【正文】 （ 3）模擬機(jī)艙 轉(zhuǎn)動(dòng) 。 （ 2）脈沖計(jì)數(shù)。這段模擬程序必須滿(mǎn)足下列條件。 以檢驗(yàn)程序是否能在真實(shí)環(huán)境下運(yùn)行。 （ 8） 通過(guò)對(duì)輸入 /輸出存儲(chǔ)器、位存儲(chǔ)器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的操作，可以記錄一系列的實(shí)踐，并且可回放使它自動(dòng)進(jìn)行程序測(cè)試。 （ 6） 同真實(shí)的 CPU 模塊一樣，在 S7PLCSIM 中可以改變 CPU 的運(yùn)行模式。 （ 5） 可以選擇定時(shí)器自動(dòng)運(yùn)行，或者手動(dòng)置位 /撫慰。 （ 4） 通過(guò)創(chuàng)建變量表，可以存取模擬 PLC 的輸入 /輸出存儲(chǔ)器、累加器和寄存器中的數(shù)據(jù)。電機(jī)該按鈕，可打開(kāi) S7PLCSIM 軟件及模擬 CPU，當(dāng) S7PLCSIM 軟件運(yùn)行時(shí)，可自動(dòng)地連接到模擬的 CPU 上。 S7PLCSIM軟件主要具有以下特點(diǎn)： （ 1） S7PLCSIM 可模擬 S7 控制器的存儲(chǔ)器區(qū)域。另外， S7PLCSIM 可供布局給硬件設(shè)備的讀者在學(xué)習(xí)時(shí)使用。它能夠在 PG/PC 上模擬 S7300、 S7400 系列 CPU 中用戶(hù)程序的執(zhí)行過(guò)程。 開(kāi)始 機(jī)艙偏航角度絕對(duì)值 ≥ 1080176。 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(yǔ)言編寫(xiě)了偏航程序， 并給出 自動(dòng)對(duì)風(fēng)、自動(dòng)解纜和自啟動(dòng) 的流程圖和相應(yīng)程序。否則進(jìn)行偏航對(duì)風(fēng)。 主程序應(yīng)先檢查風(fēng)速是否達(dá)到切入風(fēng)速，當(dāng)達(dá)到切入風(fēng)速后，啟動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。 主程序設(shè)計(jì) 以上程序只是主程序的一部分，需要將其編入主程序中。 當(dāng)風(fēng)速達(dá)到切入風(fēng)速時(shí)，剎車(chē)松開(kāi)。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 自動(dòng)對(duì)風(fēng)子程序見(jiàn)附錄 三。 γ 0176。 順時(shí)針偏航對(duì)風(fēng) 逆時(shí)針偏航對(duì)風(fēng) 順時(shí)針偏航對(duì)風(fēng) 逆時(shí)針偏航對(duì)風(fēng) 延時(shí) 延時(shí) 延時(shí) 延時(shí) 夾角 θ 在允許范圍內(nèi) 記錄當(dāng)前位置 176。 180176。 0176。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 自動(dòng)對(duì)風(fēng)子程序 Y N Y 圖 46 自動(dòng)對(duì)風(fēng)控制子程序流程圖 開(kāi)始 讀取風(fēng)向角值 α， 由風(fēng)向傳感器輸入信號(hào)進(jìn)入 PLC 模擬量模塊 讀取機(jī)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。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。 表 43 FC105參數(shù)定義 參數(shù) 類(lèi)型 數(shù)據(jù)類(lèi)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(chǎng)信號(hào)的最大量程值 LO_LIM 輸入 REAL 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)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。 在 PLC 程序中要對(duì)相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行比較、運(yùn)算時(shí)，通常先要將該型號(hào)轉(zhuǎn)換稱(chēng)與傳感器量程對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理值。模擬量輸入接受到這些標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)后，通過(guò) ADC轉(zhuǎn)換為與模擬量成正比例的數(shù)字量信號(hào)，并存放在 緩沖器（ PIW）中。模擬值輸入模塊用于將輸入的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成為 CPU 內(nèi)部處理的數(shù)字信號(hào)；模擬量輸出模塊用于將 CPU 送給它的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)比例的電壓信號(hào)或電流信號(hào)，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 模擬量輸入的轉(zhuǎn)換 連續(xù)變化的物理量稱(chēng)為 模擬量，例如溫度、流量、壓力、速度等。 風(fēng)電機(jī)組 連續(xù)地檢測(cè)風(fēng)向角變化，并計(jì)算單位時(shí)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(dòng)下的頻繁偏航。）， 風(fēng)電機(jī)組 將執(zhí)行偏航對(duì)風(fēng)，當(dāng)此角度達(dá)到設(shè)定角度（ 1176。 θ 360176。 θ 180176。 θ 0176。 θ 180176。 將以上分析匯總出偏航方向判別表，見(jiàn)表 42，其中 : n 為扭纜的圈數(shù) ,可以通過(guò)計(jì)數(shù)傳感器進(jìn)行測(cè)量取整數(shù)。 θ 180176。 θ 360176。 θ 0176。 θ 180176。時(shí)，則 176。時(shí)，則 176。之間（用 表示），再與風(fēng)向角進(jìn)行計(jì)算比較，以確定風(fēng)機(jī)偏航對(duì)風(fēng)的方向。 控制算法： 將偏航角歸算到 180176。通常，當(dāng)風(fēng)向角與偏航角之間的 夾角 已經(jīng)減小到 1176。以上，便需要進(jìn)行偏航。為了確定電機(jī)的轉(zhuǎn)向使風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)最小路徑，即偏航時(shí)間最短， 需要設(shè)計(jì)偏航算法。 解纜結(jié)束 記錄當(dāng)前位置 ?? ?? 504360沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 自動(dòng)解纜程序見(jiàn)附錄 二 。 自動(dòng)解纜子程序 Y N N 圖 45 自動(dòng)解纜子程序流程圖 開(kāi)始 讀取機(jī)艙偏航角度 機(jī)艙偏航角度 0 ？ 逆時(shí)針偏航解纜 延時(shí) 順時(shí)針偏航解纜 延時(shí) 機(jī)艙偏航角度與風(fēng)向角間夾角 5176。以此類(lèi)推，這樣就可以得到當(dāng)前已紐纜的角度。 確定了如何判斷繞纜方向后，利 用公式（ 42）計(jì)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]。偏航齒輪有 126 個(gè)齒， 當(dāng)位置傳感器 A 對(duì)準(zhǔn)偏航齒輪一個(gè)齒的齒頂，位置傳感器 B 對(duì)準(zhǔn)同一個(gè)齒的齒底，此時(shí)位置傳感器 A 輸出為高電平，位置傳感器 B 輸出為低電平，將一個(gè)齒 分為四種狀態(tài)，則偏航齒輪的狀態(tài)數(shù)計(jì)算可得： 個(gè) （ 41） 位置傳感器精度為： （ 42） ??? 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 通過(guò)兩個(gè)位置傳感器的錯(cuò)位安裝，可得此時(shí)精度小于 1176。 表 41 順、逆時(shí)針?lè)较蛭恢脗鞲衅?A、 B 狀態(tài)順序圖 左偏航兩 AB 信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)變化的情況 狀態(tài) 1 狀態(tài) 2 狀態(tài) 3 狀態(tài) 4 狀態(tài) 5 A 0 1 1 0 0 B 0 0 1 1 0 右偏航兩 AB 信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)變化的情況 狀態(tài) 1 狀態(tài) 2 狀態(tài) 3 狀態(tài) 4 狀態(tài) 5 A 0 0 1 1 0 B 0 1 1 0 0 當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)電纜纏繞達(dá)到設(shè)定值時(shí)，解纜控制系統(tǒng)根據(jù)限位開(kāi)關(guān)發(fā)出的信號(hào)控制解纜驅(qū)動(dòng)器回轉(zhuǎn)相同轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行電纜解繞。同理當(dāng)下一狀態(tài)變?yōu)?A=0， B=1 時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)正在向逆時(shí)針偏航。 利用兩個(gè)位置傳感器錯(cuò)開(kāi)安裝的方式，安裝示意圖如圖 44 所示 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 44 位置傳感器的安裝示意圖 當(dāng)位置傳感器 A 和 B 掃描一個(gè)齒時(shí)， A 和 B 的狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。 解纜 程序設(shè)計(jì)思想 無(wú)論是自動(dòng)對(duì)風(fēng)程序還是自動(dòng)解纜程序，對(duì)機(jī)艙位置的記錄都是不可或缺的一部分。）時(shí)，運(yùn)行解纜控制程序， 使風(fēng)機(jī)朝扭纜的相反方向偏航解纜， 防止內(nèi)部電纜發(fā)生纏繞。 當(dāng)風(fēng)機(jī)偏航超過(guò) 3 圈（ 177。 偏航解纜程序設(shè)計(jì) 由于風(fēng)向的不確定性，風(fēng)力發(fā)電機(jī)就需要經(jīng)常偏航對(duì)風(fēng)，而且偏航的方向也是不確定的，由此引起的后果是電纜會(huì)隨風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而扭轉(zhuǎn)。 人工偏航控制 人工偏航是指當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)自動(dòng)偏航失效、人工解纜或者是在需要維修和時(shí)，通過(guò)人工送命令來(lái)控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)偏航的操作。 風(fēng)向角和偏航角的定義如圖 43 所示 圖 43 風(fēng)向角和偏航角 開(kāi)始 延時(shí) 自動(dòng)解纜 人工偏航 自動(dòng)偏航 執(zhí)行自動(dòng)解纜 執(zhí)行人工偏 航 執(zhí)行自動(dòng)偏航 結(jié)束 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 風(fēng)力機(jī)偏航控制系統(tǒng)工作原理是通過(guò)測(cè)風(fēng)傳感器檢測(cè)風(fēng)向、風(fēng)速，并將檢測(cè)到的風(fēng)向信號(hào)送到控制器。方向。 ~1080176。方向。風(fēng)向從正北方向順時(shí)針變化時(shí)，風(fēng)向角正向增加，正南方向?yàn)?180176。定義正北方向?yàn)轱L(fēng)向角 0176。 控制器 放大器 偏航機(jī)構(gòu) 風(fēng)力機(jī) 偏航計(jì)數(shù) 監(jiān)測(cè)元件 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 N N Y Y Y 圖 42 偏航程序流程圖 此處先定義風(fēng)向角和偏航角： 風(fēng)向角 α 的范圍是 180176。 為了實(shí)現(xiàn)這樣的伺服控制，通過(guò)對(duì)整個(gè)偏航系統(tǒng)的控制過(guò)程進(jìn) 行分析。當(dāng)緊急停車(chē)時(shí)，需要通過(guò)偏航調(diào)節(jié)使機(jī)艙經(jīng)過(guò)最短的路徑與風(fēng)向成 90176。解纜完成后，發(fā)電機(jī)組再進(jìn)入正常發(fā)電的工作狀態(tài) [24]。時(shí)，需要啟動(dòng)自動(dòng)解纜控制程序，通過(guò)偏航調(diào)節(jié)使整個(gè)機(jī)艙回轉(zhuǎn) 1080176。 在 風(fēng)電機(jī)組 工作時(shí)，如果向一個(gè)方向偏航的角度過(guò)大，將使由機(jī)艙引入塔架的各類(lèi)電纜發(fā)生纏繞，影響整個(gè)發(fā)電機(jī)組的正常工作。偏航角度大小的檢測(cè)通過(guò)安裝在機(jī)艙內(nèi)的角度編碼器實(shí)現(xiàn)。 偏航控制系統(tǒng)框圖如圖 41 所示。以 PLC 為控制單位設(shè)計(jì)了偏航系統(tǒng)電路圖，該線(xiàn)路設(shè)計(jì) 考慮 到了 左右偏航驅(qū)動(dòng)互鎖、手自動(dòng)切換、左右偏航極限位置保護(hù)。 電路設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)見(jiàn)附錄 一。 傳感器內(nèi)部設(shè)有微處理器和增量式編碼器，對(duì)尼龍齒輪旋轉(zhuǎn)齒數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與判斷是否需要解纜，向哪個(gè)方向解纜以及何時(shí)停止解纜等。 解纜系統(tǒng)分為解纜傳感器控制的自動(dòng)解纜和紐纜開(kāi)關(guān)控制的安全鏈保護(hù)兩種。 圖 33 風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 偏航保護(hù) 有時(shí)機(jī)艙可能長(zhǎng)時(shí)間向一個(gè)風(fēng)向偏航數(shù)圈，這樣會(huì) 造成電纜的纏繞， 如果旋轉(zhuǎn)過(guò)多圈，電纜將會(huì)損壞 。測(cè)量范圍為 0～ 360176。 以 WAV15 為例，它也是光電型傳感器 ,由單風(fēng)標(biāo)、格雷碼盤(pán)、光電組件組成 ,紅外 LED 和光電三極管分別安裝于 6 位格雷碼盤(pán)上下兩側(cè)的 6 個(gè)窩型孔內(nèi)。在風(fēng)的動(dòng)壓力作用下，取得指向的來(lái)向的一個(gè)平衡位置，即為風(fēng)向的指示。 圖 32 風(fēng)速傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 風(fēng)向的測(cè)量 風(fēng)向標(biāo)一般是由尾翼、指向桿、平衡錘以及旋轉(zhuǎn)主軸四部分組成的首尾不對(duì)稱(chēng)的平衡裝置。轉(zhuǎn)盤(pán)有多個(gè)齒度 ,發(fā)光管 LED 發(fā)射的光束 因磁盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)而被 切割 ,光電三極管即產(chǎn)生脈沖輸出。它通過(guò)統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間脈沖數(shù)來(lái)測(cè)量風(fēng)速。整個(gè)感應(yīng)部分安裝在一根垂直旋 轉(zhuǎn)軸上，在風(fēng)力的作用下，風(fēng)杯繞軸以正比于風(fēng)速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。固定在支架上或互成 90176。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 風(fēng)電機(jī)組上常常采用的是風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)，它的優(yōu)點(diǎn)在于它與風(fēng)向無(wú)關(guān)。 旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計(jì)的感應(yīng)部分是一個(gè)固定在轉(zhuǎn)軸上的感應(yīng)風(fēng)的組件，常用的有風(fēng)杯、螺旋槳葉片和平板葉片三種類(lèi)型。 風(fēng)速的測(cè)量 風(fēng)速計(jì)是測(cè)量空氣流速的儀器。 風(fēng)速風(fēng)向傳感器 風(fēng)向風(fēng)速信號(hào)作為偏航控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的輸入信號(hào)，對(duì)其準(zhǔn)確的測(cè)量將影響整個(gè)控制系統(tǒng)的性能。偏航系統(tǒng) 通過(guò)齒輪減速器得到合適的輸出轉(zhuǎn)速和扭矩，由于偏航速度很慢，減速器傳動(dòng)比很大，通常在 1：1000 左右，因此采用多級(jí)減速器，一般采用二到三級(jí)平行軸斜齒輪減速器和兩級(jí)