【正文】 BOOL變壓器運行BOOL變壓器停運BOOLEM231風速WORDAIW0風向WORDAIW2機艙溫度WORDAIW4塔架內(nèi)部溫度WORDAIW6EM232機艙進氣閥進氣WORDAQW0塔架內(nèi)部進氣閥進氣WORDAQW2繼電器、接觸器和熔斷器等。（1）電機的選擇：風力發(fā)電機選用雙饋異步發(fā)電機。型號：YRKF5004（空空冷式雙饋異步發(fā)電機）。偏航控制電機選用帶電磁制動的三相異步電動機。型號：MQAEJ系列電磁制動三相異步電動機。溫度控制送風電動機選用三相異步電動機。型號：YLJW系列力矩三相異步電動機。（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。（3）傳感器、繼電器的選擇：風速風向傳感器使用PH100SX型號[12]。溫度傳感器選用PT100風管式溫度傳感器。表32 存儲器注釋表存儲器名稱注 釋風速參數(shù)大于3m/s風速參數(shù)大于15m/s風向參數(shù)在145176。~155176。區(qū)間風向參數(shù)在155176。~165176。區(qū)間風向參數(shù)在165176。~171176。區(qū)間風向參數(shù)在171176。~189176。區(qū)間風向參數(shù)在189176。~195176。區(qū)間風向參數(shù)在195176。~205176。區(qū)間風向參數(shù)在205176。~215176。區(qū)間機艙溫控運行標志位塔架內(nèi)部溫控運行標志位變壓器運行標志位變壓器停止運行標志位PLC運行時這一位始終為1，是常ON繼電器PLC首次掃描時為1，一個掃描周期。常用于調(diào)用初始化該位提供了一個周期為1秒鐘， 累加寄存器AC0、AC1用于存放數(shù)據(jù)，如運算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)~接收外部的開關(guān)信號~控制外部負載的開關(guān)信號（4）接觸器的選擇：發(fā)電機的開關(guān)使用交流接觸器。選用西門子的3TB系列接觸器。電機的過載保護需要使用繼電器進行保護。選用繼電器型號為LCD84發(fā)電機差動型，它適應(yīng)于大型交流發(fā)電機差動保護電路中。（5）熔斷器的選擇： 熔斷器保護作為電路過載保護最常用的一個手段運用于本文各個電路模塊中。在發(fā)電機處可以選用型號為LMZD220的高壓熔斷器；偏航、變槳距以及溫度控制模塊選用RT18低壓熔斷器。 本章小結(jié) 本章從系統(tǒng)總體設(shè)計方案到各個具體模塊設(shè)計方案有層次地闡述每個系統(tǒng)的具體工作原理和工作過程，繪制相關(guān)控制流程框圖。提出對于這個系統(tǒng)的方案相匹配的電氣元件，并對對它們進行選型。最后指出控制系統(tǒng)的I/O地址分配表。4 可編程控制器及控制程序 可編程控制器簡介可編程控制器（Programmable Logic Controller）簡稱為PLC。PLC最早是由六十年代末美國通用公司的末迪康提出來的[12]。他的設(shè)計理念是用于汽車制造流水線的需要，使用一種新型的控制器來代替那時廣泛使用于工業(yè)中的繼電器來控制整個流程的進行。他認為這種控制器運作可以減少控制管理汽車組裝改型時的時間和物資。在1969年，世界上第一臺可編程控制器在美國數(shù)字設(shè)備公司研制成功，配給美國通用汽車公司在汽車自動組裝線上進行控制管理操作，結(jié)果非常成功。自這時期起，可編程控制器進入人們的事業(yè)，這項新型的技術(shù)也在逐步提高以供市場的需求?？梢哉f，早期的可編程控制器就有很多項功能，例如計數(shù)、定時、邏輯運算、雙向控制等，應(yīng)用于工業(yè)中的各行各業(yè)，取得很好的成效。隨著科技水平的不斷推進，可編程控制器也跟緊著步伐踏入了集成電路的行列。20世界七八十年代正是計算機技術(shù)與微電子控制技術(shù)開發(fā)和發(fā)展的時代，可編程用微電子控制計算或是中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路進行制造使之具有數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳遞等功能。PLC迅速發(fā)展過程中體積變小，功耗降低，安全可靠性變高，功能強大自動化程度高，變?yōu)槿藗兩钌a(chǎn)中不可或缺的“多功能助手”。新時期PLC的發(fā)展方向有以下幾個方面：內(nèi)部硬件做到高速化，系統(tǒng)化，模塊化，容量大，品種多；內(nèi)部軟件做到用戶編程語言多樣化；通信方面更加快捷，各國家各企業(yè)都可方便聯(lián)系，向大規(guī)模聯(lián)方向發(fā)展網(wǎng)；減少功耗，體積減小，整體輕巧，減少贅余。接下來介紹下PLC的組成，功能，應(yīng)用領(lǐng)域等相關(guān)方面的知識。 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC發(fā)展至今，已出現(xiàn)多種型號，多種規(guī)格的產(chǎn)品，而PLC的基本結(jié)構(gòu)都是基本的這四大類：CPU模塊，輸入模塊，輸出模塊和編程器。其他的特殊功能由另外的特殊功能模塊執(zhí)行。CPU模塊是可編程控制器的核心部分。它由微處理器（CPU）、控制電路、運算器與寄存器組成。其中存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器與用戶程序存儲器。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器之中；用戶程序是用戶自己設(shè)計，下載并且安裝在存儲器內(nèi)。PLC使用隨機存取存儲器、只讀存儲器、可擦除編程只讀存儲器等物理存儲器。它的功能是采集參數(shù)，輸入和輸出數(shù)據(jù)，負責執(zhí)行應(yīng)用程序；儲存數(shù)據(jù)和程序等。輸入模塊與輸出模塊簡稱為I/O模塊。它是將外部現(xiàn)場設(shè)備和CPU模塊聯(lián)系起來的橋梁。其中輸入模塊接受和采集各類信號，有開關(guān)量輸入輸出模塊，模擬量輸入輸出模塊兩種。開關(guān)量輸入模塊接受按鈕啟停開關(guān)，選擇開關(guān)等開關(guān)量信號；模擬量輸入模塊接受連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。I/O模塊中用小型繼電器、耦合器等隔離內(nèi)部電路與外部I/O電路，所以有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。編程器模塊是PLC的又一重要組成部件，主要同于編輯用戶程序，還可以檢查，修改程序，監(jiān)視程序的運行狀況等。通常情況下有5種編程語言：順序功能圖、梯形圖、功能圖、指令表和結(jié)構(gòu)文本，供用戶輸入程序。 PLC的工作原理PLC的操作模式有兩種，分別為運行（RUN）模式和停止（STOP）模式。PLC的工作方式是周而復始、不斷循環(huán)的，稱為掃描工作方式。PLC一開始啟動后先要對硬件和內(nèi)部軟件進行初始化工作。PLC要連續(xù)不停地分階段處理各種任務(wù)和程序。在運行模式，控制器執(zhí)行內(nèi)部程序來實現(xiàn)控制管理，其過程是讀取輸入，將數(shù)據(jù)信息存放在輸入過程映像寄存器和輸出過程映像寄存器中，執(zhí)行用戶程序，CPU從指令的第一條開始執(zhí)行，逐條執(zhí)行用戶的程序，然后進行通信處理，接受請求方信息并將信息傳遞給對方，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)，最后是改寫輸出，CPU執(zhí)行完用戶程序后，將輸出過程映像寄存器中數(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，控制器就進入下一階段重新對另一用戶程序開始工作，一直循環(huán)下去。在停止模式時，和運行模式相似，控制器一個階段有歷讀取輸入、處理通信請求、自診斷和改寫輸出四步，完成后進入下一階段，周而復始地工作下去?？刂破魍ǔ＿€會進行處理中斷程序，或用I/O指令直接存取I/O點等工作[12]。 PLC的特點PLC作為人類智慧的結(jié)晶和先進科技的產(chǎn)物，已成為人們生活生產(chǎn)應(yīng)用極其廣泛的控制工具。PLC具有很多優(yōu)點[12]是過去許多控制器不能匹及的。（1）功能強大，性價比高。PLC是一個具有編程功能的智能元件，因為它可以被用戶編輯程序，所以它的控制功能就具有很多種類，小到極其簡單，大到異常復雜的控制功能都可以實現(xiàn)。此外它還有存儲、運算、傳輸數(shù)據(jù)的功能，還能通信連網(wǎng)，進行集散管理與控制。PLC的成本逐年降低，性能逐年提升，越來越來獲得消費者的需求，具有很高的性價比。（2）編程方法多樣、簡單易學前面說到PLC的編程語言有國際上通用的5類，尤其是梯形圖，形象直觀，很易理解，所以應(yīng)用最多。（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。硬件裝置品種配備齊全，各部分功能都可完成。PLC體積小，內(nèi)部系統(tǒng)配線少，能耗低。用戶使用方便，能快速地進行系統(tǒng)配置，程序運行等。PLC還有帶負載能力，可以驅(qū)動各種小型電氣設(shè)備。（4）可靠性高、抗干擾能力強PLC不像以前繼電器那樣由于觸點接觸不良造成誤操作，PLC的開關(guān)量啟停都使用軟件完成，所以它具有很高的工作可靠性和安全性。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。（5）易于維修、自我診斷PLC的故障出現(xiàn)率低，若發(fā)生故障，內(nèi)置程序能快速查找出故障原因。常使用更換模塊的方法來排除故障。（6）系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試簡單 PLC控制系統(tǒng)用內(nèi)部軟件完成，省去很多繼電器，計數(shù)器，定時器[16]等器件的使用。用戶用編程語言編輯程序時，由于語言易懂，編程方法簡單，使得用戶設(shè)計簡單便捷。調(diào)試和模擬時，一方面可以再實驗室用信號開關(guān)來模擬查看結(jié)果，另一方面可以再計算機上使用STEP 7Micro/WIN編程軟件查錯、調(diào)試和模擬，這使得PLC的多方面應(yīng)用都很便捷和人性化。 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]還在不斷地擴大，下面簡單介紹下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控制方法簡化了復雜的程序，也增快了處理器的運作速度。而在PLC發(fā)展較快的年代，針對數(shù)字量的處理，PLC采用了“與”、“或”、“非”等邏輯控制指令來編輯程序，以便實現(xiàn)開關(guān)通斷，電路的分支和串并聯(lián)等功能。（2）運動控制PLC能對直線運動、圓周運動與速度、加速度施以控制，將運動控制與程序控制有機結(jié)合起來。它能廣泛地應(yīng)用于各類切割成型機械，裝配機械等。（3）閉環(huán)過程控制閉環(huán)過程控制是指對模擬量的控制。例如對溫度，速度，流量的閉環(huán)控制。其中使用到數(shù)字量和模擬量的轉(zhuǎn)換（A/D和D/A）。對模擬量實施PID控制（比例積分微分）。它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化工、電力、冶金等行業(yè)。（4）數(shù)據(jù)處理PLC的數(shù)學運算包含很多種，有整數(shù)運算，浮點數(shù)運算，邏輯預算，位運算等，PLC還具有數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)傳輸，排序查表等功能。在工控各領(lǐng)域都要用到這一應(yīng)用。（5）聯(lián)網(wǎng)通信 PLC和各種設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，互相傳遞信息，實現(xiàn)集散控制。PLC的通信有各個模塊之間的通信，CPU與I/O口通信，多臺PLC間互相通信，與計算機等智能器件間的通信等。常用于中大型工業(yè)生產(chǎn)開發(fā)場所，多臺設(shè)備配合控制管理系統(tǒng)的整體運行。 系統(tǒng)控制程序根據(jù)第三章的設(shè)計方案和I/O口地址分配，寫出各個模塊相關(guān)的程序。下面詳細分析每個模塊的程序。 發(fā)電機啟動程序發(fā)電機啟動程序中包括系統(tǒng)總啟動、風速模擬量輸入、與正常風速參數(shù)比較、啟動電動機和顯示等部分。圖 41 系統(tǒng)總啟動、模擬量轉(zhuǎn)換梯形圖 在風力發(fā)電控制系統(tǒng)中需要用到模擬量的輸入和A/D轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換。假設(shè)模擬量的標準電信號為A0Am（例如：420mA），A/D轉(zhuǎn)換以后的數(shù)值為D0Dm（例如：640032000），模擬量的標準電信號是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(chǔ)=f（D）可以表示為數(shù)學方程： A=(DD0) (AmA0)/(DmD0)+A0 ()根據(jù)該方程，可以依據(jù)D的值計算出A值。將該方程逆變換，得出函數(shù)關(guān)系D=f（A）可以表示為數(shù)學方程： D=(AA0) (DmD0)/ (AmA0)+D0 ()在以下程序中遇到模擬量轉(zhuǎn)換。網(wǎng)絡(luò)1中。當系統(tǒng)啟動時，外部風速模擬量由EM231輸入模塊讀入，該模塊的第一個通道連接一塊帶420mA變送輸出的風速顯示儀表，轉(zhuǎn)換為數(shù)值640032000。該儀表的量程設(shè)置為020m/s，即0m/s時輸出4mA，20m/s時輸出20mA。風速顯示儀的鉑電阻輸入端接入一個220歐姆可調(diào)電位器。X表示輸入的模擬量，D表示轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。X=(200)(D6400)/(320006400)0 ()D=1280X+6400 ()將風速模擬量進行轉(zhuǎn)換，AIW0送AC0,AC0/。模擬量轉(zhuǎn)換后存在VD220，將VD220中數(shù)值與正常風力發(fā)電參數(shù)的上下限值進行比較，在3m/s5m/s風速范圍內(nèi)有信號則啟動發(fā)電機（）；假若大于風速范圍，則發(fā)出停機警報（），工作人員察覺后可以手動停機。圖 42 參數(shù)比較、發(fā)電機啟動梯形圖 偏航控制程序偏航控制程序是根據(jù)不同值的風向標夾角而采取不同的偏航控制策略。根據(jù)上一節(jié)關(guān)于風速模擬量轉(zhuǎn)換的介紹，同樣地，風向模擬量可以同樣的方法進行轉(zhuǎn)換。外部風向模擬量AIW2由EM231輸入模塊讀入。該模塊的第二個通道連接一塊帶420mA變送輸出的風向顯示儀表，轉(zhuǎn)換為數(shù)值640032000。該儀表的量程設(shè)置為0360176。，即0176。時輸出4mA，360176。時輸出20mA。風速顯示儀的鉑電阻輸入端接入一個220歐姆可調(diào)電位器。X表示輸入的模擬量，D表示轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。X=(3600)(D6400)/(320006400)0 ()D=+6400 ()將風向模擬量進行轉(zhuǎn)換，AIW2送AC1,AC0/。圖43詳細表示這一轉(zhuǎn)換過程。圖 43 風向模擬量轉(zhuǎn)換梯形圖網(wǎng)絡(luò)7中，176。176。之間的數(shù)。圖 44 風向標夾角區(qū)間設(shè)置梯形圖圖44表示將風向標夾角（范圍145176。205176。）分為7個區(qū)間：155176。；155176。165176。之間；165176。171176。之間；171176。189176。之間；189176。195176。之間；195176。205176。之間；205176。接下來將對這7個角度區(qū)間進行不同的控制策略。180176。表示正對迎風面。接下來將