【正文】 觀而言，微分作用能在偏差還沒(méi)有形成之前，就已溫度傳感器 A/D PLC 控制 機(jī)艙溫度 D/A sp(t) e (t) pυ(t) M(t) c(t) 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁(yè) 共 46 頁(yè) 經(jīng)消除偏差。實(shí)驗(yàn)湊試法是通過(guò)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)。 第一進(jìn)行 整定比例控制。 (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)。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。 第三進(jìn)行是微分環(huán)節(jié)。首先置微分時(shí)間 TD=0，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。 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(guò)渡過(guò)程越平穩(wěn)，但余差變大。 反復(fù)湊試確認(rèn)系統(tǒng)的比例系數(shù)為 ，但余差比較大 。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)。消除了偏差，輸出停止P(k) t=0 t() 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁(yè) 共 46 頁(yè) 變化。通常使用 PI 控制 方式。 設(shè)定系統(tǒng)采樣時(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。 計(jì)算 25℃ 由公式 帶入各系數(shù)具體值得到 的 。 機(jī)艙 和塔架 溫度閉環(huán)控制流程圖如下： 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 28 頁(yè) 共 46 頁(yè) 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(guò)快超過(guò)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。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)部空間大，常有人員在 其 內(nèi)部操作、維護(hù)。 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。這樣連鎖的控制，使室內(nèi)溫度保持恒定 [11]。兩個(gè)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行啟動(dòng)和開(kāi)啟送風(fēng)電動(dòng)機(jī)。 需 要用到模擬量輸入模塊 EM231 和模擬量輸出模塊 EM232。這有利于電壓的傳輸與利用，電壓過(guò)低或過(guò)高會(huì)引起線路的負(fù)載過(guò)大，損耗過(guò)大。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)。 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 30 頁(yè) 共 46 頁(yè) 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(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)， 2 個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)。 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。 PLC的選型 西門(mén)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。 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?xún)r(jià)比很高，使用便捷安全等。在本 文 中， 系統(tǒng)所需開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)為 11 個(gè)，開(kāi)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)。提供給擴(kuò)展單元 5VDC[10]。在 本文 中使用 模擬量擴(kuò)展模塊 EM231CN 和 EM232CN。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]。 （ 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)。 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)。 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 33 頁(yè) 共 46 頁(yè) 溫度控制送風(fēng)電動(dòng)機(jī)選用三相異步電動(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。 溫度傳感器選用 PT100 風(fēng)管式溫度傳感器。 ~155176。 ~165176。 ~171176。 ~189176。 ~195176。 ~205176。 ~215176。常用于調(diào)常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 34 頁(yè) 共 46 頁(yè) 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 的時(shí)鐘 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(kāi)關(guān)信號(hào) 輸出映像寄存器~ 控制外部負(fù)載的開(kāi)關(guān)信號(hào) （ 4） 接觸器的選擇： 發(fā)電機(jī)的開(kāi)關(guān)使用交流接觸器。 電機(jī)的過(guò)載保護(hù)需要使用繼電器進(jìn)行保護(hù)。 （ 5） 熔斷器的選擇： 熔斷器保護(hù)作為電路過(guò)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。 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(guò)程，繪制相關(guān)控制流程框圖。最后指出控制系統(tǒng)的 I/O 地址分配表。 PLC 最早是由六十年代末美國(guó)通用公司的末迪康提出來(lái)的 [12]。他認(rèn)為這種控制器運(yùn)作可以減少控制管理汽車(chē)組裝改型時(shí)的時(shí)間和物資。自這時(shí)期起，可編程控制器進(jìn)入人們的事業(yè)，這項(xiàng)新型的技術(shù)也在逐步提高以供市場(chǎng)的需求。隨著科技水平的不斷推進(jìn)，可編程控制器也跟緊著步伐踏入了集成電路的行列。 PLC 迅速發(fā)展過(guò)程中體積變小，功耗降低，安全可靠 性變高，功能強(qiáng)大自動(dòng)化程度高，變?yōu)槿藗兩钌a(chǎn)中不可或缺的“多功能助手”。 接下來(lái)介紹下 PLC 的組成，功能，應(yīng)用領(lǐng)域等相關(guān)方面的知識(shí)。其他的特殊功能由另外的特殊功能模塊執(zhí)行。它由微處理器（ CPU） 、控制電路、運(yùn)算器與寄存器 組成 。系統(tǒng)程序是可編程控制器的內(nèi)置操作系統(tǒng)程序，處理協(xié)助人們完成編輯程序，輸入?yún)?shù)等它固化在只讀存儲(chǔ)器之中；用戶(hù)程序是用戶(hù)自己設(shè)計(jì)，下載并且安裝在 存儲(chǔ)器內(nèi)。 它的功能是采集參數(shù)，輸入和輸出數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)執(zhí)行應(yīng)用程序；儲(chǔ)存數(shù)據(jù)和程序等。它是將外部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和 CPU 模塊聯(lián)系起來(lái)的橋梁。開(kāi)關(guān)量輸入模塊接受 按鈕啟停開(kāi)關(guān)，選擇開(kāi)關(guān)等開(kāi)關(guān)量信號(hào)；模擬量輸入模塊接受連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號(hào)。 編程器模塊是 PLC 的又一重要組成部件，主要同于編輯用戶(hù)程序，還可以檢查，修改程序，監(jiān)視程序的運(yùn)行狀況等。 PLC的 工作原理 PLC 的操作模式有兩種，分別為運(yùn)行（ RUN）模式和停止（ STOP）模式。 PLC 一開(kāi)始啟動(dòng)后先要對(duì)硬件和內(nèi)部軟件進(jìn)行初始化工作。在運(yùn)行模式 ，控制器執(zhí)行內(nèi)部程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制管理，常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 38 頁(yè) 共 46 頁(yè) 其過(guò)程是讀取輸入 ，將 數(shù)據(jù)信息存放在輸入過(guò)程映像寄存器和輸出過(guò)程映像寄存器中，執(zhí)行用戶(hù)程序， CPU 從指令的第一條開(kāi)始執(zhí)行，逐條執(zhí)行用戶(hù)的程序，然后進(jìn)行通信處理，接受請(qǐng)求方信息并將信息傳遞給對(duì)方，緊接著 自診斷檢查，定期檢查處理器內(nèi)操作和各模塊工作狀態(tài) ，最后是改寫(xiě)輸出， CPU 執(zhí)行完用戶(hù)程序后，將輸出過(guò)程映像寄存器中數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷敵瞿K，并且鎖存數(shù)據(jù)，這一階段的工作完成，控制器就進(jìn)入下一階段重新對(duì)另一用戶(hù)程序開(kāi)始工作，一直循環(huán)下去?？刂破魍ǔ＿€會(huì)進(jìn)行處理中斷程序，或用 I/O 指令直接存取 I/O 點(diǎn)等工作 [12]。 PLC 具有很多優(yōu)點(diǎn) [12]是過(guò)去許多控制器不能匹及的。 PLC 是一 個(gè) 具有編程功能的智能元件，因?yàn)樗梢员挥脩?hù)編輯程序，所以它的控制功能就具有很多種類(lèi)，小到極其簡(jiǎn)單，大到 異常復(fù)雜的控制功能都可以實(shí)現(xiàn)。 PLC 的成本逐年降低，性能逐年提升，越來(lái)越來(lái)獲得消費(fèi)者的需求，具有很高的性?xún)r(jià)比。 （ 3） 硬件配置完整 、體積小，能耗低、 使用便捷有效 PLC 現(xiàn)在已大都整體化，各部分模塊化，系統(tǒng)化。 PLC 體積小，內(nèi)部系統(tǒng)配線少，能耗低。 PLC 還有帶負(fù)載能力，可以驅(qū)動(dòng)各種小型電氣設(shè)備。 PLC 在硬件上和內(nèi)部軟件上都采用了抗干擾措施，使用它的 抗干擾性很高。常使用更換模塊的方法來(lái)排除故障。用戶(hù)用編程語(yǔ)言編輯程序時(shí)，由于語(yǔ)言易懂 ，編程方法簡(jiǎn)單，使得用戶(hù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單便捷。 PLC的 應(yīng)用 PLC的應(yīng)用已遍布很多工控領(lǐng)域，并且它的應(yīng)用范圍 [13]還在不斷地?cái)U(kuò)大，下面簡(jiǎn)單介紹下 PLC 的應(yīng)用： （ 1） 邏輯量控制和數(shù)字量 控制 早期的 PLC 就已具有邏輯量的控制， 1/0 控制方法簡(jiǎn)化了復(fù)雜的程序，也增快了處理器的運(yùn)作速度。 （ 2） 運(yùn)動(dòng)控制 PLC 能對(duì)直線運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)與速度、加速度施以控制，將運(yùn)動(dòng)控制與常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 40 頁(yè) 共 46 頁(yè) 程序控制有機(jī)結(jié)合起 來(lái)。 （ 3） 閉環(huán)過(guò)程控制 閉環(huán)過(guò)程控制是指對(duì)模擬量的控制。其中使用到數(shù)字量和模擬量的轉(zhuǎn)換（ A/D 和 D/A）。它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化工、電力、冶金等行業(yè)。在工控各領(lǐng)域都要用到這一應(yīng)用。 PLC 的通信有各個(gè)模塊之間的通信， CPU 與 I/O 口通信，多臺(tái) PLC 間互相通信，與計(jì)算機(jī)等智能器件間的通信等。 系統(tǒng)控制程序 根據(jù)第三章的設(shè)計(jì)方案和 I/O 口地址分配，寫(xiě)出各個(gè)模塊相關(guān)的程序。 發(fā)電機(jī) 啟動(dòng)程序 發(fā)電機(jī)啟動(dòng)程序 中包括系統(tǒng)總啟動(dòng)、風(fēng)速模擬量輸入、與正常風(fēng)速參數(shù)比較、啟動(dòng)電動(dòng)機(jī) 和 顯示等部分。假設(shè)模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)為 A0Am（例如： 420mA）， A/D 轉(zhuǎn)換以后的數(shù)值為D0Dm（例如： 640032021） ，模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)是 A， A/D 轉(zhuǎn)換后的相應(yīng)數(shù)值為 D，由于是線性關(guān)系，函數(shù)關(guān)系 A=f（ D）可以表示為數(shù)學(xué)方程： A=(DD0) (AmA0)/(DmD0)+A0 () 根據(jù)該方程，可以依據(jù) D 的值計(jì)算出 A 值。 網(wǎng)絡(luò) 1 中， 是系統(tǒng)總啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。 該 儀表的量程設(shè)置為 020m/s，常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 42 頁(yè) 共 46 頁(yè) 即 0m/s 時(shí)輸出 4mA， 20m/s 時(shí)輸出 20mA?？梢杂霉? 說(shuō)明模擬量轉(zhuǎn)換過(guò)程 。 X=(200) (D6400)/(320216400)0 () D=1280X+6400 () 將風(fēng)速模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換， AIW0 送 AC0, 送 AC0,AC0/送 VD220。 模擬量轉(zhuǎn)換后存在 VD220，將 VD220 中數(shù)值與正常風(fēng)力發(fā)電參數(shù)的上下限值進(jìn)行比較，在 3m/s5m/s 風(fēng)速范圍內(nèi)有信號(hào)則啟動(dòng)發(fā)電機(jī)（ ）；假若大于風(fēng)速范圍，則發(fā)出停機(jī)警報(bào)（ ），工作人員察覺(jué)后可以手動(dòng)停機(jī)。 根據(jù)上一節(jié)關(guān)于風(fēng)速模擬量轉(zhuǎn)換的介紹，同樣地，風(fēng)向模擬量可以同樣的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 該模塊的第二個(gè) 通道連接一塊帶 420mA 變送輸出的風(fēng)向顯示儀表，轉(zhuǎn)換為數(shù)值 640032021。 ，即 0176。 時(shí)輸出 20mA?？梢杂霉? 說(shuō)明模擬量轉(zhuǎn)換過(guò)程。 X=(3600) (D6400)/(320216400)0 常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 44 頁(yè) 共 46 頁(yè) () D=+6400 () 將風(fēng)向模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換， AIW2 送 AC1, 送 AC1,AC0/ 送VD222。 圖 43 風(fēng)向模擬量轉(zhuǎn)換 梯形圖 網(wǎng)絡(luò) 7 中， 將 外部輸入 模擬量轉(zhuǎn)換為 176。 之間的數(shù)。 205176。 ；155176。 之間； 165176。 之間； 171176。 之間； 189176。 之間； 195176。 之間； 205176。接下來(lái)將對(duì)這 7 個(gè)角度區(qū)間進(jìn)行不同的控制策略。 表示正對(duì)迎風(fēng)面。 180176。 180176。常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 46 頁(yè) 共 46 頁(yè) 將啟動(dòng)向右偏航的電動(dòng)機(jī)。在合適的風(fēng)向范圍內(nèi)（傳感器 、電機(jī)工作 有誤差 171176。 ），則兩個(gè)電動(dòng)機(jī)均不做任何動(dòng)作， 顯示合適風(fēng)向指示燈。 155176。 165176。 171176。 155176。 165176。 171176。在 145176。 時(shí) ，啟動(dòng)向 右 偏航的電動(dòng)機(jī)（ ）并且 運(yùn)作 延時(shí) 90s；在 155176。 時(shí)，啟動(dòng)向 右 偏航的電動(dòng)機(jī) （ ） 并且運(yùn)作延時(shí) 50s；在 165176。 時(shí)，啟動(dòng)向右偏航的電動(dòng)機(jī)（ ）并且運(yùn)作延常州大學(xué) 本科 生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 47 頁(yè) 共 46 頁(yè) 時(shí) 20s。 155176。在計(jì)時(shí) 90s 后，定時(shí)器位 OFF,當(dāng)前值 =0， 此時(shí) 不再接通 。 風(fēng)向標(biāo)夾角為 155176。 區(qū)間 和 165176。 區(qū)間 控制方法也是如出一轍。 ，偏航電動(dòng)機(jī)運(yùn)作時(shí)間越短 ，使之接近合適風(fēng)向角度區(qū)間 。其他 三 個(gè)角度區(qū)間的控制方法和前兩種相似。 195176。在 195176。 時(shí)，啟動(dòng)向 左 偏航的電動(dòng)機(jī)（ ）并且運(yùn)作延時(shí) 50s。 215176。 171176。 屬于 傳感器和電機(jī)運(yùn)作的 誤差范圍之內(nèi)，所以不需要偏航電機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制，只需對(duì)其這種狀態(tài)進(jìn)行顯示，打開(kāi)指示燈（ ）顯示在合適