【導(dǎo)讀】當(dāng)今世界面臨著環(huán)境污染、溫室效應(yīng)、化石能源枯竭等問(wèn)題。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的能源已經(jīng)越發(fā)不能滿足社會(huì)的需求。風(fēng)能是可再生能源中發(fā)展最快的清潔能源之一，其具有安全，無(wú)污染，清潔，儲(chǔ)量豐富等特點(diǎn)，受到各個(gè)國(guó)家的普遍重視。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)。風(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng)是風(fēng)能領(lǐng)域中最重要的組成部分之一，它保證了風(fēng)電機(jī)組安全有效的運(yùn)行。所以，如何使偏航變得更智能、更精確成為了編程人員工作的焦點(diǎn)。本文主要圍繞風(fēng)電機(jī)組的偏航程序和部分運(yùn)動(dòng)控制程序展開(kāi)討論。在文章開(kāi)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。隨后以PLC作為主控制單元，設(shè)計(jì)了偏航系統(tǒng)的電路系統(tǒng)。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。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明,該系統(tǒng)控制器運(yùn)行安全,穩(wěn)定性能良好。

　　

【正文】 2） SIMATIC Manager中的模擬按鈕可以自動(dòng)接通或斷開(kāi)模擬過(guò)程。電機(jī)該按鈕，可打開(kāi)S7PLCSIM軟件及模擬CPU，當(dāng)S7PLCSIM軟件運(yùn)行時(shí)，可自動(dòng)地連接到模擬的CPU上。（3） 在模擬的CPU上運(yùn)行程序，可替代CPU模塊。（4） 通過(guò)創(chuàng)建變量表，可以存取模擬PLC的輸入/輸出存儲(chǔ)器、累加器和寄存器中的數(shù)據(jù)。也可以通過(guò)符號(hào)地址存取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。（5） 可以選擇定時(shí)器自動(dòng)運(yùn)行，或者手動(dòng)置位/撫慰?？梢詫?duì)各個(gè)定時(shí)器進(jìn)行單獨(dú)撫慰或一起復(fù)位。（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。（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。（8） 通過(guò)對(duì)輸入/輸出存儲(chǔ)器、位存儲(chǔ)器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的操作，可以記錄一系列的實(shí)踐，并且可回放使它自動(dòng)進(jìn)行程序測(cè)試。本程序?qū)⑹褂肧7PLCSIM進(jìn)行仿真。以檢驗(yàn)程序是否能在真實(shí)環(huán)境下運(yùn)行。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)。這段模擬程序必須滿足下列條件。（1）風(fēng)向、風(fēng)速模擬輸入信號(hào)可通過(guò)調(diào)節(jié)大小來(lái)改變風(fēng)信號(hào)輸入的大小，由此模擬真實(shí)風(fēng)信號(hào)。（2）脈沖計(jì)數(shù)。模擬真實(shí)機(jī)組的接近開(kāi)關(guān)AB，由此實(shí)現(xiàn)偏航方向判斷及偏航角度計(jì)算。（3）模擬機(jī)艙轉(zhuǎn)動(dòng)。配合以上部件與PLC程序可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組偏航自動(dòng)對(duì)風(fēng)控制，觀察機(jī)組偏航角度變化情況。根據(jù)以上條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案見(jiàn)附錄五。實(shí)驗(yàn)主要檢驗(yàn)程序的兩個(gè)方面：偏航過(guò)程中能自動(dòng)尋找最短路徑。當(dāng)偏航超過(guò)1080176。時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)解纜。所以按以下步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（1） 當(dāng)偏航角為420176。，風(fēng)向角為150176。（2） 當(dāng)偏航角為390176。，風(fēng)向角為120176。（3） 當(dāng)偏航角為750176。，風(fēng)向角為160176。（4） 當(dāng)偏航角為160176。，風(fēng)向角為30176。（5） 當(dāng)偏航角為1070176。，風(fēng)向角160176。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果初始機(jī)艙位置風(fēng)向角偏航行走路線是否解纜偏航結(jié)束機(jī)艙位置420176。150176。順時(shí)針?lè)?76。390176。120176。順時(shí)針?lè)?76。750176。100176。逆時(shí)針?lè)?76。160176。30176。逆時(shí)針?lè)?76。1070176。160176。先順時(shí)針后逆時(shí)針是176。以下為實(shí)驗(yàn)截圖，其中MD160儲(chǔ)存機(jī)艙位置，MD150儲(chǔ)存風(fēng)向角。MD60為兩者夾角。（1）實(shí)驗(yàn)1結(jié)果（2）實(shí)驗(yàn)2結(jié)果（3）實(shí)驗(yàn)3結(jié)果（4）實(shí)驗(yàn)4結(jié)果（5）實(shí)驗(yàn)5結(jié)果 實(shí)驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)在STEP7上進(jìn)行運(yùn)行，測(cè)試了風(fēng)機(jī)自啟動(dòng)、偏航的順逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)、偏航行走最短路徑與解纜功能是否有效。結(jié)果證明程序能基本完成以上要求，即風(fēng)機(jī)達(dá)到切入風(fēng)速后能自動(dòng)啟動(dòng)，系統(tǒng)能根據(jù)算法確定最短路徑并順利偏航，當(dāng)偏航單方向旋轉(zhuǎn)三圈是，自動(dòng)解纜有效。同時(shí)，程序也存在一些問(wèn)題，需要進(jìn)一步的完善，如對(duì)風(fēng)不夠精確。雖然偏航角與風(fēng)向角相差在8度以內(nèi)，但是每次對(duì)風(fēng)結(jié)束后，機(jī)艙總停留在預(yù)定位置的177。8176。附近，所以需要進(jìn)一步提升。第6章 總結(jié)由于風(fēng)能具有能量密度低、隨機(jī)性和不穩(wěn)定性等特點(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是復(fù)雜多變量非線性不確定系統(tǒng)，因此，控制技術(shù)是機(jī)組安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵。偏航控制系統(tǒng)成為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的重要組成部分。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航控制系統(tǒng)，主要分為兩大類：被動(dòng)迎風(fēng)偏航系統(tǒng)和主動(dòng)迎風(fēng)系統(tǒng)。前者多用于小型的獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由尾舵控制，風(fēng)向改變時(shí)，被動(dòng)對(duì)風(fēng)。后者則多用大型并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由位于下風(fēng)向的風(fēng)向標(biāo)發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)對(duì)風(fēng)控制。本課題以風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型機(jī)的偏航系統(tǒng)控制為研究對(duì)象，主要的設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面：基于PLC為控制單位的偏航系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析； 以LAD編程語(yǔ)言為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及其相關(guān)實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)將本文的工作成果及所獲得的結(jié)論總結(jié)如下：（1）目前我國(guó)針對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研究主要局限在電氣方面的研究，而對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)械部分少有涉及。本文主對(duì)其的機(jī)械部分中的偏航控制系統(tǒng)進(jìn)行了一定的研究。介紹了常見(jiàn)偏航系統(tǒng)的硬件部件，包括了偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、扭纜傳感器等。本文硬件線路設(shè)計(jì)主要考慮了左右偏航驅(qū)動(dòng)互鎖、手自動(dòng)切換、左右偏航極限位置保護(hù)。所以在參考了已有的偏航驅(qū)動(dòng)的硬件線路后，設(shè)計(jì)了硬件電路圖。（2）本文討論了如何實(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)化和電纜纏繞的解決辦法。同時(shí)也給出了具體解決方案，如在偏航系統(tǒng)中加入了一個(gè)算法，當(dāng)計(jì)算出機(jī)艙與風(fēng)向的夾角后，系統(tǒng)能確認(rèn)運(yùn)動(dòng)的最短路徑，然后才驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)風(fēng)，從而為系統(tǒng)節(jié)約能源。在提高測(cè)量機(jī)艙角度問(wèn)題上，本文通過(guò)累計(jì)一個(gè)齒的四個(gè)狀態(tài)來(lái)提升精度。根據(jù)風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)對(duì)偏航控制系統(tǒng)的其他功能要求， 完成了基于PLC的軟件設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)[1] 李毅. 變槳距變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的智能控制研究[D]. 西安電子科技大學(xué)，.[2] 葉杭冶. 風(fēng)電機(jī)組的控制技術(shù)[M], 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, .[3] 禹華軍. 風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀與控制技術(shù)綜述[J]. 上海電器技術(shù),2006(3).23.[4] 李曉燕. 兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)偏航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D]. 上海交通大學(xué), .[5] 包耳. 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 可再生能源, 2004(2).3.[6] 徐蒲榮. 大型風(fēng)電場(chǎng)及風(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng)[M], 電氣傳動(dòng)自動(dòng)化, .[7] Rexroth Indra. 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