中國智能制造挑戰(zhàn)賽邏輯控制樣題

1、2017年“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽（原全國大學(xué)生工業(yè)自動化挑戰(zhàn)賽）邏輯控制 設(shè)計開發(fā)賽項 【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。隨著社會的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多，對電梯的控制精度、控制范圍等靜態(tài)和動態(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）實現(xiàn)，除了需要滿足基本的載客運貨功能，還需要在保證安全的前提下，自動地、智能地制定最優(yōu)的響應(yīng)策略、運行速度等。本賽項以電梯行業(yè)為背景，要求參賽選手按照現(xiàn)實工程項目的實施流程來完成對電梯的控制。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象，從項目

2、前期方案文檔、項目工程/程序開發(fā)及項目現(xiàn)場執(zhí)行調(diào)試三方面進行考察，不僅能提高學(xué)生的邏輯思維能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識，分析、處理復(fù)雜環(huán)境下控制科學(xué)與工程及相關(guān)領(lǐng)域現(xiàn)實問題，提高學(xué)生對社會和環(huán)境變遷，以及危機和突發(fā)事件的適應(yīng)能力。一、 被控對象描述1. 對象模型對象模型分為電梯模型與用戶行為模型兩項。電梯三維模型主要包括：電梯整體（包括轎廂、電機、限位開關(guān)，等）、各個樓層按鈕（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2：七段數(shù)碼管圖3：電梯模型原理示意圖電梯

3、模型中各IO參數(shù)均可與PLC通過現(xiàn)場總線相連，實施自動控制。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)量以及每位用戶對電梯的操作行為，如每一名用戶按下期望到達的目標(biāo)樓層按鈕。用戶行為模型可以模擬現(xiàn)實情況下大量用戶使用電梯時的具體用例，從而觀察PLC所控制的電梯的行為是否符合要求。2. 設(shè)計參數(shù)名稱設(shè)計參數(shù)名稱設(shè)計參數(shù)客梯數(shù)量1N個客梯層數(shù)N層單部載重1000kg單部定員13人二、 控制系統(tǒng)配置被控對象通過PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)進行通訊。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)。其中，工程組態(tài)軟件為STE

4、P7 Professional V13，HMI軟件為WINCC Professional V13。其主要配置如下表。規(guī)格分項型號備注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)存儲區(qū)：50 KB；6ES7 214-1AG40-0XB0或6ES7 214-1AG31-0XB0CPU具體型號及固件版本以分賽區(qū)現(xiàn)場為準(zhǔn)Profibus 主站CM 1243-5用于S7-1200，Pr

5、ofibus CM通信服務(wù)總線協(xié)議，可與DP-V0/V1從站進行通訊6GK7 243-5DX30-0XE0固件版本以分賽區(qū)現(xiàn)場為準(zhǔn)模擬輸出模塊1AO 12BIT +/- 10VDC / 0-20 mA6ES7 232-4HA30-0XB0本賽項允許參賽隊伍自帶西門子其它小型控制器，如S7-200、S7-200SMART、S7-300等系列PLC。注意，自帶控制器的參賽隊伍需自行完成接線，以及自行保證所帶PLC、PC及相關(guān)軟硬件的可靠性，同時在比賽完成后，還需保證將現(xiàn)場比賽環(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)不同樓層客戶需求及時響應(yīng)，實現(xiàn)自動平層、開關(guān)門、超重提示、

6、實現(xiàn)上下限位，層門聯(lián)鎖保護等，并根據(jù)不同的需求實現(xiàn)合理的響應(yīng)。功能描述如下：1） 電梯初始化比賽開始時，電梯模型會給出自動運行信號示意比賽開始，控制程序需要在收到該信號后，進行必要的初始化工作，并返回準(zhǔn)備就緒信號以確認(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集合呼叫信號，選擇應(yīng)答控制。例如，電梯在運行過程中可以應(yīng)答同一方向所有層站呼梯信號和轎廂內(nèi)的選層指令信號，并自動在這些信號指定的層站平層?？?。電梯運行響應(yīng)完所有呼梯信號和選層指令信號后，停在最后一次運行的目標(biāo)層待命。3） 開關(guān)門控制電梯門會根據(jù)當(dāng)前電梯的狀態(tài)、轎廂門的狀態(tài)、呼梯信號、選層信號及光幕信號狀態(tài)等，合理的進

7、行相應(yīng)的響應(yīng)。例如，當(dāng)門未全關(guān)時，如有光幕信號，須優(yōu)先響應(yīng)，保持電梯門打開；當(dāng)電梯平層開門后，延時關(guān)閉，且此時間可修改；在持續(xù)按住開門按鈕時，電梯門延時關(guān)閉功能失效。4） 啟?？刂聘鶕?jù)電梯主電路完成按時間原則的啟動、停止過程。當(dāng)電梯平層時，需要依時間原則依次觸發(fā)三級制動減速，待平層后，切斷上行、下行接觸器，抱閘停車。5） 運行監(jiān)控在運行過程中，需要始終對當(dāng)前運行方向、當(dāng)前樓層（采用七段數(shù)碼管顯示）進行實時監(jiān)控與顯示。通常，乘客會根據(jù)當(dāng)前電梯運行方向及電梯門是否打開來判斷是否進入轎廂。僅當(dāng)無呼叫指令時，運行方向指示無指向。6） 錯誤指令消除針對選層指令中可能存在的人為誤操作進行相應(yīng)的優(yōu)化。例如，

8、1）當(dāng)電梯到達最遠端層站（比如六層）將要反向時，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；2）短時間內(nèi)連按兩次選層指令的按鈕，該選層信號就被取消；3）禁止反向登陸，即：電梯上行過程中，如電梯運行超過了三層，則此時轎廂內(nèi)三層以下的選層按鈕均不響應(yīng)。7） 待載休眠電梯無指令時或外登記超過一段時間后，轎廂內(nèi)照明、風(fēng)扇自動斷電。但在接到指令或召喚信號后，又會自動重新上電投入使用。2） 運行（異常）狀態(tài)監(jiān)測在電梯整個運行過程中，監(jiān)測狀態(tài)參數(shù)以及各種反饋信號等，確保電梯穩(wěn)定運行。在故障情況下，制定相應(yīng)的安全策略。當(dāng)有出現(xiàn)異常狀態(tài)時，輸出信號至故障指示燈。功能描述如下：1） 超載保護電梯超載時，

9、故障指示燈閃爍，并保持開門狀態(tài)，電梯不允許啟動。2） 終端越程保護電梯的上下終端都裝有終端減速開關(guān)、終端限位開關(guān)，以保證電梯不會越程。3） 開關(guān)門保護如果電梯持續(xù)關(guān)門一段時間后，尚未使門鎖閉合，電梯就會轉(zhuǎn)換成開門狀態(tài)，故障指示燈常亮。如果電梯在持續(xù)開門一段時間后，尚未收到開門到位信號，電梯就會變成關(guān)門狀態(tài)，并在門關(guān)閉后，響應(yīng)下一個召喚和指令。4） 運行保護為安全起見，在門區(qū)外或電梯運作中，設(shè)定電梯不能開門。2. 電梯群控針對多部多層電梯實施聯(lián)合控制，滿足常見不同應(yīng)用場景下（如上下班高峰期，午餐高峰期，樓層分區(qū)等）集群電梯的控制策略切換。一般地，至少需要考慮以下幾個因素：載客人數(shù)、乘客平均候梯時間、乘客平均乘梯時間及系統(tǒng)整體能耗等。3. WINCC監(jiān)控畫面要求能夠?qū)崿F(xiàn)對電梯運行狀況的實時監(jiān)控，所需包含的內(nèi)容有：1） 整個電梯系統(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)鍵傳感器信號狀態(tài)指示；2） 當(dāng)前電梯運行方向及所在樓層；3） 當(dāng)前呼叫情況匯總，包括各樓層呼梯信號、轎廂內(nèi)選層信號。四、 其他