【正文】 N 圖 45 自動(dòng)解纜子程序流程圖 開始 讀取機(jī)艙偏航角度 機(jī)艙偏航角度 0 ？ 逆時(shí)針偏航解纜 延時(shí) 順時(shí)針偏航解纜 延時(shí) 機(jī)艙偏航角度與風(fēng)向角間夾角 5176。通常，當(dāng)風(fēng)向角與偏航角之間的 夾角 已經(jīng)減小到 1176。時(shí)，則 176。 θ 180176。 θ 180176。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 模擬量輸入的轉(zhuǎn)換 連續(xù)變化的物理量稱為 模擬量，例如溫度、流量、壓力、速度等。 表 43 FC105參數(shù)定義 參數(shù) 類型 數(shù)據(jù)類型 描述 EN 輸入 BOOL 輸入使能端，高電平有效 IN 輸入 INT 要轉(zhuǎn)換為工程量的量程輸入值 HI_LIM 輸入 REAL 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的最大量程值 LO_LIM 輸入 REAL 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的最小量程值 BIPOLAR 輸入 BOOL 輸入極性設(shè)置： 1表示輸入為雙極性， 0表示輸入為單極性 ENO 輸出 BOOL 輸出使能端，正確執(zhí)行完畢，則輸出為 1 RET_VAL 輸出 WORD 功能故障字：返回值為 W160000表示指令執(zhí)行正確。 180176。 當(dāng)風(fēng)速達(dá)到切入風(fēng)速時(shí)，剎車松開。 本章小結(jié) 本章介紹了偏航系統(tǒng) 程序 的組成， 使用 STEP7 軟件 中的 LAD 編程語(yǔ)言編寫了偏航程序， 并給出 自動(dòng)對(duì)風(fēng)、自動(dòng)解纜和自啟動(dòng) 的流程圖和相應(yīng)程序。 S7PLCSIM軟件主要具有以下特點(diǎn)： （ 1） S7PLCSIM 可模擬 S7 控制器的存儲(chǔ)器區(qū)域。 （ 6） 同真實(shí)的 CPU 模塊一樣，在 S7PLCSIM 中可以改變 CPU 的運(yùn)行模式。 （ 2）脈沖計(jì)數(shù)。這段模擬程序必須滿足下列條件。 （ 5） 可以選擇定時(shí)器自動(dòng)運(yùn)行，或者手動(dòng)置位 /撫慰。另外， S7PLCSIM 可供布局給硬件設(shè)備的讀者在學(xué)習(xí)時(shí)使用。否則進(jìn)行偏航對(duì)風(fēng)。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 自動(dòng)對(duì)風(fēng)子程序見附錄 三。 0176。 在 PLC 程序中要對(duì)相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行比較、運(yùn)算時(shí)，通常先要將該型號(hào)轉(zhuǎn)換稱與傳感器量程對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理值。 風(fēng)電機(jī)組 連續(xù)地檢測(cè)風(fēng)向角變化，并計(jì)算單位時(shí)間（ 10min）內(nèi)平均風(fēng)向，然后根據(jù)平均風(fēng) 向判斷是否需要偏航，防止在陣風(fēng)擾動(dòng)下的頻繁偏航。 θ 0176。 θ 360176。時(shí)，則 176。以上，便需要進(jìn)行偏航。以此類推，這樣就可以得到當(dāng)前已紐纜的角度。同理當(dāng)下一狀態(tài)變?yōu)?A=0， B=1 時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)正在向逆時(shí)針偏航。 當(dāng)風(fēng)機(jī)偏航超過 3 圈（ 177。方向。定義正北方向?yàn)轱L(fēng)向角 0176。解纜完成后，發(fā)電機(jī)組再進(jìn)入正常發(fā)電的工作狀態(tài) [24]。 偏航控制系統(tǒng)框圖如圖 41 所示。 解纜系統(tǒng)分為解纜傳感器控制的自動(dòng)解纜和紐纜開關(guān)控制的安全鏈保護(hù)兩種。在風(fēng)的動(dòng)壓力作用下，取得指向的來向的一個(gè)平衡位置，即為風(fēng)向的指示。整個(gè)感應(yīng)部分安裝在一根垂直旋 轉(zhuǎn)軸上，在風(fēng)力的作用下，風(fēng)杯繞軸以正比于風(fēng)速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。 風(fēng)速的測(cè)量 風(fēng)速計(jì)是測(cè)量空氣流速的儀器。 偏航電機(jī)多為三相異步電動(dòng)機(jī)， 它 與一個(gè)直流電磁鐵制動(dòng)器配合進(jìn)行偏航。包括偏航系統(tǒng)、變漿距控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)。 （ 5）環(huán)境要求低。 PLC 還有強(qiáng)大的自檢功能，這為它的維修提供了方便 [18]。 （ 6） 通信模塊 如以太網(wǎng)、 RS48 ProfibusDP 通訊模塊等 [17]。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。與啟動(dòng)運(yùn)行相同的道理，在變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，對(duì)欠功率狀態(tài)不加控制。變槳距系統(tǒng)根據(jù)給定的槳距角參考值，調(diào)整槳距角，進(jìn)行所謂的速度控制。 啟動(dòng)運(yùn)行狀態(tài) 變槳距風(fēng)輪的槳葉在靜止時(shí)，槳距角為 90176。順槳由部分來自蓄能器 161，部分直接來自泵 5 的壓力油來完成。為了提高整個(gè)變距系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，在變距油缸上也設(shè)有 LVDT 位置傳感器。在運(yùn)行、暫停和停止?fàn)顟B(tài)，泵根據(jù)壓力傳感器的信號(hào)自動(dòng)工作，在緊急停機(jī)狀態(tài)，泵將被迅速 斷路而關(guān)閉。圖 22 為 VESTASV39 型 風(fēng)電機(jī)組 液壓系統(tǒng)。在定槳距 風(fēng)電機(jī)組 中，液壓系統(tǒng)的主要任務(wù)是驅(qū)動(dòng) 風(fēng)電機(jī)組 的氣動(dòng)剎車和機(jī)械剎車；在變槳距 風(fēng)電機(jī)組 中，液壓系統(tǒng)主要控制變距機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn) 風(fēng)電機(jī)組 的轉(zhuǎn)速控制、功率控制，同時(shí)也制控機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)。 當(dāng)風(fēng)向變化時(shí)，位于風(fēng)輪后面兩舵輪（其旋轉(zhuǎn)平面與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面相垂直）旋轉(zhuǎn)，并通過一套齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)使風(fēng)輪偏轉(zhuǎn)，當(dāng)風(fēng)輪重新對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向后，舵輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)， 偏航 結(jié)束 [10]。 PLC 是機(jī)組控制系統(tǒng)的核心，它與 風(fēng)電機(jī)組 的其他部分密切聯(lián)系，保證機(jī)組的效率和安全 [9]。甘肅、內(nèi)蒙古、黑龍江、江蘇都紛紛開始上馬動(dòng)輒 10 億元的風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目 [7]。在《全球風(fēng)能展望 20xx》的所有預(yù)測(cè)情形中 ,中國(guó)都是風(fēng)能產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)最快的單一國(guó)家 ,該報(bào)告預(yù)計(jì) ,中國(guó)國(guó)內(nèi)的風(fēng)電裝機(jī)容量在 2020 年將達(dá)到現(xiàn)在的十倍。到 20xx 年末， 圍繞歐洲海岸線，海上風(fēng)電總裝機(jī) 600MW。 可以看出，年新增裝機(jī)容量超過 1GW 的國(guó)家達(dá)到 8 個(gè)。 相對(duì)于其他常規(guī)能源如：煤電、水電、核電等動(dòng)輒數(shù)年的建設(shè)周期，風(fēng)電的 單臺(tái) 風(fēng)電機(jī)組 安裝 只用兩三個(gè)星期 ， 并可同時(shí)多臺(tái)安裝 。 （ 2）風(fēng)力發(fā)電是清潔能源。 PLC。在 文章 開始部分介紹了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 的 總體結(jié)構(gòu)，并重點(diǎn)介紹偏航軟硬件結(jié)構(gòu)和控制原理。所以可再生能源得到了越來越多的國(guó)家與地區(qū)的重視。當(dāng)前，中國(guó)風(fēng)電市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，由此帶動(dòng)中國(guó)風(fēng)機(jī)制造產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)欣欣向榮的發(fā)展勢(shì)態(tài)。該程序 根據(jù)風(fēng)向、風(fēng) 速傳感器采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)由邏輯控制將控制信號(hào)輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)對(duì)風(fēng)、人工偏航和自動(dòng)解纜等功能。 以太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿鹊目稍偕茉吹玫缴鐣?huì)的廣泛重視。而風(fēng)電機(jī)組在發(fā)電過程中，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究極為迅猛 ，單機(jī)容量從最初的數(shù)十千瓦級(jí)發(fā)展到兆瓦級(jí) ； 控制方式從 基本單一的 定槳距失速控制向全槳葉變距和變速控制發(fā)展 ，其趨勢(shì)將向智能型發(fā)電機(jī)組發(fā)展 ； 運(yùn)行可靠性從 1980 年左右 的 50%，提高到 98%以上 ， 且在風(fēng) 場(chǎng) 運(yùn)作 的 風(fēng)電機(jī)組都可 實(shí)現(xiàn)集中控制和遠(yuǎn)程控制 ； 從今后的發(fā)展其實(shí)來看風(fēng)電場(chǎng)將從內(nèi)陸移到海上，這使其 發(fā)展空間變得更為廣闊 [2]。當(dāng)每千瓦裝機(jī)成本為 700 歐元且 平均風(fēng)速 為 7m/s 的地區(qū) ，風(fēng)電 便可 與 火電、煤電相 競(jìng)爭(zhēng)。 中國(guó)風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀 我國(guó)風(fēng)能資源比較豐富， 目前我國(guó)已經(jīng)探明的風(fēng)能儲(chǔ)量約為 3226GW,其中可利用風(fēng)能約為 253GW,主要分布在西北、華北和東北的草原和戈壁以及東部和東南沿海及島嶼上。中國(guó)政府目前公布的風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)是 2025 年將達(dá)到 3000 萬 kW[6]。新型的控制算法正在不斷的研究和應(yīng)用，可以大大的提高風(fēng)能的利用率，有效的提高了風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電量，從而不斷降低了風(fēng)力發(fā)電的成本。 小微型風(fēng)力機(jī) 指發(fā)電功率在 10 千瓦及其以下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。其工作原理如下： 主控制器接受完風(fēng)速風(fēng)向傳感器的風(fēng)信號(hào)后，經(jīng)過運(yùn)算得出風(fēng)向與機(jī)艙位置的夾角，從而判斷機(jī)艙向哪個(gè)方向進(jìn)行偏航。這兩個(gè)回路的工作任務(wù)是使機(jī)組運(yùn)行時(shí)制動(dòng)機(jī)構(gòu)始終保持壓力。泵的流量變化根據(jù)負(fù)載而定。在圖 中，控制器根據(jù)功率或轉(zhuǎn)速信號(hào)給出一個(gè)（－ 10＋ 10） V 的控制電壓，通過比例閥控制器轉(zhuǎn)換成一定范圍的電流信號(hào)，控制比例閥輸出流量的方向和大小。機(jī)械端點(diǎn)而不受來自比例閥的影響。油缸右端將由兩部分液壓油來填補(bǔ)： 一 部分來油缸左端通過電磁閥 19— 節(jié)流閥 17單向閥 115 和24 的重復(fù)循環(huán)油；另 一部分油來自油箱通過吸油管路及單向閥 115 和 24。整個(gè)槳葉實(shí)際上是一塊阻尼板，這個(gè)狀態(tài)成為“順槳”。在這種情況下，槳葉槳距只是按所設(shè)定的變距速度將槳距角向 0176。在變槳距控制方式中，這時(shí)將進(jìn)行功率控制，變槳距系統(tǒng)開始根據(jù)發(fā)電機(jī)的功率信號(hào)進(jìn)行控制。 PLC 可 直接連接到交流電網(wǎng)上去 ， 它將市電電壓（ AC 120V/230V）轉(zhuǎn)換成 DC 24V 的工作電壓。 （ 3） 存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 （ 2） 使用方便，編程簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言采用的是常規(guī)控制電路的設(shè)計(jì)思想，它更能為計(jì)算機(jī)知識(shí)薄弱的工作人員接受， 因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。對(duì) PLC 的內(nèi)部電源還采取了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施，以減少外界干擾，保證供電質(zhì)量。 （ 6）易學(xué)易用。 其中偏航控制機(jī)構(gòu)包括： 1 風(fēng)向傳感器、 2 偏航控制器、 3 解纜傳感器。偏航停止時(shí)， 剎車抱閘 。風(fēng)杯旋轉(zhuǎn)軸垂直于風(fēng)的來向，螺旋槳葉片和平板葉片旋轉(zhuǎn)軸平行于風(fēng)的來向。首先 齒盤 可隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并 安置于光電耦合器的發(fā)光管與光電三極管之間 ,光電耦合器裝于印制電路板上。當(dāng)風(fēng)標(biāo)隨風(fēng)向變化而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) ,通過其軸帶動(dòng) 軸下端固定著的格雷碼盤 ,在光電組件的狹縫中轉(zhuǎn)動(dòng) ,產(chǎn)生的光電信號(hào)經(jīng)放大整形后 ,輸出對(duì)應(yīng)當(dāng)時(shí)風(fēng)向的幅度為 12V的沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 六位格雷碼 (每位格雷碼只有電平高低的區(qū)別 ,習(xí)慣上高電平為 1 ,低電平為 0) ,轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)風(fēng)向信號(hào)以 516 度的分辨率為步進(jìn)變化。若控制系統(tǒng)沒有自動(dòng)進(jìn)行解纜，當(dāng)電纜纏繞達(dá)到允許的極限時(shí)，觸發(fā)紐纜開關(guān)的安全鏈保護(hù)，機(jī)組緊急停機(jī)，等待人工處 理 [23]。作為角度編碼器失效的后備措施，在由機(jī)艙引入塔架的電纜上安裝有行程開關(guān)，電纜纏繞達(dá)到一定程度，行程開關(guān)動(dòng)作，控制器檢測(cè)到該信號(hào)會(huì)啟動(dòng)相應(yīng)的處理程序。夾角。方向；風(fēng)向從正北方向逆時(shí)針變化時(shí)，風(fēng)向角反向增加，正南方向?yàn)?180176。當(dāng)需要調(diào)整方向時(shí)，控制器發(fā)出信號(hào)給偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以調(diào)整機(jī)艙的方向， 使 風(fēng)電機(jī)組 的風(fēng)輪始終處于迎風(fēng)狀態(tài)，充分利用風(fēng)能，提高風(fēng)電機(jī)組 的發(fā)電效率 。 解纜子程序的優(yōu)先級(jí)高于偏航子程序 [26]。利用位置傳感器檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)繞纜達(dá)到三圈時(shí)進(jìn)行解繞。 機(jī)艙偏航角度與風(fēng)向角間夾角 5176。時(shí)，可停止偏航 [28]。 . 風(fēng)向角 α與 的夾角為 θ，則 （ 44） 若 0176。則風(fēng)機(jī)需進(jìn)行順時(shí)針偏航對(duì)風(fēng)，使順時(shí)針偏航信號(hào) =1。 順時(shí)針偏航 θ角度對(duì)風(fēng) 0,1,2,3 180176。在 PLC系統(tǒng)中， CPU 以二進(jìn)制格式來處理模擬值。若返回不是該值，則需在錯(cuò)誤信息中查該值的含義 OUT 輸出 REAL 轉(zhuǎn)換結(jié)果 FC105 可以將輸入的整數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的工程值，結(jié)果由 OUT 輸出，其公式如下： ) ) )) O O 常數(shù) K K2 的值取決與輸入值（ IN）的極性。 θ360176。開始偏航對(duì)風(fēng)，否則循環(huán)。 程序中了實(shí)現(xiàn)偏航行走最短路徑，如何提高測(cè)量機(jī)艙角度精確性，風(fēng)向風(fēng)速測(cè)量值的轉(zhuǎn)化和電纜纏繞。 （ 2） SIMATIC Manager 中的模擬按鈕可以自動(dòng)接通或斷開模擬過程。 （ 7） 可以利用模擬 PLC 的中斷組織塊 OB 的功能測(cè)試程序特性。模擬真實(shí)機(jī)組的接近開關(guān) AB，由此實(shí)現(xiàn)偏航方向判斷及偏航角度計(jì)算。另外，要運(yùn)行本課題的偏航程序，必須額外添加一段程序以模擬機(jī)艙的轉(zhuǎn)動(dòng)。也可以通過符號(hào)地址存取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)?？梢栽陂_發(fā)階段發(fā)現(xiàn)和排除錯(cuò)誤。然后檢查是否需要解纜，如果是，則進(jìn)行解纜程序。 γ 0176。 180θ?0176。 CPU 通過“ L PIWx”指令讀取模擬量輸入模塊緩沖器中的數(shù)字信號(hào)，并傳送到 CPU 制定的存儲(chǔ)區(qū)中 [29]。）之內(nèi)時(shí)， 風(fēng)電機(jī)組 停止偏航。 順時(shí)針偏航 θ角度對(duì)風(fēng) 0,1,2 180176。則風(fēng)機(jī)需進(jìn)行逆時(shí)針偏航對(duì)風(fēng)，使逆時(shí)針偏航信號(hào) =1； 若 180176。其中， n 表示電纜已扭轉(zhuǎn)的整圈數(shù)， n =0， 1,2,3. （ 1） 當(dāng)偏航角 γ 0176。這里 ，當(dāng)風(fēng)向角與偏航角之間的 夾角 在 5176。 當(dāng) A、 B傳感器狀態(tài)由狀態(tài) 00變?yōu)?10時(shí)，風(fēng)機(jī)為順時(shí)針偏航，此時(shí)β自動(dòng)加 1，反之β自動(dòng)減 1。假設(shè)設(shè)定初始狀態(tài) A=0， B= A=1， B=0 時(shí)，則風(fēng)力發(fā)電機(jī)正在向順時(shí)針偏航。如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)多次向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，就會(huì)造成電纜纏繞、絞死，甚至絞斷，因此必須設(shè)法解纜。同樣定義正北方向?yàn)槠浇?0176。 ~180176。完成解纜。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 4 章 偏航系統(tǒng)控制編程 程序本體流程 風(fēng)電機(jī)組 的偏航控制主要完成兩個(gè)功能： （ 1）使風(fēng)輪跟蹤方向變化，利于最大風(fēng)能的捕獲； （ 2）當(dāng)機(jī)艙內(nèi)的電纜發(fā)生纏繞時(shí)自動(dòng)解纜。 所以為了