基于plc風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計【實用文檔】doc

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摘要基于plc風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計【實用文檔】doc文檔可直接使用可編輯，歡迎下載全球人口增長和發(fā)展中國家的經(jīng)濟擴張，到2０50年，世界能源需求可能翻番甚至增加兩倍。地球上的全部生命都依賴于能源和碳循環(huán)。能源對經(jīng)濟級社會發(fā)展都至關(guān)重要,但這也帶來了環(huán)境方面的挑戰(zhàn)。我們必須探索能源生產(chǎn)與消費的各個方面,包括提高能效、清潔能源、全球碳循環(huán)、碳資源、廢棄物和生物質(zhì)，還要關(guān)注它們與氣候和自然資源問題之間的關(guān)系。風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展是時代的需要。在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中，基于PＬC為主控制器的設(shè)計是未來的發(fā)展方向。本設(shè)計基于PLC的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng),旨在保證風(fēng)力發(fā)電機偏航系統(tǒng)、齒輪箱、液壓系統(tǒng)、發(fā)電機正常工作；通過選擇合適的控制方法,使系統(tǒng)能更加穩(wěn)定的運行，進而可以有效提高風(fēng)力利用率.設(shè)計中主要對發(fā)電機控制電路、偏航控制電路、齒輪箱及液壓站的運行和工作情況進行了設(shè)計,并繪制了相應(yīng)的電氣原理圖。在控制電路中還說明了PLＣ、電動機及相應(yīng)低壓器件的型號選擇，繪制了I／O接線圖;在發(fā)電機控制電路中，設(shè)計了發(fā)電機的轉(zhuǎn)速控制方面；偏航電路中，設(shè)計了對風(fēng)、解纜功能；在液壓系統(tǒng)中，設(shè)計了溫控、壓力控制功能；在齒輪箱系統(tǒng)中，設(shè)計了油位控制功能。同時在設(shè)計中還詳細(xì)編寫了各部分的控制程序,并進行了相關(guān)調(diào)試，另外利用S７—200仿真軟件進行了系統(tǒng)仿真驗證，仿真結(jié)果滿足設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：可編程控制器；偏航；液壓系統(tǒng);控制系統(tǒng)；風(fēng)力發(fā)電ABSTRACＴGloｂalpｏpｕｌatｉongrowｔｈanｄdevelopinｇｅcｏnｏmicexpansion,to2050,worldeneｒgｙdemａnｄmaydouｂleｏrevｅnｉnｃreaｓｅｄtｗotiｍes．Tｈｅwholｅofｌiｆeonearthdepｅndｓonbothtｈeeneｒgｙａndtheｃarboncyclｅ。Ｅnergyｆoreconomicｓｏｃialdｅvelｏｐｍeｎtareｃruｃial,butitｈasａｌsobrouｇhtｅnｖiｒoｎmentａlcｈalｌenges.Ｗｅmusteｘｐｌoｒetheenergyprｏｄｕcｔioｎａｎdconｓumptioninaｌlａｓpｅcｔs，incluｄingimpｒｏviｎgenergyefｆｉciｅｎcy，ｃleaneneｒgy，theｇlｏbalcａrbｏncyｃle，ｃarbonｒeｓoｕrce,wasteａndbiomass，bｕtalsｏpayattentiontｏthｅｍandcliｍaｔeanｄnatuｒalｒeｓｏurceprｏblemsbeｔｗeen。Windpoｗｅrdｅvｅｌopｍentiｓtheneedｏfｔhｅtimｅs.ＩnｔｈewｉｎdpoｗｅrcoｎｔroｌｓｙｓｔemｂasedoｎPｒoｇraｍmaｂlｅLogicCoｎtｒoller(PLC），mａinlyｉｓtｈedeｓｉgnoｆfutｕｒedevelｏｐmentdirectｉｏn．BａseｄoｎthedｅsｉgnｏｆPＬCwinｄpowercｏｎtｒoｌsysｔｅm,iｎoｒdｅrtoｅnｓuretｈeｗiｎdｍｉｌlｇｅｎｅratoｒｙａｗsｙstｅm，geaｒbox，hydraulicsysｔｅm，thegenｅrａｔorwｏrk;ｂyｓeleｃtingａppropriatecontｒｏlmｅtｈｏd，makｉngtｈeｓystｅｍmｏrestaｂlｅoｐeratiｏｎ,wｈiｃhcaｎeffeｃtivelyimｐrovｅｔheｕtｉliｚationratｅofwindpower.Desiｇnofthemainｇeneratorconｔrolcircuit,conｔrolcirｃｕit，ｇearｂｏxandhydrａulｉcsｔａt(yī)ioｎｒunｎingandｗorkingｃondｉtiｏｎsｆorｔhedesign,andｄrawthecorｒｅsｐoｎｄingｅlｅcｔrｉcalschemａt(yī)icdiａgｒaｍ。ThecontrolcｉｒcuiｔalsoshoｗｓPＬＣ，motoranｄcorrespondinglowｖoltａgedevｉcesｍｏdｅlｓeｌecｔｉon，reｎderiｎgｔheI／Owiｒｉngｄiagｒam;ｉngeｎeratorｃontrｏｌcｉrcuit，designｏftｈｅｇeneraｔorsｐｅｅｄcｏntrｏl;yaｗｃircｕｉt,designofｗｉｎd，stａrｔｉｎgｆｕncｔion;inthｅhydｒaｕlicsystem,ｄｅｓiｇntemperaturecontrol，ｐressurecontrolfuncｔion;ｉｎｔｈegearboxｓystｅm，designｔhｅlevelcontroｌfｕｎction。Iｎthedesｉｇnofthｅdｅtａiledwriｔｔeｎｐarｔsｃｏntrolprogrａm，andtherelevantdebugｇｉnｇ，whilｅｕsingS7－２０0sｉｍulａt(yī)ionｓoｆtwaresimulatioｎsysteｍ，aｎdｔhｅｓimulａt(yī)ioｎreｓulｔsandｍeｅtthedesignｒequirｅmeｎｔｓ.Keyｗoｒd：PｒｏgrammａbleLogicCoｎtrollｅｒ;Yaw；Hｙdrauｌicｓyｓtem;Ｃontｒolsysｔeｍ；WindＰowｅr目錄1引言1．１選題目的和意義．．．。。．．．．.．。..．。．。.．。...．．。．.．...．。..．.。．1.2國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀。。.．。．..。．．。。．．。。..。．．。．．..．.．.．。...。１.2。１國外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀.。．．．．.．.．.．．。。..。.。。．．。。..。..．．.。..。.。．.1．2.2國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀．．.．..．.．．．。。．。.．..。..。。.．..。.。。．．..．.．。.１。２.3風(fēng)電機組發(fā)展趨勢.．．。．。。．。..。..。．。。。.。。...。。。。。.．．．．.．。1.2．4海上風(fēng)電場的興起．．..．．。．。..。。...。。．.。...．。．.．．．.．.．.。。..。.1．3研究設(shè)想及方法．．.。..。。．.。．。。..。。.．。。。．。.．.。..．．。．。.。...．.。．。1.４預(yù)期成果及意義.。。。...。．。。．．。。。..。。...．．。．。.．.．.．..．.。。.．．。。２系統(tǒng)整體方案設(shè)計．。。.。。.．.。...。．.。．。。。.。．．..。.。。。．。。.。..。.．.．．2。1系統(tǒng)工作原理。.。.．.．。。.。.。。。.。。.。..。.．．.。.。.。.。...．。.．。.。.．2.2系統(tǒng)工藝流程。．．．。。.。.．．。.。．．．．．.。．。。.。.．。..。.。．。.．..．.。。．．。.2。2.1控制模式介紹。。。..．。.．．..。．。.．。。．。。。．。。.。.。．.．.。．．.。..。.。。２。2．2各部分控制介紹。．.。．。.。。.。。．。.．．．．。。．。．.．.。．.。。．．。。.．.。..。2。3系統(tǒng)總體設(shè)計方案．..。..．.。..。.。。.。。．。。．．．。.。.。。。.．。．。。．。．..2.4本章小結(jié)．．。.．.．.．．。。。.．．.．。．。..。..。。。.。．．...。..3控制系統(tǒng)硬件設(shè)計。.。。。．...。。．.。．..．。.。..。。.．.。。．．.．．.．.。．。.。。３．1ＰLC概述．。。．.．．.。.。。..。．。。。。．．．．．。。。..。．。...。．．．。．．．。。3。１．１ＰLＣ的發(fā)展歷程.．。．．。.。。。。。.．．．.。.。。。.。。。。.．.．.。．．.．.．．。。３.1.2PＬC的工作原理。。..。。。。。．.。。。.．．.。..。．．.．.．.。。。。。．．.．。．．。３.1.３控制系統(tǒng)的I/O通道地址分配。．.．。.。.。..。...。。。．．．..．.3.1．4PＬＣ系統(tǒng)選型..．。.。．．。。。..。．。.。。。。。.。。。．。..。．。。。.．。。..。.3。2擴展模塊選型.。.。.。．...。。。.。..。。.。．．。..。.．．。．．.．。．。．。．..3．２。1數(shù)字量輸出擴展模塊EM２2２．。．...．．...．.．。．...。．．.。。．。...。．3.２．2數(shù)字量輸入∕輸出擴展模塊EM２2３．...．。．。。.。..．．。．。...。．。.３.2。3模擬量輸入擴展模塊EＭ231．．。．。．。.．．.。.。..。。.。.。。。。..．。。。3。2。4模擬量輸入∕輸出擴展模塊EM235.。．。。.。。。..．..。.。。。。．。。。.3。3電機及驅(qū)動器選型與應(yīng)用設(shè)計..．。.．．．.。.．..．．.。..。。.．。．。...３.3。１電機及驅(qū)動器選型。．..。。。。.。。．．。.．．...。．。。..。.。.。.。.．.．.3．3。2偏航電機主電路設(shè)計．..．.。..．。..．．。。。。。．..。。..。。.。。..。.．３.4檢測元件選型與應(yīng)用設(shè)計．．．．.。.。。．.。...。.．。．．。．．。．.。.。。...3。4.1溫度傳感器選型。。。。．..。.。...。。.。..．。。．..。．。。。。．。3．４．2壓力傳感器選型。．。。.。..．．。。.。。.．．。。.。。.．。．...。。。.3.4。３液位傳感器選型。..。.。.。.。.。。...．。。。。．...．.．。．.。。．。。.。3.4.4偏航角度傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器選型..。。．．.。。。.。。．。.。．。.。.3。４.5風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)速儀選型．．。．。。．．．．。。.。．．。．.。．...。..。。.。。..３。5低壓電器選型。.。．.．．.。．。．。.。...。.。..。．。..．.。。。3.5.1接觸器選型.。.。．．.．。．.。．。..．．。..．..。．．．。．...。.．。.。.。.3。5．2斷路器選型．。。．。。。。.．。.。。。.。..．．.。。..。.。..．。.．。．。。。．.3。5。3熔斷器選型．。．．．．。．。．．．.．。。。．...。..。。。．。。.。．...3。5.4主令電器選型.。。．.。。．．．.．．.。。..。.．.。.．．．。.。。.。.。．。．。．3。５.5信號電器選型．。.。．。．．。．.．．。.。．。．．．。。.。..．.。．.。。．..。。３.6系統(tǒng)配電及電源選型.．.。。。.．．.。.。．．。。.。。．．。．。。..．．。.。．。3.7本章小結(jié)．.．。。.。.。。..．.．.。.．。...．．．。．。.．．。。．。..。。。4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計。。..。．。。．．．．．。.。。.。。。.．.。．.．。...．.．４.1程序流程圖的設(shè)計。．.。...．。．。。．。．。。．...。。。。．.。．。..。。.．.4。１．1啟?？刂屏鞒虉D.。．。。..．。.．。。．。。。..。.。．..。...．．。。.．。4.1.２偏航解纜控制流程圖..．．．．。..。..．..．．.。．．.。．.。．。４.1。3齒輪箱系統(tǒng)控制流程圖。．。.。。．。.。.．.．。．...。。。。。.。．。.．4。1．4發(fā)電機系統(tǒng)控制流程圖。。．．。。．。。．．.．．．．.。.。。．.．。．。.。。4.1.5液壓系統(tǒng)控制流程圖。。.。．。。.．。．。。．.。．．.。.．。.。.．.。..．．4。２控制程序設(shè)計。。．。。.。．.。．．.。.。。.。。.。..．．.．.。..。。.。。．.。．4.3組態(tài)界面設(shè)計。。..。。..。.。.．.。。。。。。．。..．.。.。。。.。.．．。４。4程序調(diào)試。。。．．．．．.。..。．．。．..．。．..．。.．...。．。.．。。...．.。．4。5本章小結(jié)．.。。。。．。．...。.。。。．。。..。.。．.．．。.。．.．.．。5結(jié)束語．.。.．．。。。。。..．.。。.。。..。。。。。。..。..。。。..。．。.。。。。。。。。參考文獻。。。..。。．。..。．．．..．。．.。．。.．．.．。．.。。..。。．..。.。.。．。.。致謝.．。.。。...。.。．...。。。．．．。．。.．.．。．..．..．。.。。.。。。。第1章引言1．１目的和意義由于全球人口增長和發(fā)展中國家的經(jīng)濟擴張，到２050年,世界能源需求可能翻番甚至增加兩倍。地球上的全部生命都依賴于能源和碳循環(huán)。能源對經(jīng)濟級社會發(fā)展都至關(guān)重要，但這也帶來了環(huán)境方面的挑戰(zhàn)[1]。我們必須探索能源生產(chǎn)與消費的各個方面，包括提高能效、清潔能源、全球碳循環(huán)、碳資源、廢棄物和生物質(zhì)，還要關(guān)注它們與氣候和自然資源問題之間的關(guān)系。風(fēng)電是目前技術(shù)最成熟、最具市場競爭力且極具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕鍧嵞茉?，發(fā)展風(fēng)電對于改善能源結(jié)構(gòu)、保護生態(tài)環(huán)境、保障能源安全和實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展等方面有著及其重要的意義［2]。隨著計算機技術(shù)與先進的控制技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)電領(lǐng)域，控制方式從基本單一的定槳距失速控制向變槳距和變速恒頻控制方向發(fā)展。目前的控制方法是：當(dāng)風(fēng)速變化時通過調(diào)節(jié)發(fā)電機電磁力矩或風(fēng)力機漿距角使葉尖速比保持最佳值，實現(xiàn)風(fēng)能的最大捕獲?？刂品椒ɑ诰€性化模型實現(xiàn)最佳葉尖速比的跟蹤,利用風(fēng)速測量值進行反饋控制，或電功率反饋控制[3]。但在隨機擾動大、不確定因素多、非線性嚴(yán)重的風(fēng)電系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制方法會產(chǎn)生較大誤差.因此近些年國內(nèi)外都開展了這方面的研究。一些新的控制理論開始應(yīng)用于風(fēng)電機組控制系統(tǒng).如采用模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制、魯棒控制等。使風(fēng)機控制向更加智能方向發(fā)展。傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電控制方法存在諸多不足,引起較大的能量損失，基于PＬＣ為主控制器的控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，通用性強，編程方便，抗干擾能力強,可靠性較高，并且維護起來比較方面，能夠直觀的反應(yīng)現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，通過編程工具可以直接觀察系統(tǒng)的運行狀態(tài),極大的方面了維護人員查找故障，縮短了對系統(tǒng)維護的時間。隨著新型控制算法的研究和應(yīng)用,可以有效提高風(fēng)能利用效率,對于提高風(fēng)電機組的發(fā)電量,減小風(fēng)電成本具有重要意義[4］.1。２國內(nèi)外現(xiàn)狀1．2.１世界風(fēng)力發(fā)電發(fā)展?fàn)顩r隨著國際社會能源緊缺壓力不斷增大，風(fēng)力發(fā)電得到了高度的重視。近20多年來，風(fēng)電技術(shù)日趨成熟，應(yīng)用規(guī)模越來越大。200９年，全球新增發(fā)電裝機超過38０0萬千瓦，比２0０8年凈增長110０萬千瓦，累計裝機容量突破1.５８億千瓦，同比增長超過３１％.其中我國增長最快，維持了１00％的增速，當(dāng)年吊裝完成1４00萬千瓦，比2０08年增加了７6０萬千瓦，同比增長120%；歐盟實現(xiàn)裝機容量1０56萬千瓦,同比增長１7%；美國凈增長99２萬千瓦，同比增長了1９%。根據(jù)全球風(fēng)能理事會的統(tǒng)計,截止到2010年12月,全球風(fēng)電新增裝機3580萬千瓦，累計裝機19440萬千瓦，同比２009年(1587０萬千瓦)增長可22.5％。2010年新增風(fēng)電投資近47３億歐元(650億美元).從風(fēng)電發(fā)展的區(qū)域分布來看，201０年歐洲、亞洲、北美仍分居世界三甲，２０10年底的裝機容量分別達到了８7５6萬千瓦、5８２8萬千瓦和4６99萬千瓦［5］.歐洲雖然仍居首位，但是與亞洲、北美的差距正在縮小，我國風(fēng)電新增容量超過歐盟.業(yè)內(nèi)人士普遍估計，到２015年三大地區(qū)風(fēng)電裝機容量將基本持平。從國別來看，我國已累計裝機容量44７8萬千瓦穩(wěn)居榜首，美國以4027萬千瓦的裝機容量位居第二，德國則以2736萬千瓦的容量位居第三位,西班牙和印度位居第四和第五，累計裝機容量分別為2０３０萬千瓦和1２97萬千瓦。進入前十名的還有法國（５96萬千瓦）、英國（586萬千瓦)、意大利（5７9萬千瓦）、加拿大(40１萬千瓦）和葡萄牙（38３萬千瓦)。從發(fā)電量占本國的比例來看,丹麥仍居世界榜首,約占本國發(fā)電量的2２%，西班牙以占據(jù)本國發(fā)電量１3的比例位居第二，位居前五位的國家還有葡萄牙、愛爾蘭和德國，占本國發(fā)電量的比例分別是１2％,10％和8%。風(fēng)電發(fā)電超過１％的國家共有20個，美國以2％的比例，位居第１２位.我國風(fēng)電裝機容量雖然居世界第二，但是發(fā)電量占全國發(fā)電量的比例還很低，大約為0。8％,位居世界２2位，比美國落后十個位次。除了傳統(tǒng)的風(fēng)電大國之外，英國、法國、加拿大、澳大利亞、日本以及東歐的波蘭等國也開始加速發(fā)展風(fēng)電.200９年,風(fēng)電累計裝機超過3００萬千瓦的國家已經(jīng)達到10個，２000年還只有５個。風(fēng)電已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)普遍接受的代替能源技術(shù)。面對200９年世界風(fēng)電逆勢飛揚的新形勢，世界風(fēng)電普遍調(diào)高了2020年風(fēng)電發(fā)展預(yù)期。預(yù)計20２0年全球風(fēng)電裝機容量將達到６億千瓦，其中估計2020年我國風(fēng)電裝機容量打到1.5億千瓦［6]。1．２.1我國風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展情況我國地域幅員遼闊，風(fēng)能資源豐富。對于風(fēng)能的技術(shù)可開發(fā)量，根據(jù)中國氣象科學(xué)研究院的保守估算數(shù)據(jù)，全國陸地上可開發(fā)利用的風(fēng)能約2.53億千瓦（依據(jù)地面以上10m高度風(fēng)力資料計算),海上可開發(fā)利用的風(fēng)能約7。5億千瓦，共計約10億千瓦[７］.而根據(jù)國際研究機構(gòu)的初步測算,不包括新疆、西藏等西部地區(qū)，我國風(fēng)能密度在300Ｗ/㎡以上的陸地面積超過65萬平方公里，可以安裝風(fēng)力發(fā)電機37億千瓦；風(fēng)能密度在400Ｗ/㎡以上的陸地面積超過28萬平方公里可以安裝14億千瓦的風(fēng)力發(fā)電裝備。如果考慮海上，我國風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)潛力可能超過２0億千瓦。我國在20世紀(jì)60年代就開始研制有實用價值的新型風(fēng)力機。70年代以后，發(fā)展較快,在裝機容量、制造水平及發(fā)展規(guī)模上都居于世界前列.離網(wǎng)式小風(fēng)電機組對解決邊遠地區(qū)農(nóng)、牧、漁民基本生活用電發(fā)揮了重大作用。全國累計生產(chǎn)各類小風(fēng)電機組20多萬臺，總?cè)萘?萬多千瓦，小風(fēng)電機組的年產(chǎn)量、產(chǎn)值和保有量均列世界之首。我國西部地區(qū)已有２０多萬戶農(nóng)牧民安裝了小風(fēng)電機組，為接近1０0萬農(nóng)牧民提供了電力,成為我國風(fēng)力發(fā)電的一大特色。發(fā)展風(fēng)力發(fā)電有利于調(diào)整能源結(jié)構(gòu)。從長遠看，我國常規(guī)能源資源人均擁有量相對較少，為保持經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展,按目前估計的技術(shù)可開發(fā)儲量計算,風(fēng)電年發(fā)電量可達幾萬億千瓦時.據(jù)推算，我國２020年需要１０億千瓦的發(fā)電裝機，4萬億千瓦時的發(fā)電量,之后如果按照人均２千瓦，達到中等發(fā)達國家生活水平的基本要求,在２05０年我國需要大約30億千瓦的發(fā)電裝機和12萬億千瓦時的發(fā)電量[8］。龐大的裝機和發(fā)電量需求，給風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展提供了廣闊的空間。我國政府提出的風(fēng)電規(guī)劃目標(biāo)是到2020年風(fēng)電裝機達到1.５億千瓦。20２0年之后的風(fēng)電超過核電成為第三大主力發(fā)電電源，在20５0年前后達到或超過4億千瓦,超過水電，成為第二大主力發(fā)電電源。1。2．3風(fēng)電機組發(fā)展趨勢目前風(fēng)電市場上和風(fēng)電場中安裝的風(fēng)力發(fā)電機組,絕大多數(shù)是水平軸、三葉片、上風(fēng)向、管式塔形式，其他形式的機組較少見到.風(fēng)電界整體上對機組技術(shù)的認(rèn)識不再有大的分歧，開始集中力量向大型化、高質(zhì)量和高效率方面發(fā)展，新的發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下幾個方面。從定槳距（失速型)向變槳距機組發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電機的失速功率調(diào)節(jié)方式和變槳距調(diào)節(jié)方式是目前大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機組風(fēng)能的收集和轉(zhuǎn)換的主要功率調(diào)節(jié)方式。采用失速功率調(diào)節(jié)方式的風(fēng)力發(fā)電機組的葉片不能繞其軸線轉(zhuǎn)動，功率調(diào)節(jié)通過葉片自身的失速特性實現(xiàn)。這種方式有結(jié)構(gòu)簡單、故障概率底的優(yōu)點，一度在風(fēng)電機組中很受歡迎得到普遍采用[9]。其缺點主要是風(fēng)力發(fā)電機組的性能受葉片失速性能的限制,額定風(fēng)速較高，在風(fēng)速超過額定值時發(fā)電功率有所下降。另一個缺點是葉片形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大，引起風(fēng)輪轉(zhuǎn)動慣量大,在研制大型風(fēng)力發(fā)電機組時更為突出。從定轉(zhuǎn)速向可變轉(zhuǎn)速機組發(fā)展。采用變速恒頻技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機組允許其風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速是可變的，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速可根據(jù)風(fēng)電機組受風(fēng)的風(fēng)速進行調(diào)整，以最大限度地吸收風(fēng)的能量,提高了風(fēng)輪（特別是在低風(fēng)速區(qū)）的轉(zhuǎn)換效率?？勺兒泐l技術(shù)采用了雙饋異步感應(yīng)發(fā)電機技術(shù)可以使發(fā)電機始終工作在最佳工作狀態(tài)，機電轉(zhuǎn)換效率提高。單機容量大型化發(fā)展趨勢。風(fēng)電機組單機容量逐年增大的趨勢愈來愈明顯。風(fēng)力發(fā)電機組大型化、單機裝機功率的提高，是所有風(fēng)電機組研究、設(shè)計和制造商不斷最求的目標(biāo).最近幾年，各種新型大型風(fēng)電機組不斷出現(xiàn)并得到迅速推廣應(yīng)用。8ＭＷ、10MW的風(fēng)電機組也已研制成功,即將投入商業(yè)應(yīng)用[1０］。1.2。4海上風(fēng)電場的興起盡管海上風(fēng)電項目起步較晚，但越來越受到重視。其原因在于，海上風(fēng)電場的優(yōu)勢明顯：具有較高的風(fēng)速；對環(huán)境的負(fù)面影響較少;風(fēng)電機組距離海岸較遠，視覺干擾很??；允許機組制造更為大型化,從而可以增加單位面積的總裝機量；機組噪聲排放的控制問題也不那樣突出。當(dāng)然，與陸上風(fēng)電場的建設(shè)相比，還上風(fēng)電場的建設(shè)又面臨新的問題，如風(fēng)電機組的海上選用問題，海上風(fēng)電場工程建設(shè)施工問題,海上風(fēng)電場的電量送出問題和海上風(fēng)電場的運行維護問題，這些問題都在不斷探索和解決之中.1.3研究設(shè)想及方法本次設(shè)計要求是設(shè)計一個風(fēng)力發(fā)電機組主控系統(tǒng)，主控制器為PLC，主要完成的功能有風(fēng)車具有適應(yīng)風(fēng)向的功能、在風(fēng)機轉(zhuǎn)動超出設(shè)定角度值時,具有自動解纜功能、能對風(fēng)力的大小進行監(jiān)測,并根據(jù)需要采取相應(yīng)的措施.根據(jù)設(shè)計的要求,主要設(shè)計內(nèi)容擬包括風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)中的偏航系統(tǒng)、齒輪箱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、溫度控制等。本設(shè)計從工業(yè)實用角度出發(fā),研究基于PＬＣ的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)。這就要求既要掌握PLＣ相關(guān)知識和特定PＬC的編程語言,也要有懂得一定的風(fēng)力發(fā)電方面的知識[11］。此外，還必須涉及硬件電路的設(shè)計，才能將PLC控制和風(fēng)力發(fā)電電路成功連接。1。４預(yù)期成果及意義我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)起步較晚,目前對變速風(fēng)電機組的運行特性及規(guī)律缺乏深入研究,在控制系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化項目中，缺乏最優(yōu)的控制策略依據(jù)。深入研究風(fēng)電機組及風(fēng)力機的運行特性和規(guī)律對于控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計具有十分重要的指導(dǎo)意義。本設(shè)計主要依據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組的控制目標(biāo)和控制策略,由于風(fēng)的不穩(wěn)定性和風(fēng)力發(fā)電機單機容量的不斷增大，使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)的相互影響也越來越復(fù)雜，因此,對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率輸出的穩(wěn)定性提出了更高的要求。控制系統(tǒng)對提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率輸出的穩(wěn)定性有很大的作用，所以有必要對控制系統(tǒng)和控制過程進行分析?？刂葡到y(tǒng)利用西門子plｃ20０通過對運行過程中輸入信號的采集、傳輸、分析，來控制風(fēng)電機組的轉(zhuǎn)速和功率;如發(fā)生故障或其他異常情況能自動地檢測并分析確定原因，自動調(diào)整排除故障或進入保護狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)的主要任務(wù)就是自動控制風(fēng)電機組運行，依據(jù)其特性自動檢測故障并根據(jù)情況采取相應(yīng)措施。控制系統(tǒng)包括控制和監(jiān)測兩部分?？刂撇糠衷O(shè)置了手動和自動兩種模式。監(jiān)測部分將各種傳感器采集到的數(shù)據(jù)送到控制器,經(jīng)過處理作為控制參數(shù)或作為原始記錄儲存起來,在機組控制器的顯示屏上可以查詢?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)可通過網(wǎng)絡(luò)或電信系統(tǒng)送到風(fēng)電場中央控制室的電腦系統(tǒng),還能傳輸?shù)綐I(yè)主所在的城市的總部辦公室。根據(jù)風(fēng)電機組的結(jié)構(gòu)和載荷狀況、風(fēng)況、變槳變色特點及其他外部條件，將風(fēng)電機組的運行情況主要分為以下幾類:待機狀態(tài)、發(fā)電狀態(tài)、大風(fēng)停機方式、故障停機方式、人工停機方式和緊急停機方式、維護狀態(tài).第２章系統(tǒng)整體方案設(shè)計2.１系統(tǒng)工作原理本設(shè)計針對的風(fēng)力發(fā)電機機型是變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖２．1所示。圖2.1結(jié)構(gòu)示意圖變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機一般由葉片、增速齒輪箱、發(fā)電機、偏航裝置、變槳距裝置、塔架和控制系統(tǒng)等主要部分所組成。葉片：風(fēng)輪的作用是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能，它由氣動性能優(yōu)異的葉片（目前大型商用風(fēng)電機組一般為2～3個）裝在輪轂上組成.低速轉(zhuǎn)動的風(fēng)輪通過傳動系統(tǒng)由增速齒輪箱增速，將動力傳遞給發(fā)電機[12]。上述這些部件都安裝在機艙平面上,整個機艙由高大的搭架舉起，由于風(fēng)向經(jīng)常變化，為了有效地利用風(fēng)能，必須要有迎風(fēng)裝置,它根據(jù)風(fēng)向標(biāo)測得的風(fēng)向信號,由控制器控制偏航電機,驅(qū)動與塔架上大齒輪嚙合的小齒輪轉(zhuǎn)動，使機艙始終對風(fēng).輪轂是風(fēng)輪的樞紐,是葉片根部與主軸的連接部分，也是控制葉片變槳距的所在.增速齒輪箱：齒輪箱連接低速軸和高速軸的變速裝置,它可以將高速軸的轉(zhuǎn)速提高至低速軸的1０0倍。發(fā)電機：風(fēng)電機發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能。風(fēng)電機上的發(fā)電機與普通電網(wǎng)上的發(fā)電設(shè)備相比，有所不同:風(fēng)電機發(fā)電機需要在波動的機械能條件下運轉(zhuǎn).通常使用的風(fēng)電機發(fā)電機是感應(yīng)電機或異步發(fā)電機,有的也使用永磁同步發(fā)電機.偏航裝置:借助電動機轉(zhuǎn)動機艙，以使轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整風(fēng)向的最佳切入角度.偏航裝置由電子控制器操作,電子控制器可以通過風(fēng)向標(biāo)來探知風(fēng)向。通常，在風(fēng)改變其方向時,風(fēng)電機一次只會偏轉(zhuǎn)幾度。變漿距裝置:變漿距是指安裝在輪轂上的葉片通過控制可以改變其槳距角的大小。在運行過程中,當(dāng)輸出功率小于額定功率時，槳距角保持在0°位置不變，不作任何調(diào)節(jié);當(dāng)發(fā)電機輸出功率達到額定功率以后,調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)輸出功率的變化調(diào)整槳距角的大小，使發(fā)電機的輸出功率保持在額定功率。此時控制系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)，形成閉環(huán)控制。塔架：風(fēng)電機塔載有機艙及轉(zhuǎn)子。通常高的塔具有優(yōu)勢,因為離地面越高，風(fēng)速越大。600千瓦風(fēng)電機的塔高為４０至6０米，5兆瓦級別的塔高則超過100米.根據(jù)底座的不同，支撐塔可以為管狀,也可以是格子狀。管狀的塔對于維修人員更為安全，因為他們可以通過內(nèi)部的梯子到達塔頂.格狀的塔的優(yōu)點在于它重量輕,技術(shù)相對成熟（與海上石油鉆井臺原理相同）?？刂葡到y(tǒng)：控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機組的“大腦"，由它自動完成風(fēng)力發(fā)電機組的所有工作過程，并提供人機接口和遠方監(jiān)控的接口.控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣對風(fēng)機運行的效率和使用壽命有至關(guān)重要的影響[13]。其控制軟件根據(jù)風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)理論研究成果和機組實際運營過程中的數(shù)據(jù),能夠準(zhǔn)確的實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機組的特殊控制要求，對機組的安全可靠性具有十分重要的意義。2。2系統(tǒng)工藝流程2．2。1控制模式介紹風(fēng)力機控制模式主要有：初始化、待機、啟動、運行、發(fā)電、停機、維護、幾種模式間的轉(zhuǎn)換、停機條件、維護條件。初始化：葉片角度設(shè)定值為8９°,變化范圍85°～96°.待機：風(fēng)機經(jīng)過初始化完成,延時20s后；或停機步驟完成后,轉(zhuǎn)速<2rpm與最小葉片角度>83°，就會進入待機模式；葉片角度設(shè)定值為89°；自動偏航系統(tǒng)激活；允許進行偏航解纜；允許進行故障復(fù)位。啟動：允許條件滿足,自啟動程序發(fā)出啟動指令或按下啟動按鈕后，風(fēng)機由待機模式轉(zhuǎn)換到啟動模式;進入啟動模式時，控制程序?qū)ο铝袇?shù)進行設(shè)定：如果檢測到有風(fēng)暴,則槳距角設(shè)定值為８9°,否則槳距角設(shè)定值為５0°；變槳控制器激活；逆槳速度限值為－2deg／s,順槳速度限值為5deg/s；自動偏航系統(tǒng)激活。運行:當(dāng)轉(zhuǎn)速大于1。5ｒpm延時4５ｓ且風(fēng)與機艙的位置偏差小于45°延時２０ｓ后,風(fēng)機由啟動模式轉(zhuǎn)換到運行模式。進入運行模式時，控制程序?qū)ο铝袇?shù)進行設(shè)定：槳距角設(shè)定值為0°；變槳控制器激活;逆槳速度限值為－２ｄeg／s，順槳速度限值為5ｄｅg/s;自動偏航系統(tǒng)激活；自動偏航系統(tǒng)激活。發(fā)電:當(dāng)轉(zhuǎn)速大于9.7rｐｍ，風(fēng)機由運行模式轉(zhuǎn)換到發(fā)電模式。進入發(fā)電模式時，控制程序?qū)ο铝袇?shù)進行設(shè)定：槳距角設(shè)定值為０°；轉(zhuǎn)矩控制器激活；變槳控制器激活；逆槳速度限值為－２ｄeg/ｓ,順槳速度限值為5ｄｅg/ｓ;轉(zhuǎn)速限定值為１7．4ｒpｍ;變頻器啟動；自動偏航系統(tǒng)激活。停機:風(fēng)機處于啟動、運行或發(fā)電模式,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出停機信號,或在維護模式下將維護開關(guān)關(guān)閉,風(fēng)機轉(zhuǎn)換到停機模式。進入停機模式時，控制程序?qū)σ韵聟?shù)進行設(shè)定：槳距角設(shè)定值為８9°；逆槳速度限值為0dｅg/s;轉(zhuǎn)速限定值為０rpｍ；自動偏航系統(tǒng)激活（緊急停機時禁止自動偏航)。順槳速度限值根據(jù)觸發(fā)停機的故障級別不同，分為三種情況限制:當(dāng)系統(tǒng)存在一級故障時，風(fēng)機正常停機。速度為：４°/s;當(dāng)系統(tǒng)存在二級故障時，風(fēng)機快速停機。速度為:5．5°/s;當(dāng)系統(tǒng)存在三級故障(即安全鏈故障）時，風(fēng)機緊急停機。速度為：7°／s。風(fēng)機進入停機模式后,35ｓ內(nèi)轉(zhuǎn)速未降到10rｐｍ以下或90ｓ內(nèi)轉(zhuǎn)速未降到4ｒpm以下，系統(tǒng)將觸發(fā)“停機程序出現(xiàn)故障”信號。緊急停機時,轉(zhuǎn)速<5rpm后轉(zhuǎn)子剎車機構(gòu)激活。維護：當(dāng)控制面板上的維護開關(guān)打開時，風(fēng)機轉(zhuǎn)換到維護模式,進入維護模式時,控制程序?qū)ο铝袇?shù)進行設(shè)定：轉(zhuǎn)矩控制器與變槳控制器禁用；槳距角設(shè)定值在45°—９６°之間；變槳速度3°/ｓ:變頻器停止運行:允許手動偏航；允許手動變槳.幾種模式間的轉(zhuǎn)換：待機——〉啟動：無故障、非解纜、非維護模式、機艙溫度超過10度、發(fā)電機繞組溫度超過機艙溫度、變槳系統(tǒng)進入準(zhǔn)備狀態(tài)、變流器切出本地、產(chǎn)生手動啟動或自啟動信號；啟動——〉運行：轉(zhuǎn)速超過1．5ｒｐm維持４5s、對風(fēng)角度低于45度、齒輪箱油溫高于１0度、未檢測到暴風(fēng)；啟動、運行模式：分別對應(yīng)槳距角5０度和0度；運行-—〉發(fā)電：轉(zhuǎn)速超過9.7轉(zhuǎn)；停機——〉待機:進入停機模式４５s后。停機條件：進入停機模式觸發(fā)條件：全局故障；柜門停機或緊急停機按鍵、維護模式；偏航位置值大于690度；發(fā)電模式下轉(zhuǎn)速低于10ｒpm維持15ｍin，或低于６rpm維持5ｍin，或低于4rpm;運行模式下維持15ｍiｎ[1４］。維護條件:維護模式觸發(fā)條件:維護開關(guān)動作;風(fēng)機幾種模式－維護模式的過程；待機模式：直接轉(zhuǎn)換到維護模式;停機模式:風(fēng)機先進入待機模式,再轉(zhuǎn)換到維護模式；其它模式：風(fēng)機先經(jīng)過停機程序進入停模式,再經(jīng)待機進入維護模式。２.2.2各部分控制介紹1、齒輪箱及冷卻系統(tǒng)基本控制原理油溫〈5℃,加熱器啟動，>5℃時３分鐘之后,加熱器停止；低速軸轉(zhuǎn)速〉1。２rpm或風(fēng)機進入運行、發(fā)電、停機狀態(tài)且油溫>５℃－—-——－>低速;低速軸轉(zhuǎn)速>10。5rｐm或油溫〉40℃—->高速；油溫〉5０℃，水泵啟動，直到＜45℃,水泵停止;油溫〉60℃，水空風(fēng)扇啟動,直到＜5５℃,水空風(fēng)扇停止；油溫>6０℃或軸溫〉70℃，空冷風(fēng)扇(高速)啟動,直到油溫〈50℃或軸溫〈６5℃，空冷風(fēng)扇停止；油溫〉80℃，風(fēng)機進入正常停機模式；高速軸溫（葉輪、發(fā)電機側(cè))＞90℃,風(fēng)機為正常停機模式。2、發(fā)電機基本控制原理發(fā)電機繞組溫度〉8０℃，空冷風(fēng)扇啟動，直到〈7０℃，空冷風(fēng)扇停止;發(fā)電機繞組溫度<機艙溫度且機艙溫度〈1０℃，發(fā)電機加熱器啟動，直到機艙溫度〉10℃或發(fā)電機繞組溫度>機艙溫度１0分鐘后停止加熱；３、液壓站系統(tǒng)壓力低于１4５bａr啟泵,高于1６０bar停泵。偏航和解纜狀態(tài)：偏航解纜和迎風(fēng)分別對應(yīng)的閥置位，系統(tǒng)壓力P4為150bar左右,偏航壓力P1維持在2５bａr左右。高速軸剎車狀態(tài):兩閥同時復(fù)位/置位。系統(tǒng)進入停機模式并且為緊急停機模式（故障等級三安全鏈動作)，保證葉輪速度降為小于5rpm,抱閘動作；油位油溫開關(guān)。油位開關(guān)：常開觸點，達到指定高度開關(guān)閉合，4０2ＤI4。1—１輸入高電平(一通道亮）.油溫開關(guān)：常閉觸點,未達到警戒溫度７０度時，4０2DＩ4-8輸入高電平（四通道亮）.液壓加熱器:溫控開關(guān)控制主回路通斷。4、偏航系統(tǒng)在不同的風(fēng)速條件下,偏航的動作方式不同，分為高風(fēng)速偏航和低風(fēng)速偏航。高風(fēng)速下自動偏航:6０秒平均風(fēng)速大于等于9m／s,觸發(fā)偏航程序的條件如下：偏航對風(fēng)60秒平均偏差大于8°,延時210s，風(fēng)機偏航。偏航對風(fēng)６0秒平均偏差大于15°,延時２0s，風(fēng)機偏航。低風(fēng)速下自動偏航:60秒平均風(fēng)速小于9m／s,觸發(fā)偏航程序的條件如下:偏航對風(fēng)6０秒平均偏差大于1０°，延時2５０ｓ，風(fēng)機偏航。偏航對風(fēng)60秒平均偏差大于18°，延時2５s，風(fēng)機偏航。自動解纜條件：風(fēng)機處于待機狀態(tài)和非維護模式，同時不出現(xiàn)偏航和液壓故障；判斷當(dāng)位置大于580或小于—５80時，向右或向左解纜動作。解纜停止條件：情況1：偏航位置回到小于36０度,對風(fēng)角度（風(fēng)向標(biāo)數(shù)值與１８0度差值）小于30度；情況2：偏航位置小于40度。偏航解纜后，風(fēng)機處于待機狀態(tài).２.3系統(tǒng)總體設(shè)計方案本次設(shè)計要求是設(shè)計一個風(fēng)力發(fā)電機組主控系統(tǒng),主控制器為PＬＣ,主要完成的功能有風(fēng)車具有適應(yīng)風(fēng)向的功能、在風(fēng)機轉(zhuǎn)動超出設(shè)定角度值時,具有自動解纜功能、能對風(fēng)力的大小進行監(jiān)測，并根據(jù)需要采取相應(yīng)的措施。根據(jù)設(shè)計的要求,主要設(shè)計內(nèi)容擬包括風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)中的偏航系統(tǒng)、齒輪箱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、溫度控制等。本設(shè)計從工業(yè)實用角度出發(fā),研究基于PLC的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)。這就要求既要掌握ＰLＣ相關(guān)知識和特定ＰLC的編程語言,也要有懂得一定的風(fēng)力發(fā)電方面的知識。此外，還必須涉及硬件電路的設(shè)計，才能將PＬＣ控制和風(fēng)力發(fā)電電路成功連接。人機界面:輸入命令,變更參數(shù)；顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)各項數(shù)據(jù)參數(shù)和故障情況，并對風(fēng)機進行控制。數(shù)據(jù)采集:利用傳感器,風(fēng)向標(biāo)等檢測裝置對溫度、壓力、液位、風(fēng)速、風(fēng)向等數(shù)據(jù)進行采集。偏航控制：根據(jù)風(fēng)向變化進行偏航，解纜等，控制有四臺偏航電機.齒輪箱控制：主要對齒輪箱溫度，油位，油泵等進行控制。液壓控制：制動機構(gòu)壓力保持；變槳系統(tǒng)壓力保持等。液壓系統(tǒng)主要為高速軸剎車和偏航剎車提供壓力.溫度控制：對系統(tǒng)各個運行機構(gòu)的溫度進行控制，確保風(fēng)機正常運行。其他控制:照明、液壓、溫度、故障處理等控制［15］。PＬC:選用Ｓ７—20０ＣPＵ，EM２２2、EM２23、EM23１、EＭ23５等擴展模塊。系統(tǒng)原理框圖如圖2.２所示。圖2。2系統(tǒng)原理框圖２。4本章小結(jié)本章介紹了總體設(shè)計思路和總體方案的確定。包括工作原理圖、工藝流程圖和系統(tǒng)示意圖。了解了系統(tǒng)設(shè)計的大概內(nèi)容,對系統(tǒng)設(shè)計有了一個大概的認(rèn)識，為接下來的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。第3章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3。1PLC概述3.1。1PLC的發(fā)展歷程可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計.它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令,并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類機械的生產(chǎn)過程;而有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。PLC技術(shù)隨著計算機和微電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展，由最初的一位機發(fā)展為8位機。隨著微處理器CPU和微型計算機技術(shù)在ＰＬC中的應(yīng)用，形成了現(xiàn)代意義上的ＰLC。進入２０世紀(jì)8０年代以來,隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,以16位和3２位微處理器構(gòu)成的微機化PLＣ得到了驚人得發(fā)展，事PLC在概念、設(shè)計、性能價格比以及應(yīng)用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強,功耗、體積減小,成本下降,可靠性提高，編程和故障檢測更為靈活方便，而且遠程Ｉ/0和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及人機界面(HMＩ）也有了長足的發(fā)展[16]。現(xiàn)在ＰLＣ不僅能得心應(yīng)手的應(yīng)用于制造業(yè)自動化，而且還可以應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)的過程控制系統(tǒng)，所有這些已經(jīng)使之成為自動化技術(shù)領(lǐng)域的三大支柱之一，即使在現(xiàn)場總線技術(shù)成為自動化技術(shù)應(yīng)用熱點的今天，PＬＣ仍然是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中不可缺少的控制器。3.1．2PLＣ的工作原理ＰＬC是一種工業(yè)控制計算機，它的工作原理是建立在計算機工作原理的基礎(chǔ)之上，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)的.CPU是以分時操作方式來處理各項任務(wù)的，計算機在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序依次完成相應(yīng)各電器的動作，所以它屬于串行工作方式。PLC工作的整個過程可分為三部分：第一部分是上電處理。機器上電后對ＰLC系統(tǒng)進行一次初始化，包括硬件初始化，I/O模塊配置檢查，停電保持范圍設(shè)定，系統(tǒng)通信參數(shù)配置及其他初始化處理等.第二部分是掃描過程。PLC上電處理階段完成以后進入掃描工作過程。第三部分是出錯處理.PＬC每掃描一次,執(zhí)行一次自診斷檢查,確定PLC自身的動作是否正常，如檢查出異常時，ＣPU面板上的LED及異常繼電器會接通，在特殊寄存器中會存入出錯代碼;當(dāng)出現(xiàn)致命錯誤時，CＰＵ被強制為SＴO(shè)P方式,所有的掃描便停止。概括而言，PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進行工作的.每一次掃描所用的時間稱作掃描周期或工作周期。在一個掃描周期中,ＰＬC一般將完成部分或全部的以下操作：讀輸入→處理通信請求→執(zhí)行邏輯控制程序→寫輸出執(zhí)行→CPU自診斷。當(dāng)ＰLC上電后,處于正常運行時，它將不斷重復(fù)掃描過程,并不斷循環(huán)重復(fù)下去。分析上述掃描過程，如果對遠程I/O、特殊模塊、更新時鐘和其他通信服務(wù)等枝葉的東西暫不考慮，這樣掃描過程就只剩下“輸入采樣”、“程序執(zhí)行”和“輸出刷新”三個階段了。這三個階段是PLC工作過程的中心內(nèi)容,也是PLＣ工作原理的實質(zhì)所在。(1)輸入采樣階段PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子,并將各輸入狀態(tài)存入相對應(yīng)的輸入映像寄存器中,此時輸入映像寄存器被刷新［17］。接著系統(tǒng)進入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化,其內(nèi)容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的內(nèi)容.所以,一般來說,輸入信號的寬度要大于一個掃描周期，或者說輸入信號的頻率不能太高,否則很可能造成信號的丟失。(２)程序執(zhí)行階段進入程序執(zhí)行階段后,一般來說(因為還有子程序和中斷程序的情況），PＬC按從左到右、從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時，PLＣ就從輸入映像寄存器中“讀入”對應(yīng)輸入端子狀態(tài),從元件映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件(“軟繼電器”）的當(dāng)前狀態(tài)。然后進行相應(yīng)的運算，最新的運算結(jié)果馬上再存入到相應(yīng)的元件映像寄存器中.對元件映像寄存器來說，每一個元件（“軟繼電器”）的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而刷新。(３）輸出刷新階段在用戶程序執(zhí)行完畢后,元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通∕斷開）在輸出刷新階段一起轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式集中輸出，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動外部負(fù)載。在下一個輸出刷新階段開始之前，輸出鎖存器的狀態(tài)不會改變,從而相應(yīng)輸出端子的狀態(tài)也不會改變。3.1。3控制系統(tǒng)的I/O通道地址分配根據(jù)系統(tǒng)的控制要求,I/Ｏ通道地址分配如表3.１所示。表３.1輸入輸出信號代碼和地址編號名稱代碼地址編號啟動按鈕SＦ1I0．0停止按鈕SF２I０.1維護按鈕ＳF３I0。2緊急停機按鈕ＳＦ4I0.3遠程緊急停機按鈕SF5Ｉ0.4手動向左解纜SF6Ｉ1.0手動向右解纜SF7I1。１偏航左極限BG１I1。2偏航右極限BG２Ｉ1．３偏航左安全開關(guān)ＢG3I１．4偏航右安全開關(guān)BＧ4I1．５機艙照明開SF8I２。0機艙照明關(guān)SF9Ｉ2.1塔筒照明開SF10I２。2塔筒照明關(guān)SF11Ｉ２.3偏航減速器1QA1Q0。0偏航減速器2QA2Q0。１偏航電機正轉(zhuǎn)QA3Q０.2偏航電機反轉(zhuǎn)QA4Q0。3偏航減速器3QA５Q0。4偏航減速器4ＱA6Q0．5齒輪箱油泵１QA7Q0。6齒輪箱油泵２QA8Q0.７齒輪箱油泵3QＡ9Ｑ１.０齒輪箱油泵加熱器QA10Ｑ1．1齒輪箱加熱器QA11Q2.０齒輪箱空冷風(fēng)扇1QA12Q2.1齒輪箱空冷風(fēng)扇2QA13Ｑ2。２齒輪箱空冷風(fēng)扇3QA14Ｑ２．3齒輪箱水泵QＡ1５Q2。４發(fā)電機空冷風(fēng)扇ＱA16Ｑ2.5發(fā)電機加熱器ＱＡ17Q２.６液壓泵QＡ18Q2．7液壓油加熱器ＱA1９Q3。0機箱通風(fēng)風(fēng)扇QA20Q3．１機箱加熱器QA21Q3。2機艙照明PG1Q3。3塔筒照明ＰG2Ｑ3.4啟動指示燈PＧ3Ｑ4。0運行指示燈PＧ4Q４。1停機指示燈PG５Ｑ４.2維護指示燈PＧ6Q4。３軟起信號ＱＡ22Q4。4模擬量輸入輸出信號如表3。2。表3。2模擬量輸入輸出信號代碼和地址編號表序號功能信號序號功能信號AIW０溫度傳感器1輸入AＩＷ１6壓力傳感器2輸入ＡIＷ2溫度傳感器2輸入AIW18液位傳感器2輸入AIＷ4溫度傳感器3輸入AIW20位置傳感器輸入ＡＩＷ6溫度傳感器4輸入ＡＩW２4風(fēng)向傳感器1輸入AＩＷ8速度傳感器輸入ＡIW26風(fēng)向傳感器2輸入ＡIW10壓力傳感器１輸入AIW28風(fēng)速傳感器1輸入AIW１2液位傳感器1輸入ＡIW30風(fēng)速傳感器2輸入3。1。4PLＣ系統(tǒng)選型從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種.固定式PＬＣ包括ＣPＵ板、Ｉ/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPＵ模塊、I／O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架,這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。本設(shè)計選擇了Siemｅｎs的模塊化中小型ＰLC系統(tǒng)Ｓ7-20０,它能滿足中等性能要求的應(yīng)用,應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。其模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、和易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得S7-２0０成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟的方案。Ｓ7-200系列所具有的多種性能遞增的CPＵ和豐富的且?guī)в性S多方便功能的Ｉ/O擴展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴大并且愈加復(fù)雜時，可隨時使用附加的模塊對PLＣ進行擴展。ＳｉｅmensＳ7-200所具備的高電磁兼容性和強抗振動，抗沖擊性，更使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性.此外,S7－２０0系列PLC還具有模塊點數(shù)密度高,結(jié)構(gòu)緊湊，性價比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點。與一般計算機一樣，CPＵ是ＰLC的核心,它按PLＣ中系統(tǒng)程序賦予的功能控制PLC有條不紊的進行工作［１8］.CＰU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元.S7—２０0系列ＰLＣ可提供五種不同的基本單元和多種規(guī)格的擴展單元等。目前提供的Ｓ7－200CPU有:ＣPU２21、CPU２22、CPＵ2２４、ＣPU224XP、CPU226和CPU226XM,ＣPＵ21Ｘ系列產(chǎn)品現(xiàn)已被CPU22X完全取代。不同型號的S7-200PLCＣＰU性能差別較大，見表３.2所示。表３.3S7-2０0系列ＰLＣCPU型號表特性CＰU221CPU２22CPU22４CPＵ２24ＸＰＣPＵ22６CPU22６XＭ程序存儲區(qū)４096B4096B8１９2B1２288B16３84B2４576B數(shù)據(jù)存儲區(qū)20４8B20４８B819２B１0240Ｂ10２４0B２０480B本機I／Ｏ6入４出８入6出１4入１０出１4入10出24入16出24入１6出擴展模塊數(shù)027777本設(shè)計選用ＣPU2２４（14DI/1０ＤO).ＣＰＵ2２４的外圍接線圖如圖３.1所示。３。2擴展模塊選型3。2．1數(shù)字量輸出擴展模塊EM２2２本設(shè)計選用的數(shù)字量輸出擴展模塊ＥM222為8路輸出,輸出類型為繼電器、干觸點。圖3。1CＰU224AC／DC／RLＹ外圍接線圖輸出電壓為5～３0Ｖ（DC)或5～250Ｖ（AＣ)。輸出閉合時允許的最大輸出電流為２.00A。輸出采用組隔離方式,輸出組數(shù)為2，每組４點。8路輸出可同時接通。每組水平安裝最多可達4路,垂直安裝也是4路[19］.每組最大輸出電流為８A，負(fù)載為燈時為3０Ｗ(DC)/2０0W（AC）.最大觸點電阻為0。002Ω，觸點閉合時的浪涌電流為7A，無過流保護。隔離電阻最小為1０0MΩ.線圈到觸點隔離位1500Ｖ（AC）,1min,觸點之間的隔離為75０V（AＣ），1min。繼電器的開關(guān)延時最大為1０ms，機械壽命（無負(fù)載)為107次開∕關(guān)循環(huán),帶標(biāo)稱負(fù)載時的觸點的壽命為１0５次開∕關(guān)循環(huán)。連接電纜長度最長為150ｍ(不屏蔽電纜）和５０0m(屏蔽電纜）。電能消耗：+5Ｖ（ＤC）,50mＡ。ＥM222端子連線如圖3．2所示。３.2.2數(shù)字量輸入∕輸出擴展模塊EM223本設(shè)計選用的數(shù)字量Ｉ/O混合模塊EＭ223為１6輸入∕1６輸出，輸出類型為繼電器、干觸點。１）輸入性能(1）本模塊輸入類型為源型16路輸入，輸入電壓允許最大連續(xù)值為30V（DC)，允許浪涌為35V（DC)/0。5s。（2）輸入標(biāo)稱值為2４V(DC)/4ｍＡ，邏輯1信號最小為15V(DC)/2．5mＡ，邏輯0信號最大為5V（ＤC）/1ｍA.圖3．２EM22２數(shù)字量輸出8繼電器端子接線圖（3）光電隔離指標(biāo)為5０0mV（AＣ）,1miｎ。采用組隔離輸入方式，每組８點。輸入延時最大為4。5ｍs.允許的漏電流為1mA.(4)連接電纜長度最長為３0０m（非屏蔽電纜)和500M（屏蔽電纜).２）輸出性能（1)輸出類型為繼電器，１６路數(shù)字量輸出，輸出電壓允許范圍為５至３０Ｖ（DC)或５至2５０V(AC），標(biāo)稱值為２4V（DC）或250V（ＡC)。(2）輸出組數(shù)為四組，16路輸出可同時接通。每組最多水平安裝4路輸出,每組最多垂直安裝也是4路輸出。每組最大電流為8Ａ，負(fù)載為燈時最大為３０W（ＤＣ）∕200Ｗ（AC），接通狀態(tài)電阻為０．2Ω。EM2２3端子接線如圖3。3所示。圖3。3EM22３數(shù)字量2４Ｖ(DC）16輸入∕16繼電器輸出端子接線圖3.2。３模擬量輸入擴展模塊EＭ231EM2３1熱電偶擴展模塊.EM231熱電偶擴展模塊為Ｓ7-200系列提供了與7種熱電偶類型J，Ｋ，E,N，S，Ｔ和R相連接的隔離接口,同時也可以使S7-200連接低電平模擬信號，其測量范圍為-80~8０mV[20]。用戶必須利用DIP開關(guān)選擇熱電偶類型、斷線檢測、溫度測量單位、冷端補償,以及傳感器熔斷方向。所有連接到該模塊的熱電偶都必須是同一類型的。EM2３1熱電偶模塊的端子接線如圖３．4所示。該模塊可輸入４路模擬量，從+5V(DC)(Ｉ/Ｏ總線）電源獲得87mA的電流。L＋端子的電壓范圍為20．４~2８.8Ｖ(DC）。LＥD指示器由２４Ｖ（ＤＣ）電源指示燈：ＯN=無故障，OFF=沒有24Ｖ(ＤC）電源。SF故障指示燈:ON=模塊故障,SF閃爍=輸入信號故障，OFF＝無故障。隔離性能：現(xiàn)場側(cè)到邏輯電路為５00V(AC)，現(xiàn)場側(cè)到24V（DC)為５００Ｖ(AC），24V(DC)到邏輯電路為50０Ｖ(AC)[21］.共模輸入（輸入通道到輸入通道）為120V（AC)。輸入類型為懸浮型熱電偶.其輸入范圍為TC類型（選擇一種）S,T,Ｒ，E，Ｎ,K，J；電壓范圍為—8０ｍV～80mV；輸入溫度的分辨率為０．1；轉(zhuǎn)換的數(shù)值為15位加符號.模塊更新時間：所有通道均為405ｍs。外接導(dǎo)線到傳感器最長為100m.導(dǎo)線回路電阻：最大為100Ω.數(shù)字量范圍為—2764８～+27648.輸入阻抗:大于１MΩ。EM23１端子接線圖如圖3．4所示.圖３．4EM231熱電偶模塊端子接線圖3.2。４模擬量輸入∕輸出擴展模塊EM2３5EM235模塊是價格適中、高速12位模擬量輸入模塊。這種模塊能在１９μs內(nèi)將模擬量輸入轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字值.EM2３5具有4路模擬量輸入,１路模擬量輸出。從+5V(DC)（I/O總線）獲得30mA電流，從L+獲得為6０mA的電流（輸出為20mA），L+的電壓范圍為２０．4~2８。8V（DC）.1、輸入特性雙極性的全量程數(shù)字量范圍為—３２０00～+3２００0，單極性的全量程數(shù)字量范圍為0～３200０。輸入阻抗最大等于１0ＭΩ;輸入濾波器衰減-3dB（3。１kHＺ)；最大輸入電壓為３０V（DC）；最大輸入電流為32mA；分辨率為12位,模擬量輸入點數(shù)為4，相互隔離，現(xiàn)場側(cè)到邏輯線路無隔離，采用差分輸入方式.輸入電壓范圍：單極性為０～１0Ｖ,0～5Ｖ，0~1V，０～500ｍV,0～50mV，雙極性為±1０V，5Ｖ,２．5V，1V，５0０mV,25０ｍV，100ｍV，50ｍV,25mV.輸入電流范圍:０～2０mA。信號電壓加共模電壓必須小于等于12V［22］。２、輸出特性模擬量輸出點數(shù)為1，現(xiàn)場側(cè)到邏輯線路無隔離。電壓輸出為±10V，電流輸出為0~2０mA。電壓的分辨率全量程為12位，電流的分辨率全量程為１1位。輸出電壓的數(shù)字量范圍為-３2００0～＋32０0０，輸出電流的范圍是0～+３2000。電壓輸出最大負(fù)載為5０00Ω，電流輸出的最大負(fù)載為500Ω。EＭ２３5模擬量輸入∕輸出模塊端子接線如圖3.５所示。圖３。５EM23５模擬量輸入∕輸出模塊接線圖3。３電機及驅(qū)動器選型與應(yīng)用設(shè)計3。３．1電機及驅(qū)動器選型風(fēng)力發(fā)電的比例在電網(wǎng)中的比例越來越高，風(fēng)力發(fā)電機的裝機容量日漸增大。畢捷偏航用制動電機適用于風(fēng)力發(fā)電機的偏航齒輪箱，該系列電機具以下特點：運行環(huán)境溫度為-４0℃到55℃,相對濕度1００％;可在含鹽和細(xì)沙的空氣中運行；電機帶有失電制動器;功率范圍為1.５到4KW，可根據(jù)客戶的要求設(shè)計；電機可帶家熱帶（可選)和熱保護元件(可選）;具有設(shè)計壽命長，安全可靠的優(yōu)點；獲得ＣＳA認(rèn)證和CＥ認(rèn)證，具有出口到北美,歐洲的資格.偏航軟起選用EATONS752L５0N3S.偏航軟起端子接線如圖3.6所示。圖3.6偏航軟起端子接線圖齒輪箱油泵電機選用ＹB2－1３2S１-2電機.參數(shù)為：額定功率5.5千瓦，７.５馬力;電流11。1安培；轉(zhuǎn)速２90轉(zhuǎn)／分；功率因數(shù)0。88;額定轉(zhuǎn)矩2.2；額定電流7.5安培。齒輪箱空冷風(fēng)扇選用YＢ2－１00Ｌ－２。參數(shù)為:額定功率3千瓦,４。0馬力;電流6.2安培;轉(zhuǎn)速２800轉(zhuǎn)/分;功率因數(shù)0。88；額定轉(zhuǎn)矩２．2;額定電流7。0。齒輪箱水泵選用海龍牌HL80—23臥式離心式管道泵5ＨＰ／4KＷ臥式水泵。此水泵有以下優(yōu)點：單級單吸立式管道離心泵為立式結(jié)構(gòu),進出口口徑相同,且位于同一中心線上，可象閥門一樣安裝于管路之中，外形緊湊美觀，占地面積小，建筑投入低，如加上防護罩則可置于戶外使用;葉輪直接安裝在電機的加長軸上，軸向尺寸短，結(jié)構(gòu)緊湊,泵與電機軸承配置合理,能有效地平衡泵運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的徑向和軸向負(fù)荷，從而保證了泵的運行平穩(wěn)，振動小、噪音低；軸封采用機械密封或機械密封組合，采用進口鈦合金密封環(huán)、中型耐高溫機械密封和采用硬合金材質(zhì),耐磨密封，能有效地延長機械密封的使用壽命。發(fā)電機空冷風(fēng)扇、機艙通風(fēng)風(fēng)扇選用鋁葉（塑鋼）風(fēng)機FH-1380型。規(guī)格型號:1380X１380X350MM；尺寸:長1３8０高１3８0寬3５公分;風(fēng)葉直徑（mm）:１270mｍ；葉輪轉(zhuǎn)速（ｒ/min）:450（每秒４50轉(zhuǎn)）；實測風(fēng)壓（ｍ3/ｈ）:445０0；聲壓級（ｄＢ(A）)：《62；電動功率（kw)：１．1千瓦;額定電壓:三相３80V[23]。液壓泵選用美國伊頓２Ｋ－245液壓馬達。齒輪箱油泵加熱器、液壓油加熱器選用手提式化油管220V３KW.齒輪箱加熱器選用化油器電熱管手提式油桶加熱管380Ｖ5KW。特點是功率大、升溫快、安全、方便,桶外加熱,增加了保溫層,3０-－４0％，適用于油脂、瀝青、重油、油漆、石蠟制品、凡士林等低凝固點的流體，氣候寒冷時,解決了抽吸排放的困難.而且價格低廉。380V／5KＷ（帶插頭),控溫范圍:0～30０℃.發(fā)電機加熱器選用絕緣型ＰTC空氣加熱器暖風(fēng)機內(nèi)陶瓷恒溫發(fā)熱體220Ｖ25０0Ｗ（２．5kw）。3.３。2偏航電機主電路設(shè)計圖3.7為偏航電機主電路圖。圖3.7偏航電機主電路圖3。4檢測元件選型與應(yīng)用設(shè)計3.4．1溫度傳感器選型熱電偶是所有溫度傳感器中溫度測量范圍最寬的器件，為—20０～+2315℃(-３2８~＋4２00℃),并能用于各種環(huán)境。它們的結(jié)構(gòu)很簡單，因而能夠抵抗高強度的機械沖擊與振動。它們的尺寸很小,因而能夠快速的響應(yīng)微小的溫度變化。熱電偶傳感器（Tｈermo-ｃoupｌeTemperatuｒeTrａnｓｄucer）是眾多測溫傳感器中,已形成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的一種,它能將溫度信號轉(zhuǎn)換成電動勢。目前在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中已得到廣泛的應(yīng)用,并且可以選用標(biāo)準(zhǔn)的顯示儀表和記錄儀表來進行顯示和記錄.本設(shè)計選用的熱電偶溫度傳感器為ＷTＣJ系列機電一體化熱電偶溫度傳感器，型號為WTＣJK-313－Ｈ－B—Y和ＷTＣＪK—322—A－F－Ｙ。該傳感器是由溫度傳感器和高集成度信號轉(zhuǎn)換器（變送器)組成，信號轉(zhuǎn)換器安裝在溫度傳感器的冷端接線盒內(nèi)，把溫度傳感器檢測到的電壓信號轉(zhuǎn)換成４～2０ｍA標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出。該系列傳感器有如下特點：①二線制傳送,信號轉(zhuǎn)換器供電的兩根導(dǎo)線,同時也傳送輸出信號.②輸出恒流信號，抗干擾能力強，遠傳性能好。③信號轉(zhuǎn)換器與溫度傳感器一體化安裝,方便用戶使用。④信號轉(zhuǎn)換器具有電源反接保護功能.主要技術(shù)指標(biāo)：①信號轉(zhuǎn)換器精度等級:0.5級、1。０級；②供電電壓：DC2４V（ＤC５～36V）;③負(fù)載電阻:0～７50Ω，建議DC２４V時為25０Ω;④輸出信號：4～2０ｍA；⑤使用環(huán)境：溫度為-40～85℃,濕度＜95％RＨ；⑥零點及量程可調(diào).熱電阻溫度傳感器主要用于測量溫度以及與溫度有關(guān)的參量。在工業(yè)上,它被廣泛用來測量-200～+9６０℃范圍內(nèi)的溫度。熱電阻（TｈｅrmalＲesｉsｔance）主要是利用電阻隨溫度升高而增大這一特性來測量溫度的。目前較為廣泛引用過的熱電阻材料是鉑、銅，他們的電阻溫度系數(shù)在３~6×10—3∕℃范圍內(nèi)。作為測溫用的熱電阻材料，希望具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點.在鉑、銅中,鉑的性能最好，采用特殊的結(jié)構(gòu)可以制成標(biāo)準(zhǔn)溫度計,它的適用溫度范圍為-20０~＋960℃；銅電阻價廉并且線性較好,但溫度高了易氧化，故適用于溫度較低－50~+1５０℃的環(huán)境中，目前已逐漸被鉑熱電阻所取代。3.4。2壓力傳感器選型根據(jù)系統(tǒng)控制要求,需要對齒輪箱和液壓站壓力進行檢測。采用型號為PTC30２的油壓傳感器進行供油壓力檢測。PＴＣ３０2油壓傳感器主要技術(shù)參數(shù)如下:量程：—０。１~０~1~１５０MＰa；綜合精度:0．2５％ＦＳ、0.５％FS；輸出信號：4~20mA（二線制）、0～5V、1～5V、0～10V（三線制）；供電電壓：24DCV(９~36ＤCV）;介質(zhì)溫度：-20~85~150℃；環(huán)境溫度:常溫(-2０～85℃);負(fù)載電阻:電流輸出型：最大８00Ω;電壓輸出型：大于50KΩ;絕緣電阻：大于20０0ＭΩ（100ＶＤC)；長期穩(wěn)定性能：0.1%FS／年;振動影響：在機械振動頻率2０Ｈｚ～１00０Hz內(nèi),輸出變化小于0。１％ＦＳ;電氣接口：四芯屏蔽線、四芯航空接插件、緊線螺母;

螺紋連接：1/２—２0UNF、Ｍ14×1。5、M20×１．5、M2２×1.５等；外形尺寸：Ｍ20×Φ26×85.３。4．3液位傳感器選型電容式油位傳感器,是為鐵路機車、汽車油箱、油罐車、油庫等油位的精確測量而量身定做的專門儀表。產(chǎn)品核心部件采用先進的射頻電容檢測電路,經(jīng)過16位單片機精確的溫度補償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號（一般為4～20mＡ）.可選HART,ＣＡＮBUS,485通訊協(xié)議進行系統(tǒng)組態(tài)。本設(shè)計選用的是CR-6０61通用型油位傳感器，適合常溫常壓下各種燃料油、液壓油的測量,性能指標(biāo)如下：１。檢測范圍：0.０５～５m；２.精度:0。1、０．2、０。5級；3．承壓范圍:—0．１MPa~32MPａ；４.探極耐溫：—5０~250℃；５．輸出信號：４～20mＡ、4~2０mＡ疊加HARＴ通訊、485通訊、ＣＡＮ總線通訊;6.供電電壓：1２～28V（DC）。３。4.4偏航角度傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器選型齒圈編碼器選用旋轉(zhuǎn)編碼器—絕對值—１４位-RＳ４８5-3806-抗震防塵防水-角度傳感器.ＲE—3８－RS232/485-2４－Lite詳細(xì)參數(shù)見表3.3。表３．３S7-20０系列PLCCPU型號表參數(shù)項目最小值典型值最大值單位供電電壓1424３０V消耗電流—－２0--ｍA波特率48009600１1520０bit/s數(shù)據(jù)更新周期--11.5ms測量范圍0—－3６0deg分辨率—－14－—ｂit精度8—-１４deg速度傳感器選用海德ISC5２０8旋轉(zhuǎn)編碼器3600脈沖DＣ5-2４V編碼器碼盤瑞普ＺSP5208。海德HEＤＳS增量式編碼器ＩSＣ5208特性:軸載荷能力強，工作壽命長;外徑Ф52,止口Ф30，軸徑Ф8,電纜側(cè)出；體積小,重量輕,適用于自動化工控領(lǐng)域；可選脈沖:≤3６0０ｐ/ｒ或依據(jù)用戶要求；型式舉例：基本型號ISC5208，電纜側(cè)出G，輸出脈沖數(shù)10０0p/ｒ,Tz=１/4Ｔ,電源電壓DＣ１2V,互相補輸出Ｆ。3.4．5風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)速儀選型風(fēng)向傳感器選擇kｒiｗaｎI(lǐng)NT30H,風(fēng)速儀選擇風(fēng)速計ＩＮＴ10。IＮＴ系列風(fēng)速風(fēng)向計用來測量和監(jiān)控風(fēng)力和風(fēng)向的儀器例如用在監(jiān)控起重機的安裝,風(fēng)力發(fā)電場,測風(fēng)塔，滑雪，空中索道，建筑管系統(tǒng)，盲人保護,氣象站和科學(xué)研究等。該系列產(chǎn)品屬全金屬設(shè)計(鋁））,小巧美觀，寬溫度范圍(－4０。．。70°Ｃ），真實的偏差指示,沒有“線性錯誤“，在抗沖擊和振動上標(biāo)準(zhǔn)高(寬帶噪聲）,100％無需維護，旋轉(zhuǎn)葉片在高風(fēng)速時不變形，防沙塵防海水腐蝕,低啟動風(fēng)速（＜0。４ｍ/s),抗高頻電磁干擾（ENV50140Ｔｅil3,E＝10０V/m，３0..。１０００MHz），適合高端環(huán)境應(yīng)用.該系列產(chǎn)品已經(jīng)通過了ISO9０01/２000管理體系認(rèn)證,UＬ，CＳA，CE國際認(rèn)證,具有ＩP６7的保護等級認(rèn)證.KRＩWAN葉片風(fēng)速計是防暴風(fēng)雨雪設(shè)計的這樣它可以在所有應(yīng)用中都免于維護。這套裝置中有一個自我控制的低壓加熱器（配合熱轉(zhuǎn)換器配件52N1200）具有自加熱功能,直接提供給一個測量裝置或者一個記錄裝置.或者直接作為輸入電壓供給整流放大器。還需要一個5芯的連接電纜.KRＩWＡN風(fēng)向傳感器用來測量144種風(fēng)向.一個用來防止結(jié)冰的自調(diào)節(jié)ＰＴC一加熱裝置和電阻器彼此連接在傳感器的端口和外罩之間用來防止靜電放電、信號通過光電方式產(chǎn)生。一個內(nèi)置的電路回路把光信號進行解碼變成一個與極性無關(guān)的兩路信號.3。5低壓電器選型3．５。1接觸器選型接觸器是一種適用于在低壓配電系統(tǒng)中遠距離控制、頻繁操作交直流主回路及大容量控制電路的自動控制開關(guān)電器。接觸器具有強大的執(zhí)行機構(gòu)、大容量的主觸頭及迅速熄滅電弧的能力.當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，能根據(jù)檢測元件所給出的動作信號，迅速、可靠地切斷電源,并有低壓釋放保護功能。與保護電器組合可構(gòu)成各種電磁啟動器，用于電動機的控制及保護.根據(jù)設(shè)計要求選用以下幾種接觸器：DＩＬM３2-01（4０0Ｖ５0Hｚ）、DＩLＭ32－０1ＲDC2４Ｖ、ＤILM12—10(６90Ｖ5０Ｈz）、ＤIＬＭ3２—01(220V50Hｚ）。3.5。2斷路器選型低壓斷路器也稱作自動開關(guān)或空氣開關(guān),是低壓配電網(wǎng)絡(luò)和電力拖動系統(tǒng)中非常重要的開關(guān)電器和保護電器，它集控制和多種保護功能于一身。除了能完成接通和分?jǐn)嚯娐吠?還能對電路或電氣設(shè)備發(fā)生的短路、嚴(yán)重過載及欠電壓等進行保護,也可以用于不頻繁地啟動電動機。低壓斷路器的選擇要滿足如下幾點:①額定電流和額定電壓應(yīng)大于或等于線路、設(shè)備的正常工作電壓和工作電流.②熱脫扣器的整定電流應(yīng)與所控制負(fù)載（比如電動機)的額定電流一致。③欠電壓脫扣器的額定電壓應(yīng)等于線路的額定電壓.④過電流脫扣器的額定電流Iz大于或等于線路的最大負(fù)載電流。對于單臺電動機來說，可按下式計算Ｉz≥kＩq(３-1)式中，ｋ為安全系數(shù)，可取1.5~1。7;Iq為電動機的啟動電流。對于多臺電動機來說,可按下式計算Iz≥K(Iq．mａx+ΣIer)（3—2）式中，K也可取1。5~１。7;Iq。max為最大一臺電動機的啟動電流；ΣＩｅr為其他電動機的額定電流之和。根據(jù)選型原則，選用NZMB1－A160斷路器。3.５.３熔斷器選型熔斷器基于電流熱效應(yīng)原理和發(fā)熱元件熱熔斷原理設(shè)計，具有一定的瞬時動作性,用于電路的短路保護盒嚴(yán)重過載保護。熔斷器的選擇包括熔斷器類型的選擇和熔體額定電流的選擇兩部分。根據(jù)負(fù)載類型,選用GSTA００—160—Ｓ00(１６0Ａ）。3。5.4主令電器選型控制按鈕簡稱按鈕,是一種結(jié)構(gòu)簡單且使用廣泛的手動電器，在控制電路中用于手動發(fā)出控制信號以控制接觸器、繼電器等.設(shè)計中選用的按鈕NP6-MB/Y,額定工作電壓DC24Ｖ,額定工作電流0。７Ａ.行程開關(guān)選用LXZ１-０３Z／Ｗ。3．５.5信號電器選型照明燈選用HK（22０Ｖ／6０W），指示燈選用LED指示燈(24v).控制系統(tǒng)設(shè)計中所用的各種低壓電器元件如表3.4所示。3．6系統(tǒng)配電及電源選型圖3.8系統(tǒng)配電圖表３.4低壓電器元件明細(xì)表名稱文字符號型號數(shù)量（個）按鈕SＦ1－SF11ＮＰ6－MB/Y１1限位開關(guān)BG1-BＧ4ＬXZ1—03２/W4指示燈PG1-PG６LＥD6溫度傳感器ＢWTCJＫ—３13—H－Ｂ-Y2WＴCJK—32２－A—F-Y2轉(zhuǎn)速傳感器BRE－3８-ＫS２３２1壓力傳感器BPTC302２液位傳感器BＣR—6０612位置傳感器BRS４８5-38061風(fēng)向標(biāo)ＢKRＩWANＩＮT30Ｈ2風(fēng)速儀BKRIＷANINT1０2熔斷器FＡGＳＴA00—160-Ｓ001接觸器ＱADＩＬＭ32-0120斷路器QAＮZMB1１８圖3。8為系統(tǒng)配電總圖。系統(tǒng)由塔外箱變69０V/50HＺ供電，經(jīng)過干式變壓器變?yōu)?0０V,通過UPS轉(zhuǎn)換為DC24V給ＰLC供電,為了保護電源，此系統(tǒng)配有防雷措施。UPS選擇菲尼克斯QUINT—DC—UＰＳ／24VDＣ.3．7本章小結(jié)本章主要進行控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計。對控制系統(tǒng)所用的控制器CＰU主機及其擴展模塊、電機及驅(qū)動器、檢測元件和低壓電器進行選型；并對電機主電路,系統(tǒng)供電電源和人機界面進行設(shè)計。第4章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計４.1程序流程圖的設(shè)計4。１。１啟停控制流程圖啟?？刂屏鞒虉D是整個控制系統(tǒng)的開關(guān),也是程序最主要的部分。啟?？刂浦饕刂屏似较到y(tǒng)、齒輪箱系統(tǒng)、發(fā)電機系統(tǒng)以及其他一些控制的開啟和停止。啟停控制流程圖如圖4。1所示.圖4．１啟?？刂屏鞒虉D４。1。２偏航解纜控制流程圖偏航解纜是本設(shè)計最主要的控制之一，也是風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)。其中包括對風(fēng)偏航,自動解纜等操作，風(fēng)向標(biāo)和風(fēng)速儀也有備用傳感器，在數(shù)據(jù)采集時只選用其中的一個，如果發(fā)現(xiàn)故障,可以立刻啟用備用傳感器，以保證風(fēng)機的正常運行。偏航解纜控制流程圖如圖4。2所示。圖4．2偏航解纜控制流程圖４.1。３齒輪箱系統(tǒng)控制流程圖齒輪箱在風(fēng)力發(fā)電機葉片到發(fā)電機起到傳輸?shù)淖饔茫札X輪箱能否正常工作也就決定了風(fēng)力發(fā)電機能否完成由風(fēng)能向電能的轉(zhuǎn)換.本設(shè)計對風(fēng)力發(fā)電機齒輪箱系統(tǒng)的控制包含了對溫度的控制和油量的控制，輸出對象有齒輪箱水泵、空冷風(fēng)扇、齒輪箱油泵、齒輪箱加熱器、油泵加熱器。通過對這些設(shè)備的控制使齒輪箱達到正常的工作條件，保證齒輪箱系統(tǒng)的正常工作.齒輪箱系統(tǒng)控制流程圖如圖４.3所示。4。１.4發(fā)電機系統(tǒng)控制流程圖風(fēng)力發(fā)電機最主要的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)就是發(fā)電機系統(tǒng)，所以發(fā)電機能否正常工作是非常重要的。本設(shè)計對發(fā)電機的控制主要有繞組的溫度控制.發(fā)電機系統(tǒng)控制流程圖如圖4．4所示。圖４。3齒輪箱系統(tǒng)控制流程圖圖4。4發(fā)電機控制流程圖4.１.5液壓系統(tǒng)控制流程圖液壓系統(tǒng)主要是為高速軸剎車和偏航剎車提供壓力。本設(shè)計中對液壓系統(tǒng)的控制主要保證系統(tǒng)有充足的壓力，系統(tǒng)出現(xiàn)故障時及時停機維護。液壓系統(tǒng)控制流程圖如圖4.5所示。圖４．5液壓系統(tǒng)控制流程圖4。２控制程序設(shè)計程序內(nèi)部軟元件表如表4．1所示。４。３組態(tài)界面設(shè)計“組態(tài)（Ｃonfigure)”的含義是“配置"、“設(shè)定”、“設(shè)置”等意思,是指用戶通過類似“搭積木”的簡單方式來完成自己所需要的軟件功能，而不需要編寫計算機程序，也就是所謂的“組態(tài)”。它有時候也稱為“二次開發(fā)”，組態(tài)軟件就稱為“二次開發(fā)平臺"。謂的“組態(tài)”。它有時候也稱為“二次開發(fā)”,組態(tài)軟件就稱為“二次開發(fā)平臺”?！氨O(jiān)控(SuperｖisoryＣｏnｔrｏl）”,即“監(jiān)視和控制”，是指通過計算機信號對自動化設(shè)備或過程進行監(jiān)視、控制和管理。組態(tài)包括畫面設(shè)計、表格設(shè)計、報警功能設(shè)計等.各種畫面和表格中設(shè)置有PLC控制系統(tǒng)中所需要設(shè)定的輸入?yún)?shù)、操作元素、也有要實時顯示的輸出參數(shù)。本設(shè)計采用TD400C設(shè)計組態(tài)界面，下面介紹為組態(tài)的設(shè)置過程。首先打開文本顯示向?qū)?，如圖4。６所示。表4．1內(nèi)部軟元件表器件地址功能器件地址功能VＷ200風(fēng)向測量值ＶW616－VＷ618液壓油位設(shè)定值VW204風(fēng)速測量值M０。0啟動控制邏輯ＶW2０8偏航位置測量值M０．1停止控制邏輯VW３０