【導(dǎo)讀】圍內(nèi)石油、煤炭這些不可再生資源的使用量已經(jīng)大大超過環(huán)境所能承受的范圍,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。然而風(fēng)能是一種清潔、可。再生的能源,在發(fā)電這一領(lǐng)域具有巨大的開發(fā)潛力和商業(yè)活力。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。主要內(nèi)容包括電氣原理圖和設(shè)計(jì)流程圖的繪。在論文中給出詳細(xì)的控制原理解釋和各模塊的功能介紹,并配有每一模塊。最后進(jìn)行相關(guān)調(diào)試和仿真,利用STEP7-Micro/WIN32編程軟件對(duì)PLC. 程序進(jìn)行調(diào)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。出現(xiàn)了種水平轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)磨,即為以風(fēng)車為動(dòng)力的磨坊。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。過程安全清潔,成本花費(fèi)較低,來源不受限制。容量增長快,成本下降快,安全環(huán)保等優(yōu)勢。在社會(huì)和人群中得到廣泛的支持。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

　　

【正文】 為 ,微分時(shí)間為 。溫度 PID 機(jī)艙 PID 設(shè)定參數(shù)和塔架內(nèi)部 PID 設(shè)定參數(shù)一樣。溫度設(shè)定值 表示實(shí)際溫度為 25℃。計(jì)算25℃由公式 帶入各系數(shù)具體值得到的。只要啟動(dòng)溫控系統(tǒng) ,進(jìn)氣閥就會(huì)放冷氣流進(jìn)入降溫 ,檢測 室溫 ,過程變量高于溫度設(shè)定值 ,繼續(xù)進(jìn)氣 ,若過程變量低于溫度設(shè)定值 ,立即停止進(jìn)氣。機(jī)艙和塔架溫度閉環(huán)控制流程圖如下 : 圖 310 機(jī)艙溫度閉環(huán)控制流程圖 溫度控制模塊的設(shè)計(jì)思想主要是假設(shè)溫升過快超過額定值時(shí) ,控制器啟動(dòng)冷卻機(jī)進(jìn)行降溫 ,使溫度降至穩(wěn)定范圍。 機(jī)艙是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中很重要的組成部分 ,假若溫度過高將會(huì)影響發(fā)電機(jī)、主軸、齒輪箱等重要元器件的運(yùn)行狀態(tài) ,嚴(yán)重的甚至燒壞電纜 ,毀壞電機(jī)。所以將機(jī)艙溫度控制在一定范圍內(nèi)是很重要的。塔架內(nèi)部配置控制器 ,還必須放置變壓器和線纜將發(fā)電機(jī)運(yùn)作得到的電能 輸送至蓄電池或者變壓器傳輸至電網(wǎng)。塔架內(nèi)部空間大 ,常有人員在其內(nèi)部操作、維護(hù)。因?yàn)榇嬖诳刂破?、?jì)算機(jī)系統(tǒng)、變壓器等各類重要的電力設(shè)備 ,所以控制塔架內(nèi)溫度是十分必要的。 圖 311 溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 整個(gè)系統(tǒng)具有機(jī)艙和塔架內(nèi)兩個(gè)溫度控制單元 ,要對(duì)兩個(gè)棚內(nèi)溫度進(jìn)行控制。具體流程是 :啟動(dòng)送風(fēng)電動(dòng)機(jī)循環(huán)冷氣流 ,開啟進(jìn)氣閥給室內(nèi)降溫 ,經(jīng)過一段時(shí)間關(guān)閉閘門 ?？刂剖覂?nèi)溫度時(shí)滿 1 小時(shí)后進(jìn)行排氣 。按下停止按鈕后 ,關(guān)閉送分電動(dòng)機(jī)和排氣閘門。這樣連鎖的控制 ,使室內(nèi)溫度保持恒定 [11]。 在這個(gè)溫控系統(tǒng)中 ,我們需要兩個(gè)測溫模擬量輸入點(diǎn) ,兩個(gè)需要冷卻機(jī)工作輸送冷氣流的模擬量輸入點(diǎn) ,兩個(gè)需要排氣閥排出氣流的模擬量輸出點(diǎn)。兩個(gè)開關(guān)量進(jìn)行啟動(dòng)和開啟送風(fēng)電動(dòng)機(jī)。進(jìn)氣閥有三個(gè)按鈕 ,分別為啟動(dòng)按鈕、停止按鈕和急停按鈕。需要用到模擬量輸入模塊 EM231 和模擬量輸出模塊 EM232。 (4)變壓器控制模塊 在變壓器控制系統(tǒng)中 ,將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)的高壓 (此電壓為傳輸?shù)礁邏狠旊娋€路的高電壓 )。這有利于電壓的傳輸與利用 ,電壓過低或過高會(huì)引起線路的負(fù)載過大 ,損耗過大。變壓器運(yùn)作的條件是在變壓器啟動(dòng)按鈕按下時(shí)此時(shí)發(fā)電機(jī)正在 運(yùn)作狀態(tài) ,若無第二個(gè)條件存在 ,發(fā)電機(jī)無電壓進(jìn)行耦合 ,所以在發(fā)電機(jī)運(yùn)行的條件下按下啟動(dòng)按鈕 ,變壓器則會(huì)工作。變壓器停止運(yùn)行則需要在發(fā)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下按下停止按鈕才能實(shí)現(xiàn)。所以在這一模塊中 ,變壓器的運(yùn)行和停止分別需要兩個(gè)開關(guān)條件的實(shí)現(xiàn)。 變壓器控制流程圖如下 : 圖 312 變壓器控制流程圖 在這個(gè)變壓器控制系統(tǒng)中 ,我們需要 2 個(gè)開關(guān)量輸入點(diǎn) ,2 個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn)。 I/O 地址分配與電氣元件選型 I/0 地址分配 根據(jù)風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和控制流 程圖的要求 ,可以設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的開關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)為 11個(gè) ,開關(guān)量輸出點(diǎn)數(shù)為 11個(gè) ,擴(kuò)展模擬量輸入模塊 EM231 模擬量輸入點(diǎn)數(shù)為 4 個(gè) ,擴(kuò)展模擬量輸出模塊 EM232 模擬量輸出點(diǎn)數(shù)為2 個(gè)。 表 31 是基于 PLC 的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的 I/O 地址分配。 表 32 是與風(fēng)力發(fā)電控制程序相關(guān)的存儲(chǔ)器注釋內(nèi)容。 PLC 的選型 西門子 S7200 是一種小型可編程邏輯控制器 ,它不僅可以單機(jī)控制 ,還可以有功能模塊與 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(hào)。在本文中 ,系統(tǒng)所需開關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)為 11 個(gè) ,開關(guān)量輸出點(diǎn)數(shù)為 11 個(gè) ,模擬量輸入點(diǎn)數(shù)為 4 個(gè) ,模擬量輸出點(diǎn)數(shù)為 2 個(gè)。選擇西門子S7200CPU226型號(hào) ,有 24點(diǎn)開關(guān)量輸入 ,16點(diǎn)開關(guān)量輸出 ,6個(gè)計(jì)數(shù)器 ,擴(kuò)展輸入/輸出模板數(shù)量為 7 個(gè)。提供給擴(kuò)展單元 5VDC[10]。西門子 S7200 提供外接擴(kuò)展模擬量輸入輸出模塊。在本文中使用模擬量擴(kuò)展模塊 EM231CN 和 EM232CN。 模擬量輸入模塊 EM231CN 具有 4 路模擬量輸入通道 ,為 24V DC 狀態(tài)。模擬量輸出模塊 EM232CN 具有 2 路模擬量輸出通道 ,也為 24V DC 狀態(tài) [11]。 其他器件的選型 風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中所需用到了一些電氣元件有發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、傳感器、 表 31 I/O 地址分配表 分類 名稱 數(shù)據(jù)類型 I/O 口地址 輸入 系統(tǒng)總啟動(dòng) BOOL 變壓器啟動(dòng) BOOL 變壓器停止 BOOL 機(jī)艙溫控系統(tǒng)啟動(dòng) BOOL 機(jī)艙溫控系統(tǒng)停止 BOOL 機(jī)艙溫控系統(tǒng)急停 BOOL 塔架內(nèi)部溫控系統(tǒng)啟動(dòng) BOOL 塔架內(nèi)部溫控系統(tǒng)停止 BOOL 塔架內(nèi)部溫控系統(tǒng)急停 BOOL 溫度控制系統(tǒng)總啟動(dòng) BOOL 溫度控制系統(tǒng)總停止 BOOL 輸出 系統(tǒng)啟動(dòng)顯示燈 BOOL 發(fā)電機(jī)啟動(dòng) BOOL 向左偏航 BOOL 向右偏航 BOOL 合適風(fēng)向顯示燈 BOOL 風(fēng)速過大警報(bào)顯示燈 BOOL 機(jī)艙電動(dòng)機(jī) BOOL 塔架內(nèi)部電動(dòng)機(jī) BOOL 溫控進(jìn)氣閥進(jìn)氣 BOOL 變壓器運(yùn)行 BOOL 變壓器停運(yùn) BOOL EM231 風(fēng)速 WORD AIW0 風(fēng)向 WORD AIW2 機(jī)艙溫度 WORD AIW4 塔架內(nèi)部溫度 WORD AIW6 EM232 機(jī)艙進(jìn)氣閥進(jìn)氣 WORD AQW0 塔架內(nèi)部進(jìn)氣閥進(jìn)氣 WORD AQW2 繼電器、接觸器和熔斷器等。 (1)電機(jī)的選擇 : 風(fēng)力發(fā)電機(jī)選用雙饋異步發(fā)電機(jī)。型號(hào) :YRKF5004(空 空冷式雙饋異步發(fā)電機(jī) )。 偏航控制電機(jī)選用帶電磁制動(dòng)的三相異步電動(dòng)機(jī)。型號(hào) :MQAEJ 系列電磁制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)。 溫度控制送風(fēng)電動(dòng)機(jī)選用三相異步電動(dòng)機(jī)。型號(hào) :YLJW 系列力矩三相異步電動(dòng)機(jī)。 (2)變壓器的選擇 : 變壓器選用干式自冷變壓器 SCB10M630/10,低壓側(cè)為 380V,高壓側(cè)則在 3000V 以上。 (3)傳感器、繼電器的選擇 : 風(fēng)速風(fēng)向傳感器使用 PH100SX 型號(hào) [12]。 溫度傳感器選用 PT100 風(fēng)管式溫度傳感器。 表 32 存儲(chǔ)器注釋表 存儲(chǔ)器名稱 注 釋 通用輔助存儲(chǔ)器 風(fēng) 速參數(shù)大于 3m/s 通用輔助存儲(chǔ)器 風(fēng)速參數(shù)大于 15m/s 通用輔助存儲(chǔ)器 風(fēng)向參數(shù)在 145176。 ~155176。區(qū)間 通用輔助存儲(chǔ)器 風(fēng)向參數(shù)在 155176。 ~165176。區(qū)間 通用輔助存儲(chǔ)器 風(fēng)向參數(shù)在 165176。 ~171176。區(qū)間 通用輔助存儲(chǔ)器 風(fēng)向參數(shù)在 171176。 ~189176。區(qū)間 通用輔助存儲(chǔ)器 風(fēng)向參數(shù)在 189176。 ~195176。區(qū)間 通用輔助存儲(chǔ)器 風(fēng)向參數(shù)在 195176。 ~205176。區(qū)間 通用輔助存儲(chǔ)器 風(fēng)向參數(shù)在 205176。 ~215176。區(qū)間 通用輔助存儲(chǔ)器 機(jī)艙溫控運(yùn)行標(biāo) 志位 通用輔助存儲(chǔ)器 塔架內(nèi)部溫控運(yùn)行標(biāo)志位 通用輔助存儲(chǔ)器 變壓器運(yùn)行標(biāo)志位 通用輔助存儲(chǔ)器 變壓器停止運(yùn)行標(biāo)志位 特殊存儲(chǔ)器 PLC 運(yùn)行時(shí)這一位始終為 1,是常 ON 繼電器 特殊存儲(chǔ)器 PLC 首次掃描時(shí)為 1,一個(gè)掃描周期。常用于調(diào)用初始化 特殊存儲(chǔ)器 該位提供了一個(gè)周期為 1秒鐘 ,占空比為 累加寄存器 AC0、 AC1 用于存放數(shù)據(jù) ,如運(yùn)算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù) 輸入映像寄存器 ~ 接收外部的開關(guān)信號(hào) 輸出映像寄存 器 ~ 控制外部負(fù)載的開關(guān)信號(hào) (4)接觸器的選擇 : 發(fā)電機(jī)的開關(guān)使用交流接觸器。選用西門子的 3TB 系列接觸器。 電機(jī)的過載保護(hù)需要使用繼電器進(jìn)行保護(hù)。選用繼電器型號(hào)為 LCD84發(fā)電機(jī)差動(dòng)型 ,它適應(yīng)于大型交流發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)電路中。 (5)熔斷器的選擇 : 熔斷器保護(hù)作為電路過載保護(hù)最常用的一個(gè)手段運(yùn)用于本文各個(gè)電路模塊中。在發(fā)電機(jī)處可以選用型號(hào)為 LMZD220 的高壓熔斷器 。偏航、變槳距以及溫度控制模塊選用 RT18 低壓熔斷器。 本章小結(jié) 本章從系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案到各個(gè)具體 模塊設(shè)計(jì)方案有層次地闡述每個(gè)系統(tǒng)的具體工作原理和工作過程 ,繪制相關(guān)控制流程框圖。提出對(duì)于這個(gè)系統(tǒng)的方案相匹配的電氣元件 ,并對(duì)對(duì)它們進(jìn)行選型。最后指出控制系統(tǒng)的I/O 地址分配表。 4 可編程控制器及控制程序 可編程控制器簡介 可編程控制器 (Programmable Logi