【正文】 偏航電動機(jī)：偏航電動機(jī)用于控制風(fēng)輪的轉(zhuǎn)向，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的風(fēng)輪軸線與風(fēng)向出現(xiàn)一定的偏差角度時(shí)，風(fēng)向傳感器檢測到偏差角度的信號，控制系統(tǒng)發(fā)出命令，控制偏航電機(jī)的啟動，偏航電機(jī)調(diào)整風(fēng)輪的對風(fēng)方向，最終達(dá)到風(fēng)輪準(zhǔn)確對準(zhǔn)風(fēng)向的母的。行程開關(guān)：風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪偏航到一定角度時(shí)，就不能在繼續(xù)偏轉(zhuǎn)了，如果繼續(xù)偏轉(zhuǎn)可能會造成電纜扭絞死或者風(fēng)輪設(shè)備損壞。安裝行程開關(guān)，可以有效的降低危險(xiǎn)性。行程開關(guān)是偏航控制的一個(gè)不可或缺的重要構(gòu)成部分，它的作用是反向偏航電機(jī)運(yùn)行的角度位置，并給一個(gè)反饋信號，停止偏航動作。傳感器：風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組必定裝備著風(fēng)向傳感器和風(fēng)速傳感器。它能夠?qū)L(fēng)的速度信號和風(fēng)的方向信號，數(shù)模轉(zhuǎn)換為4到20MA的電流信號，這樣就可以把信號傳導(dǎo)給西門子S7200 PLC。S7200PLC：西門子 S7200 對于本次的風(fēng)力發(fā)電偏航控制開說，就是一個(gè)中央處理器，相當(dāng)于人的大腦。PLC能夠接方向傳感器產(chǎn)來的信號，以及行程開關(guān)反映出風(fēng)力發(fā)電機(jī)目前所處的偏轉(zhuǎn)位置信號，經(jīng)過PLC的邏輯處理，控制偏航電動機(jī)的啟停。S7200是一種小型可編程邏輯控制器，有功能模塊與 I/O 口的擴(kuò)展。整體式 PLC 將 CPU、輸入/輸出口與電源裝備在一個(gè)箱型機(jī)殼內(nèi)。S7200 具有很多優(yōu)點(diǎn)，指令集豐富，編輯語言簡單，集成功能極高，性價(jià)比很高，使用便捷安全等。根據(jù)控制規(guī)模的大小，即輸入/輸出點(diǎn)的多少，選擇相應(yīng)的 CPU 型號。在本文中，系統(tǒng)所需開關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)為 11 ，開關(guān)量輸出點(diǎn)數(shù)為 11 ，模擬量輸入點(diǎn)數(shù)為 4 ，模擬量輸出點(diǎn)數(shù)為 2 。選擇西門子S7200CPU226 型號，有 24 點(diǎn)開關(guān)量輸入，16 點(diǎn)開關(guān)量輸出，計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù)為6，擴(kuò)展輸入/輸出模板數(shù)量為 7 。： 硬件框圖由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制設(shè)計(jì)的硬件電路圖必須包括偏航電動機(jī)，行程開關(guān)，風(fēng)速儀和風(fēng)向儀傳感器，以及最重要的S7200PLC。下面為各個(gè)硬件設(shè)備的設(shè)備選型：風(fēng)速儀：INT 10；風(fēng)向標(biāo)：INT 30；偏航電機(jī)：三相異步電動機(jī)，；接近開關(guān)：FRB8E1NK，供電電源是：10～30VDC，200mA。PLC：西門子S7200帶模擬量模塊EM235；混合模塊。：風(fēng)力發(fā)電機(jī)自動偏航的控制過程為風(fēng)向傳感器檢測風(fēng)向并取機(jī)艙位置，計(jì)算出風(fēng)輪與風(fēng)向角度的偏差值，當(dāng)這個(gè)偏差角度在允許的范圍內(nèi)時(shí)，取風(fēng)向角α與的夾角為θ，則若0176。 θ 180176。，則風(fēng)機(jī)需進(jìn)行順時(shí)針偏航對風(fēng)，若180176。 θ 0176。，則風(fēng)機(jī)需進(jìn)行逆時(shí)針偏航對風(fēng)，若180176。 θ 360176。,則風(fēng)機(jī)需進(jìn)行逆時(shí)針偏航對風(fēng)，若360176。 θ 180176。，則風(fēng)機(jī)需進(jìn)行順時(shí)針偏航對風(fēng)。 人工偏航流程圖 人工偏航就是當(dāng)自動偏航調(diào)節(jié)功能失效時(shí)，需要操作人員手動調(diào)節(jié)的一個(gè)控制過程，需要屏蔽掉自動偏航調(diào)節(jié)的信號。當(dāng)人工偏航完成后，使偏航電機(jī)制動，停止偏航操作。流程圖如下： 自動解纜流程圖 如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)多次向同一方向轉(zhuǎn)動，就會造成電纜纏繞，絞死，甚至絞斷，因此必須設(shè)法解纜。當(dāng)偏航旋轉(zhuǎn)角度在一定范圍內(nèi)，偏航電機(jī)按反方向轉(zhuǎn)動，解除解纜，當(dāng)偏航電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度超過極限值1080度時(shí)，則必須停機(jī)進(jìn)行故障處理。流程圖如下： 接近開關(guān)A、B的信號輸入。分別記錄AB信號一個(gè)周期內(nèi)的四個(gè)狀態(tài)。其中，A~H為臨時(shí)變量。 當(dāng)機(jī)艙逆時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)，偏航角減小。當(dāng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)，偏航角增大。所以每有一個(gè)狀態(tài)響應(yīng)，則對偏航角加上或減去2 186。對由風(fēng)向儀提供的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)化，得到介于180186。~180186。的風(fēng)向角。判斷偏航角大于零或是小于零。并在下一段程序中進(jìn)行歸算。當(dāng)機(jī)艙大于零時(shí)，對偏航角歸算至180186。~180186。之間。當(dāng)機(jī)艙小于零時(shí)，對偏航角歸算至180186。~180186。之間。對偏航角與風(fēng)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(nèi)。若是，則結(jié)束自動對風(fēng)程序，無需對風(fēng)。否則進(jìn)行偏航。將風(fēng)向角與偏航角相減，得到對風(fēng)角θ。若對風(fēng)角θ不在限定范圍內(nèi)，則開始啟動偏航電機(jī)進(jìn)行偏航。并執(zhí)行控制算法。即：當(dāng)360θ163。180時(shí)， 順時(shí)針偏航：180θ163。0時(shí)逆時(shí)針偏航。0θ163。180時(shí)，順時(shí)針偏航：180θ360時(shí)，逆時(shí)針。接近開關(guān)A、B的信號輸入。若偏航角達(dá)到1080度，則啟動自動解纜程序，并驅(qū)動偏航電機(jī)。向程序輸入偏航角與風(fēng)向角。對風(fēng)向角分別加5和減5，并分別儲存。分別記錄AB信號一個(gè)周期內(nèi)的四個(gè)狀態(tài)。當(dāng)機(jī)艙逆時(shí)針解纜時(shí)，偏航角減小。當(dāng)順時(shí)針解纜時(shí)，偏航角增大。所以每有一個(gè)狀態(tài)響應(yīng)， 186。若機(jī)艙偏航角與風(fēng)向角相差5 186。內(nèi)，自動解纜結(jié)束。否則進(jìn)行循環(huán)檢測風(fēng)速。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到切入風(fēng)速時(shí)，啟動系統(tǒng)，機(jī)械剎車松開。達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，并發(fā)出并網(wǎng)信號。取風(fēng)向角，并存于MD150 即時(shí)計(jì)算機(jī)艙的位置。、。、。若限位開關(guān)動作，屏蔽自動對風(fēng)程序。、KM2，控制偏航電機(jī)正反轉(zhuǎn)。判斷自動解纜程序是否執(zhí)行結(jié)束。、KM2，控制偏航電機(jī)正反轉(zhuǎn)。 設(shè)計(jì)中通過風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)速儀檢測風(fēng)向、風(fēng)速，并將檢測到的風(fēng)速、風(fēng)向信號送到PLC中，PLC通過計(jì)算風(fēng)向信號與機(jī)艙位置的夾角，從而確定是否需要調(diào)整機(jī)艙方向以及朝哪個(gè)方向調(diào)整能盡快對準(zhǔn)風(fēng)向。當(dāng)需要調(diào)整方向時(shí)，PLC發(fā)出一定的信號給偏航驅(qū)動機(jī)構(gòu)，以調(diào)整機(jī)艙的方向，達(dá)到對準(zhǔn)風(fēng)向的目的。 具體輸出結(jié)果是：，風(fēng)機(jī)處于自動偏航狀態(tài)，控制機(jī)艙使葉輪法線方向與風(fēng)向基本一致 。，控制系統(tǒng)對機(jī)艙作90度側(cè)風(fēng)處理 。，為避免造成電纜纏繞，絞死，甚至絞斷 。進(jìn)行自動解纜控制。6畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)本論文研究的是變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用到了MATLAB、wincc組態(tài)軟件、step7編程軟件、西門子S7200 PLC。在寫論文前期，主要做的任務(wù)就是收集相關(guān)論文，3月份的時(shí)候在中國知網(wǎng)上下載了很多優(yōu)秀碩士博士畢業(yè)論文。在經(jīng)歷了兩周多的閱讀論文后，終于對所研究的風(fēng)力發(fā)電偏航控制系統(tǒng)有了一定的了解，知道了改怎么去做畢業(yè)設(shè)計(jì)。按照老師的要求，完成了3000字左右的外文論文的翻譯工作。在明確了如何開展畢業(yè)論文以后，四月初完成了開題報(bào)告的書寫，通過寫開題報(bào)告，理清了自己的思緒，也明確了本論文的基本組成結(jié)構(gòu)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主體是研究偏航控制系統(tǒng)并設(shè)計(jì)，選擇的是模糊控制策略，并用MATLAB軟件，在simulink仿真平臺搭建通過設(shè)計(jì)出模型。得到了很好的仿真結(jié)果。還用到了wincc組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)運(yùn)行的界面圖，可以實(shí)現(xiàn)過程的可視化。一開始對wincc的知識了解很少，為了完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，開始自學(xué)wincc，還在網(wǎng)上下載了wincc學(xué)習(xí)視頻。這個(gè)過程收貨頗多，對組態(tài)軟件也有了一定的了解。在對偏航控制系統(tǒng)的控制過程研究以后，用step7編寫plc程序。也使我對西門子plc有了更好的了解，提高了我的PLC編程能力。研究風(fēng)力發(fā)電具有很高的社會價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。風(fēng)能是一種清潔的能源，取之不盡，用之不竭。風(fēng)能將會人類社會的發(fā)展提供能源供應(yīng)，造福于人類。同時(shí)還能減少對煤礦、石油等不可再生資源的消耗。為子孫后代節(jié)約資源。偏航控制只是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的一部分，研究偏航控制有利于提高風(fēng)能的利用率，增強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力。隨著研究的深入，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日趨成熟。風(fēng)力發(fā)電的前景非常好，我相信未來風(fēng)力發(fā)電事業(yè)將越來越好，人類將更加充分的利用風(fēng)能。參考文獻(xiàn)：[1] 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