【導(dǎo)讀】當(dāng)今世界面臨著環(huán)境污染、溫室效應(yīng)、化石能源枯竭等問題。源已經(jīng)越發(fā)不能滿足社會的需求。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，無污染，清潔，儲量豐富等特點，受到各個國家的普遍重視。在眾多再生能源中，它最具。有大規(guī)模開發(fā)和商業(yè)發(fā)展前景。當(dāng)前，中國風(fēng)電市場蓬勃發(fā)展，由此帶動中國風(fēng)。機制造產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)欣欣向榮的發(fā)展勢態(tài)。組安全有效的運行。而偏航控制又是控制系統(tǒng)的一個重點。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(fēng)電機組的偏航程序和部分運動控制程序展開討論。始部分介紹了運動控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，并重點介紹偏航軟硬件結(jié)構(gòu)和控制原理。隨后以PLC作為主控制單元，設(shè)計了偏航系統(tǒng)的電路系統(tǒng)。最后，本文結(jié)合偏。軟件中的LAD編程語言編寫了偏航程序。該程序根據(jù)風(fēng)向、風(fēng)速傳感器采集的。經(jīng)實驗表明,該系統(tǒng)控制器運行安全,穩(wěn)定性能良好。

　　

【正文】 （ 42） ??? 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 通過兩個位置傳感器的錯位安裝，可得此時精度小于 1176。，對于解纜系統(tǒng)來說，這樣的精度已經(jīng)足夠。 確定了如何判斷繞纜方向后，利 用公式（ 42）計算扭 纜角度 ： （ 43） 式中，α為紐纜的角度；β為公式（ 48）所算得的傳感器精度 [27]。 當(dāng) A、 B傳感器狀態(tài)由狀態(tài) 00變?yōu)?10時，風(fēng)機為順時針偏航，此時β自動加 1，反之β自動減 1。以此類推，這樣就可以得到當(dāng)前已紐纜的角度。這方法同時用于計算解纜時電機需要回轉(zhuǎn)的角度。 自動解纜子程序 Y N N 圖 45 自動解纜子程序流程圖 開始 讀取機艙偏航角度 機艙偏航角度 0 ？ 逆時針偏航解纜 延時 順時針偏航解纜 延時 機艙偏航角度與風(fēng)向角間夾角 5176。 機艙偏航角度與風(fēng)向角間夾角 5176。 解纜結(jié)束 記錄當(dāng)前位置 ?? ?? 504360沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 自動解纜程序見附錄 二 。 自動對風(fēng) 控制 自動對風(fēng)程序設(shè)計思想 在偏航過程中，風(fēng)力機總是按最短路徑將機艙轉(zhuǎn)過相應(yīng)角度，才能夠提高發(fā)電效率，這樣就需要解決電機的起動和轉(zhuǎn)向問題。為了確定電機的轉(zhuǎn)向使風(fēng)力機轉(zhuǎn)過最小路徑，即偏航時間最短， 需要設(shè)計偏航算法。這里 ，當(dāng)風(fēng)向角與偏航角之間的 夾角 在 5176。以上，便需要進行偏航。當(dāng)達到允許的誤差范圍內(nèi)時，自動對風(fēng)停止。通常，當(dāng)風(fēng)向角與偏航角之間的 夾角 已經(jīng)減小到 1176。時，可停止偏航 [28]。 控制算法： 將偏航角歸算到 180176。 ~180176。之間（用 表示），再與風(fēng)向角進行計算比較，以確定風(fēng)機偏航對風(fēng)的方向。其中， n 表示電纜已扭轉(zhuǎn)的整圈數(shù)， n =0， 1,2,3. （ 1） 當(dāng)偏航角 γ 0176。時，則 176。 ； （ 2） 當(dāng)偏航角 γ 0176。時，則 176。 . 風(fēng)向角 α與 的夾角為 θ，則 （ 44） 若 0176。 θ 180176。，則風(fēng)機需進行順時針偏航對風(fēng)，使順時針偏航信號 =1； 若 180176。 θ 0176。，則風(fēng)機需進行逆時針偏航對風(fēng)，使逆時針偏航信號 =1； 若 180176。 θ 360176。 ,則風(fēng)機需進行逆時針偏航對風(fēng)，使逆時針偏航信號 =1； 若 360176。 θ 180176。，則風(fēng)機需進行順時針偏航對風(fēng)，使順時針偏航信號 =1。 將以上分析匯總出偏航方向判別表，見表 42，其中 : n 為扭纜的圈數(shù) ,可以通過計數(shù)傳感器進行測量取整數(shù)。 表 42 風(fēng)機偏航對風(fēng)方向判別表 θ的取值范圍 風(fēng)機偏航對風(fēng)方向 n取值 360176。 θ 180176。 順時針偏航 θ角度對風(fēng) 0,1,2 180176。 θ 0176。 逆時針偏航 θ角度對風(fēng) 0,1,2 0176。 θ 180176。 順時針偏航 θ角度對風(fēng) 0,1,2,3 180176。 θ 360176。 逆時針偏航 θ角度對風(fēng) 0,1,2,3 當(dāng)檢測到風(fēng)機葉片迎風(fēng)面方向與風(fēng)向角之間的夾角超過設(shè)定角度（ 5176。）， 風(fēng)電機組 將執(zhí)行偏航對風(fēng)，當(dāng)此角度達到設(shè)定角度（ 1176。）之內(nèi)時， 風(fēng)電機組 停止偏航。 風(fēng)電機組 連續(xù)地檢測風(fēng)向角變化，并計算單位時間（ 10min）內(nèi)平均風(fēng)向，然后根據(jù)平均風(fēng) 向判斷是否需要偏航，防止在陣風(fēng)擾動下的頻繁偏航。當(dāng)偏航條件具備時， 風(fēng)電機組 釋放偏航剎車，偏航電動機動作執(zhí)行偏航任務(wù)。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 模擬量輸入的轉(zhuǎn)換 連續(xù)變化的物理量稱為 模擬量，例如溫度、流量、壓力、速度等。在 PLC系統(tǒng)中， CPU 以二進制格式來處理模擬值。模擬值輸入模塊用于將輸入的模擬量信號轉(zhuǎn)換成為 CPU 內(nèi)部處理的數(shù)字信號；模擬量輸出模塊用于將 CPU 送給它的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)比例的電壓信號或電流信號，對執(zhí)行機構(gòu)進行調(diào)節(jié)或控制。 若需將外界信號傳送到 CPU，首先通過傳感器采集所需的外界信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號可能是離散的電信號，需通過變送器將它轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的模擬量電壓或電流信號。模擬量輸入接受到這些標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號后，通過 ADC轉(zhuǎn)換為與模擬量成正比例的數(shù)字量信號，并存放在 緩沖器（ PIW）中。 CPU 通過“ L PIWx”指令讀取模擬量輸入模塊緩沖器中的數(shù)字信號，并傳送到 CPU 制定的存儲區(qū)中 [29]。 在 PLC 程序中要對相應(yīng)信號進行比較、運算時，通常先要將該型號轉(zhuǎn)換稱與傳感器量程對應(yīng)的實際物理值。 STEP7 中的功能 FC105 能完成這樣的轉(zhuǎn)換。 表 43 FC105參數(shù)定義 參數(shù) 類型 數(shù)據(jù)類型 描述 EN 輸入 BOOL 輸入使能端，高電平有效 IN 輸入 INT 要轉(zhuǎn)換為工程量的量程輸入值 HI_LIM 輸入 REAL 現(xiàn)場信號的最大量程值 LO_LIM 輸入 REAL 現(xiàn)場信號的最小量程值 BIPOLAR 輸入 BOOL 輸入極性設(shè)置： 1表示輸入為雙極性， 0表示輸入為單極性 ENO 輸出 BOOL 輸出使能端，正確執(zhí)行完畢，則輸出為 1 RET_VAL 輸出 WORD 功能故障字：返回值為 W160000表示指令執(zhí)行正確。若返回不是該值，則需在錯誤信息中查該值的含義 OUT 輸出 REAL 轉(zhuǎn)換結(jié)果 FC105 可以將輸入的整數(shù)轉(zhuǎn)換為實際的工程值，結(jié)果由 OUT 輸出，其公式如下： ) ) )) O O 常數(shù) K K2 的值取決與輸入值（ IN）的極性。若 BIPOLAP 為 1，表示 K1和 K2 的數(shù)值為雙極性；若 BIPOLAP 為 0，表示 K11 和 K2 的數(shù)據(jù)為單極性。 因為在風(fēng)速風(fēng)向傳感器會將數(shù)據(jù)以電流的形式傳送給 PLC 進行處理，所以本設(shè)計中，將用到功能 FC105 實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)化。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 自動對風(fēng)子程序 Y N Y 圖 46 自動對風(fēng)控制子程序流程圖 開始 讀取風(fēng)向角值 α， 由風(fēng)向傳感器輸入信號進入 PLC 模擬量模塊 讀取機艙位置（偏航角 γ） 得到風(fēng)向角 α與 的夾角為 θ， 夾角 θ 在允許范圍內(nèi) 360θ?180176。 180θ?0176。 0176。 θ?180176。 180176。 θ360176。 順時針偏航對風(fēng) 逆時針偏航對風(fēng) 順時針偏航對風(fēng) 逆時針偏航對風(fēng) 延時 延時 延時 延時 夾角 θ 在允許范圍內(nèi) 記錄當(dāng)前位置 176。 176。 γ 0176。 γ 0176。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 自動對風(fēng)子程序見附錄 三。 4. 5 風(fēng)機自啟動 當(dāng)風(fēng)速儀檢測到單位時間內(nèi)的平均風(fēng)速達到風(fēng)機的切入風(fēng)速時， 系統(tǒng)自動采集來自于風(fēng)速儀的風(fēng)速數(shù)據(jù) ， PLC發(fā)出啟動信號，開始偏航對風(fēng)，機械剎車松開，自動控制槳距角到合適的角度，直到發(fā)電機的轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速，并發(fā)出并網(wǎng)信號 [30]。 當(dāng)風(fēng)速達到切入風(fēng)速時，剎車松開。開始偏航對風(fēng)，否則循環(huán)。 主程序設(shè)計 以上程序只是主程序的一部分，需要將其編入主程序中。 程序控制指令可執(zhí)行子程 序的調(diào)用，所以可將自動對風(fēng)程序、 偏航解纜程序 、自啟動、模擬量轉(zhuǎn)數(shù)字量和控制算法程序 分別編入 FC 中，并使用 CALL 指令對其進行調(diào)用，使之成為一個完整的偏航控制程序。 主程序應(yīng)先檢查風(fēng)速是否達到切入風(fēng)速，當(dāng)達到切入風(fēng)速后，啟動風(fēng)力發(fā)電機組。然后檢查是否需要解纜，如果是，則進行解纜程序。否則進行偏航對風(fēng)。流程圖如圖 47. 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 N Y N Y 圖 主程序流程圖 主程序見附錄 四。 本章小結(jié) 本章介紹了偏航系統(tǒng) 程序 的組成， 使用 STEP7 軟件 中的 LAD 編程語言編寫了偏航程序， 并給出 自動對風(fēng)、自動解纜和自啟動 的流程圖和相應(yīng)程序。 程序中了實現(xiàn)偏航行走最短路徑，如何提高測量機艙角度精確性，風(fēng)向風(fēng)速測量值的轉(zhuǎn)化和電纜纏繞。 開始 機艙偏航角度絕對值 ≥ 1080176。 運行偏航程序 屏蔽自動偏航子程序 執(zhí)行偏航解纜程序 風(fēng)速是否達到切入風(fēng)速 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 第 5 章 偏航實驗 實驗構(gòu)成 西門子 S7PLCSIM 仿真軟件是 STEP7 的可選軟件工具，安裝后集成在STEP7 中。它能夠在 PG/PC 上模擬 S7300、 S7400 系列 CPU 中用戶程序的執(zhí)行過程?？梢栽陂_發(fā)階段發(fā)現(xiàn)和排除錯誤。另外， S7PLCSIM 可供布局給硬件設(shè)備的讀者在學(xué)習(xí)時使用。 使用 S7PLCSIM 進行項目仿真時，不需任何 S7 硬件（ CPU 或信號模塊），使用 S7PLCSIM 可以相對真實 PLC 硬件一樣，對模塊 CPU 進行程序下載、測試和故障診斷，具有方便和安全等特點，非常適合前期的工程測試。 S7PLCSIM軟件主要具有以下特點： （ 1） S7PLCSIM 可模擬 S7 控制器的存儲器區(qū)域。 （ 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(dāng) 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(shù)據(jù)。也可以通過符號地址存取存儲數(shù)據(jù)。 （ 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(fù)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(shù)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?qū)⑹褂?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(zhuǎn)動。這段模擬程序必須滿足下列條件。 （ 1）風(fēng)向、風(fēng)速模擬輸入信號可通過調(diào)節(jié) 大小 來改變風(fēng)信號輸入的大小，由此模擬真實風(fēng)信號。 （ 2）脈沖計數(shù)。模擬真實機組的接近開關(guān) 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(zhuǎn)動 。配合以上部件與 PLC 程序可實現(xiàn)風(fēng)電機組偏航自動對風(fēng)控制，觀察機組