【正文】 在MCGS組態(tài)軟件仿真過程中，部分模塊的監(jiān)控顯示比較模糊，例如偏航控制中電機運行需要監(jiān)控運行時間，在制作時卻沒把時鐘編制進去，只能看指示燈變化的情況大致估摸運行時間。所制作的MCGS組態(tài)界面圖文并茂，能成功地表示出系統(tǒng)的控制變化，還擴展了MCGS組態(tài)軟件相關的用戶權限管理功能。溫度的PID控制模塊中用到了子程序和中斷程序的應用，體現(xiàn)對象與功能的分塊控制，復雜卻能精確地看出控制原理。所設計的程序跟設計方案相符，能完成方案中所涉及的四個方面的控制。為了安全起見，變壓器啟動前需要保證發(fā)電機已經(jīng)在運行狀態(tài)（），按下啟動按鈕（）變壓器才會運行（）。（2） 轉為[0,1]區(qū)間內的無量綱相對值。下圖則明確說明了機艙的實際溫度模擬量轉換具體過程。其中網(wǎng)絡1中將擴展模擬量輸入模塊EM231中的AIW4機艙溫度模擬值進行轉換。循環(huán)室內氣體均勻降溫。在溫度控制系統(tǒng)中，選用冷卻機來控制制冷系統(tǒng)，冷卻機控制電路的控制電壓Vk為0~5V。在溫控系統(tǒng)中，需要處理的數(shù)據(jù)分配在多個內存地址。根據(jù)系統(tǒng)的按鍵信息調用子程序SBR0和SBR1傳送PID控制參數(shù)。215176。其他三個角度區(qū)間的控制方法和前兩種相似。風向標夾角為155176。時，啟動向右偏航的電動機（）并且運作延時50s；在165176。165176。155176。180176。205176。165176。圖43詳細表示這一轉換過程。該模塊的第二個通道連接一塊帶420mA變送輸出的風向顯示儀表，轉換為數(shù)值640032000。該儀表的量程設置為020m/s，即0m/s時輸出4mA，20m/s時輸出20mA。 系統(tǒng)控制程序根據(jù)第三章的設計方案和I/O口地址分配，寫出各個模塊相關的程序。其中使用到數(shù)字量和模擬量的轉換（A/D和D/A）。用戶用編程語言編輯程序時，由于語言易懂，編程方法簡單，使得用戶設計簡單便捷。PLC體積小，內部系統(tǒng)配線少，能耗低。PLC具有很多優(yōu)點[12]是過去許多控制器不能匹及的。 PLC的工作原理PLC的操作模式有兩種，分別為運行（RUN）模式和停止（STOP）模式。它的功能是采集參數(shù)，輸入和輸出數(shù)據(jù)，負責執(zhí)行應用程序；儲存數(shù)據(jù)和程序等。接下來介紹下PLC的組成，功能，應用領域等相關方面的知識。他認為這種控制器運作可以減少控制管理汽車組裝改型時的時間和物資。（5）熔斷器的選擇： 熔斷器保護作為電路過載保護最常用的一個手段運用于本文各個電路模塊中。~205176。~165176。溫度控制送風電動機選用三相異步電動機。在本文中使用模擬量擴展模塊EM231CN和EM232CN。 PLC的選型西門子S7200是一種小型可編程邏輯控制器，它不僅可以單機控制，還可以有功能模塊與I/O口的擴展。這有利于電壓的傳輸與利用，電壓過低或過高會引起線路的負載過大，損耗過大。圖 311 溫控系統(tǒng)結構圖整個系統(tǒng)具有機艙和塔架內兩個溫度控制單元，要對兩個棚內溫度進行控制。計算25℃。發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)能夠較好地將余差消除。經(jīng)過步驟二，PI控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動態(tài)過程不能令人滿意，此時應該加入微分控制，構成PID控制。實驗湊試法的整定步驟為“先比例，再積分，最后微分”。PID控制器因為具有不需要被控對象的數(shù)學模型，結構簡單容易實現(xiàn)，有很強的靈活性、實用性，使用方便等優(yōu)點，所以將有效地提高PLC設計效率?？梢钥闯觯D10176。171176。根據(jù)風向傳感器信號得到的風向標夾角信號給出偏航控制指令，當角度為180176。的控制系統(tǒng)，控制次數(shù)僅為一次。側風和自動解纜控制。圖31表示這個系統(tǒng)流程框圖：Y啟動控制器初始化采集風速參數(shù)大于額定參數(shù) 啟動發(fā)電機偏航控制停機溫度控制N變壓器控制圖 31 系統(tǒng)程序流程圖 具體模塊設計根據(jù)系統(tǒng)不同方面的功能，將整個系統(tǒng)分為四個主要模塊：發(fā)電機啟動模塊、偏航控制模塊、溫度控制模塊和變壓器控制模塊。在設計中四個基本控制要求是：（1）發(fā)電機啟動之前，將外界風速模擬量轉換后傳送至內存單元，與正常發(fā)電的風速范圍進行比較，不在范圍內則警報進行手動停機，在范圍內則啟動發(fā)電機；（2）事先編制好風向標夾角的角度區(qū)間，啟動發(fā)電機后，將外界風向模擬量轉換后傳送給控制器，將角度數(shù)據(jù)分析后歸相應角度區(qū)間進行控制，運作向左偏航電機或者向右偏航電機，使之偏轉到合適風向范圍內；（3）對機艙和塔架內部的溫度進行控制，因為是對模擬量的閉環(huán)控制，所以采用PID控制方法。3 設計方案和電氣元件選型 設計方案風力發(fā)電的主要工作原理：機械能轉化為電能，這也是發(fā)電機工作的原理。假設m為氣體質量，ρ為空氣密度。 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是整個風力發(fā)電機組的核心部分，它關系到系統(tǒng)中每一個部件的動作和狀態(tài)。齒輪箱按照傳動的方式可以分為：展開式，分流式，同軸式和混合式。 風力發(fā)電機的傳動機構包含增速器、主軸、齒輪箱、發(fā)電機和聯(lián)軸器等[4]，它是用于傳遞機械能，并且將機械能轉化為電能的裝置。風輪軸也叫主軸、低速軸，它在風輪以及齒輪箱之間。風輪是風力發(fā)電機最重要的部件，也是風力發(fā)電機區(qū)別于其他發(fā)電機的顯要標志，其作用是獲取和吸收風能，它將風能轉化為機械能。本章簡單介紹風力發(fā)電機組的組成以及相關的空氣動力學知識，即可清楚了解風力發(fā)電的原理和過程。第三章主要是設計方案的確定，從整體到各個模塊分層介紹了各個控制部分的工作原理、工作過程，繪制控制流程圖，最后制作I/O地址分配表。在論文中的第一章中講述了設計課題的背景和選題意義。（3）葉片、齒輪箱、發(fā)電機等關鍵部件不斷在可靠性、大型化。這表明去年風電市場的年增長率達6%，總量同比增長超過21%。美國風電年均平增速達到了24％，有超過30個州建成了風電場。開發(fā)種由計算機控制多臺或單臺風力發(fā)電機組成的組群的自動控制系統(tǒng)，這些措施都很大地提升了風力發(fā)電的效率及可靠性[3]。在2010年，我國的風電裝機容量已超過3000萬千瓦。 國內外發(fā)展現(xiàn)狀 國內發(fā)展狀況我國的風能資源分布：我國風能資源的地區(qū)區(qū)域差異大。在智能化的風電領域中，通過調節(jié)發(fā)電機電磁力矩和風電機輪片槳距角使葉尖速比保持在最佳值，實現(xiàn)風力的最大能量獲取。第二階段，20世紀末。風力發(fā)電在為社會發(fā)展和經(jīng)濟增長提供穩(wěn)定可靠的電力供應的同時，可以有效地緩解空氣污染、水體污染和溫室效應問題。在此后的時代中，這種風能的技術從中東傳入歐洲，荷蘭人利用風車進行排水，與海爭地，在低洼的海灘上建設強大的國家。大氣運動則是因為大氣受到太陽的輻射，能量來源于大氣吸收的部分太陽能，太陽到達地球輻射的20%會轉變成風能。針對風能具有隨機性、不確定性的特點，本文用西門子可編程控制器S7200來對風力發(fā)電進行控制。主要內容包括電氣原理圖和設計流程圖的繪制，PLC、電氣元件的選型，發(fā)電機組啟動控制、偏航控制、溫度控制和變壓器控制等。人類對于風能利用的歷史久遠，可以追溯到公元10世紀，波斯就出現(xiàn)了種水平轉動的風磨，即為以風車為動力的磨坊。19世紀丹麥人首先研制出了風力發(fā)電機，在1891年丹麥建成世界上第一座風力發(fā)電站。在各類新能源開發(fā)利用中，風力發(fā)電技術相對于其他能源開發(fā)是比較成熟的，并且具有大規(guī)模場地開發(fā)和商業(yè)經(jīng)濟開發(fā)的條件。風電技術逐步成熟，風電產(chǎn)業(yè)成規(guī)模發(fā)展，并建立了穩(wěn)定的商業(yè)模式。利用風速風向、風力測量儀檢測實際模擬量和數(shù)字量或是電功率，傳遞給主控制器進行運算處理，控制器做出相應的控制措施，調整輪片轉速，偏航角度等。沿海、內蒙古和甘肅北部、黑龍江南部和吉林東部三個區(qū)域風能最多；青藏高原中部和北部、西北、華北、東北三區(qū)域的北部，東南沿海的風能資源豐富；山區(qū)，例如南嶺、武夷山地區(qū)，遼河、華北、長江中下游平原、西北高原地區(qū)，風能可待開發(fā)利用；云貴川陜西、豫西、鄂北、湘西、福建廣東，盆地地形區(qū)等風能貧乏。風力發(fā)電機組主要零部件像是輪片、齒輪箱、發(fā)電機、偏航裝置、電控系統(tǒng)、塔架等已經(jīng)國產(chǎn)化，并且可以進行批量生產(chǎn)。海上風電場是最近世界范圍內廣泛推廣使用的大型有效利用風能資源的形式，在1980年初在美國加利福尼亞首先興起。毋庸置疑，全球最重要的風電市場之一是美國，雖然政府政策方面的不確定性和不穩(wěn)定性使得風力發(fā)電的發(fā)展充滿了隨變性，但還存在著有利于風電發(fā)展的積極要素。另一組統(tǒng)計數(shù)據(jù)指出，在全球已經(jīng)有風電商業(yè)運營項目的75個國家中，超過22個國家裝機容量已逾1GW。（4）控制與監(jiān)控技術不斷完善。從風力發(fā)電相比不可再生資源發(fā)電具有的優(yōu)勢和PLC控制的好處這兩個方面介紹基于PLC風力發(fā)電控制系統(tǒng)的設計意義。第四章則是控制程序的具體分析，針對各控制功能列出程序進行詳細解說，最后形成控制總程序。 風電機組組成部分介紹 風力發(fā)電機組是將風能轉化為電能的裝置，按其容量可大小以劃分為小型風電機組（10KW以下），中型風電機組（10~100KW），大型風電機組（100KW以上）；按其主軸與地面的相對位置，可以劃分為水平軸風力發(fā)電機組（主軸與地面平行），垂直軸風力發(fā)電機組（主軸與地面垂直）。而風輪軸則將能量給傳動機構。其前面端子由螺栓與輪轂剛性連接，后面端子與齒輪箱低速相連，結構復雜且受力大。一般情況下，風輪轉速低于發(fā)電機的轉子所必須的轉速，增速器要給風輪轉動加速。圖22展示了齒輪箱的樣式。通常使用PLC，或者DSP微機處理器作為控制器件，它們功能強大，能夠應付惡劣的工作環(huán)境，所以受到廣泛應用。根據(jù)空氣流體力學可知，在一秒中流向風輪的空氣具有的動能為：E=189?？刂品矫娴墓ぷ髟砑斑^程為：當系統(tǒng)的總開關合上后，可編程控制器初始化，測速傳感器感知到風速模擬信號A/D轉換后并且傳輸給PLC，處理中心則將模擬量與額定參數(shù)進行比較，若在參數(shù)范圍內則啟動系統(tǒng)中的發(fā)電機，不在參數(shù)范圍內則報警手動停機。系統(tǒng)內分為機艙控制單元與塔架控制單元，打開進氣閥排放冷氣流，間隔一定時間檢測室溫，溫度太高則使得進氣閥繼續(xù)進氣，溫度低于設定值停止進氣，使得溫度恒定在安全范圍內；（4）根據(jù)發(fā)電機運行狀態(tài)來控制變壓器的啟動與停止。下來具體說明每個模塊的主要功能、控制過程以及控制流程圖。其中風向標控制的迎風自動偏航是偏航控制最主要的內容。為了保證風力發(fā)電機組吸收風能達到最佳的效能，機艙必須對準實時風向。時，表明機艙位置已對準風向，在171176。之間，向右偏航電機將連續(xù)工作20秒。大約需要30秒，這是由電動機的工作頻率與齒輪的齒數(shù)決定的[8]。c(t) pυ(t)M(t)sp(t)e (t)機艙溫度控制PLCA/D圖35為機艙和塔架內部溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)：D/A溫度傳感器圖 35溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)圖圖中sp(t)是給定值，pυ(t)是反饋量，c(t)是系統(tǒng)的輸出量，PID控制的輸入輸出關系式如下：M(t)=Kc[e(t)+(1/TI)+(de(t)/)/dt]+Mo(t) ()其中Kc為比例系數(shù)，TI為積分時間常數(shù)，TD為微分時間常數(shù)[9]。第一進行整定比例控制。首先置微分時間TD=0，逐漸加大TD，同時相應地改變比例系數(shù)和積分時間，反復湊試直至獲得滿意的控制效果。消除了偏差，輸出停止變化。只要啟動溫控系統(tǒng)，進氣閥就會放冷氣流進入降溫，檢測室溫，過程變量高于溫度設定值，繼續(xù)進氣，若過程變量低于溫度設定值，立即停止進氣。具體流程是：啟動送風電動機循環(huán)冷氣流，開啟進氣閥給室內降溫，經(jīng)過一段時間關閉閘門；控制室內溫度時滿1小時后進行排氣；按下停止按鈕后，關閉送分電動機和排氣閘門。變壓器運作的條件是在變壓器啟動按鈕按下時此時發(fā)電機正在運作狀態(tài)，若無第二個條件存在，發(fā)電機無電壓進行耦合，所以在發(fā)電機運行的條件下按下啟動按鈕，變壓器則會工作。整體式PLC將CPU、輸入/輸出口與電源裝備在一個箱型機殼內。模擬量輸入模塊EM231CN具有4路模擬量輸入通道，為24V DC狀態(tài)。型號：YLJW系列力矩三相異步電動機。區(qū)間風向參數(shù)在165176。區(qū)間風向參數(shù)在205176。在發(fā)電機處可以選用型號為LMZD220的高壓熔斷器；偏航、變槳距以及溫度控制模塊選用RT18低壓熔斷器。在1969年，世界上第一臺可編程控制器在美國數(shù)字設備公司研制成功，配給美國通用汽車公司在汽車自動組裝線上進行控制管理操作，結果非常成功。 PLC的基本結構PLC發(fā)展至今，已出現(xiàn)多種型號，多種規(guī)格的產(chǎn)品，而PLC的基本結構都是基本的這四大類：CPU模塊，輸入模塊，輸出模塊和編程器。輸入模塊與輸出模塊簡稱為I/O模塊。PLC的工作方式是周而復始、不斷循環(huán)的，稱為掃描工作方式。（1）功能強大，性價比高。用戶使用方便，能快速地進行系統(tǒng)配置，程序運行等。調試和模擬時，一方面可以再實驗室用信號開關來模擬查看結果，另一方面可以再計算機上使用STEP 7Micro/WIN編程軟件查錯、調試和模擬，這使得PLC的多方面應用都很便捷和人性化。對模擬量實施PID控制（比例積分微分）。下面詳細分析每個模塊的程序。風速顯示儀的鉑電阻輸入端接入一個220歐姆可調電位器。該儀表的量程設置為0360176。圖 43 風向模擬量轉換梯形圖網(wǎng)絡7中，176。之間；165176。之間；205176。將啟動向左偏航的電動機，180176。、155176。和165176。171176。165176。在189176。時，啟動向左偏航的電動機（）并且運作延時90s。子程序SBR0是機艙溫度參數(shù)輸入和PID參數(shù)設定，子程序SBR1是塔架內部溫度參數(shù)輸入和PID參數(shù)設定。表41列出溫控系統(tǒng)的內存分配表：表41溫控系統(tǒng)內存分配表名稱地址數(shù)據(jù)大小機艙PID表VB1008位機艙過程變量VD10032位機艙參數(shù)設定值VD10432位機艙輸出值VD10832位機艙溫度增益VD11232位機艙采樣時間VD11632位機艙積分時間VD12032位機艙微分時間VD12432位機艙積分前項VD12832位機艙過程前值VD13232位塔架內部PID表VB1368位塔架內部過程變量VD13632位塔架內部參數(shù)設定值