【正文】 與停止。 控制方面的工作原理 及過程為：當(dāng)系統(tǒng)的總開關(guān)合上后，可編程控制器初始 化 ，測速傳感器感知到風(fēng)速模擬信號 A/D 轉(zhuǎn)換后并且傳輸給 PLC，處理中心則將模擬量與額定參數(shù)進(jìn)行比較， 若 在參數(shù)范圍內(nèi)則啟動系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)， 不在參數(shù)范圍內(nèi)則報(bào)警手動停機(jī)。 根據(jù)空氣流體力學(xué)可知，在一秒中流向風(fēng)輪的空氣具有的動能為： 主控制器控制各功能模塊的啟動停止系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)檢測 外界環(huán)境檢測電網(wǎng)運(yùn)行狀況調(diào)控用戶界面編程 ， 輸入各檢測安全臨界參數(shù)總系統(tǒng)的啟動和停止自動控制系統(tǒng)啟停電流電壓保護(hù)故障切斷偏航控制角度調(diào)整功率調(diào)整發(fā)電機(jī)啟動控制功率調(diào)整轉(zhuǎn)速調(diào)整溫度控制溫度檢測冷卻機(jī)運(yùn)作功率調(diào)整無功功率補(bǔ)償其他控制常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁 共 46 頁 E=189。 通常 使用 PLC，或者 DSP 微機(jī)處理器作為 控制器 件，它們功能強(qiáng)大， 能夠應(yīng)付惡劣的工作環(huán)境，所以受到廣泛應(yīng)用。 圖 22 展示了齒輪箱的樣式。一般情況下，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速低于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子所必須的轉(zhuǎn)速，增速器要給風(fēng)輪轉(zhuǎn)動加速。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(jié)構(gòu)復(fù)雜且受力大。而風(fēng)輪軸則將能量給傳動機(jī)構(gòu)。 風(fēng)電機(jī)組組成部分介紹 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 ，按其容量可大小以劃分為小型風(fēng)電機(jī) 組 （ 10KW 以下） ， 中型風(fēng)電機(jī)組（ 10~100KW），大型風(fēng)電機(jī)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(fēng)力發(fā)電機(jī)組（主軸與地面平行），垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（主軸與地面垂直）。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(jìn)行詳細(xì)解說，最 后形成控制總程序。從風(fēng)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(gè)方面介紹基于PLC 風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義。 （ 4） 控制與監(jiān)控技術(shù)不斷完善。另一組統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)指出，在全球已經(jīng)有風(fēng)電商業(yè)運(yùn)營項(xiàng)目的75 個(gè)國家中，超過 22 個(gè)國家裝機(jī)容量已逾 1GW。 毋庸置疑，全球最重要的風(fēng)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(fēng)力發(fā)電的發(fā)展充滿了隨變性，但還存在著有利于風(fēng)電發(fā)展的積極要素。 海上風(fēng)電場是最近世界范圍內(nèi)廣泛推廣使用的大型有效利用風(fēng)能資源的形式，在 1980 年初在美國加利福尼亞首先興起。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要零部件像是輪片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、偏航裝置、電控系統(tǒng)、塔架等已經(jīng)國產(chǎn)化，并且可以進(jìn)行批量生產(chǎn)。 我國風(fēng)能資源的分布除了具有空間上的差異以外，在時(shí)間上也有 很大的 差異。但在隨機(jī)性差異大，不確定因素多，非線性嚴(yán)重的風(fēng)電系統(tǒng) 中 ，這種簡單的控制方法也會產(chǎn)生很大的誤差。技術(shù)較為成熟的專業(yè)制造企業(yè)大量出現(xiàn)，單機(jī)容量從百千 瓦提高到幾百千瓦，變漿機(jī)組技術(shù)成熟并進(jìn)入市場，與失速機(jī)組在競爭中發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電可以完全避免像石油、煤炭等化石燃料發(fā)電所產(chǎn)生的大量污染物和二氧化碳排放。此后在 20 世紀(jì)，風(fēng)力發(fā)電蓬勃發(fā)展。公元 12 世紀(jì)時(shí)，歐洲開始使用風(fēng)車來抽水，碾磨谷物， 海航中利用風(fēng)帆來推進(jìn)船只前進(jìn)等 。在論文中給出詳細(xì)的控制 原理解釋和各模塊的功能介紹，并配有每一模塊的控制程序 。隨著科技的不斷進(jìn)步 ，計(jì)算機(jī)和可編程控制的科研水平在提升， 這對于風(fēng)電 控制 的 研究 又提供了 新的途徑。 temperature control 目 錄 1 引言 選題背景與意義 自然 界 的風(fēng)，是由于大氣運(yùn)動而 產(chǎn)生 的自然形式。最早的風(fēng)車是由一位名叫阿布羅拉的古波斯奴隸發(fā)明的 [1]，它就是一種簡單的風(fēng)力發(fā)電機(jī) 。風(fēng)力發(fā)電具有裝機(jī)容量增長快，成本下降快，安全環(huán)保等優(yōu)勢。丹麥和美國的研究水平提升最快，風(fēng)力發(fā)電機(jī)容量也從幾十瓦發(fā)展到百千瓦。主要的控制 方式有人工手動調(diào)控，計(jì)算機(jī)模擬，上下通信，預(yù)測調(diào)控，微控制器自動檢測調(diào) 控 等。本 文 運(yùn)用可編程控制器西門子 S7200 作為 主 控制 器 ，通過啟動發(fā)電機(jī)，偏航控制 ， 變壓器 控制和溫度控制等幾個(gè)模塊設(shè)計(jì)，對不穩(wěn)定的風(fēng)做出相應(yīng)的控制 ， 使得風(fēng)能得到 最大 程度 的 利用 。與 2021 年當(dāng)年新增裝機(jī) 萬千瓦相比， 2021 年當(dāng)年新增裝機(jī)增長率 達(dá)到了 254%。 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 共 46 頁 圖 11 我國風(fēng)能資源分布圖 國外發(fā)展?fàn)顩r 在 20 世紀(jì) 70 年代，以美國為主的西方國家發(fā)生石油危機(jī)波及全球范圍后，許多國家開始尋求 代替 化石燃料的新能源，在研究風(fēng)力發(fā)電這一領(lǐng)域上，投入了相當(dāng)多的人力和物力 ，結(jié)合空氣動力學(xué)理論，運(yùn)用新型材料，電機(jī)， 可編程控制器， 計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)，自動化控制 等最新開發(fā)成果，研發(fā)新一代的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，充分利用豐富的風(fēng)能資源，開創(chuàng)了一個(gè)綠色風(fēng)能時(shí)代。目前全世界風(fēng)電工業(yè)規(guī)模約為 120億美元，預(yù)計(jì)到 2020年可望達(dá)到 1200億美元。 亞洲地區(qū)風(fēng)力發(fā)電與 西方國家 相比 發(fā)展相對 比較緩慢， 除了印度中國 ，其它國家風(fēng)電裝機(jī)容量 都 很小。” 國際風(fēng)電發(fā)展方向有以下幾方面： （ 1） 變速恒頻機(jī)組應(yīng)運(yùn)而生。 控制機(jī)組 應(yīng) 具有 輪片隨 風(fēng)向 變化而變化的動作且具有恒功率輸出的表現(xiàn) ， 傳感器對風(fēng)向標(biāo)的 夾角 進(jìn)行檢測， 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動 在相應(yīng) 設(shè)定角度值 區(qū)間內(nèi) ，根據(jù)需要采取相應(yīng) 的措施， 變壓器變送高電壓， 對電力傳輸能夠施以 嚴(yán)格的 管理控制。在風(fēng)能理論中介紹了 風(fēng)速和風(fēng)能的意義。 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁 共 46 頁 2 風(fēng)電機(jī)組組成與風(fēng)能理論 風(fēng)能發(fā)電的原理，是風(fēng)力帶動風(fēng)電機(jī)的輪片旋轉(zhuǎn)，輪片的一端連接發(fā)電機(jī)的機(jī)械聯(lián)動桿，發(fā)電機(jī)內(nèi)導(dǎo)體切割 磁感應(yīng)線 而產(chǎn)生電流，這樣實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電的目的 。 圖 21 表示風(fēng)機(jī) 各個(gè)部分的組成。它的作用是葉片的力和力矩傳遞到主傳動機(jī)構(gòu)中。其中包含齒輪箱、發(fā)電常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁 共 46 頁 機(jī)等主要部件。葉片產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過齒輪的 傳動遞給發(fā)電機(jī)。塔架內(nèi)部空間大，必須配有爬梯與安全導(dǎo)軌，備以工作人員操作、維護(hù)。它只可給出相關(guān)風(fēng)的近似概念，并且因?yàn)閭鞲衅鞯膽T性作用，風(fēng)速的瞬時(shí)值只能近似地測量。 P 為當(dāng)?shù)卮髿鈮海?t 為當(dāng)?shù)卮髿鈮海瑒t氣體密度計(jì)算公式： ρ = （ ） （ ） 本章小結(jié) 本章主要介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的四個(gè)主要組成部分 ：風(fēng)輪及其組件、機(jī)艙及其組件、塔架部件和控制系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了它們 的構(gòu)造和功能 ?？刂祈樞?yàn)?，首先系統(tǒng)初始化啟動后，進(jìn)行發(fā)電機(jī)啟動，接著進(jìn)行 偏航控制，然后控制溫度的變化，最后控制變壓器的啟動與停止。 因?yàn)槭菍δM量的閉環(huán)控制，所以 針對溫度的變化 采用 PID 控制 方法 。 偏航驅(qū)動裝置常用伺服電動機(jī)和偏航減速齒輪。 在 本文 中，設(shè)計(jì)一個(gè)偏航 工作區(qū)間 為 145176。 偏航電機(jī)是電磁制動三相異步電動機(jī)。 165176。 之間，向左偏航電機(jī)將連續(xù)工作 50 秒，當(dāng)角度在 205176。 171 176。 PID 控 制 器因?yàn)榫哂胁恍枰豢貙ο蟮臄?shù)學(xué)模型，結(jié)構(gòu)簡單容易實(shí)現(xiàn)，有很強(qiáng)的靈活性、實(shí)用性，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，所以 將有效地提高 PLC 設(shè)計(jì)效率。實(shí)驗(yàn)湊試法的整定步驟為“先比例，再積分，最后微分”。經(jīng)過步驟二， PI 控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動E(k) E t=0 t() P(k) KC*E t=0 t() P(k) KC*E t=0 t() 積分時(shí)間 P(k) Td*E t=0 t() 微分時(shí)間 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 26 頁 共 46 頁 態(tài)過程不能令人滿意，此時(shí)應(yīng)該加入微分控制，構(gòu)成 PID 控制。在湊試積分系數(shù)為 時(shí)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)能夠較好地將余差消除。 溫度設(shè)定值 表示實(shí)際溫度為 25℃ 。機(jī) 艙 塔架內(nèi)部M M機(jī)艙風(fēng)機(jī)塔架內(nèi)風(fēng)機(jī)總排氣閥塔架排氣閥總進(jìn)氣閥塔架排氣閥機(jī)艙排氣閥機(jī)艙排氣閥常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 29 頁 共 46 頁 因?yàn)榇嬖诳刂破?、?jì)算機(jī)系統(tǒng)、變壓器等各類重要的電力設(shè)備，所以控制塔架內(nèi)溫度是十分必要的。 （ 4） 變壓器控制模塊 在變壓器控制系統(tǒng)中，將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)的高壓（此電壓為傳輸?shù)礁邏狠旊娋€路的高電壓）。 表 32 是與風(fēng)力發(fā)電控制 程序 相關(guān)的 存儲器注釋內(nèi)容。 西門子 S7200 提供外接擴(kuò)展模擬量輸入輸出模塊。型號： MQAEJ 系列電磁制動三相異步電動機(jī)。 區(qū)間 通用輔助存儲器 風(fēng)向參數(shù)在 155176。 區(qū)間 通用輔助存儲器 風(fēng)向參數(shù)在 195176。選用繼電器型號為 LCD84發(fā)電機(jī)差動型，它適應(yīng)于大型交流發(fā)電機(jī)差動保護(hù)電路中。他的設(shè)計(jì)理念是用于汽車制造流水線的需要，使用一種新型的控制器來代替那時(shí)廣泛使用于工業(yè)中的繼電器來控制整個(gè)流程的進(jìn)行。 新時(shí)期 PLC 的發(fā)展方向有以下幾個(gè)方面：內(nèi)部硬件做到高速化，系統(tǒng)化，模塊化，容量大，品種多；內(nèi)部軟件做到用戶編程語言多樣化；通信方面更加快捷，各國家各企業(yè)都可方便聯(lián)系，向大規(guī)模聯(lián)方向發(fā)展網(wǎng)；減少功耗，體積減小，整體輕巧，減少贅余。 PLC 使用隨機(jī)存取存儲器、只讀存儲器、可擦除編程只讀存儲器等物理存儲器。 通常情況下有 5 種編程語言：順序功能圖、梯形圖、功能圖、指令表和結(jié)構(gòu)文本，供用戶輸 入程序。 PLC的特點(diǎn) PLC 作為 人類智慧的結(jié)晶和先進(jìn)科技的產(chǎn)物，已 成為人們生活生產(chǎn)應(yīng)用極其廣泛的控制工具。硬件裝置品種配備齊全，各部分功能都可完成。 （ 6） 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、 調(diào)試簡單 PLC 控制系統(tǒng)用內(nèi)部軟件完成，省去很多繼電器，計(jì)數(shù)器，定時(shí)器 [16]等器件的使用。例如對溫度，速度，流量的閉環(huán)控制。常用于中大型工業(yè)生產(chǎn)開發(fā)場所，多臺設(shè)備配合控制管理系統(tǒng)的整體運(yùn)行。 當(dāng)系統(tǒng)啟動時(shí)，外部風(fēng)速模擬量由 EM231 輸入模塊讀入， 該模塊的第一個(gè)通道連接一塊帶 420mA 變送輸出的風(fēng)速顯示儀表， 轉(zhuǎn)換為數(shù)值 640032021。 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 43 頁 共 46 頁 圖 42 參數(shù)比較、發(fā)電機(jī)啟動梯形圖 偏航控制程序 偏航控制程序是根據(jù)不同值的風(fēng)向標(biāo)夾角而采取不同的偏航控制策略。風(fēng)速顯示儀的鉑電阻輸入端接入一個(gè) 220 歐姆可調(diào)電位器。 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 45 頁 共 46 頁 圖 44 風(fēng)向標(biāo)夾角 區(qū)間 設(shè)置梯形圖 圖 44 表示將風(fēng)向標(biāo)夾角 （范圍 145176。 189176。 180176。機(jī)艙偏轉(zhuǎn)角度的大小由電動機(jī)工作時(shí)間決定，偏轉(zhuǎn)角度越小，電動機(jī)工作時(shí)間越短，相反偏轉(zhuǎn)角度越大，電動機(jī)工作時(shí)間越長。 、 165176。時(shí) 的控制方法。 風(fēng)向標(biāo)夾角為 145176。 171176。 時(shí)，啟動向 左 偏航的電動機(jī)（ ）并且運(yùn)作延時(shí) 20s。 189176。 205176。 越接近 180176。 區(qū)間的 控制方法為 觸點(diǎn)連接定時(shí)器 T39 的常閉觸點(diǎn)和向右偏航電機(jī)（ ），經(jīng)上升 沿有效接通， 接通延時(shí)定時(shí)器 T37 開始計(jì)時(shí) ，線圈 接通表示偏航電機(jī)工作 。 155176。 角度區(qū)間控制梯形圖 圖 45 表示了風(fēng)向標(biāo)夾角為 145176。 189176。 接下來將對這 7 個(gè)角度區(qū)間進(jìn)行不同的控制策略。 195176。 ） 分為 7 個(gè)區(qū)間： 155176。 X 表示輸入的模擬量， D 表示轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 外部風(fēng)向模擬量 AIW2 由 EM231 輸入模塊讀入。風(fēng)速顯示儀的鉑電阻 輸入端接入一個(gè) 220 歐姆可調(diào)電位器。下面詳細(xì)分析每個(gè)模塊的程序。對模擬量實(shí)施 PID控制（比例 積分 微分）。調(diào)試和模擬時(shí)，一方面可以再實(shí)驗(yàn)室用信號開關(guān)來模擬查看結(jié)果，另一方面可以再計(jì)算機(jī)上使用 STEP 7Micro/WIN 編程軟件查錯(cuò)、調(diào)試和模擬，這使得 PLC 的多方面應(yīng)用都很便 捷和人性化。 用戶使常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 39 頁 共 46 頁 用方便，能快速地進(jìn)行系統(tǒng)配置，程序運(yùn)行等。 （ 1） 功能強(qiáng)大，性價(jià)比高。PLC 的工作方式是周而復(fù)始、不斷循環(huán)的，稱為掃描工作方式。 輸入模塊與輸出模塊簡稱為 I/O 模塊 。 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 37 頁 共 46 頁 PLC的基本結(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu)都是基本的這四大類： CPU 模塊，輸入模塊，輸出模塊 和編程器。 在 1969 年，世界上第一臺可編程控制器在美國數(shù)字設(shè)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(jìn)行控制管理操作 ，結(jié)果非常成功。在發(fā)電機(jī)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。 區(qū)間 通用輔助存儲器 風(fēng)向參數(shù)