【正文】 存儲(chǔ)器等新一代電子器件，并規(guī)定的指令進(jìn)行編程，所以能靈活地修改程序，即它是用軟件方式來實(shí)現(xiàn)“可編程”的目的?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程是復(fù)雜多樣的，他們對(duì)控制的要求也各不相同。PLC一經(jīng)出現(xiàn)就受到了廣大工程技術(shù)人員的歡迎，那是因?yàn)樗腥缦略S多優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)；編程方便，易于使用；功能完善；設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短；體積下，維護(hù)操作方便。[28]正是由于PLC有這些優(yōu)點(diǎn)，所以在選擇控制器時(shí)，選用了PLC可編程控制器。但可編程控制器不是單一型號(hào)和單一用途，所以必須對(duì)其各部件進(jìn)行了解，從而做出選擇。 PLC是由中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入輸出單元、電源部分、擴(kuò)展接口、通信接口、編程器等部件組成。下面對(duì)主要部件進(jìn)行介紹：中央處理單元（CPU）：起“心臟”作用，一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片內(nèi)。CPU通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口電路相連接。當(dāng)從編程器輸入的程序存入到用戶程序存儲(chǔ)器中，然后CPU根據(jù)系統(tǒng)所賦予的功能（系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器的解釋編譯程序），把用戶程序翻譯成PLC內(nèi)部所認(rèn)可的用戶編譯程序。輸入狀態(tài)和輸入信息從輸入接口輸進(jìn)，CPU將之存入工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中或輸入映像寄存器。然后由CPU把數(shù)據(jù)和程序有機(jī)地結(jié)合在一起。把結(jié)果存入輸出映像寄存器或工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，然后輸出到輸出接口、控制外部驅(qū)動(dòng)器。存儲(chǔ)器：具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對(duì)用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲(chǔ)器、ROM組成。廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失。用戶存儲(chǔ)器分為用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。由隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）組成。用戶使用的。斷電內(nèi)容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源，壽命一般為3~5年。輸入/輸出接口：光電耦合器由兩個(gè)發(fā)光二極度管和光電三極管組成。發(fā)光二級(jí)管在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號(hào)，發(fā)光二極管就產(chǎn)生與輸入信號(hào)變化規(guī)律相同的光信號(hào)。光電三級(jí)管在光信號(hào)的照射下導(dǎo)通，導(dǎo)通程度與光信號(hào)的強(qiáng)弱有關(guān)。在光電耦合器的線性工作區(qū)內(nèi)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)有線性關(guān)系。輸入接口電路工作過程是當(dāng)開關(guān)合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導(dǎo)通，向內(nèi)部電路輸入信號(hào)。當(dāng)開關(guān)斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導(dǎo)通。向內(nèi)部電路輸入信號(hào)。也就是通過輸入接口電路把外部的開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)化成PLC內(nèi)部所能接受的數(shù)字信號(hào)。PLC的繼電器輸出接口電路工作過程是當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào)1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點(diǎn)閉合，提供負(fù)載導(dǎo)通的電流和電壓。當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào)0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點(diǎn)斷開，斷開負(fù)載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路化成一種信號(hào)使負(fù)載動(dòng)作或不動(dòng)作。輸出有三種類型：繼電器輸出：有觸點(diǎn)、壽命短、頻率低、交直流負(fù)載 ；晶體管輸出：無觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)、直流負(fù)載；晶閘管輸出：無觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)、交流負(fù)載。編程器：分為兩種，一種是手持編程器，方便。我們實(shí)驗(yàn)室使用的就是手持編程器。二種是通過PLC的RS232口與計(jì)算機(jī)相連。然后敲擊鍵盤。通過NSTPGR軟件（或WINDOWS下軟件）向PLC內(nèi)部輸入程序[28]。 PLC的基本工作原理 一．PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式[29]：（1）每次掃描過程，集中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，集中對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行刷新。（2）輸入刷新過程，當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí)，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)，新狀態(tài)才被讀入。（3）一個(gè)掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。（4）元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。（5）掃描周期的長(zhǎng)短由三條決定：CPU執(zhí)行指令的速度；指令本身占有的時(shí)間；指令條數(shù)。（6）由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。二．PLC與繼電器控制系統(tǒng)、微機(jī)區(qū)別：（1）PLC與繼電器控制系統(tǒng)區(qū)別：前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。前者用“軟件”，后者用“硬件”。（2）PLC與微機(jī)區(qū)別：前者工作方式是“循環(huán)掃描”。后者工作方式是“待命或中斷”。三．PLC 編程方式 PLC最突出的優(yōu)點(diǎn)采用“軟繼電器”代替“硬繼電器”。用“軟件編程邏輯”代替“硬件布線邏輯”。 PLC編程語(yǔ)言有梯形圖、布爾助記符語(yǔ)言，等等。尤其前兩者為常用。因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中運(yùn)用的是梯形圖語(yǔ)言進(jìn)行編程，所以要對(duì)這語(yǔ)言進(jìn)行了解。其中梯形圖語(yǔ)言特點(diǎn)： （1）每個(gè)梯形圖由多個(gè)梯級(jí)組成。（2）梯形圖中左右兩邊的豎線表示假想的邏輯電源。當(dāng)某一梯級(jí)的邏輯運(yùn)算結(jié)果為1時(shí)，有假想的電流通過。（3）繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而它的常開、常閉觸點(diǎn)可以出現(xiàn)無數(shù)次。（4）每一梯級(jí)的運(yùn)算結(jié)果，立即被后面的梯級(jí)所利用。（5）輸入繼電器受外部信號(hào)控制。只出現(xiàn)觸點(diǎn)，不出現(xiàn)線圈。 PLC主要部件的選擇本設(shè)計(jì)采用S7200，CPU為226，模擬擴(kuò)展模塊為兩塊EM231。226 CPU：有24個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn)、16個(gè)數(shù)字輸出點(diǎn)、可帶7個(gè)擴(kuò)展模塊、4個(gè)模擬量擴(kuò)展模塊。EM231：有4個(gè)輸入點(diǎn)。設(shè)備選型在變槳系統(tǒng)設(shè)備選型與硬件電路設(shè)計(jì)中作了詳細(xì)介紹，在這就不多做介紹了。 編程條件設(shè)計(jì)當(dāng)風(fēng)速小于3m/s時(shí)，槳矩角為900，這時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)，沒有功率輸出。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到3m/s時(shí)，變槳系統(tǒng)啟動(dòng)，槳矩角轉(zhuǎn)到00，這時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)開始工作。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到12m/s時(shí)，開始變槳，使功率以額定功率輸出。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到25m/s以上時(shí)，這是超大風(fēng)速，必須進(jìn)行停機(jī)控制，轉(zhuǎn)矩角為900。這只是大概介紹，在程序中將進(jìn)行具體控制。在硬件設(shè)計(jì)中，風(fēng)速、功率、槳矩角通過測(cè)量元件把測(cè)量信號(hào)發(fā)送到風(fēng)速、功率、位移傳感器，0~30m/s風(fēng)速、0~2MW發(fā)電機(jī)輸出功率、00~900槳矩角轉(zhuǎn)化為4~20MA的模擬電量信號(hào)。本設(shè)計(jì)的I/。 I/O地址分配表分類名稱I/O分配表輸入信號(hào)風(fēng)速傳感器發(fā)電機(jī)輸出功率一號(hào)伺服電機(jī)編碼器槳矩角二號(hào)伺服電機(jī)編碼器槳矩角三號(hào)伺服電機(jī)編碼器槳矩角一號(hào)伺服電機(jī)緊急停止按鈕一號(hào)伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕一號(hào)伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕二號(hào)伺服電機(jī)緊急停止按鈕二號(hào)伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕二號(hào)伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕三號(hào)伺服電機(jī)緊急停止按鈕三號(hào)伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕三號(hào)伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕手動(dòng)選擇按鈕一號(hào)變槳系統(tǒng)行程開關(guān)二號(hào)變槳系統(tǒng)行程開關(guān)三號(hào)變槳系統(tǒng)行程開關(guān)一號(hào)槳葉00槳矩限位開關(guān)一號(hào)槳葉900槳矩限位開關(guān)二號(hào)槳葉00槳矩限位開關(guān)二號(hào)槳葉900槳矩限位開關(guān)三號(hào)槳葉00槳矩限位開關(guān)三號(hào)槳葉900槳矩限位開關(guān)一號(hào)變槳電機(jī)熱繼電器二號(hào)變槳電機(jī)熱繼電器三號(hào)變槳電機(jī)熱繼電器AIW0AIW2AIW8AIW10AIW14輸出信號(hào)一號(hào)變槳電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器線圈一號(hào)變槳電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器線圈二號(hào)變槳電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器線圈二號(hào)變槳電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器線圈三號(hào)變槳電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器線圈三號(hào)變槳電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器線圈手動(dòng)選擇接觸器線圈電源信號(hào)指示燈一號(hào)變槳電機(jī)正轉(zhuǎn)指示燈一號(hào)變槳電機(jī)正轉(zhuǎn)指示燈一號(hào)變槳電機(jī)正轉(zhuǎn)指示燈一號(hào)變槳電機(jī)正轉(zhuǎn)指示燈一號(hào)變槳電機(jī)正轉(zhuǎn)指示燈一號(hào)變槳電機(jī)正轉(zhuǎn)指示燈變槳系統(tǒng)故障指示燈手動(dòng)指示燈本設(shè)計(jì)根據(jù)以上編程條件設(shè)計(jì)進(jìn)行編程流程圖設(shè)計(jì)。程序流程圖如下： 主程序流程圖 中斷子程序流程圖流程圖中可以看出，本設(shè)計(jì)是由風(fēng)速作為主要的控制信號(hào)，由功率信號(hào)作為風(fēng)速大于額定風(fēng)速小于切出風(fēng)速時(shí)的控制信號(hào)。上圖中，P為發(fā)電機(jī)輸出功率，PN為發(fā)電機(jī)額定輸出功率。 具體的程序見附錄B。第五章 總結(jié)與展望風(fēng)力發(fā)電是涉及空氣動(dòng)力學(xué)、自動(dòng)控制、機(jī)械傳動(dòng)、電機(jī)學(xué)、力學(xué)、等多學(xué)科的綜合性高技術(shù)系統(tǒng)工程。目前，風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)集中在風(fēng)電機(jī)組大型化、風(fēng)電機(jī)組的先進(jìn)控制策略及優(yōu)化技術(shù)等方面。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)，所以對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組尤其是大型機(jī)組控制技的深入研究顯得越來越重要。本文以國(guó)產(chǎn)兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為依托，對(duì)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳矩控制技術(shù)以及安全保護(hù)措施進(jìn)行了較深入的探討，并取得了較為理想的結(jié)果。本設(shè)計(jì)采用了兩個(gè)信號(hào)為控制依據(jù)，一是以風(fēng)速為依據(jù)的出變槳控制，二是以功率為依據(jù)的修正控制。，完成了以下工作：對(duì)國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行分析，確定本問的研究方向及研究意義。對(duì)變槳矩驅(qū)動(dòng)裝置的選擇進(jìn)行比較，最終確定本變槳矩控制系統(tǒng)采用獨(dú)立電動(dòng)變槳的方式。分析了風(fēng)力電機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)特性，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在不同風(fēng)速段下的控制策略。介紹了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的幾個(gè)基本組成部分。對(duì)變槳矩系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備選型，以及對(duì)其硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。為下一步編程做準(zhǔn)備，基于S7200 CPU226，設(shè)計(jì)了自動(dòng)變槳的相關(guān)程序。目前國(guó)內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn)矩控制的研究十分欠缺，本文設(shè)計(jì)可以為其提供簡(jiǎn)單的參考。但由于時(shí)間和研究手段所限，控制系統(tǒng)功能尚有不足之處，還有待于進(jìn)一步開發(fā)與研究。參考文獻(xiàn)：1． 李俊峰, 12 在中國(guó)[M].北京:2． 、發(fā)展前景及市場(chǎng)分析〔J].國(guó)際電力，2005，8(5):18223． Raina GP Malik energy eonversion using a self exeited induetion Traps on PAS 1983，1258:345369.4． 鄧禹，鄒旭東，〔J〕.通信電源技術(shù)，2005，22(3):21~315． 孫旭東。6． 現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及工程應(yīng)用／王志新編著.——北京：電子工業(yè)出版社，（風(fēng)力發(fā)電工程及應(yīng)用叢書）7． 張希良. 風(fēng)能的開發(fā)利用[M]. 北京：8． 倪受元、2000，(3):1216.9． Raymond ，JohnChristopher ，Riehmond of an automated wind turbine using fuzzy SU Engineering ，l(1):2842.10． (法):機(jī)械工業(yè)出版社，1985.11． :國(guó)防工業(yè)出版社，2006.12． , influence of control strategies on the energy capture of wind Industry APPlieations Conferenee，2000:886893.13． 霍福鵬，2010，40(4): 710，27.14． 陳嚴(yán)，歐陽(yáng)高飛，(5):729734.15． 桓毅，2002，29(4):4145.16． 許洪華，1998，19(1):3035.17． 葉枝全，黃繼雄，2003，24(4):548554.18． 魏本建，2010， 39(01):1920，85.19． 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