【導(dǎo)讀】的范圍，燃燒發(fā)電廠產(chǎn)生的污染物也對(duì)地球環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)影響。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(duì)于風(fēng)電控制的研究又提供了新的途徑。針對(duì)風(fēng)能具有隨機(jī)性、不確定性。的特點(diǎn)，本文用西門子可編程控制器S7-200來對(duì)風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行控制。組啟動(dòng)控制、偏航控制、溫度控制和變壓器控制等。在論文中給出詳細(xì)的?？刂圃斫忉尯透髂K的功能介紹，并配有每一模塊的控制程序。試、仿真運(yùn)行和在線診斷等，使仿真結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。自然界的風(fēng)，是由于大氣運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的自然形式。19世紀(jì)丹麥人首先研制出了風(fēng)。力發(fā)電機(jī)，在1891年丹麥建成世界上第一座風(fēng)力發(fā)電站。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。氣污染、水體污染和溫室效應(yīng)問題。產(chǎn)生的大量污染物和二氧化碳排放。得到廣泛的支持。在全球能源危機(jī)和環(huán)境日益脆弱的嚴(yán)重背景下，風(fēng)能資。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。第二階段，20世紀(jì)末。

　　

【正文】 物理存儲(chǔ)器。 它的功能是采集參數(shù)，輸入和輸出數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)執(zhí)行應(yīng)用程序；儲(chǔ)存數(shù)據(jù)和程序等。 輸入模塊與輸出模塊簡稱為 I/O 模塊 。它是將外部現(xiàn)場設(shè)備和 CPU 模塊聯(lián)系起來的橋梁。其中輸入模塊接受和采集各類信號(hào)，有開關(guān)量輸入 輸出模塊，模擬量輸入 輸出 模塊兩種。開關(guān)量輸入模塊接受 按鈕啟停開關(guān)，選擇開關(guān)等開關(guān)量信號(hào)；模擬量輸入模塊接受連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號(hào)。 I/O 模塊中用小型繼電器、耦合器等隔離內(nèi)部電路與外部 I/O 電路，所以有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。 編程器模塊是 PLC 的又一重要組成部件，主要同于編輯用戶程序，還可以檢查，修改程序，監(jiān)視程序的運(yùn)行狀況等。 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 工作原理 PLC 的操作模式有兩種，分別為運(yùn)行（ RUN）模式和停止（ STOP）模式。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。 PLC 一開始啟動(dòng)后先要對(duì)硬件和內(nèi)部軟件進(jìn)行初始化工作。 PLC 要連續(xù)不停地分階段處理各種任務(wù)和程序。在運(yùn)行模式 ，控制器執(zhí)行內(nèi)部程序來實(shí)現(xiàn)控制管理，常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 38 頁 共 46 頁 其過程是讀取輸入 ，將 數(shù)據(jù)信息存放在輸入過程映像寄存器和輸出過程映像寄存器中，執(zhí)行用戶程序， CPU 從指令的第一條開始執(zhí)行，逐條執(zhí)行用戶的程序，然后進(jìn)行通信處理，接受請求方信息并將信息傳遞給對(duì)方，緊接著 自診斷檢查，定期檢查處理器內(nèi)操作和各模塊工作狀態(tài) ，最后是改寫輸出， CPU 執(zhí)行完用戶程序后，將輸出過程映像寄存器中數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷敵瞿K，并且鎖存數(shù)據(jù)，這一階段的工作完成，控制器就進(jìn)入下一階段重新對(duì)另一用戶程序開始工作，一直循環(huán)下去。在停止模式時(shí)，和運(yùn)行模式相似，控制器一個(gè)階段有歷讀取輸入、處理通信請求、自診斷和改寫輸出四步，完成后進(jìn)入下一階段，周而復(fù)始 地工作下去?？刂破魍ǔ＿€會(huì)進(jìn)行處理中斷程序，或用 I/O 指令直接存取 I/O 點(diǎn)等工作 [12]。 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。 PLC 具有很多優(yōu)點(diǎn) [12]是過去許多控制器不能匹及的。 （ 1） 功能強(qiáng)大，性價(jià)比高。 PLC 是一 個(gè) 具有編程功能的智能元件，因?yàn)樗梢员挥脩艟庉嫵绦?，所以它的控制功能就具有很多種類，小到極其簡單，大到 異常復(fù)雜的控制功能都可以實(shí)現(xiàn)。此外它還有存儲(chǔ)、運(yùn)算、傳輸數(shù)據(jù)的功能，還能通信連網(wǎng)，進(jìn)行集散管理與控制。 PLC 的成本逐年降低，性能逐年提升，越來越來獲得消費(fèi)者的需求，具有很高的性價(jià)比。 （ 2） 編程方法多樣、簡單易學(xué) 前面說到 PLC 的編程語言有國際上通用的 5 類，尤其是梯形圖，形象直觀，很易理解，所以應(yīng)用最多 。 （ 3） 硬件配置完整 、體積小，能耗低、 使用便捷有效 PLC 現(xiàn)在已大都整體化，各部分模塊化，系統(tǒng)化。硬件裝置品種配備齊全，各部分功能都可完成。 PLC 體積小，內(nèi)部系統(tǒng)配線少，能耗低。 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。 PLC 還有帶負(fù)載能力，可以驅(qū)動(dòng)各種小型電氣設(shè)備。 （ 4） 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) PLC 不像以前繼電器那樣由于觸點(diǎn)接觸不良造成誤操作， PLC 的開關(guān)量啟停都使用軟件完成，所以它具有很高的工作可靠性和安全性。 PLC 在硬件上和內(nèi)部軟件上都采用了抗干擾措施，使用它的 抗干擾性很高。 （ 5） 易于維修、自我診斷 PLC 的故障出現(xiàn)率低，若發(fā)生故障，內(nèi)置程序能快速查找出故障原因。常使用更換模塊的方法來排除故障。 （ 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。用戶用編程語言編輯程序時(shí)，由于語言易懂 ，編程方法簡單，使得用戶設(shè)計(jì)簡單便捷。調(diào)試和模擬時(shí)，一方面可以再實(shí)驗(yàn)室用信號(hào)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。 PLC的 應(yīng)用 PLC的應(yīng)用已遍布很多工控領(lǐng)域，并且它的應(yīng)用范圍 [13]還在不斷地?cái)U(kuò)大，下面簡單介紹下 PLC 的應(yīng)用： （ 1） 邏輯量控制和數(shù)字量 控制 早期的 PLC 就已具有邏輯量的控制， 1/0 控制方法簡化了復(fù)雜的程序，也增快了處理器的運(yùn)作速度。而在 PLC 發(fā)展較快的年代，針對(duì)數(shù)字量的處理， PLC 采用了“與”、“或”、“非”等邏輯控制指令來編輯程序，以便實(shí)現(xiàn)開關(guān)通斷，電路的分支和串并聯(lián)等功能。 （ 2） 運(yùn)動(dòng)控制 PLC 能對(duì)直線運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)與速度、加速度施以控制，將運(yùn)動(dòng)控制與常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 40 頁 共 46 頁 程序控制有機(jī)結(jié)合起 來。它能廣泛地應(yīng)用于各類切割成型機(jī)械，裝配機(jī)械等。 （ 3） 閉環(huán)過程控制 閉環(huán)過程控制是指對(duì)模擬量的控制。例如對(duì)溫度，速度，流量的閉環(huán)控制。其中使用到數(shù)字量和模擬量的轉(zhuǎn)換（ A/D 和 D/A）。對(duì)模擬量實(shí)施 PID控制（比例 積分 微分）。它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化工、電力、冶金等行業(yè)。 （ 4） 數(shù)據(jù)處理 PLC 的數(shù)學(xué)運(yùn)算包含很多種，有整數(shù)運(yùn)算，浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，邏輯預(yù)算，位運(yùn)算等， PLC 還具有數(shù)據(jù) 存取，數(shù)據(jù)傳輸，排序查表等功能。在工控各領(lǐng)域都要用到這一應(yīng)用。 （ 5） 聯(lián)網(wǎng)通信 PLC 和各種設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，互相傳遞信息，實(shí)現(xiàn)集散控 制。 PLC 的通信有各個(gè)模塊之間的通信， CPU 與 I/O 口通信，多臺(tái) PLC 間互相通信，與計(jì)算機(jī)等智能器件間的通信等。常用于中大型工業(yè)生產(chǎn)開發(fā)場所，多臺(tái)設(shè)備配合控制管理系統(tǒng)的整體運(yùn)行。 系統(tǒng)控制程序 根據(jù)第三章的設(shè)計(jì)方案和 I/O 口地址分配，寫出各個(gè)模塊相關(guān)的程序。下面詳細(xì)分析每個(gè)模塊的程序。 發(fā)電機(jī) 啟動(dòng)程序 發(fā)電機(jī)啟動(dòng)程序 中包括系統(tǒng)總啟動(dòng)、風(fēng)速模擬量輸入、與正常風(fēng)速參數(shù)比較、啟動(dòng)電動(dòng)機(jī) 和 顯示等部分。 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 41 頁 共 46 頁 圖 41 系統(tǒng)總啟動(dòng)、模擬量轉(zhuǎn)換梯形圖 在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中需要用到模擬量的 輸入和 A/D 轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換 。假設(shè)模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)為 A0Am（例如： 420mA）， A/D 轉(zhuǎn)換以后的數(shù)值為D0Dm（例如： 640032021） ，模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)是 A， A/D 轉(zhuǎn)換后的相應(yīng)數(shù)值為 D，由于是線性關(guān)系，函數(shù)關(guān)系 A=f（ D）可以表示為數(shù)學(xué)方程： A=(DD0) (AmA0)/(DmD0)+A0 () 根據(jù)該方程，可以依據(jù) D 的值計(jì)算出 A 值。將該方程逆變換，得出函數(shù)關(guān)系 D=f（ A）可以表示為數(shù)學(xué)方程： D=(AA0) (DmD0)/ (AmA0)+D0 () 在以下程序中遇到模擬量轉(zhuǎn)換，用公式 和公式 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算便可以有效地得出數(shù)字量。 網(wǎng)絡(luò) 1 中， 是系統(tǒng)總啟動(dòng)開關(guān)。 當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)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。 該 儀表的量程設(shè)置為 020m/s，常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 42 頁 共 46 頁 即 0m/s 時(shí)輸出 4mA， 20m/s 時(shí)輸出 20mA。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?？梢杂霉? 說明模擬量轉(zhuǎn)換過程 。 X 表示輸入的模擬量， D 表示轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 X=(200) (D6400)/(320216400)0 () D=1280X+6400 () 將風(fēng)速模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換， AIW0 送 AC0, 送 AC0,AC0/送 VD220。 顯示系統(tǒng)已 啟動(dòng)。 模擬量轉(zhuǎn)換后存在 VD220，將 VD220 中數(shù)值與正常風(fēng)力發(fā)電參數(shù)的上下限值進(jìn)行比較，在 3m/s5m/s 風(fēng)速范圍內(nèi)有信號(hào)則啟動(dòng)發(fā)電機(jī)（ ）；假若大于風(fēng)速范圍，則發(fā)出停機(jī)警報(bào)（ ），工作人員察覺后可以手動(dòng)停機(jī)。 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(dòng)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。 根據(jù)上一節(jié)關(guān)于風(fēng)速模擬量轉(zhuǎn)換的介紹，同樣地，風(fēng)向模擬量可以同樣的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 外部風(fēng)向模擬量 AIW2 由 EM231 輸入模塊讀入。 該模塊的第二個(gè) 通道連接一塊帶 420mA 變送輸出的風(fēng)向顯示儀表，轉(zhuǎn)換為數(shù)值 640032021。 該儀表的量程設(shè)置為 0360176。 ，即 0176。 時(shí)輸出 4mA， 360176。 時(shí)輸出 20mA。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。可以用公式 說明模擬量轉(zhuǎn)換過程。 X 表示輸入的模擬量， D 表示轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 X=(3600) (D6400)/(320216400)0 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 44 頁 共 46 頁 () D=+6400 () 將風(fēng)向模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換， AIW2 送 AC1, 送 AC1,AC0/ 送VD222。 圖 43 詳細(xì)表示這一轉(zhuǎn)換過程。 圖 43 風(fēng)向模擬量轉(zhuǎn)換 梯形圖 網(wǎng)絡(luò) 7 中， 將 外部輸入 模擬量轉(zhuǎn)換為 176。 至 176。 之間的數(shù)。 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。 205176。 ） 分為 7 個(gè)區(qū)間： 155176。 ；155176。 165176。 之間； 165176。 171176。 之間； 171176。 189176。 之間； 189176。 195176。 之間； 195176。 205176。 之間； 205176。 。接下來將對(duì)這 7 個(gè)角度區(qū)間進(jìn)行不同的控制策略。 180176。 表示正對(duì)迎風(fēng)面。 接下來將對(duì)這 7 個(gè)角度區(qū)間進(jìn)行不同的控制策略。 180176。 表示正對(duì)迎風(fēng)面。 180176。 將啟動(dòng)向左偏航的電動(dòng)機(jī)， 180176。常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 46 頁 共 46 頁 將啟動(dòng)向右偏航的電動(dòng)機(jī)。機(jī)艙偏轉(zhuǎn)角度的大小由電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間決定，偏轉(zhuǎn)角度越小，電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間越短，相反偏轉(zhuǎn)角度越大，電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間越長。在合適的風(fēng)向范圍內(nèi)（傳感器 、電機(jī)工作 有誤差 171176。 189176。 ），則兩個(gè)電動(dòng)機(jī)均不做任何動(dòng)作， 顯示合適風(fēng)向指示燈。 圖 45 145176。 155176。 、 155176。 165176。 、 165176。 171176。 角度區(qū)間控制梯形圖 圖 45 表示了風(fēng)向標(biāo)夾角為 145176。 155176。 、 155176。 165176。 和 165176。 171176。時(shí) 的控制方法。在 145176。 155176。 時(shí) ，啟動(dòng)向 右 偏航的電動(dòng)機(jī)（ ）并且 運(yùn)作 延時(shí) 90s；在 155176。 165176。 時(shí)，啟動(dòng)向 右 偏航的電動(dòng)機(jī) （ ） 并且運(yùn)作延時(shí) 50s；在 165176。 171176。 時(shí)，啟動(dòng)向右偏航的電動(dòng)機(jī)（ ）并且運(yùn)作延常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 47 頁 共 46 頁 時(shí) 20s。 風(fēng)向標(biāo)夾角為 145176。 155176。 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 。在計(jì)時(shí) 90s 后，定時(shí)器位 OFF,當(dāng)前值 =0， 此時(shí) 不再接通 。 這段程序?qū)崿F(xiàn)了偏航電機(jī)延時(shí)工作的功能。 風(fēng)向標(biāo)夾角為 155176。 165176。 區(qū)間 和 165176。 171176。 區(qū)間 控制方法也是如出一轍。 越接近 180176。 ，偏航電動(dòng)機(jī)運(yùn)作時(shí)間越短 ，使之接近合適風(fēng)向角度區(qū)間 。由于 篇幅 限制 ，不列出其他 三 個(gè)角度 區(qū)間的控制梯形圖。其他 三 個(gè)角度區(qū)間的控制方法和前兩種相似。 在 189176。 195176。 時(shí)，啟動(dòng)向 左 偏航的電動(dòng)機(jī)（ ）并且運(yùn)作延時(shí) 20s。在 195176。 205176。 時(shí)，啟動(dòng)向 左 偏航的電動(dòng)機(jī)（ ）并且運(yùn)作延時(shí) 50s。在 205176。 215176。 時(shí)，啟動(dòng)向 左 偏航的電動(dòng)機(jī)（ ）并且運(yùn)作延時(shí) 90s。 171176。 189176。 屬于 傳感器和電機(jī)運(yùn)作的 誤差范圍之內(nèi)，所以不需要偏航電機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制，只需對(duì)其這種狀態(tài)進(jìn)行顯示，打開指示燈（ ）顯示在合