【文章內(nèi)容簡介】 7176。/s。 風(fēng)機進入停機模式后，35s內(nèi)轉(zhuǎn)速未降到10rpm以下或90s內(nèi)轉(zhuǎn)速未降到4rpm以下，系統(tǒng)將觸發(fā)“停機程序出現(xiàn)故障”信號。 緊急停機時，轉(zhuǎn)速 5rpm 后轉(zhuǎn)子剎車機構(gòu)激活。 維護：當(dāng)控制面板上的維護開關(guān)打開時，風(fēng)機轉(zhuǎn)換到維護模式，進入維護模式時，控制程序?qū)ο铝袇?shù)進行設(shè)定：轉(zhuǎn)矩控制器與變槳控制器禁用；槳距角設(shè)定值在45176。96176。之間；變槳速度3176。/s：變頻器停止運行：允許手動偏航；允許手動變槳。 幾種模式間的轉(zhuǎn)換： 待機——〉啟動：無故障、非解纜、非維護模式、機艙溫度超過10度、發(fā)電機繞組溫度超過機艙溫度、變槳系統(tǒng)進入準(zhǔn)備狀態(tài)、變流器切出本地、產(chǎn)生手動啟動或自啟動信號； 啟動——〉運行：、對風(fēng)角度低于45度、齒輪箱油溫高于10度、未檢測到暴風(fēng)； 啟動、運行模式：分別對應(yīng)槳距角50度和0度； 運行——〉發(fā)電：； 停機——〉待機：進入停機模式45s后。 停機條件：進入停機模式觸發(fā)條件：全局故障；柜門停機或緊急停機按鍵、維護模式；偏航位置值大于690度；發(fā)電模式下轉(zhuǎn)速低于10rpm維持15min，或低于6rpm維持5min，或低于4rpm；運行模式下維持15min[14]。 維護條件：維護模式觸發(fā)條件：維護開關(guān)動作；風(fēng)機幾種模式維護模式的過程；待機模式：直接轉(zhuǎn)換到維護模式；停機模式：風(fēng)機先進入待機模式，再轉(zhuǎn)換到維護模式；其它模式：風(fēng)機先經(jīng)過停機程序進入停模式，再經(jīng)待機進入維護模式。 齒輪箱及冷卻系統(tǒng)基本控制原理 油溫5℃,加熱器啟動， 5℃時3分鐘之后，加熱器停止； 低速軸轉(zhuǎn)速、發(fā)電、停機狀態(tài)且油溫 5℃ 低速； 低速軸轉(zhuǎn)速40℃ 高速； 油溫50℃，水泵啟動，直到45℃，水泵停止； 油溫60℃，水空風(fēng)扇啟動,直到55℃，水空風(fēng)扇停止； 油溫60℃或軸溫70℃，空冷風(fēng)扇（高速）啟動，直到油溫50℃或軸溫65℃，空冷風(fēng)扇停止； 油溫80℃，風(fēng)機進入正常停機模式； 高速軸溫(葉輪、發(fā)電機側(cè))90℃，風(fēng)機為正常停機模式。 發(fā)電機基本控制原理 發(fā)電機繞組溫度80℃，空冷風(fēng)扇啟動，直到70℃，空冷風(fēng)扇停止； 發(fā)電機繞組溫度機艙溫度且機艙溫度10℃，發(fā)電機加熱器啟動，直到機艙溫度10℃或發(fā)電機繞組溫度機艙溫度10分鐘后停止加熱； 液壓站系統(tǒng)壓力低于145bar啟泵，高于160bar停泵。偏航和解纜狀態(tài)： 偏航解纜和迎風(fēng)分別對應(yīng)的閥置位，系統(tǒng)壓力P4為150bar左右，偏航壓力P1維持在25bar左右。高速軸剎車狀態(tài)：兩閥同時復(fù)位/置位。 系統(tǒng)進入停機模式并且為緊急停機模式（故障等級三安全鏈動作），保證葉輪速度降為小于5rpm，抱閘動作； 油位油溫開關(guān)。 油位開關(guān)：常開觸點，達到指定高度開關(guān)閉合，（一通道亮）。 油溫開關(guān)：常閉觸點，未達到警戒溫度70度時，402DI48輸入高電平（四通道亮）。 液壓加熱器：溫控開關(guān)控制主回路通斷。 偏航系統(tǒng) 在不同的風(fēng)速條件下，偏航的動作方式不同，分為高風(fēng)速偏航和低風(fēng)速偏航。 高風(fēng)速下自動偏航： 60秒平均風(fēng)速大于等于9 m/s，觸發(fā)偏航程序的條件如下： 偏航對風(fēng)60秒平均偏差大于8176。，延時210s，風(fēng)機偏航。 偏航對風(fēng)60秒平均偏差大于15176。，延時20s，風(fēng)機偏航。 低風(fēng)速下自動偏航： 60秒平均風(fēng)速小于9 m/s，觸發(fā)偏航程序的條件如下： 偏航對風(fēng)60秒平均偏差大于10176。，延時250s，風(fēng)機偏航。 偏航對風(fēng)60秒平均偏差大于18176。，延時25s，風(fēng)機偏航。 自動解纜條件： 風(fēng)機處于待機狀態(tài)和非維護模式，同時不出現(xiàn)偏航和液壓故障； 判斷當(dāng)位置大于580或小于580時，向右或向左解纜動作。 解纜停止條件： 情況1：偏航位置回到小于360度，對風(fēng)角度(風(fēng)向標(biāo)數(shù)值與180度差值) 小于30度； 情況2：偏航位置小于40度。 偏航解纜后，風(fēng)機處于待機狀態(tài)。 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 本次設(shè)計要求是設(shè)計一個風(fēng)力發(fā)電機組主控系統(tǒng)，主控制器為PLC，主要完成的功能有風(fēng)車具有適應(yīng)風(fēng)向的功能、在風(fēng)機轉(zhuǎn)動超出設(shè)定角度值時，具有自動解纜功能、能對風(fēng)力的大小進行監(jiān)測，并根據(jù)需要采取相應(yīng)的措施。 根據(jù)設(shè)計的要求，主要設(shè)計內(nèi)容擬包括風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)中的偏航系統(tǒng)、齒輪箱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、溫度控制等。 本設(shè)計從工業(yè)實用角度出發(fā)，研究基于PLC的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)。這就要求既要掌握PLC相關(guān)知識和特定PLC的編程語言，也要有懂得一定的風(fēng)力發(fā)電方面的知識。此外，還必須涉及硬件電路的設(shè)計，才能將PLC控制和風(fēng)力發(fā)電電路成功連接。 人機界面：輸入命令，變更參數(shù)；顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)各項數(shù)據(jù)參數(shù)和故障情況，并對風(fēng)機進行控制。 數(shù)據(jù)采集：利用傳感器，風(fēng)向標(biāo)等檢測裝置對溫度、壓力、液位、風(fēng)速、風(fēng)向等數(shù)據(jù)進行采集。 偏航控制：根據(jù)風(fēng)向變化進行偏航，解纜等，控制有四臺偏航電機。 齒輪箱控制：主要對齒輪箱溫度，油位，油泵等進行控制。 液壓控制：制動機構(gòu)壓力保持；變槳系統(tǒng)壓力保持等。液壓系統(tǒng)主要為高速軸剎車和偏航剎車提供壓力。 溫度控制：對系統(tǒng)各個運行機構(gòu)的溫度進行控制，確保風(fēng)機正常運行。 其他控制：照明、液壓、溫度、故障處理等控制[15]。 PLC:選用S7200CPU,EM22EM22EM23EM235等擴展模塊。 。 系統(tǒng)原理框圖 本章介紹了總體設(shè)計思路和總體方案的確定。包括工作原理圖、工藝流程圖和系統(tǒng)示意圖。了解了系統(tǒng)設(shè)計的大概內(nèi)容，對系統(tǒng)設(shè)計有了一個大概的認(rèn)識，為接下來的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。第3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 PLC概述 PLC的發(fā)展歷程 可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類機械的生產(chǎn)過程；而有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。 PLC技術(shù)隨著計算機和微電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展，由最初的一位機發(fā)展為8位機。隨著微處理器CPU和微型計算機技術(shù)在PLC中的應(yīng)用，形成了現(xiàn)代意義上的PLC。進入20世紀(jì)80年代以來，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機化PLC得到了驚人得發(fā)展，事PLC在概念、設(shè)計、性能價格比以及應(yīng)用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強，功耗、體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測更為靈活方便，而且遠(yuǎn)程I/0和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及人機界面（HMI）也有了長足的發(fā)展[16]?，F(xiàn)在PLC不僅能得心應(yīng)手的應(yīng)用于制造業(yè)自動化，而且還可以應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)的過程控制系統(tǒng)，所有這些已經(jīng)使之成為自動化技術(shù)領(lǐng)域的三大支柱之一，即使在現(xiàn)場總線技術(shù)成為自動化技術(shù)應(yīng)用熱點的今天，PLC仍然是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中不可缺少的控制器。 PLC的工作原理 PLC是一種工業(yè)控制計算機，它的工作原理是建立在計算機工作原理的基礎(chǔ)之上，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)的。CPU是以分時操作方式來處理各項任務(wù)的，計算機在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序依次完成相應(yīng)各電器的動作，所以它屬于串行工作方式。 PLC工作的整個過程可分為三部分：第一部分是上電處理。機器上電后對PLC系統(tǒng)進行一次初始化，包括硬件初始化，I/O模塊配置檢查，停電保持范圍設(shè)定，系統(tǒng)通信參數(shù)配置及其他初始化處理等。第二部分是掃描過程。PLC上電處理階段完成以后進入掃描工作過程。第三部分是出錯處理。PLC每掃描一次，執(zhí)行一次自診斷檢查，確定PLC自身的動作是否正常，如檢查出異常時，CPU面板上的LED及異常繼電器會接通，在特殊寄存器中會存入出錯代碼；當(dāng)出現(xiàn)致命錯誤時，CPU被強制為STOP方式，所有的掃描便停止。概括而言，PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進行工作的。每一次掃描所用的時間稱作掃描周期或工作周期。在一個掃描周期中，PLC一般將完成部分或全部的以下操作： 讀輸入→處理通信請求→執(zhí)行邏輯控制程序→寫輸出執(zhí)行→CPU自診斷。當(dāng)PLC上電后，處于正常運行時，它將不斷重復(fù)掃描過程，并不斷循環(huán)重復(fù)下去。分析上述掃描過程，如果對遠(yuǎn)程I/O、特殊模塊、更新時鐘和其他通信服務(wù)等枝葉的東西暫不考慮，這樣掃描過程就只剩下“輸入采樣”、“程序執(zhí)行”和“輸出刷新”三個階段了。這三個階段是PLC工作過程的中心內(nèi)容，也是PLC工作原理的實質(zhì)所在。 (1) 輸入采樣階段PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入相對應(yīng)的輸入映像寄存器中，此時輸入映像寄存器被刷新[17]。接著系統(tǒng)進入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的內(nèi)容。所以，一般來說，輸入信號的寬度要大于一個掃描周期，或者說輸入信號的頻率不能太高，否則很可能造成信號的丟失。(2) 程序執(zhí)行階段進入程序執(zhí)行階段后，一般來說（因為還有子程序和中斷程序的情況），PLC按從左到右、從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件（“軟繼電器”）的當(dāng)前狀態(tài)。然后進行相應(yīng)的運算，最新的運算結(jié)果馬上再存入到相應(yīng)的元件映像寄存器中。對元件映像寄存器來說，每一個元件（“軟繼電器”）的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而刷新。 (3) 輸出刷新階段 在用戶程序執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通∕斷開）在輸出刷新階段一起轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式集中輸出，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動外部負(fù)載。在下一個輸出刷新階段開始之前，輸出鎖存器的狀態(tài)不會改變，從而相應(yīng)輸出端子的狀態(tài)也不會改變。 控制系統(tǒng)的I/O通道地址分配根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，I/。 輸入輸出信號代碼和地址編號名稱代碼地址編號啟動按鈕SF1停止按鈕SF2維護按鈕SF3緊急停機按鈕SF4遠(yuǎn)程緊急停機按鈕SF5手動向左解纜SF6手動向右解纜SF7偏航左極限BG1偏航右極限BG2偏航左安全開關(guān)BG3偏航右安全開關(guān)BG4機艙照明開SF8機艙照明關(guān)SF9塔筒照明開SF10塔筒照明關(guān)SF11偏航減速器1QA1偏航減速器2QA2偏航電機正轉(zhuǎn)QA3偏航電機反轉(zhuǎn)QA4偏航減速器3QA5偏航減速器4QA6齒輪箱油泵1QA7齒輪箱油泵2QA8齒輪箱油泵3QA9齒輪箱油泵加熱器QA10齒輪箱加熱器QA11齒輪箱空冷風(fēng)扇1QA12齒輪箱空冷風(fēng)扇2QA13齒輪箱空冷風(fēng)扇3QA14齒輪箱水泵QA15發(fā)電機空冷風(fēng)扇QA16發(fā)電機加熱器QA17液壓泵QA18液壓油加熱器QA19機箱通風(fēng)風(fēng)扇QA20機箱加熱器QA21機艙照明PG1塔筒照明PG2啟動指示燈PG3運行指示燈PG4停機指示燈PG5維護指示燈PG6軟起信號QA22 。 模擬量輸入輸出信號代碼和地址編號表序號功能信號序號功能信號AIW0溫度傳感器1輸入AIW16壓力傳感器2輸入AIW2溫度傳感器2輸入AIW18液位傳感器2輸入AIW4溫度傳感器3輸入AIW20位置傳感器輸入AIW6溫度傳感器4輸入AIW24風(fēng)向傳感器1輸入AIW8速度傳感器輸入AIW26風(fēng)向傳感器2輸入AIW10壓力傳感器1輸入AIW28風(fēng)速傳感器1輸入AIW12液位傳感器1輸入AIW30風(fēng)速傳感器2輸入 PLC系統(tǒng)選型 從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 本設(shè)計選擇了Siemens的模塊化中小型PLC系統(tǒng)S7200，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。其模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、和易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得S7200成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟的方案。S7200系列所具有的多種性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/O擴展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應(yīng)用選擇合適的模塊。 當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴大并且愈加復(fù)雜時，可隨時使用附加的模塊對PLC進行擴展。Siemens S7200所具備的高電磁兼容性和強抗振動，抗沖擊性，更使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。此外，S7200系列PLC還具有模塊點數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，性價比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點。 與一般計算機一樣，CPU是PLC的核心，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能控制PLC有條不紊的進行工作[18]。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成