【正文】 4 可編程控制器及控制程序 可編程控制器簡(jiǎn)介 可編程控制器 (Programmable Logi 。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。偏航、變槳距以及溫度控制模塊選用 RT18 低壓熔斷器。 (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。 電機(jī)的過載保護(hù)需要使用繼電器進(jìn)行保護(hù)。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。 ~215176。 ~205176。 ~195176。 ~189176。 ~171176。 ~165176。 ~155176。 溫度傳感器選用 PT100 風(fēng)管式溫度傳感器。 (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。 溫度控制送風(fēng)電動(dòng)機(jī)選用三相異步電動(dòng)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)。 (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)。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]。在本文中使用模擬量擴(kuò)展模塊 EM231CN 和 EM232CN。提供給擴(kuò)展單元 5VDC[10]。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)。 S7200 具有 很多優(yōu)點(diǎn) ,指令集豐富 ,編輯語(yǔ)言簡(jiǎn)單 ,集成功能極高 ,性價(jià)比很高 ,使用便捷安全等。 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。 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。 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)。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)。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。需要用到模擬量輸入模塊 EM231 和模擬量輸出模塊 EM232。兩個(gè)開關(guān)量進(jìn)行啟動(dòng)和開啟送風(fēng)電動(dòng)機(jī)。這樣連鎖的控制 ,使室內(nèi)溫度保持恒定 [11]?？刂剖覂?nèi)溫度時(shí)滿 1 小時(shí)后進(jìn)行排氣 。 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。塔架內(nèi)部空間大 ,常有人員在其內(nèi)部操作、維護(hù)。所以將機(jī)艙溫度控制在一定范圍內(nèi)是很重要的。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。計(jì)算25℃由公式 帶入各系數(shù)具體值得到的。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。設(shè)定系統(tǒng)采樣時(shí)間為 。通常使用 PI 控制方 式。消除了偏差 ,輸出停止變化。逐步減小積分時(shí)間 ,積分作用由弱變強(qiáng) ,消除余差的能力由弱變強(qiáng)。反復(fù)湊試確認(rèn)系統(tǒng)的比例系數(shù)為 ,但余差比較大。 在測(cè)試比例系數(shù) Kc 時(shí) ,發(fā)現(xiàn)當(dāng)系數(shù)越小 ,響應(yīng)曲線反應(yīng)越快 ,超 調(diào)量越小 ,過渡過程越平穩(wěn) ,但余差變大。首先置微分時(shí)間 TD0,逐漸加大 TD,同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間 ,反復(fù)湊試直至獲得滿意的控制效果。 第三進(jìn)行是微分環(huán)節(jié)。將第一個(gè)步驟中選擇的比例系數(shù)減少到原來(lái)的 50%80%,再將積分時(shí)間置一個(gè)較大值 ,觀測(cè)響應(yīng)曲線。 a 偏差階躍變化 b 比例整定作用 圖 36 偏差階躍變化經(jīng)比例整定圖 第二進(jìn)行整定積分環(huán)節(jié)。 第一進(jìn)行整定比例控制。實(shí)驗(yàn)湊試法是通過閉環(huán)運(yùn)行或模擬 ,觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線 ,然后根據(jù)各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響 ,反復(fù)湊試參數(shù) ,直至出現(xiàn)滿意的響應(yīng)曲線 ,從而確定 PID 控制參數(shù)。直 觀而言 ,微分作用能在偏差還沒有形成之前 ,就已經(jīng)消除偏差。積分系數(shù) TI 使得系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差 ,提高系統(tǒng)的無(wú)差度 ,以保證實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)定值的無(wú)靜差跟蹤。 圖 35 為機(jī)艙和塔架內(nèi)部溫度閉環(huán)控制系統(tǒng) : 圖 35 溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)圖 圖 中 spt 是給定值 ,pυ t 是反饋量 ,ct 是系統(tǒng)的輸出量 ,PID 控制的輸入輸出關(guān)系式如下 : MtKc[et+1/TI+det//dt]+Mot 其中 Kc 為比例系數(shù) ,TI 為積分時(shí)間常數(shù) ,TD 為微分時(shí)間常數(shù) [9]。 本文中 ,溫度控制模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)將采用 PID 控制。這一過程中 ,被控對(duì)象為機(jī)艙的溫度 [8]。其中偏航電機(jī)的工作是根據(jù)不同 的風(fēng)向夾角度 ,控制電機(jī)向左或向右持續(xù)偏轉(zhuǎn)一定時(shí)間 ,使風(fēng)向夾角度保持在一定的角度范圍內(nèi)。大約需要 30秒 ,這是由電動(dòng)機(jī)的工作頻率與齒輪的齒數(shù)決定的[8]。之間 ,向左偏航電機(jī)將連續(xù)工作 90 秒。 205176。195176。之間 ,向右偏航電機(jī)將連續(xù)工作 20 秒。之間 ,向右偏航電機(jī)將連續(xù)工作 50秒 ,當(dāng)角度在 165176。時(shí) ,向右偏航電機(jī)將連續(xù)工作 90秒 ,當(dāng)角度在 155176。之間屬于測(cè)量傳感器誤差范圍內(nèi) ,偏航系統(tǒng)將不做任何控制動(dòng)作。時(shí) ,表明機(jī)艙位置已對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向 ,在 171176。電機(jī)接電源后 ,制動(dòng)裝置的整流器也隨之接通電源 ,線圈通電產(chǎn)生磁力吸引銜鐵進(jìn)行制動(dòng) ,經(jīng)過摩擦力矩的阻礙 ,電動(dòng)機(jī)即會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。使得機(jī)艙能夠準(zhǔn)確地對(duì)風(fēng) [7]。因此確定對(duì)風(fēng)目標(biāo)為風(fēng)輪回轉(zhuǎn)面與風(fēng)向垂直。 為了保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組吸收風(fēng)能達(dá)到最佳的效能 ,機(jī)艙必須對(duì)準(zhǔn)實(shí)時(shí)風(fēng)向。 215176。偏航控制系統(tǒng)模塊主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪機(jī)隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)功能。 偏航控制系統(tǒng)的工作原理是通過風(fēng)向傳感器檢測(cè)外界風(fēng)向 ,將風(fēng)向模擬信號(hào) A/D 轉(zhuǎn)換后傳遞給 PLC,PLC 內(nèi)部計(jì)算風(fēng)向的夾角 ,與參定值進(jìn)行比較是否達(dá)到要求 ,不符要求的話調(diào)整航向 ,PLC 需要發(fā)出信號(hào)給偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) ,偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)艙轉(zhuǎn)變角度使之達(dá)到最佳的角度 ,從而使風(fēng)能的吸收率最大化 [6]。其中風(fēng)向標(biāo)控制的迎風(fēng)自動(dòng)偏航是偏航控制最主要的內(nèi)容。通常風(fēng)電機(jī)偏航控 制系統(tǒng)有三種控制方式 :風(fēng)向標(biāo)控制的迎風(fēng)自動(dòng)偏航、風(fēng)向標(biāo)控制 90176。偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是用于驅(qū)動(dòng)偏航系統(tǒng)運(yùn)作 ,停止的 ,它包含有偏航驅(qū)動(dòng)裝置、制動(dòng)裝置以及偏航軸承。 發(fā)電機(jī)啟動(dòng)模塊的順序控制流程圖如下 : 圖 32 初始化啟動(dòng)控制流程圖 (2)偏航控制模塊 偏航控制系統(tǒng)包含偏航控制機(jī)構(gòu)與偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) [5]。風(fēng)速傳感器采集了外界風(fēng)速模擬值 ,將風(fēng)速反饋給 PLC,假如風(fēng)速過大 ,不符合發(fā)電的風(fēng)速要求 ,若風(fēng)速太大或者太小 ,不穩(wěn)定狀況時(shí) ,PLC 則可以向工作人員報(bào)警 ,工作人員可以選擇手動(dòng)停機(jī) 。下來(lái)具體說明每個(gè)模塊的主要功能、控制過程以及控制流程圖。最后是變壓器的控制。然后是溫度模糊控制 ,控制對(duì)象是機(jī)艙和塔架內(nèi)部這兩部分使溫度保持在恒定數(shù)值。在正常風(fēng)速范圍內(nèi) ,發(fā)電機(jī)啟動(dòng) ,接下來(lái)進(jìn)行各類控制 ,控制的目的是使風(fēng)力得到最大程度的利用。 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 本文中 ,控制方式將采取順序控制和中斷控制。系統(tǒng)內(nèi)分為機(jī)艙控制單元與塔架控制單元 ,打開進(jìn)氣閥排放冷氣流 ,間隔一定時(shí)間檢測(cè)室溫 ,溫度太高則使得進(jìn)氣閥繼續(xù)進(jìn)氣 ,溫度低于設(shè)定值停止進(jìn)氣 ,使得溫度恒定在安全范圍內(nèi) 。(2)事先編制好風(fēng)向標(biāo)夾角的角度區(qū)間 ,啟動(dòng)發(fā)電機(jī)后 ,將外界 風(fēng)向模擬量轉(zhuǎn)換后傳送給控制器 ,將角度數(shù)據(jù)分析后歸相應(yīng)角度區(qū)間進(jìn)行控制 ,運(yùn)作向左偏航電機(jī)或者向右偏航電機(jī) ,使之偏轉(zhuǎn)到合適風(fēng)向范圍內(nèi) 。了解該設(shè)計(jì)所需用到的電器元件 ,對(duì)各種元件進(jìn)行選型。 據(jù)系統(tǒng)功能的要求 ,本文將對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的啟動(dòng) ,發(fā)電機(jī)控制 ,偏航控制、溫度模糊控制以及變壓器控制著重進(jìn)行研究。一般設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備如果遇到突發(fā)情況 ,沙塵暴或是暴風(fēng) ,風(fēng)速突然加大 ,測(cè)速傳感器要及時(shí)傳送模擬量 ,經(jīng) PLC 分析后立即做出停機(jī)措施。 控制方面的工作原理及過程為 :當(dāng)系統(tǒng)的總開關(guān)合上后 ,可編程控制器初始化 ,測(cè)速傳感器感知到風(fēng)速模擬信號(hào) A/D轉(zhuǎn)換后并且傳輸給 PLC,處理中心則將模擬量與額定參數(shù)進(jìn)行比較 ,若在參數(shù)范圍內(nèi)則啟動(dòng)系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī) ,不在參數(shù)范圍內(nèi)則報(bào)警手動(dòng)停機(jī)。最后還介紹了相關(guān)的風(fēng)能理論知識(shí)。 氣體密度和速度