【正文】 。張富全老師在課題研究階段，精心指導(dǎo)、認(rèn)真講解設(shè)計(jì)過程中遇到的各種困難，在這里我向張老師表示真摯衷心的感謝！此外，還感謝匯全集團(tuán)的趙智剛工程師和程建邦工程師及電氣的所有老師的指導(dǎo)與幫助。然而，也必須看到目前國內(nèi)研究水平還比較低，投入的科研力量還十分欠缺，因而對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組扭矩測試和分析的研究仍是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。其次，基于轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)進(jìn)行風(fēng)力機(jī)載荷測試，可檢驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，計(jì)算疲勞壽命和強(qiáng)度；第三，轉(zhuǎn)矩控制分析結(jié)論和轉(zhuǎn)矩檢測技術(shù)可應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組其他控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為其提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐；最后，轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)可為故障診斷和控制提供重要依據(jù)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩檢測與控制的研究成果可應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。目前國內(nèi)對轉(zhuǎn)矩控制的研究十分欠缺，本文設(shè)計(jì)可以為其提供簡單的參考。改善了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在轉(zhuǎn)矩突變和超功率時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可靠性和安全性。，完成了以下工作：設(shè)計(jì)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系轉(zhuǎn)矩的檢測與控制方案；根據(jù)轉(zhuǎn)矩檢測要求完成了相關(guān)測量元器件的選型，使參數(shù)測量準(zhǔn)確、可靠、快速，更好的滿足工程測試的要求；參與了現(xiàn)場轉(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)采集和傳感器安裝工作；4；基于西門子S7200可編程控制器，完成了轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的軟件編制。因此，轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)還有很大的研究與發(fā)展空間。目前，國外大部分采用的都是直接檢測，而國內(nèi)還未曾應(yīng)用。由于本文轉(zhuǎn)矩檢測方法采用的是間接測量法，轉(zhuǎn)矩的檢測與控制還很不精確，只是模糊的控制某個(gè)區(qū)域。 S7200的擴(kuò)展模塊擴(kuò)展模塊類型數(shù)字量模塊輸入8DC輸入8AC輸入16DC輸入輸出4DC輸出4繼電器8繼電器8DC輸出8AC輸出混合4DC輸入/4DC輸出8DC輸入/8DC輸出16DC輸入/16DC輸出32DC輸入/32DC輸出4DC輸入/4繼電器8DC輸入/8繼電器16DC輸入/16繼電器32DC輸入/32繼電器模擬模塊輸入4模擬輸入8模擬輸入4熱電偶輸入2RTD輸入2RTD輸入輸出2輸出4模擬輸出混合4模擬輸入4模擬輸出智能模塊位置調(diào)制解調(diào)器PROFIBUSDF以太網(wǎng)以太網(wǎng)IT其他模塊ASISWIAREX MS1本設(shè)計(jì)采用的模擬量擴(kuò)展模塊是EM235，4個(gè)模擬量輸入，1個(gè)模擬量輸出。您可以利用這些擴(kuò)展模塊完善CPU的功能。 s7200的技術(shù)指標(biāo)特性CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226外形尺寸（mm）908062908062806214080621908062程序存儲(chǔ)器：可在運(yùn)行模式下編輯：不可在運(yùn)行模式下編輯：4096字節(jié)4096字節(jié)4096字節(jié)4096字節(jié)8192字節(jié)12288字節(jié)12288字節(jié)16384字節(jié)16384字節(jié)24576字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)2048小時(shí)2048小時(shí)8192小時(shí)10240小時(shí)10240小時(shí)掉電保護(hù)時(shí)間50小時(shí)50小時(shí)50小時(shí)100小時(shí)100小時(shí)本機(jī)I/O數(shù)字量模擬量6入/4出——8入/6出——14入/10出——14入/10出2入/1出24入/16出——擴(kuò)展模塊數(shù)量0個(gè)模塊2個(gè)模塊17個(gè)模塊17個(gè)模塊17個(gè)模塊1高數(shù)計(jì)數(shù)器單相兩相4路30KHz2路20KHz4路30 KHz2路20 KHz6路30 KHz4路20 KHz4路30 KHz2路200 KHz3路20 KHz1路100 KHz6路30 KHz4路20 KHz脈沖輸出（DC）2路20KHz2路20KHz2路20KHz2路20KHz2路20KHz模擬電位器11222實(shí)時(shí)時(shí)鐘配時(shí)時(shí)鐘配時(shí)時(shí)鐘內(nèi)置內(nèi)置內(nèi)置通訊口1 RS4851 RS4852 RS4852 RS4852 RS485浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算有I/O映像區(qū)256（128入/128出）布爾指令執(zhí)行速度0．22us/指令本設(shè)計(jì)采用的是CPU224的s7200編程軟件，14個(gè)輸入口，10個(gè)輸出口，可以帶7個(gè)擴(kuò)展模塊。在下載了程序之后，S7200將保留所需的邏輯，用于監(jiān)控應(yīng)用程序中的輸入輸出設(shè)備。緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使S7200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。它能夠控制各種設(shè)備以滿足自動(dòng)化控制需求。從硬件結(jié)構(gòu)來看，它也有中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出（I/O）接口、電源等， 。操作員用手動(dòng)方式把軸移動(dòng)到某個(gè)目標(biāo)位置，模塊就知道了位置和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，之后可以編輯程序來改變速度和加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)，使運(yùn)動(dòng)平滑。在多數(shù)情況下，PLC把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，模塊移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置，當(dāng)每個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣龋_保運(yùn)動(dòng)平滑。PLC應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)自動(dòng)線控制。（6）功能完善。（4）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便。（2）適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。本文接近開關(guān)采用的是FRB8E1NK，供電電源是：10～30VDC，200mA。在安全防盜方面，如資料檔案、財(cái)會(huì)、金融、博物館、金庫等重地，通常都裝有由各種接近開關(guān)組成的防盜裝置。接近開關(guān)主要用途 接近開關(guān)在航空、航空、航天技術(shù)以及工業(yè)生產(chǎn)中都有廣泛的應(yīng)用。利用多普勒效應(yīng)可制成超聲波接近開關(guān)、微波接近開關(guān)等。 當(dāng)觀察者或系統(tǒng)對波源的距離發(fā)生改變時(shí)，接近到的波的頻率會(huì)發(fā)生偏移，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。 用能感知溫度變化的元件做成的開關(guān)叫熱釋電式接近開關(guān)。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個(gè)檢測頭內(nèi)。這種接近開關(guān)的檢測對象必須是磁性物體。利用霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān)。這種接近開關(guān)檢測的對象，不限于導(dǎo)體，可以絕緣的液體或粉狀物等。這個(gè)外殼在測量過程中通常是接地或與設(shè)備的機(jī)殼相連接。這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是導(dǎo)電體。它是利用導(dǎo)電物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場接近開關(guān)時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。增量編碼器E6C2CWZ6C： E6C2CWZ6C編碼器實(shí)物圖 接近開關(guān)一、需要提高分辨率時(shí)，可利用 90176。　 增量式編碼器特點(diǎn)： 增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，有相應(yīng)的脈沖輸出，其計(jì)數(shù)起點(diǎn)任意設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)多圈無限累加和測量。在參考點(diǎn)以前，是不能保證位置的準(zhǔn)確性的。這樣，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動(dòng)，當(dāng)來電工作時(shí)，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯(cuò)誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。絕對式編碼器的每一個(gè)位置對應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。二、通訊輸出： 功率模塊的通訊輸出 三、典型接線示意圖 功率模塊的典型接線圖四、PK6013三相電參數(shù)采集模塊引腳定義： 功率模塊的引腳定義 增量式編碼器按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。一、主要技術(shù)參數(shù)： 輸入范圍 交流4565Hz電壓量程(相電壓):60V、100V、200V、250V、400V、500V (或按用戶制作要求)；電流量程:1A、5A、10A (或按用戶要求制作)。 各模塊的的工作原理 功率模塊 PK6013模塊是一智能型電參數(shù)采集模塊,可測量三相電流、電壓的真有效值,有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、電能等參數(shù)，其輸出為RS485數(shù)字信號:有三相電壓、電流、有 功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、電能等參數(shù)。如果經(jīng)PLC判斷兩者滿足這種關(guān)系，則證明增速箱部分工作正常。輸出停機(jī)信號。設(shè)計(jì)采用的是由功率模塊PK6013采集功率信號、增量編碼器E6C2CWZ6C采集發(fā)電機(jī)高速轉(zhuǎn)速信號n2，根據(jù)運(yùn)算，并由PLC實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的控制。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩的檢測與控制可以應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。此外，由于在風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)在某一時(shí)刻的功率的突變，也會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的突然增加或減小。此方法周期固定為1秒鐘，不足之處是快速響應(yīng)性差。發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速較低或時(shí)，和風(fēng)速測量一樣，采用M法測量。在發(fā)電機(jī)高速軸上安裝特制的測速感應(yīng)盤，以產(chǎn)生可靠的記數(shù)脈沖。因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)速測量的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。前者成為碼盤，后者稱碼尺．按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種．接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”。也可以通過頻率轉(zhuǎn)換器，將脈沖量轉(zhuǎn)換成0～10mA的電流量，以便通入光線示波器作記錄。此方法簡便、可靠。這種測速裝置體積小，使用方便、可靠，目前有許多機(jī)械設(shè)備都裝有測速發(fā)電機(jī)。測速發(fā)電機(jī)測量轉(zhuǎn)速：測速發(fā)電機(jī)是應(yīng)用比較廣泛的轉(zhuǎn)速測量裝置之一。 應(yīng)變測量框圖 轉(zhuǎn)速測量方法測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸系轉(zhuǎn)矩的同時(shí)，往往需要測量傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速。電阻應(yīng)變片將被測試件所受的應(yīng)變?chǔ)呸D(zhuǎn)換成電阻的相對變化；測量電路包括信號放大器和濾波器，其作用是對信號進(jìn)行必要的調(diào)整。 應(yīng)變片在風(fēng)力機(jī)上的安裝位置應(yīng)變計(jì)的各組成元件的性能將直接影響電阻應(yīng)變計(jì)的各項(xiàng)特性。電阻應(yīng)變計(jì)主要是由敏感柵、基底、引出線及覆蓋層等部分組成的。 應(yīng)變測量原理旋轉(zhuǎn)軸扭矩的電測方法中，最簡單可靠的方法是在被測機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸上粘貼電阻應(yīng)變片，因轉(zhuǎn)矩而產(chǎn)生應(yīng)變，引起應(yīng)變片電阻值的變化，從而達(dá)到測量轉(zhuǎn)矩的目的，目前國內(nèi)測量扭矩主要采用的仍是這種傳統(tǒng)方法。能量轉(zhuǎn)換法這是根據(jù)其它能量參數(shù)（如電能參數(shù)）測量機(jī)械能參數(shù)及扭矩的方法。最常用的測量扭矩的彈性元件是扭軸。傳遞法傳遞法是根據(jù)彈性元件在傳遞扭矩時(shí)所產(chǎn)生的物理參數(shù)的變化而測量扭矩的方法。但是，當(dāng)軸上只受到一個(gè)扭矩的作用時(shí)，轉(zhuǎn)矩和扭矩在數(shù)值上是相等的。因此，習(xí)慣上也常把轉(zhuǎn)動(dòng)力矩叫做扭轉(zhuǎn)力矩，簡稱扭矩。 轉(zhuǎn)矩測量方法使機(jī)器元件轉(zhuǎn)動(dòng)的力偶或力矩叫做轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，簡稱轉(zhuǎn)矩。當(dāng)功率超過額定功率時(shí)，變槳距機(jī)構(gòu)開始工作，調(diào)整葉片節(jié)距角，將發(fā)電機(jī)的輸出功率限制在額定值附近。當(dāng)功率在額定功率一下時(shí)，與定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相同，葉片槳距角為0176。正常運(yùn)行過程中，高速軸轉(zhuǎn)速運(yùn)行在1510轉(zhuǎn)/分鐘左右，而運(yùn)行期間，機(jī)械功率與發(fā)電機(jī)電磁功率處于平衡狀態(tài)，因此轉(zhuǎn)矩變化也反映了發(fā)電機(jī)功率變化。但最安全、最簡單的測量方法是通過檢測系統(tǒng)的功率和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)公式： （32）可以計(jì)算出轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而達(dá)到轉(zhuǎn)矩的控制。其次，還可以檢測主軸加速度，檢測轉(zhuǎn)矩。 旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)矩的測量與控制有很多方法，最直接的方法是在被測機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸上粘貼電阻應(yīng)變片，因轉(zhuǎn)矩而產(chǎn)生應(yīng)變，引起應(yīng)變片電阻值的變化，從而達(dá)到測量轉(zhuǎn)矩的目的，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)矩，目前測量轉(zhuǎn)矩主要采用的仍是這種傳統(tǒng)方法?？刂破靼此俣壬仙甭式o出速度參考值，變距系統(tǒng)根據(jù)此值，調(diào)整節(jié)距角。方向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)氣流相對槳葉的攻角到達(dá)某個(gè)角度，作用在槳葉上的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩超過葉輪啟動(dòng)所需要的力矩時(shí)，葉輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)風(fēng)速增大到切入風(fēng)速時(shí)，由控制機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)槳葉向從90176。氣流對槳葉攻角為0176。 變槳距控制過程變