基于MCGS的风力发电机监控系统设计20120915v.doc

基于MCGS的风力发电机监控系统设计王新虎，石剑锋，吴洋指导老师：李红萍 王银锁 刘超美 摘要：风力发电机监控系统采用上位机和下位机的两级控制方式。上位机由计算机和通用监控系统软件组成，可实现数据采集、显示和监控等功能；下位机以西门子S7-200PLC为核心、，通过风向检测，风速检测、风沙强度检测，实现了风力发电机监控系统的自动控制。关键词：风力发电机 MCGS PLC PID控制 计算机监控系统一、前言风能作为一种清洁绿色能源，已成为当今世界的主流能源之一, 它与太阳能和生物能源等其他可再生能源发电技术相比,具有产业成熟度高、发电成本低、自然环境和社会环境影响好等优点。风力发电占用土地资源少,资金回收期短,一般不会产生明显的自然生态影响,在社会上引起的争议很少,能较快实现规模化发展。因此本文提出基于MCGS的风力发电机监控系统设计。为部分企业实现计算机控制提供借鉴1。二、系统概述基于MCGS的风力发电机监控系统采用上位机和下位机的两级控制方式。上位机由计算机和通用监控系统软件组成，可实现数据采集、显示和监控等功能2；下位机以西门子S7-200PLC为核心、，通过风向传感器检测风向，将检测到的信号上传给可编程控制器，利用随动系统实现对风轮角度的控制，利用脉冲式风速检测传感器和风沙强度检测传感器分别检测风速和风沙强度，当风速和风沙强度达到发电要求时开始发电，并打开相应开关实现并网发电；同时将检测到的所有信号上传给上位机，并利用组态软件实时地监控风力发电机的运行状况，实现生产过程的自动化管理3（如图1所示），。图1 风力发电机控制系统组成三、系统硬件设计本系统以西门子S7-200PLC作为风力发电机控制系统的控制核心。系统硬件设计如下：1、系统I/O点的地址分配表1 风力发电机控制系统IO分配PLC中I/O口分配注释MCGS实时数据对应的变量元件地址F1I0.0风向检测信号F1F2I0.1风速检测信号F2F3I0.2复位F3F4I0.3风沙强度信号F4F5I0.4风速过高信号F5F6I0.5风沙过强信号F6F7I0.6风速低于4m/sF7F8I0.7时间超过72小时F8Y0Q0.0风向指示灯Y0Y1Q0.1风速指示灯Y1Y2Q0.2风速过高信号报警Y2M1Q0.3发电机转动M1M2Q0.4备用电动机M2X0Q0.5风沙强度指示X0X1Q0.6风沙强度信号报警X12、监控计算机与西门子S7-200PLC的连接如图2所示。图2 监控计算机与西门子S7-200PLC的连接3、基于MCGS的风力发电机监控系统接线图（如图3所示）图3 基于MCGS的风力发电机监控系统接线图四、基于MCGS的风力发电机监控系统PLC控制程序基于MCGS的风力发电机监控系统PLC主程序框图如图4所示，PID控制程序框图如图5所示。图4 主程序框图 图5 PID控制程序流程图五、系统组态风力发电机监控系统的组态主要包含实时数据库的创建、I/O设备连接、窗口界面编辑、动画链接、实时曲线、历史曲线、报表、用户权限管理、策略组态、按钮、菜单、脚本程序等内容4。其中实时数据库完成工程中所有变量的设置，是工程各个部分的数据交换与处理的中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体5。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象；设备窗口的组态是连接和驱动外部设备的工作环境，在本窗口内对PLC进行连接与设置；用户窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等；运行策略主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序，选用各种功能构件，实现数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等功能7。部分组态如下所示6。1、风力发电机监控系统数据库组态与设备组态如图6所示。图6 风力发电机监控系统数据库组态与设备组态2、风力发电机监控系统监控界面组态如图7所示。图7 风力发电机监控系统监控界面六、结束语风力发电机计算机控制系统的应用，实现了新能源设备的计算机控制，为企业节省了大型计算机控制系统的投资，也为其他的小型发电机提供了计算机控制的构想，使其实现计算机控制成为可能。参考文献1陈梅,洪飞,李鑫,许正荣.风速风向传感器在风机控制中的应用与研究J.自动化技术与应用,2008,27(04):38-412张俊姸,薛仰全,裴兴林,程明杰.风向跟踪风力发电教学实训装置的设计J.中国教育技术装备, 2011,(05): 97-1023程海洋,秦明,高冬晖.CMOS风速风向传感器的设计J.传感器技术,2005,24,(5):34-364孙凯,秦明,张中平,黄庆安.基于微控制器的风速计在线控制和测量系统设计J.传感