，從 而觀察PLC所控制的電梯的行為是否符合要求。2. 設(shè)計(jì)參數(shù)名稱設(shè)計(jì)參數(shù)名稱設(shè)計(jì)參數(shù)客梯數(shù)量1N個(gè)客梯層數(shù)N層單部載重1OOOkg單部定員13人控制系統(tǒng)配置被控對(duì)象通過 PROFIBUS DP總線網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊。大賽所使用的控制器標(biāo)準(zhǔn)配置為SIMATIC S7-1200系列PLC*，以及西門子TIA Portal軟件系統(tǒng)。其

4、中, 工程組態(tài)軟件為 STEP7 Professional V13，HMI 軟件為 WINCC Professional V13。其主要配置如下表。規(guī)格分項(xiàng)型號(hào)備注CPU 1214CCPU 1214C,緊湊型 CPU DC/DC/DC ,集成輸入/輸出：14 DI 24V直流輸入，10晶體管輸出24 V直流，2模擬量輸入 0 - 10V DC或 0 - 20MA , 供電：直流 DC 20.4 - 28.8 V ,可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)：50 KB ;6ES7214-1AG40-0XB0 或6ES7214-1AG31-0XB0CPU具體型號(hào)及固件版 本以分賽區(qū)現(xiàn)場(chǎng)為準(zhǔn)Profibus 主站CM 12

5、43-5用于S7-1200 , ProfiBus CM通信服務(wù)總線協(xié)議，可與DP-V0/V1從站進(jìn)行通訊6GK7243-5DX30-0XE0固件版本以分賽區(qū)現(xiàn)場(chǎng) 為準(zhǔn)模擬輸出模塊1AO 12BIT +/- 10VDC / 0-20 mA6ES7232-4HA30-0XB0本賽項(xiàng)允許參賽隊(duì)伍自帶西門子其它小型控制器，女口S7-200、S7-200SMART、S7-300等系列PLC或LOGO!控制器參加。注意，自帶控制器的參賽隊(duì)伍需自行完成接線，以及自行保證所帶PLC、PC及相關(guān)軟硬件的可靠性，同時(shí)在比賽完成后，還需保證將現(xiàn)場(chǎng)比賽環(huán)境復(fù)原無誤。三、任務(wù)及要求1. 單部電梯任務(wù)1）基本功能根據(jù)不同

6、樓層客戶需求及時(shí)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平層、開關(guān)門、超重提示、實(shí)現(xiàn)上下限位，層門聯(lián)鎖保護(hù) 等，并根據(jù)不同的需求實(shí)現(xiàn)合理的響應(yīng)。具體地，應(yīng)具備如下功能：1）電梯初始化比賽開始時(shí)，電梯模型會(huì)給出自動(dòng)運(yùn)行信號(hào)示意比賽開始，控制程序需要在收到該信號(hào)后，進(jìn)行必要 的初始化工作，并返回準(zhǔn)備就緒信號(hào)以確認(rèn)。例如，使電梯位于基站（即一層）待命。2）集選控制集選控制是指在信號(hào)控制的基礎(chǔ)上把召喚信號(hào)集合起來進(jìn)行有選擇的應(yīng)答。例如，電梯在運(yùn)行過程中 可以應(yīng)答同一方向所有層站呼梯信號(hào)和轎廂內(nèi)的選層指令信號(hào)，并自動(dòng)在這些信號(hào)指定的層站平層停靠。 電梯運(yùn)行響應(yīng)完所有呼梯信號(hào)和選層指令信號(hào)后，停在最后一次運(yùn)行的目標(biāo)層待命。3）開關(guān)

7、門控制 電梯門會(huì)根據(jù)當(dāng)前電梯的狀態(tài)、轎廂門的狀態(tài)、呼梯信號(hào)、選層信號(hào)及光幕信號(hào)狀態(tài)等，合理的進(jìn)行 相應(yīng)的響應(yīng)。例如，當(dāng)門未全關(guān)時(shí)，如有光幕信號(hào)，須優(yōu)先響應(yīng)，保持電梯門打開；當(dāng)電梯平層開門后， 延時(shí)關(guān)閉，且此時(shí)間可修改；在持續(xù)按住開門按鈕時(shí)，電梯門延時(shí)關(guān)閉功能失效。4）啟停控制 根據(jù)電梯主電路完成按時(shí)間原則的啟動(dòng)、停止過程。當(dāng)電梯平層時(shí)，需要依時(shí)間原則依次觸發(fā)三級(jí)制 動(dòng)減速，待平層后，切斷上行、下行接觸器，抱閘停車。5）運(yùn)行監(jiān)控 在運(yùn)行過程中，需要始終對(duì)當(dāng)前運(yùn)行方向、當(dāng)前樓層（采用七段數(shù)碼管顯示）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與顯示。 通常，乘客會(huì)根據(jù)當(dāng)前電梯運(yùn)行方向及電梯門是否打開進(jìn)行判斷后上車。僅當(dāng)無呼叫指令

8、時(shí)，運(yùn)行方向指 示無指向。6）錯(cuò)誤指令消除 針對(duì)選層指令中可能存在的人為誤操作進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。例如，當(dāng)電梯到達(dá)最遠(yuǎn)端層站（比如六層） 將要反向時(shí)，轎廂內(nèi)原有登記的所有后方選層指令（比如三層）全部消除；短時(shí)間內(nèi)連按兩次選層指令的 按鈕，該選層信號(hào)就被取消；禁止反向登陸，即：電梯上行過程中，如電梯運(yùn)行超過了三層，三層以下的 樓層按鈕均禁止響應(yīng)。7）待載休眠 電梯無指令時(shí)或外登記超過一段時(shí)間后，轎廂內(nèi)照明、風(fēng)扇自動(dòng)斷電。但在接到指令或召喚信號(hào)后， 又會(huì)自動(dòng)重新上電投入使用。2）運(yùn)行（異常）狀態(tài)監(jiān)測(cè) 在電梯整個(gè)運(yùn)行過程中，監(jiān)測(cè)狀態(tài)參數(shù)以及各種反饋信號(hào)等，確保電梯穩(wěn)定運(yùn)行。在故障情況下，制 定相應(yīng)的安全

9、策略。當(dāng)有出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)，輸出信號(hào)至故障指示燈。具體地，應(yīng)具備如下功能：1）超載保護(hù) 電梯超載時(shí)，故障指示燈閃爍，并保持開門狀態(tài)，電梯不允許起動(dòng)。2）終端越程保護(hù) 電梯的上下終端都裝有終端減速開關(guān)、終端限位開關(guān)，以保證電梯不會(huì)越程。3）開關(guān)門保護(hù)如果電梯持續(xù)關(guān)門一段時(shí)間后，尚未使門鎖閉合，電梯就會(huì)轉(zhuǎn)換成開門狀態(tài)，故障指示燈常亮。 如果電梯在持續(xù)開門一段時(shí)間后，尚未收到開門限位信號(hào)，電梯就會(huì)變成關(guān)門狀態(tài)，并在門關(guān)閉后， 響應(yīng)下一個(gè)召喚和指令。4) 運(yùn)行保護(hù) 為安全起見，在門區(qū)外或電梯運(yùn)作中，設(shè)定電梯不能開門。2. WINCC 監(jiān)控畫面要求能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，所需包含的內(nèi)容有：1)

10、整個(gè)電梯系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，包含故障、風(fēng)扇、照明狀態(tài)指示，以及關(guān)鍵傳感器信號(hào)狀態(tài)指示；2) 當(dāng)前電梯運(yùn)行方向及所在樓層；3) 當(dāng)前呼叫情況匯總，包括各樓層呼梯信號(hào)、轎廂內(nèi)選層信號(hào)。3. 初賽任務(wù)初賽任務(wù)在包含以上兩項(xiàng)任務(wù)(任務(wù) 1 & 2 )的基礎(chǔ)上，還有如下要求： 并聯(lián)控制 并聯(lián)運(yùn)行是兩臺(tái)電梯共享廳外召喚信號(hào)，并能夠按照預(yù)先設(shè)定的調(diào)配原則自動(dòng)地調(diào)配某臺(tái)電梯去應(yīng)答 廳外召喚信號(hào)。針對(duì)兩部電梯實(shí)施并聯(lián)控制，滿足常見不同應(yīng)用場(chǎng)合下電梯的控制策略切換。4. 決賽任務(wù)決賽任務(wù)在包含以上兩項(xiàng)任務(wù)(任務(wù) 1 & 2 )的基礎(chǔ)上，還有如下要求： 電梯群控 針對(duì)多部多層電梯實(shí)施聯(lián)合控制，滿足常見不同應(yīng)用場(chǎng)合下集群電梯的控制策略切換。具體來講，需 要考慮三方面因素：1) 乘客平均候梯時(shí)間；2) 乘客平均乘梯時(shí)間；3) 系統(tǒng)整體能耗。四、 其他1.