【導讀】當今世界面臨著環(huán)境污染、溫室效應、化石能源枯竭等問題。傳統(tǒng)結構的能源已經越發(fā)不能滿足社會的需求。風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，無污染，清潔，儲量豐富等特點，受到各個國家的普遍重視。當前，中國風電市場蓬勃發(fā)展，由此帶動中國風機制造產業(yè)呈現(xiàn)欣欣向榮的發(fā)展勢態(tài)。風電機組的控制系統(tǒng)是風能領域中最重要的組成部分之一，它保證了風電機組安全有效的運行。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。本文主要圍繞風電機組的偏航程序和部分運動控制程序展開討論。在文章開始部分介紹了運動控制系統(tǒng)的總體結構，并重點介紹偏航軟硬件結構和控制原理。隨后以PLC作為主控制單元，設計了偏航系統(tǒng)的電路系統(tǒng)。該程序根據風向、風速傳感器采集的數據，經由邏輯控制將控制信號輸出給執(zhí)行機構，實現(xiàn)自動對風、人工偏航和自動解纜等功能。經實驗表明,該系統(tǒng)控制器運行安全,穩(wěn)定性能良好。

　　

【正文】 2） SIMATIC Manager中的模擬按鈕可以自動接通或斷開模擬過程。電機該按鈕，可打開S7PLCSIM軟件及模擬CPU，當S7PLCSIM軟件運行時，可自動地連接到模擬的CPU上。（3） 在模擬的CPU上運行程序，可替代CPU模塊。（4） 通過創(chuàng)建變量表，可以存取模擬PLC的輸入/輸出存儲器、累加器和寄存器中的數據。也可以通過符號地址存取存儲數據。（5） 可以選擇定時器自動運行，或者手動置位/撫慰。可以對各個定時器進行單獨撫慰或一起復位。（6） 同真實的CPU模塊一樣，在S7PLCSIM中可以改變CPU的運行模式。（7） 可以利用模擬PLC的中斷組織塊OB的功能測試程序特性。（8） 通過對輸入/輸出存儲器、位存儲器、定時器和計數器的操作，可以記錄一系列的實踐，并且可回放使它自動進行程序測試。本程序將使用S7PLCSIM進行仿真。以檢驗程序是否能在真實環(huán)境下運行。另外，要運行本課題的偏航程序，必須額外添加一段程序以模擬機艙的轉動。這段模擬程序必須滿足下列條件。（1）風向、風速模擬輸入信號可通過調節(jié)大小來改變風信號輸入的大小，由此模擬真實風信號。（2）脈沖計數。模擬真實機組的接近開關AB，由此實現(xiàn)偏航方向判斷及偏航角度計算。（3）模擬機艙轉動。配合以上部件與PLC程序可實現(xiàn)風電機組偏航自動對風控制，觀察機組偏航角度變化情況。根據以上條件進行設計，設計方案見附錄五。實驗主要檢驗程序的兩個方面：偏航過程中能自動尋找最短路徑。當偏航超過1080176。時，系統(tǒng)能自動解纜。所以按以下步驟進行實驗。（1） 當偏航角為420176。，風向角為150176。（2） 當偏航角為390176。，風向角為120176。（3） 當偏航角為750176。，風向角為160176。（4） 當偏航角為160176。，風向角為30176。（5） 當偏航角為1070176。，風向角160176。 實驗結果初始機艙位置風向角偏航行走路線是否解纜偏航結束機艙位置420176。150176。順時針否176。390176。120176。順時針否176。750176。100176。逆時針否176。160176。30176。逆時針否176。1070176。160176。先順時針后逆時針是176。以下為實驗截圖，其中MD160儲存機艙位置，MD150儲存風向角。MD60為兩者夾角。（1）實驗1結果（2）實驗2結果（3）實驗3結果（4）實驗4結果（5）實驗5結果 實驗分析實驗在STEP7上進行運行，測試了風機自啟動、偏航的順逆時針旋轉、偏航行走最短路徑與解纜功能是否有效。結果證明程序能基本完成以上要求，即風機達到切入風速后能自動啟動，系統(tǒng)能根據算法確定最短路徑并順利偏航，當偏航單方向旋轉三圈是，自動解纜有效。同時，程序也存在一些問題，需要進一步的完善，如對風不夠精確。雖然偏航角與風向角相差在8度以內，但是每次對風結束后，機艙總停留在預定位置的177。8176。附近，所以需要進一步提升。第6章 總結由于風能具有能量密度低、隨機性和不穩(wěn)定性等特點，風力發(fā)電機組是復雜多變量非線性不確定系統(tǒng)，因此，控制技術是機組安全高效運行的關鍵。偏航控制系統(tǒng)成為水平軸風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的重要組成部分。風力發(fā)電機組的偏航控制系統(tǒng)，主要分為兩大類：被動迎風偏航系統(tǒng)和主動迎風系統(tǒng)。前者多用于小型的獨立風力發(fā)電系統(tǒng)，由尾舵控制，風向改變時，被動對風。后者則多用大型并網型風力發(fā)電系統(tǒng)，由位于下風向的風向標發(fā)出的信號進行主動對風控制。本課題以風力發(fā)電機模型機的偏航系統(tǒng)控制為研究對象，主要的設計包括兩個方面：基于PLC為控制單位的偏航系統(tǒng)硬件結構設計與分析； 以LAD編程語言為基礎的控制系統(tǒng)軟件設計及其相關實驗?，F(xiàn)將本文的工作成果及所獲得的結論總結如下：（1）目前我國針對風力發(fā)電的研究主要局限在電氣方面的研究，而對于風力發(fā)電機的機械部分少有涉及。本文主對其的機械部分中的偏航控制系統(tǒng)進行了一定的研究。介紹了常見偏航系統(tǒng)的硬件部件，包括了偏航驅動機構、風速風向傳感器、扭纜傳感器等。本文硬件線路設計主要考慮了左右偏航驅動互鎖、手自動切換、左右偏航極限位置保護。所以在參考了已有的偏航驅動的硬件線路后，設計了硬件電路圖。（2）本文討論了如何實現(xiàn)偏航行走最短路徑，如何提高測量機艙角度精確性，風向風速測量值的轉化和電纜纏繞的解決辦法。同時也給出了具體解決方案，如在偏航系統(tǒng)中加入了一個算法，當計算出機艙與風向的夾角后，系統(tǒng)能確認運動的最短路徑，然后才驅動電機對風，從而為系統(tǒng)節(jié)約能源。在提高測量機艙角度問題上，本文通過累計一個齒的四個狀態(tài)來提升精度。根據風電機組電控系統(tǒng)對偏航控制系統(tǒng)的其他功能要求， 完成了基于PLC的軟件設計。參考文獻[1] 李毅. 變槳距變速風力發(fā)電機組的智能控制研究[D]. 西安電子科技大學，.[2] 葉杭冶. 風電機組的控制技術[M], 北京: 機械工業(yè)出版社, .[3] 禹華軍. 風電發(fā)展現(xiàn)狀與控制技術綜述[J]. 上海電器技術,2006(3).23.[4] 李曉燕. 兆瓦級風力機偏航控制系統(tǒng)設計研究[D]. 上海交通大學, .[5] 包耳. 風力發(fā)電技術的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 可再生能源, 2004(2).3.[6] 徐蒲榮. 大型風電場及風電機組的控制系統(tǒng)[M], 電氣傳動自動化, .[7] Rexroth Indra. Control L20 operating and programming guide [M]. Rexroth Bosch Group. 57.[8] . 電氣控制與可編程控制器[M], 廣州: 華南理工大學出版社,.[9] . 風電機組偏航系統(tǒng)設計缺陷分析及改進設想[J], 風力發(fā)電, 2005(12).5.[10] 鄭康. 變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)中的風力機模擬[M], 機電工程, .[11] 王加偉. 基于風特性和風力機動態(tài)特性耦合的檢測反饋控制研究[D]. 蘭州理工大學, .[12] 褚金. 兆瓦級風電機組智能偏航液壓系統(tǒng)虛擬設計[D]. 蘭州理工大學, .[13] 魏毅立. 變槳距調速風電機組控制系統(tǒng)研究及應用[D], 北京:科技大學博士學位論文, .[14] 劉湘琪. 風力發(fā)電機組電液比例變槳距控制系統(tǒng)的研究[D]. 浙江大學, .[15] 梁磊. 變槳距與變速風力發(fā)電機組的基本控制技術[D]. 大連理工大學, .[16] 藍鼎銘. 可編程序控制器學術分析[J]. 華章, 2010(31).911.[17] 任麗蓉. 兆瓦級風力發(fā)電機組電動變槳距系統(tǒng)研究[D]. 重慶大學, .[18] . 國內外扭矩測試方法綜述[J], 測試技術學報, 1997, 23(9).912.[19] . PLC在泄洪閘啟閉系統(tǒng)中的應用[J]. 河南水利與南水北調,2010(9).[20] 胡壽松. 自動控制原理[M], 北京: 科學出版社, .[21] 何云武. 風向風速傳感器的原理及其檢測[M], 2004(1).1015.[22] 賀德馨. 風工程與工業(yè)空氣動力學[M],北京: 國防工業(yè)出版,.[23] 李守好. 風力發(fā)電裝置剎車系統(tǒng)及偏航系統(tǒng)智能控制研究 [M], 西安: 西安電子科技大學, .[24] 宋新甫. 基于RBF神經網絡整定PID的風力發(fā)電變槳距控制[J]. 電網與清潔能源, 2009(9).1520.[25] . 國內外扭矩測試方法綜述[J],測試技術學報,1997,23(4).1821.[26] 陳宗器. 風力發(fā)電綜述與我國的開發(fā)設想[J], 工程建設與設計, 1995(9).2023.[27] . 國內外扭矩測試方法綜述[J], 測試技術學報, 1997, 23(9).2125.[28] Robert Gasch, Jochen Twele. Windkraftanlagen. Teubner. Berlin .[29] Europe Wind Energy Association, Green Peace.《Wind power 12》[J]. .[30] 張萬忠,劉明芹. 電器與PLC控制技術（第二版）[M], 北京: 化學工業(yè)社, .致謝致謝要自己寫?。。?！附錄附錄一 偏航系統(tǒng)電路圖 涉及機密，不能給啊~~~附錄二 自動解纜子程序接近開關A、B的信號輸入。若偏航角達到1080度，則啟動自動解纜程序，并驅動偏航電機。向程序輸入偏航角與風向角。對風向角分別加5和減5，并分別儲存。分別記錄AB信號一個周期內的四個狀態(tài)。當機艙逆時針解纜時，偏航角減小。當順時針解纜時，偏航角增大。所以每有一個狀態(tài)響應， 186。若機艙偏航角與風向角相差5 186。內，自動解纜結束。否則進行循環(huán)附錄三 自動對風子程序（1）控制算法判斷偏航角大于零或是小于零。并在下一段程序中進行歸算。當機艙大于零時，對偏航角歸算至180186。~180186。之間。當機艙小于零時，對偏航角歸算至180186。~180186。之間。對偏航角與風向角分別取絕對值后，將兩者相減，并判斷差值是否在8 186。 ~8 186。之內。若是，則結束自動對風程序，無需對風。否則進行偏航。將風向角與偏航角相減，得到對風角θ。若對風角θ不在限定范圍內，則開始啟動偏航電機進行偏航。并執(zhí)行控制算法。即：當360θ163。180時， 順時針偏航：180θ163。0時逆時針偏航。0θ163。180時，順時針偏航：180θ360時，逆時針。（2）風向角計算對由風向儀提供的模擬量進行轉化，得到介于180186。~180186。的風向角。（3）機艙位置計算 接近開關A、B的信號輸入。分別記錄AB信號一個周期內的四個狀態(tài)。其中，A~H為臨時變量。 當機艙逆時針轉動時，偏航角減小。當順時針轉動時，偏航角增大。所以每有一個狀態(tài)響應，則對偏航角加上或減去2 186。附錄4 偏航系統(tǒng)總程序檢測風速。當風速達到切入風速時，啟動系統(tǒng)，機械剎車松開。達到額定轉速，并發(fā)出并網信號。取風向角，并存于MD150 即時計算機艙的位置。、。、。若限位開關動作，屏蔽自動對風程序。、KM2，控制偏航電機正反轉。判斷自動解纜程序是否執(zhí)行結束。、KM2，控制偏航電機正反轉。附錄5 模擬機艙產生脈沖 記錄機艙變化一段小小的感嘆朋友，畢業(yè)設計要自己做，哪怕抄也要把原理都給整明白。這篇論文從結構到程序設計到排版幾乎都是自己完成的，雖然我也像其他人一樣抄了不少別人的東西。但是至少程序、排版都是自己真正動腦想的，所以感覺收獲很大。不要說畢業(yè)設計是垃圾，不要說這些東西你以后用不到。我只想說我們做任何事都要認認真真，這樣我們才可能真的有出息。人不可能靠投機取巧成功的。最后我想說，程序還有漏洞，因為最后時間不夠了，所以也沒修改完。TT47