2015年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛-西门子杯工业自动化.doc

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 样题 (版本2.0) 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、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。电梯模型采用多层结构 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（按一定概率模型）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（以六层电梯为例） 名称 设计参数 名称 设计参数 客梯数量 1～N个 客梯层数 6层 载重 1000kg 定员 13人 3. 输入输出数据 （1）发往控制器的数字量信号 分类 变量说明 数量 呼梯信号 1-6层站轿内指令登记按钮 6 1-5层站上行呼叫按钮 5 2-6层站下行呼叫按钮 5 控制信号 轿厢内开门按钮 1 轿厢内关门按钮 1 开门到位 1 关门到位 1 红外光幕信号 1 超重感应器 1 轿门锁开关 1 1-6层站门锁开关 6 上平层传感器 1 下平层传感器 1 上端站强迫换速开关（第一限位） 1 下端站强迫换速开关 1 上端站越位控制开关（第二限位） 1 下端站越位控制开关 1 检修开关 1 合计 36 （2）控制器输出的数字量信号 分类 变量说明 数量 内选、外召唤指示信号 1-6层站轿内指令登记灯 6 1-5层站上行呼叫按钮登记灯 5 2-6层站上行呼叫按钮登记灯 5 层楼信号显示 七段数码管输出信号 7 上行指示信号 1 下行指示信号 1 控制信号 曳引电机启动信号 1 上行方向接触器 1 下行方向接触器 1 开门继电器 1 关门继电器 1 电梯高速运行 1 电梯低速运行 1 一级制动减速接触器 1 二级制动减速接触器 1 三级制动减速接触器 1 故障指示灯 1 轿内照明 1 风扇 1 合计 38 二、控制任务 1. 单部电梯基本功能 根据不同楼层客户需求，即时响应，实现自动平层、开关门上下限位，层门联锁保护. 单部电梯运行（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。具体地，应包含但不限于如下功能： 超载保护 轿厢载荷超过设定值时，电梯不响应沿途的层站召唤，按登记的轿内指令行使。电梯超载时，轿内发出音频或视频信号，并保持开门状态，不允许起动。 终端越程保护 电梯的上下终端都装有终端减速开关、终端限位开关，以保证电梯不会越程。 开关门保护 如果电梯持续关门一段时间（该时间可设定）后，尚未使门锁闭合，电梯就会转换成开门状态。 如果电梯在持续开门一段时间（时间可调整）后，尚未收到开门限位信号，电梯就会变成关门状态，并在门关闭后，响应下一个召唤和指令。 运行保护 为安全起见，在门区外，系统设定不能开门。 在非检修状态，电梯运行过程中，如果连续运行了运行时间限制器规定的时间后，其中没有平层开关动作过，系统就认为检测到钢丝绳打滑故障，所以就停止轿厢的一切运行，直到断电复位或转到检修状态时，才能恢复正常运行。 3. 集群电梯的群控实现 针对多部多层电梯实施联合控制，满足常见不同应用场合下集群电梯的控制策略切换。电梯具体的动作行为需参赛队伍根据竞赛时所提出的应用目标进行灵活调整。 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）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P