基于PLC的风力发电机偏航控制系统设计

基于的力电偏航制统计摘

要由于化石资源的日益枯竭和人类对全球环恶化的倍加关注，因此清洁绿色的风力发电技术已深受全世界的重。本设计主要研究的偏航系统是风力发电机组的重要组成部分。由于偏机构安装在机舱底部，通过偏航轴承与机舱相连。当风向改变时，风向将信号传到控制系统

,控制驱动装置工作，小齿轮在大齿圈上转动，从而动机舱旋转，是风轮对准风向当机舱的旋转方向有接近开关进行检测，机舱向同一方向达到极限偏航

.角度时,限位开关会及时将信号传到控制装置内，

控制装置会迅速发出信号使机组快速停机，并反转解,经过上述过程从而实现偏航控制使风轮始终保持迎风状态。根据边行系统的工作原理本设计所要解决基本问题有：1、实现动偏航控制及手动偏航控制的双控制统设计2、设计航系统的制动装置以及扭缆、解缆保装置的控制方法3、了解航液压系统的作用、工作原理和控制法4、编写动控制程序、扭缆、解缆保护程序。关键词:风向，自动偏航,风向仪,偏航电机

.I

ofSystemforWindMotorBasedABSTRACTCleanpowerhasattentionbyworldoftheincreasinglyexhaustedfossilresourcestheattentiononglobaldegradation.Thismainlyresearchessystemwhichisanoftheinstalledatbottomoftheenginetothroughyawbearing

。Whenwindchanges，windwillsendsignaltosystemtocontrolwork。rotatedonthegear

，whichtothewindtheofwind

。Whenoftoswitchdodetectionengineangletothesame，thelimitedwillthetodeviceintimethecouldquicklysendasignalmakethequickstopturntheloop.Afterthe

，itwillrealizeyawcontrolandthewindwheeloffacingwind

。Accordingtheworkingprincipleoftheedgeshouldtheproblemasfollow.1、Realizingofautomaticyawcontrol；2thebrakeoftheofofthebuttontheloop;3、effectsystem

，principleandthecontrolling

；4Writingtheoftheprogramofbuttonloop。II

KEY

：Direction，AutomaticYaw，Yaw，YawMotor目

录

0风发电介绍1风发电发展11.3风力电的展现3电机偏航工作理4风发电组的绍4发电类4发电本构及及2.2发电偏航统的52.1偏统的5系统6偏的功理...........................................7偏航统总3.1机偏系统本设............................................设方案择93.3系统件的型机选3.2限关选开关113.4风感器13PLC偏航制系件设......................................风机偏系统程174.2硬件计地址................................................2.2PLC端接图182.3偏机主计19III

偏航统软215.1机偏系统体流5.2机手偏航统流5.3机手偏航形图24

2627考文28

30文资34IV

前

言能源是人类生存所必需的最基本的物质

,保证国民经济稳定发展的主要物资基础。伴随着一次资源的储存量越越稀少和环境污染越来越严重导致人类对环境恶化的倍加关注

,因此开发新型的清洁型能源也越来越受到全世界的重视。在所有利用清洁能源和次能源作为发电的资源的技术中,利用风能资源发电的技术是最为成熟、成本最、对环境污染程度比较小，还是，最有开发规模和商业开发前景能源转变技术。发展风力发电技术对于维护生态环境的平衡和稳定、实经济平稳、健康、持续性发展等许多方面都有十分重要的意义

.我国的领土面积大，风能资源也很丰富

.可开发利用的的风能丰富。但是我国开始利用风力发电的时间较晚

,在世纪60年代才开始究有使用价值的新型风力发电机。七十年代以后才开始渐渐的发展起来

,不仅再装机总容量上有所提高而且制造水平也在不断地提高。风力发电行业的意见也逐渐的统一化,统一向着大规模、更高质量、更高的能源转换的新平台发展［1］

。风力发电是开发利用风能的主要形式也是再生能源发展的重点，市场辽阔、前景光明将为国民经济发展提供更充足的质保证

.风电机作为风力发电的重要组成部分提高风电机组安全、可靠、经济运行分必要所以，加大对风力发电技术的研究，最大度的利用风能和持久性的开发风能是十分有必要的。由于大自然的人风向是不断变化的

,如果风力发电机的风轮与风向的夹角不能保持在90

，就会影响风轮吸收风能的能力，从而影风能的转换率并且会加大风机的载荷.而偏航系统的其中一个作用就是用一系列的元件跟踪风向的变化，通过动力元件带动舱动作，使风轮扫掠面与风向保持垂直，以便最大限度的吸收风能，提风力发电机的可利用率；还有就是它还具有一定的制动功能,为的就是在风机风轮与风向的夹角达到在保持机舱的位置不变,是风电机组稳定的运行。由此深入的研究风力发电的技术对于充分的利用风能和持久性开风能具有深远的意义

.0

第1章绪论1.1发电介绍早在中世纪的时候人类就懂得利用风能来水，这种方法只是让风能转化为机械能，提供动力减少劳动力。如今电力资源日益匮乏

,为解决这一问题人们就渐渐想到了利用风能来电，所以锋利发的根本原理就是先把风能转换为机械能来时像个不同的场发生运动在根据磁生电的原理来产生电能。由于风能资源的许多优点在也被世界上的很多国家当做重要的技术大力的发展。电的史风能是一种十分清洁的二次可重复利用的源，

与传统的能源相比较。风能是靠太阳光照不同形成的温差和地球自转形成的，用它来发电就可以不依赖外部的资源使得利用风能发电成本相对来说比较便宜。

同时避免了废气排放造成污染的环境成本，另外以被利用的风能在全世界都有分布。正是因为这些优势，风力发电技术渐渐成为了很多国家实现可持续发展的重要组成部分。中国在很久以前就懂得利用风能资源，但利用风能来发电的技术却是近些年才开始接触，与“风车王国”荷等国家还有相当大的差距

,还存在技术不到位、经验积累不足等许多的不。中国不甘落后近几年的风电事业迎来了属于自己春天，这一进步让许多人对此感到欣不已

,但是风电发展存在的质量和风险却也是不容忽视的在利用风能发电技术发展的100多年里，行业的领导者们通过各种艰难的尝试、断的创新、经历不计其数的成功和失败，正是由于他们的不努力，如今的风力发电技术已经越来越成熟了。我们站在巨人的肩膀上

,从国外借鉴先进的技术，再结合我国的实际情况进行改进和发展才是正确、行之有效的方法。我国开始风力发电技术相对较晚,所以必须了解风力发电技术的发展历史，

借鉴取风力发电技术发展过程中的经验和教训，显十分必要

[2。据全球风能理事会的不完全统计

,全球范围内的风力发电产业的发展也是瞬息万变，日新月异。年平均增长率到了1

28%在2007年年底，

全世界装机总容量达到了

9400万KWh,并正以每年2000万KWh的速冻增长。在风力发电这个领域的投资总额也在断增加。就在

2007年巨额的风电投资基金投向了中国

.中国已将入了风力发电事业的大家庭并渐渐向着世界上最大的风电市场的目标前行。中国时风能资源丰富区

,一优势也给中国风力发电技术事业的发提供了优越的先天条件。据估计，中国内及近海地区的风能可开发量可达到为100000万KWh，这些地主要在沿海地区和海拔比较高的内陆区，例如，内蒙古、新疆、青藏高原等地

[3。国家德国美国西班印度中国丹麦意大法国英国葡萄其他家前十家总计全球计

表全球风力发电前十国家装机量

所占分比％。。5。4。32.9。6。5。3。我国已经把风力发电这一新型替代能源技作为解决能源危机、应对当前大气环境不断恶化等问题的最重要的法，并给予了大力扶持。

2010年风电机组装机总容量达到了

1000万KWh,制定了“风电特许权"招标等措施来推动风力发电技术的发展和创新。

截至到2007年的年底，我总装机容量达到604万KWh，在过去10年的时间里以每年50%的长率不断2

扩大。在不久以后我国将成为全世界最大风电发展市场。随着我国风电事业的发展电能供应紧张的情况已经得到解、不久以后我们也将看到由于风力发电技术的发展给生态环境带来的变

.随着风电市场的不断扩张的同时国产风电业也迎来了新的发展。根据官方权威消息称，2007年风电的新增的市场份额达到产品总份额的55%右。相较于2006年的数据提高了10个百分点，中国自主生产风电机组的能力也有了大幅提高

,在风电发建设方面也有了可喜的进步

.越越多的人能够熟练掌握风力发电技术为我风电事业的发展带来了源源不断的新鲜的血液。经过多年努力当前我国并网型风力电技术已经形成了一定的规模并向着更大的目标不懈前行。

另外,我国还开发形成了世界上最大的小型风力发电机市场为实现农村偏地区的电气化建设提供了动力1.3风力电的展现这些年来在国家优惠政策的大力支持下，力发电事业得到了可喜的

.发展.到2008年为止中国的风电机制造厂家已经达将近

80家，越来越多的投资者看到了风力发电机制造业的光前景，纷纷加入风电制造业的大家庭中。中国风电机组的单机容量、生能力和新产品的开发能力等方面也在不断地提高，都有了一个质的提高目前，中国风电机组生产制造市场不断的改革创新风电机组的单机容也在不断的加大，这表明我国风电的技术已经发展的十分成熟了。3

第2风力电及偏系的作原电机本介21.1风力发电机的分类风力发电机可以分为很多类型可以从结构功能、组成方面的不同分为不同的种类:（1）按照风力发电机主轴与水平方向夹角大小的不同分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。（2）按照叶片数量也不相同可以有多个叶片等不同型号的风机。

1个叶﹑个叶片﹑3个叶片和（3)按照输出容量的不同可分为小型、中型、型、兆瓦级系列。(4）按功率调节方式的不同分为定桨恒频型、变桨恒频型、主动失速型和独立变桨型。（5）根据风电机的组成机构的不同可分为直驱式和双式。(6）根据发电机结构的不同分为异步型风力发电机和同步型风力发电机[3]

.本文主要研究的是2.0MW双馈式异步发电机的偏航系统的设计2.1。2风力发电机的基本构成及原风力发电机组的工作原理是将风的动能转成风机风轮旋转的机械能再将机械能转换成电能，以并将电能的频保持在要求的频率后输送到电网中的过程。风力发电机组由四大组成部分，分别是风、机舱、塔架和基础。风轮主要由叶片、轮毂组成。风轮的主要用是吸收风的动能并将它

,转换为机械能,由传动机传递给发电机并转化为电能。

风轮在风力发电机组中最主要的作用就是吸收风能。风轮吸风能能力的大小直接决定发电机组的发电能力4]

。风力发电机组的机舱内的装置是风力发电最重要的设备。其中包含传动系统、发电机系统、控制系统和辅助统等4

.本次主要研究的就是以机

舱底座为固定基础的偏航机构。风力发电机中机舱的支撑力主要来源于塔和基础

,塔架和基础承受来自风电机组的各种载荷，因此，塔架一要有足够的疲劳强度、强度和刚度。同时为了防止风电机在极端风条件不会倾覆。基础除了承受风电机组的静、动载荷之外，还负责风力发电接地系统及接地触点电机统的绍

[5］

。风的方向是随时间不断变化的，而风力发机的风轮必须迎着风向才能最大程度的吸收风能从而提高风能利用，所以机舱也必须随着风向变化来不断改变方向，只有这样才能保证风扫掠面始终与风向保持

90

的夹角，为了实现这一目的，我们引入了偏系统。22.1偏航系统的分类偏航系统一般分为两大类一类是主动偏航系统别一类是被动偏航系统。主动偏航系统主要是通过电力或液压系统动力源的拖动来实现偏航功能。被动偏航系统主要是依靠风的力量再结合关机构来实现机组的偏航功能。常见的发电机组一般采用主动偏航的齿轮动形式，例如本文所讲到的机型MY2.0机型，它就是通过偏航电机驱动齿圈啮合达到偏航的,其结构如图2—所示[6］

.5

图齿驱动统结构22.2偏航系统的组成偏航系统主要由偏航驱动装置、接近开关限位开关、风速风向仪、解缆系统等部分组成

［7］

。偏航系统的驱动装置包括偏航电机、制动、偏航小齿轮等组成，它们主要依靠螺栓及内部构造连接成一体，用螺栓与塔架连接。偏航驱动装置一般有组。由于偏航齿圈齿的高度不同，会获得不同的光信号，偏航驱动装置通过利用接近开关（光传感器）来收集这光信号并记数，将不同位置的接近开关采集到的光信号，转换为电信号送给偏航一般不超过度，以防止出现扭揽现象。

PLC从而实现偏航控制。限位开关也是为了防止发生电缆过分绞缠设置的极限位置传感器，当机舱偏航角度达到o时，限位开关将被触发，并将信号传送给以实现机组快速停机凸轮开关轴上的三个可以随意调整位置的速动作的凸轮环，且每个

凸轮环是都包含一个常开触点和常闭触点

[8]

。风向仪是偏航系统的风向传感器

,当控制器接收到风向信号时,首先会把接收到的风向位置与机舱的当前位置进比较

,然后结果输出给偏航驱动装置,使偏航驱动装置发生相应的动作

.6

解缆系统是为了防止机舱在反复旋转的过中

,朝着同一个方向转动过大角度而造成机舱与塔底之间连接的电扭绞在一起发生故障的保护系统[9]

。2.2。3偏航系统的功能及原理偏航系统是用来捕捉风向并实现机舱保持与风，使风电机组实现做大使用率的一种装置。例如，现在是北风

,风电机保持正常工作状态，机舱叶轮与风向的夹角也保持在

90

夹角的位置，也就是朝向北方，大厦自然的风不是一成不变的，介入现在由北风成了西风，这是如果风电机组留在原来的位置就会使风轮偏离迎风位置风轮吸收风能的能力就会下，为了克服这一问题，自动偏航系统就会体作用，它通过风向仪测得的风向信号与机舱位置信号进行比较，并将信输送给偏航电机

,病友接近关、限位开关等元件的相互配合使偏航电带动机舱旋转至与风向相同的位置，是风轮与风向的夹角保持在

90

o[10由于偏航驱动装置是用螺栓固定在主机架的。而偏航大齿圈是用螺栓（个）紧紧固定在塔筒的兰盘上面的

,所偏航大齿圈是不能转动的这样就可以通过小齿轮在大齿圈上围绕着中心轴线的运动来带动机舱的旋转,直到机舱的位置与风向保持一致

.由于机舱是可以顺时针旋转和逆时针旋转，一旦在偏航过程中，机舱总是向一个方向转动，则会造成机舱内电缆发生严重的绞缠现象，严重时可能造成电缆的损坏，构成巨大的经损失。因此必须要有一个装置能加测电缆的绞缠程度，对此现在加以保，所以采用接近开关和限位开关以保证绞缠现象不会发生，接近开关能护偏航角度在

650

（0

为机舱安装时的初始位置，顺时针方向为正向逆时针方向为反向）时向发出信号请求启动解缆程序。限位开关作机舱偏航角度的极限位置保护

PLC开关在机舱旋转角度达到

时，限位开关将被触发，并将信号传送给PLC使风电机组快速停机以保护电缆不被损坏.7

第3章风电机航统体设3.1机偏系统本设风电及偏航系统主要由位开关组成。

PLC、风向仪、偏航驱动装置、接近开关和限启动

报警装置风向仪

限位开关接近开关图—风电机偏系统成框PLC：作为风电机偏航控制系统的“大脑”，可根据风向仪、接近关、限位开关等感应保护元件传送过来的据，通过运算

,将结果输出控制风力发电机的机舱进行偏航动作

[11。风向仪：为监测风向变化的元件可以将监测到的风转变的信号转换为电信号传输给。偏航驱动装置:作为风电机偏航系统的动力装置，可利用三相异步电机的转动使风力发电机机舱的位置发生变化从而实现偏航效果。接近开关：作为风电机偏航系统的位置监元件，不但能检测并记录转动的齿轮数量从而检测风力发电机绕缆否到达

；而且还能在解缆时检测并记录回转的齿轮数量并与偏航数相比较，确保风力发电机机舱恢复原来的位置。限位开关作为风力发电机偏航极限位置保护开关，

当检测到风力发电机电缆绞缠达到700的极限位置时使机组停机8

。

案选当今工业自动控制系统中，把单片机作为动控制系统的核心元件和把作为自动控制系统的核心元件的控制式是最常见，但

PLC比单片机拥有更高的可靠性和灵活性，而且它梯形图编程方法相对简单、扩展模块也很是丰富、并且具有耐腐蚀、抗音等等优点，是的

PLC比单片机更为适合应用于工业生产的恶劣环境中由德国研发生产的西门子系列PLC更是性能优越。通过对风力发电机整体工环境，经济适用方面综合考虑决定选择用西门子系列的元件[13］.统硬型

PLC作为风电机偏航控制系的主要控制风力发电机偏航系统主要由偏航电机、接开关、限位开关、风速风向仪和解缆系统等部分组成。电动机选型由于是用于偏航控制，需要电动机有下面些特性

:（1）制动迅速（2）结构简单（3)可靠性高（4）准确性好（5）通用性强.根据以上几点要求，本系统选用带刹车装的交流异步电动机作为偏航驱动电机

［］

.它是全封闭自然风冷式鼠笼型三相异步电机，完全符合上述所需要求。系列三相异步电动机的制动是直接安装在电机非轴伸端的端盖上的。电动机接通电源，制动器也会接通源。由于制动器的电磁铁就会形成电磁力吸引衔铁向后压缩弹簧动盘就会从轴盖上松开，电动机就能工作了.当断开电源时，制动器后端的电磁铁电，同时电磁铁失去吸力，在弹簧的弹力的作用下衔铁会使制动紧紧卡在电机非轴伸端的端盖上增加电机转动时的摩擦力矩，使电动机止。9

图32偏电限位开关选型限位开关开关又叫做行程开关因为主要在网型风力发电机的解缆系统中应用，因此又等于扭缆传感器，主要控制机械设备在一定的形程范围内运动并提供位置保护的一种电路切换件。在实际应用中，限位开关都被安装在预先设计的位置，当限位开关触点被触发后，就会对电路进行切换。所以，限位开关是利用运动元件置的变化来自动切换电路的电器,它的作用原理与按钮基本相同、不同的是按钮要手动，限位开关的动作是自动的。位开关在风电机偏航系统中的作用是为缆角度提供保护在选择用于风力发电机组中的限位开关是须注意以下内容：

.(1）根据安装的位置的不同，选择合适的形状以及重量

.（2）根据保护动作范围大小的不同,选择合适的凸轮个数。(3）根电路所需要动作的信号的不同，选择触头对及开关的状态(常或常闭）。（4）根据工作环境条件的不同，选择合适的型号，以保证其稳工作。综合上述注意事项，最终选用

—公司生产的FCN型限0

位开关15。主要参数如表3—所示。表—FCN型限位关参额定压（V)最大作电压(V）工作度（℃绝缘级防护级轴直（）

-20~+60二级IP65重量转速凸轮驱动角°限位开关结构如图3—3所示

≈300：15、、1:35、、：20、45、90、180图限位开关结构33.3接近开关选型接近开关是一种不需要和运动部件进行直接触就可以操作的一种位置开关，当物体到达接近开关的感应距离之内时，1

接近开关就会自动动作，

从而切换电路来驱动电器或者将位置信号送给使相应的元件动作。

PLC等中央控制单元，接近开关作为开关型传感器的一种，不但一般行程开关和微动开关的功能,同时也有传感功能，除之外还有动作可靠性能稳定,响应速度快，使用寿命长，干扰能力强等许多优点可以分为电感式、电式、霍尔、交直型。接近开关可以分为两线制接近开关和三线接近开关，三线制接近开关根据组成结构的不同又分为

NPN型和型两种类型，它们的接线方式也有区别16。如3-4所示。（型三线制

～3030

棕黑蓝）NPN型线红

～30（）NPN型直流线制

0VDC

蓝(d）NPN型流二线图接近关分接线图两线连接式的接近开关接线方式很简单联的方式接到电源就可以。

,只要把接近开关和负载以串三线连接的接近开关的接线方式则较为复

,红（棕）线需要连接电源的正极，蓝线必须接电源负极，黄(黑线作为接近开关的信号线要与负载连接。而NPN型和PNP型接近开关的负载接线方式也是有区的，

NPN型接近开关要求将负载接到电源正极，型则要求将负载接到电源负极。2

接近开关的负载可以是多种形式的字量输入模块等都可以.

.信号灯、继电器线圈或

PLC的数特别要注意接到数字输入模块的三线制接近开关的型式的选择。PLC的数字量输入模块在一般情况下分为公共入端是阴极，电流直接从输入模块进入的情况遇到这种情况就必选用

NPN型接近开关。如果遇到公共输入端为电源的阳极，电流输出由共端输入到模块，遇到这种情况就必须选用型接近开关。两线连接式的接近开关容易受到工作条件制约，在开关导通的时候开关本身会消耗一定电压，截止的时候又会有一定的残流过

,选用时应当考虑这个因素。三线制接近开关仅仅比两制多了一根线，就解决了残流流过的影响,使得三线制接近开关的工作更为可靠

.本设计采用NPN型三线制接近开关如图33。风向传感器的选型

3—4（b）所示。风向传感器是专门用于测量水平风向的专气象仪器。风向传感器的外形十分小巧轻便因此也方便于携带和组装，它的外壳基本都采用优质铝合金型防腐蚀材料。风向标是风向传感器的感应元件

,当风向标随风向变化时，风向仪中的格雷码盘会将风向标的角位移信号转换成应的格雷码并以电信号的形式输出给控制器。风向传感器根据其工作原理的不同可以分光电式、电压式和罗盘式等，并被广泛应用于气象、电力、科研、林水牧鱼等领域。风向传感器的风杯具有高耐候性、防腐蚀高强度和防水等特性；传感器主体由铝镁合金制作而成，内部电路经过特殊的处理后,能够适应各种恶劣环境.光电式风向传感器是把格雷码盘编码（四或七位格雷码）作为最重要的元件，通过利用转换原理实现传递不同的风向信息的功能

.电压式风向传感器利用精密的导电塑料作传感器的最重要的元件通过输出不同的电压信号来传递不同的风信息的功能。电子罗盘式风向传感器是利用电子罗盘定系统为重要元件，然后输出不同的风向信息3

,

本文设计采用光电式风向传感器作为偏航统风向检测设备33。选型

.PLC一种专为适应在工业环境中工作而设计数字运算操作的电子控制系统。它内部程序的存储是采用可编的存储器，支持逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等用户指

,并通过数字或模拟式I/O控制各种类型的生产过程。PLC的分类及功能介绍如表表—2的类及特

3—2所示。分类

特

点按构造分按结形式按功不同

固定模块整体模块小型中型大型

固定是把板I/O板、显面板内存、电源组合成一不可拆的整。模块是把模、I/O模块、内存电源块、底或机架等块按照定规组合配。整体具结紧凑体积小价格的特点它将源、、接口等部件都中装一个箱内。型PLC多采整体式构。体式PLC由主机和扩单元组。模块PLC具配置灵,装方便便于扩和维等特。模块将PLC分成若个单的模块,如CPU模块、I/O模块电源模以及种功能块。、中型PLC一般用模块结构。小型的I/O点是点处器是8或16位储量以下。中型PLCI/O点数在256～之间双CPU，户存器容量2～8K。大型PLCI/O点数大于点；多，理是或位用存储容量4

本设计采用S7-200系列的PLC，系列是一种小型系统，其功能非常强大，许多功能可以达到大、型

PLC水平，而价格却比大、中型的低廉很多。功能介绍如表

3—3所表33S7-200CPU224系列点分类系的特点序号具有多种功模块人机界可供择，使系统集成非方便并且其在络中的大功，很容地可组成

PLC网络。具有能齐全编程工业控组态件，使在控系统的计时加简

单，乎可以成任功能的制任

具有富的指集和置的集功能强的信能力丰富扩展模，满足代高效制要。适用围广，用于种场合的自检测、测和制等。

能S7-200系列适用范围广，用于各种场合中的自动检测、监测和控制等的特点如下：（1）极高的可靠性。（2）极丰富的指令集。（3）易于掌握。（4）便捷的操作.（5）丰富的内置集成功能。（6）实时特性。（7）强劲的通讯能力。（8）丰富的扩展模块。本设计采用S7-200系列中的CPU224型PLC,S7-200CPU224包含有14个输入点和10个输出点，共24个输入输出端口。其中还包含

2个模量的电位器,最多可扩展35个输入输出点。有路频率为的高速计数器，2路高速脉冲输出口，1个通信接口，它的中央处理元5

具有很强的模拟量处理能力，模块扩展能力是使用最多的。

S7-200系列产品中6

第风电偏控系统硬设偏航作过风仪PLC

偏驱动装置

机接开关限开关图—系统工作程框件设在硬件系统的研究中,要根据系统要达到的目的来确定哪些信号作为输入量哪些信号作为输出量,而且还要确定是数字量还是模拟量，只有这样准确的选择控制器件达到节约成本的目

.计电路的时候首先要知道电路中包含那些设备，以及设备在电路当中起么作用，这些设备需不需要保护,如需要保护应该采取什么保护措施，一定要心缜密，避免因设计过程中的失误而造成实际生产过程中对设备的害系统才能被广泛应用到实际生产中。4.2。1PLCI/O地址分配

,只有这样计出来的控制由系统设计需要输入信号有正向启动、反启动、停止、风向仪、限位开关等；输出信号被控对象有电机、制装置、报警装置等，地址分配情况如表4-1所示

PLCI/O7

表—I/O地分配表输入号

输出号名称

功能

编号

名称

功能

编号偏航机正

正向动按钮

I0。

Q0向启偏航机反

反向动按钮

I0.1

Q0向启

停止钮风向正向位开关

I0。I0。I0.4

YL

制动置报警置报警置

Q0Q0.3Q0.4

反向位开关正向近开关反向近开关

I0.5I0。I0。端子连接图根据I/O地址分配表明确输入输出量并根据址分配来设计的外部连接方式，外部接线方式如图—2所示

PLC8

GND向动SB1启动SB2SB3

I0.0I0.1I0.2

Q0.0Q0.1

电机启动KM1电机启动KM2西门向限位限位向近关

I0.3I0.4I0.5I0.6

S7-200CPU224

Q0.3Q0.4

指示L器P接近

I0.7COMFUN

COMACL图PLC端子接线图42。偏航电机主电路设计偏航方向的变化可以由电动机的正反转来成，电路中的电源开关由刀开关中间继电器的触头

。0来完成，只有触头。合上电机才会能得电,在电路中熔断器起到过电流保护的作用，当电网中电流大时熔断器期内熔丝就会因过热而断开从而保电机不被损坏，当

0闭合时若触电闭合就会使电机M1正转由于四个点及时并联的，所以，此时四个电机都会正转，使机舱进行正向航。若

KM2闭合就会使M1电机反转，同理，其余三个电极也会同时转，使机舱反向偏航

.在电路中起到电机的正转与反转的功能，即正向航与反向偏航

.热继电器FR1、FR2、FR3、FR4则是为电动机提供过载保护的如图所示。9

.由以上要可以设计电路

UVWKM1

KM2软起号135启动器

24

6

PEFR1FR3航电1

M2航电2

M3偏航3

偏航4图43偏航电机主电图0

第风电机航统件设偏航体流图按下启动按钮，开始扫描，延迟后，接近开关将当前的机舱位置信号传送到中,再将信号值进行处理，与风电机机舱初始置的设定值进行处理，如果当前位置值高设定值，则判断机舱当前位置与初始位置夹角是否大于度如果达到正向扭缆设定值则偏航电机反转，即机舱反向偏航进行解缆.如果比较结果小于设定值则判断机舱当前位置与初始位置夹角是否小于—

650度如果达到反向扭缆设定值则偏航机正转，即机舱正向偏航进行解缆。若比结果等于设定值或未达到扭缆设定值时，则将风向仪测定的风向信号与舱当前位置进行比较得出角度差。如果两者之间的夹角大于

0

则偏航电机正转，如果两者之间的夹角小于0

，则偏航电机反转。如果在偏航过程中，舱旋转角度到达极限位置（+700o或-700o)会触发限位开关动作,同时偏航电机停止，报警系统报警，制动装置动作使偏航工作结束。(设限位开关被触发而导致偏航电机不能动作,必须经手动解缆才能恢复正常）其工流程如图

5—1所。

启动延迟1S是否N是否风N风向舱角是于0度N

YYY时针偏

时针偏电机

电机Y

是否限关N否对准Y航停止

2

2纽缆角度是否大于0N

Y顺时针偏航

逆时针偏航电机正转

电机反转是否解缆Y偏航停止

N图—偏系总体软设计程图5.2机手偏航统流风力发电机在调试、限位开关被触发等情况下要手动偏航或者解缆，所以本控制系统同时设计有手动偏航功能

.手动偏航是要手动按下正向启动按钮或者向启动按钮，然后由

PLC判断当前机舱位置与原始位置的夹角，若角大于

0则电机反转带动机舱向逆时针方向偏航来解缆，若夹角小于

0则电机正转带动机舱向顺时针方向偏航来解缆。PLC检测到风电机机舱当前位置与原始置一致则手动偏航程序停止。3

动解纽缆度是大于0

顺时偏航

逆时偏航电机转

电机转是否缆偏航止图—手动解缆统流图5.3机手偏航形图

当按下正向启动按钮时，常开出入点

I0.0闭合，输出点置1，同时输出点清0，即电机正转，带动风电机机舱正向旋转

.当按下正向启动按钮时，常开出入点

。闭合，输出点Q0。1置同时输出点清0，即电机反转，带动风电机机舱反旋转。当风电机机舱回到原始位置时，

C40中的值等于0，输出点Q0。0和同。同时清，即电机停止转动，风电机机舱也不会旋转

.同理，当手动按下停止按钮时，常开出入

I0.2闭合，输出点。0和同。同时清0，即电机停止转动,风电机机舱也就不会旋转。4

图—手动偏航统梯图5

结

论本设计以PLC作为风发电机偏航系统控制的核心

,完成了风力发电机偏航系统的硬件和软件设计，实现了对风力电机偏航系统的控制工作。设计内容主要包括：偏航主电路的设计工作和

、偏航电动机、风向仪、限位开关、接近开关型号的选取工作，

PLCI/O地址分配、流程图、梯形的绘制工作.将控制和风力发电机系统进行了很好的连接。PLC开关和继电器组成的电气控制系统和计算机控制系统的基础上发明的能实现工业自动控制的一种装置

,作为计算机控制技术在工业控制领域的其中一种,它产生的时间并不长不过从PLC的发展趋势以及它在工业控制中不断提高的地位看来，PLC的发展前景是十分光明的。研究基于控制的风力发电机偏航系统，不但能提高其发效率，增强系统运行稳定性，又能达到现代高精度控制要求当社会科技的发展日新月异

的种类、功能也在不断的升级增强，在实际的生产应中必须要根据实际情况对系统做出最合适的调整，只有这样才能设计出满要求的控制系统。对于这次设计研究的风力发电及偏航控制统来说，系统中的很多功能还需要进一步的扩展和完善

.比如没有风力发电机超出限定风速时偏航系统的工作进行研究。除此之外，系统对于

PLC编程过程中的很多种高级指令都没有使用到。这些问题都需要以后进行入的研究并加以解决。26

谢

辞经过几个月的努力与忙碌，毕业设计终于成。从最开始接到风力发电机偏航控制系统设计这个题目的不知所措现在控制系统设计的完成

,每一步对我来说都是新的尝试与体验。在这里要感谢人很多。首先

,感谢我的母校洛阳理工学院这两年来对我的教育和培耐心指导，由于我一边实习一边做毕业设

,要感谢我老师董红政对我的,要衷心感谢董老师对我的理解，总是尽力的帮助我，每次见老师,老师都会认真仔细的帮助我分析设计，并给我想出解决的办法.此论文是在老师的悉心指和严格要求下完成的

,从题选择到设计思想、方案选取、程序调试，不凝聚着于老师的心血和汗水。在这两个月的时间里董红政老师给了我心的指导和不懈的支持，

他以其丰富的经验和渊博的知识，在设计期间帮助攻克了一个又一个难关。董红政老师负责的工作态度、严谨的治学精神、厚的理论水平和精益求精的工作作风都深深鼓励着我。在董红政老师身上不仅学到了如何做事，更学会了如何做人，如何对待工作的态度。同时还感谢给了我很多帮助的同学和舍友,他们总是不遗余力的再帮我，正因为在她们的助和鼓励下，我才能够克服重重困难，顺利的完成这次的毕业论文27

参文［1］冯江哲兆级风力发电机组控制技术的研究［学（保定）:机械电子工程，2008

J］。华北电力大[2]钱江海，谢源，焦斌.基于的风力发电机组变桨系统[J].上海电机学院学报。05［］张雷鄂春良,李海东.PLC在大型风力机变桨距系统中的应用［J]电气应用。09[4]李东东，陈陈。风力发电机组动态模型研究[J］中国电工程学报，2005.03[5]裴兴林，程明杰，薛仰全。航控制］装备制造技术，2011.08

妍张俊调速系统对风电机组的偏[6］吴光。基VisualB软件开发风电机组监控系统人机界面[J].电气技术，2011.02[7]武鑫，赵斌，鄂春良。许洪华统中的应用[J].气自动化

S7-200PLC在大型风力发电机控制系［8]任致程电动机变频器实用手册［M].北京中国电力出版社,[9］周洁。王立新。应用设计自动控制系统的几种方法[J］农业技术。（，206—。宫靖远。风电场工程技术手册[M]。北京机械工业出版社，2005：127-191。］刘定邦。大型风力发电机组的模糊控制研究重庆大学硕士学位论文[D].2007:13-25［12]杨金明，吴捷，董萍，杨俊华，杨苹．基于无源性理的风力机最大风能捕获控

制［．太阳能学报。2003:第期．张新房徐大等大型变速风力发电机组的自适应模糊控制统仿真学报04，第期．

[J［］西子（国）限司。可编程制器统［］。9［15]LeD．［］．Pentameter，2005，-。［］耿良田的现状及发展趋势[J].字化工，2005（08），20—28

。［］陈忠.可编程控制器新谈自动化博览，2005（01）,94-95。

第一讲PLC的发明和发展过程。［18]胡涛，苏建良石峰。PLC技术与应用及其发展析[J].机与液压12）135-137。29

附

录航系路图UVWKM1

KM2软起号135启动器

24

6

PEFR1FR3航电1

M2航电2

M3偏航3

偏航430

动偏梯形31

32

33

外资译Windveryimportantandreservesitissafe

，clean,providestabilityoftheNowbecomethemainformofwind,theworld’sattention

，usewindpower，fastest.energyisahigh

；itthanaofsubjects，including，，structural，technology，，，chemistry,

，sodifficultyofatechnologymaybeyonddifficultyofspaceFirst,Thedivisionenergyenergytechnologywindpowertechnologymediumwindpowertechnology，althoughwindenergytechnology,aresame,thetwoarecompletely：specificperformanceofthe”policyisdifferentinmarkets

，applications，technologyistotallybelongtothesamekindsofinthe。Therefore,inChinamachineryindustryonthetowindwindpowerbetweenmediumseparately。Inaddition，todifferentneeds,extendingfromwindandsolartechnologyhasnotpromoteddevelopmentofwindpowertechnology，alsoforthesmallwindpoweropensupmarkets.1.Largewindtechnologyofpowerinstillhasabetweentechnologyoflarge

scalewindinDenmarksomeothercountries

，powerindustrypropelledbyofthewindrich,scalewindpowerequipmentaheadof34

development

。Ourhasstartedtoboostdevelopmentofwindtechnology,andaofpoliciestoguidedevelopment

。Large-scalewindforthe

，windapplicationsforlargeareaonveryareappliedtoresources

，windenergyresource-richwindfield，toavarietyofperennialbadenvironmentthatsomethingcomplexnatureofenvironment

，highdemandsthetechnologyuponline.windtechnologyinripe，thetechnologyoflargewindpowerstillrelypolicyguidancetoprojectlaunchedinlikecrazy

，allforwardofthenameelectricity"thewindbegantoNegativeeffectPrecautionpolicy.AlthoughwindhavebeencomplementarywithintellectualrightsofwindsystemstechnologyenvironmentneedstohavebeenascalewindpowertoInaddition

，thewindpowertechnologytechnologyhasalsoaofissuesstillthedevelopmentoftechnology.technologyofwindpower

：ofsmallwindinChinacouldcomparewithIn1970s,powerinbeenwhichhasresourcesforabettersituation，Mongolia，，firstpoweriswidelyusedinpowertransmissiontoforaoffarmersandherdsmenhouseholdcontinuouslyupdatedthetechnologyimprovementdevelopment,alonebutalsowithofcomplementaryopticalhasbeenwidelyusedinindependent35

TheseChineseexportsofwind。Internationally,

China’ssmallandmediumsizedwindpowertechnologytechnologyhaveleaship

leaderSmallwindpowerttechnologyisrelativelysmallbyconstraints，asignificanteffectnotonly，buttheformationofstablereliableoftechnologyiscompletelyBothfromorpriceinareverycompetitive;withnowstartedasmallwindpowerinChina

；”wallflowerwallBong"intensified

。Inthecountry'sadvantagesofmediumwindhasbeenbypolicyinaofreasonsinhasbeenandmediuminMongolia，，herdsmeninremotetousereturnintothelowcost，shoddy,lowperformancereliability，security,nooflandpopulatedofthemarkettolossofreliabilityofwar;informpoorunderstandingSoattentionandwindpowertechnologyinhe

”lowwindstart，lowwindspeed，momentprotection,aseriesofattentionbythemarkethasaleadingthesmallandisultimatelyindependentpowertomeet-market，generationtomonopolytechnologymustbetobroadandrapidlygrowingmarket.

，rate3。solarisofskillsSmalllandMedium36

EnergyEnergytechnology,anditcoversmanyareas

，combinesaofapplicationsof，thewiderangeofapplications

，sogreatthatvarietyofwhichcan。solarisworldintheuseofnewenergytechnologymature,mostindustrialdevelopmentof，andindividualsolarwindhasitsofdevelopment，bothwindandsolarpowercomplementarytheofenergyinnaturalresources，theprogramsofintegration

，performancepriceofenergysourceformost，onlydemandtothesameunitexpandofapplicationofthe，alsoincreasesreliabilityoftheproduct

。Insolarwindpowerboth，solarenergythewindtobethan30solarbytheaboutofrecognitionbeconvertedapriceofsmallwindpowerrationally1/5-1/6ofthesame60

；％lowWorsesuppressed

，productiononenvironmentgreaterthan，substantialdevelopmentinenergy,contrasttwistof..ifusefrompointview

，ourtoelectricityfromwindgeneratingcapacitytomeasurethecostofsolarenergy，solarwindpower，onlyforthe”energysaving，emissionreduction，"upnewfortheapplicationoftomeetneeds。

，fortoopenaSecond，Windthreekindsoperationmode:operation

，usuallysmallwindgeneratorsaprovidestorageenergy,37

electricitywithoutwind,Secondiswindmode(such，combiningtounitoranvillageoransupply，iswindpowerintoconventionalpowerandtoprovideelectricpowergrid,isoftenawindhundredssetswindgenerators,ofwindpower

。systeminwindmachineandturbinesadjusting

，generatortechnology,ofwindistechnologynowadayswindThefollowingintroductionofrespects

。1ofwindplasmafromregulationturbinesimpeller,willcapturewindbyconvertingwindonmechanicaltorque

。ChangeisfromwithverticalwindleafofAngle，thethewhenwind，thepoweroftheisconstantoutput。Byregulating，fanfromoutputpowerIntheratedwindleafAngleofattack,controllerwillbeplacednearnot，approximatedistancetoforpulp。Invariablestructurecontrolfrom，adjustthebladeAngleofattacktheoutputinfromthewindstartingfromspeedissetmachinedowntimeatlowimpactrelativeTheisadoptspowercontrol,inpracticalapplications，powerspeedisdirectlyproportionaltotheSmallchangeswillchangesof

。toofwindfrompulpbyadjustingwindfrom，utilization

，overallweight。Andthewindfromaccommodationatspeed

，can，keepgoodAngleofwindturbineshaveenergyissuitableforlowspeed38

oftheChangefromofregulation,windsearchcertainvalue，ofwinddowntime

，mustfrommachinecangraduallychangeswindwithoutbladesofopenavoidwing,increaseChangeistothedefectisresponsegusts.windtypefanvibrationsmall,accommodationfromwindisbigger

，forfromconstantwindmillsthiskindofthisnotinfanisresponse

，windsystemtoenough,canreduce

。Third，developmentofwindenergytechnologyconstantInnovation:

。Atpresent，

China'sdevelopmentintechnologicalinnovationis

，theofcoretechnologieswithindependentintellectualmuchwouldfromabroad.AlthougharrivalofallcountriestakefullofglobalthroughintroductionoftechnologytoButiftherenoabilityofinnovation,notwhatintroductionofadvanced，nottoabsorbfuture,cannotcarryoutrecord,ontheonthehand，technologyintroductionofcannot

，relyonmastertechnology

；thedomesticpolicyofinnovationoftechnologyneedssupporting，，withthetechnologyofwindenergyproductstobe，sucha”wallflowerwallincense"situationcanbe，innovationandpowerfromconstant

。In：theindustrycontinuingcreatinginsinglefromtopowerareasof39

havesuch：street，traffic，

communication,irrigation，

planting,breeding,seawater，alarm,islands,soon。Showsdevelopmentofwindenergyinnewindustrycanbeofindustries,buttheapplicationofwindtechnologyinfieldshasthebenchmark.WorldrevolutionwillbebywindtechnologyfromIndustrialrevolution

。40

风发技风能是非常重要并储量巨大的能源，它安、清洁、充裕

,能供源源不绝,定的能源。目前，利用风力发电已为风能利用的主要形式，受到世界各国的高度重视，而且发展速度最快风能技术是一项高新技术，它涉及到气象、空气动力学、结构力学、计算机技术、电子控制技术、材料学、化、机电工程、电气工程、环境科学等十几个学科和专业，因此是一项系技术，其难度毫不逊色于航天技术。一、风能技术的划分风能技术分为大型风电技术和中小型风电术

,虽然都属于风能技术，工作原理也相同，但是却属于完全不同的个行业：具体表现在“政策导向不同、市场不同、应用领域不同、应用术更是不同，完全属于同种产业中的两个行业。因此，在中国风力机械业会议上已经把大型风电和中小型风电区分出来分别对待。此外，为满市场不同需求

,延伸出来的风光互补技术不仅推动了中小型风电技术的发，还为中小型风电开辟了新的市场。1、大型电技术我国大型风电技术与国际还有一定差距。大型风电技术起源于丹麦、荷兰等一些欧国家，由于当地风能资源丰富风电产业受到政府的助推大型风电技术和设备的发展在国上遥遥领先目前我国政府也开始助推大型风电技术的展

,并出台一系列政策引导产业发展。大型风电技术都是为大型风发电机组设计的，而大型风力发电机组应用区域对环境的要求十分严格

,是应用在风能资源丰富的资源有限的风场上常年接受各种各样恶劣的环境考研环境的复杂多变性，对技术的高度要求就直线上升.目前国内大型风电技术普遍还不成熟，大型风电的核心技术仍然依靠国外，国家政策引导使国内的风电项目发疯一样在各地上马，各地都期望能借此分得一羹

.名副其实的“疯电”借着政策的东风开始燎原之势.虽然风电项目纷纷上马，但多为配套类型，完全拥41

有自主知识产权的大型风电系统技术和核技术少之又少。还需经历几年环境考验的大型风电技术才能逐渐成熟

.此外大型风电技术中发电并网的技术还在完善，一系列的问题还在制约大风电技术的发展。2、中小风电技术我国中小型风电技术可以与国际相媲美

.在本世纪70年代中小型风电技术在我国风况资源好的内蒙、

新疆一带就已经得到了发展，最初中小型风电技被广泛应用在送电到乡的项目中为一家一户的农牧民家用供电

,随着技的更新不断的完善与发展

,不能单独应用还能与光电组合互补已被广泛用于分布式独立供电。这些年来随着我国中小型风电出口的稳步提升。国际上，我国的中小型风电技术和风光互补技术已跃居国际领先地位。中小型风