PLC的风力发电机偏航系统控制
风力发电机组PLC系统
风力发电机组控制结构图
D FM 1500kW
G 定子
机 舱 内 的 PLC 控制从站
RS422 串行 通讯
2.2 可编程控制器的程序编制
2.2.1 可编程控制器的编程语言
同其它电脑装置一样，PLC的操作是依其程序
操作进行的，而程序是用程序语言表达的，并且表
达的方式多种多样，不同的生产厂家，不同的机种，
采用的表达方式不同，但基本上可归纳为：
1 梯形图语言(LAD)
2 语句表语言(STL)
目前常用
3 连续功能语言(CFC)
用户程序及数据存储器：主要存放用户编制的应 用程序及各种暂存数据、中间结果。
II. 输入/输出(I/O)接口 输入接口用于接收输入设备（如：按钮、行程开
关、传感器等）的控制信号。
输出接口用于将经主机处理过的结果通过输出电 路去驱动输出设备（如:接触器、电磁阀、指示灯 等）。
III. 电源 电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电
风力发电机组PLC系统
可编程控制器(PLC)
一 风力发电机组PLC系统简介 二 PLC的结构及工作原理 三 结合风力发电机组介绍PLC使用
一 风力发电机组PLC系统简介
电气控制系统是风力发电机控制系统的核心技术 之一，是风机安全可靠运行以及实现最佳运行的保证。
风力发电机组配备的电控系统以可编程逻辑控制 器（简称PLC）为核心，在风力发电机组的控制电路 中电控系统是由PLC控制器及相应的扩展模块所构成。
基于PLC的风力发电控制系统设计
基于PLC的风力发电控制系统设计导言风力发电已经成为一种重要的可再生能源，被广泛应用于各个领域。
风力发电系统包括风轮、转子、发电机等组成部分，而风力发电系统的控制是保证其高效稳定运行的关键。
本文将基于PLC设计一个风力发电控制系统。
1.系统结构设计风力发电控制系统的基本结构包括传感器、PLC、执行器和人机界面。
传感器用于实时监测风力发电系统的各个参数，如风速、转子转速等。
PLC作为控制中心，接收传感器信号并进行逻辑控制。
执行器根据PLC的控制输出信号来控制风力发电系统的各个部分，如调节风机转速等。
人机界面用于显示系统状态、设置参数等。
2.控制策略设计2.1风速监测与控制通过风速传感器实时监测风速，当风速低于一定阈值时，关闭风机，避免风机受到损坏；当风速在一定范围内时，根据发电机的负载情况自动调整风机转速，以保证风力发电系统的稳定运行。
2.2风轮传感器监测与控制风轮传感器用于监测转子的转速及转向，当转速过高时，PLC将自动减小风机转速；当转速过低时，PLC将自动增加风机转速。
2.3发电机控制发电机的电压、频率等参数需要监测和控制，PLC将通过与发电机的连接，监测其电压和频率，当参数超过设定范围时，PLC将调节风机的转速，以确保发电机稳定运行。
2.4过载保护控制当发电机过载时，PLC将根据预设的过载保护策略，立即切断风机的供电，以保护发电机的安全运行。
3.软件编程设计PLC的软件编程需要根据控制策略进行设计，通常使用PLC编程语言（如LD、FC等）进行编程。
根据控制策略中描述的各种情况及相应的控制动作，设计相应的逻辑流程和控制算法。
4.人机界面设计人机界面通常使用触摸屏显示，显示风力发电系统的各项参数，如风速、转速、电压、频率等，并提供实时监控和报警功能。
用户可以通过触摸屏进行参数设置、故障诊断及报警解除等操作。
结论基于PLC的风力发电控制系统设计是实现风力发电系统高效稳定运行的关键。
通过PLC的控制，可以对风速、转速、电压、频率等参数进行实时监测和控制，提高风力发电系统的可靠性和效率。
风力发电机偏航控制系统的设计
图 6 90°背风的控制算法流程图 当有特大强风发生时，需停机并释放叶尖扰流器或将桨距角调到
参考文献 ［1］许凌峰.变桨距风力发电机组智能控制研究［D］.北京：华北电 力大学，2008. ［2］金长生.风力发电机偏航控制系统的研究［D］.大连:大连理工大 学，2010. ［3］马小英.MW 级双馈风电机组偏航控制系统的优化及仿真［D］. 兰州:兰州理工大学，2010. ［4］张嘉英，王文兰，蔡永刚.风力发电机组偏航控制系统［J］.兵工 自动化,2009,28（11）:54-55. ［5］魏列江，张振华，胡晓敏等.中小型风力机偏航控制系统设计 ［J］.西华大学学报,2011,30（2）:75-77. ［6］常杰，孟彦京，朱玉国等.MW 级风力发电机组偏航控制系统的 设计［J］.陕西科技大学学报,2009（, 4）:76-79.
参考文献 ［1］叶澜.教育研究方法论初探.上海人民教育出版社 ［2］高等数学研究.高等数学编辑部，2010 年 11 月 ［3］张顺燕.数学的思想、方法和应用.北京大学出版社,2011 年 1 月 ［4］刘家访.教育学.四川大学出版社,2004 年 7 月
（上接第 146 页） 风速小于风力发电机组启动风速 4m/s 且无功率输 出，则停机，控制系统使机舱反方向旋转 3 圈解绕；若此时机组有功率 输出，则暂不自动解绕；若机舱继续向同一方向偏转累计达 4 圈时，则 控制停机，解绕；若因故障自动解绕未成功，在扭缆达 5 圈时，扭缆机械 开关将动作，此时报告扭缆故障，自动停机，等待人工解缆操作。具体 的自动解缆控制算法流程图如图 5。
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的时刻，风向是改变的，那么就需保证风力发电机的风轮始终跟随风向
的变化，确保其准确对风。但在实际控制中，允许一定的偏差存在，即
基于PLC的风力发电机偏航控制系统设计
基于ＰLC的风力发电机偏航控制系统设计摘要由于化石资源的日益枯竭和人类对全球环境恶化的倍加关注,因此清洁绿色的风力发电技术已深受全世界的重视。
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。
由于偏航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,风向仪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,从而带动机舱旋转，是风轮对准风向。
当机舱的旋转方向有接近开关进行检测,当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,并反转解缆,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的基本问题有：1、实现自动偏航控制及手动偏航控制的双控制系统设计2、设计偏航系统的制动装置以及扭缆、解缆保护装置的控制方法3、了解偏航液压系统的作用、工作原理和控制方法。
4、编写驱动控制程序、扭缆、解缆保护程序。
关键词:风向,自动偏航,风向仪,偏航电机Ｄesｉgnｏf Yａw Conｔrｏl SysteｍfoｒWindMotor Bａｓed on ＰＬCABSTRＡCTＣleaｎａnｄgreen wｉnd power ｔｅchnｏｌogy has gotteｎgreat atｔeｎtｉon ｂyｔｈe worlｄbecause ofｔｈe ｉncreasingly exhａustｅｄfossil ｒesourcｅs aｎｄthe ｍore ａtteｎtioｎon the ｇloｂal envｉｒｏnｍｅｎｔaｌｄeｇraｄａtion。
Ｔhis ｄesi ｇn ｍａｉnly reｓeａrchｅsｔｈe yaw ｓystem which iｓan imｐortanｔｃompoｎent of ｔhｅwiｎｄｔuｒbine。
Beｃausｅthe yaw mechaｎiｓｍinstallｅd at the bｏttoｍofｔhe enｇineｒoom ａn ｄconneｃｔｅd tｏthｅenginｅroom through ｔhe ｙａw ｂeａri ｎｇ. When ｔhｅwｉnｄchａnges, wiｎd ｖane wilｌｓｅnｄthe siｇnal ｔo ｔhe cｏntroｌsysｔem ｔｏｃoｎｔｒol tｈe drivｅwork．Tｈe pinion rotated ｏn tｈe ｂｉg gｅａr rｉng，whｉch ca ｎtuｒｎｔhe enｇｉne rｏｏm to ｍaｋe thｅwｉnd wheel ｔuｒbines on the diｒｅctｉon of tｈｅwｉnd．When tｈe ｒevolving direcｔｉon of the engｉｎe rooｍisｃloseｄｔo the swｉtcｈto do deｔｅｃtｉon and the enｇine ｒｏom ｒeａchｅs thｅmａｘimｕm yaｗａngｌe tｏthe samｅdiｒection,the liｍited switｃh willｓend the signals to the controｌdevｉｃｅin time. Thｅn the coｎtrol ｄevｉce could quickly ｓenｄａsｉgnal tｏmake the set quｉck stｏp ａnd ｔurn over thｅcast loop．Aｆteｒａｂovｅthe pｒoceｓs，it will ｒeaｌize the yaw cｏntrol aｎｄmaｋe the wｉnd ｗheｅl keeｐthe state oｆｆacinｇthe wiｎd。
风力发电机偏航系统控制
....
致谢
在本论文即将结束时，我真心感谢很多给与我学习和生活关怀帮助的人。张富全老师在课题研究阶段，精心指导、认真讲解设计过程中遇到的各种困难，在这里我向张老师表示真挚衷心的感谢！
a）外齿形式b）内齿形式
图4.4偏航齿圈结构简图
三.5.2
三.5.3
三.6
三.6.1
三.6.2
三.6.3
三.7
三.7.1
系统的硬件主要有:偏航电机，纽缆开关，风速仪，风向标，s7200-cpu224
各部分的功能：
偏航电机：为风力发电系统中风机对风及解缆的执行机构,使风机随着风向的变化而转动，对准风向。
接近开关：偏航电机运行的速度位置反馈信号。
风速风向传感器：将风速、风向信号转换成4~20mA的电流信号传给PLC。
PLC：它是兆瓦机组的中央处理单元。接收绝对正北方向信号、风向风速信号和接近开关传给它的风机所处的实际位置,经过逻辑处理，把精确的控制命令传给执行机构即偏航电机。硬件框图如图5.3。
图5.3硬件框图
Key words:Wind turbine；Yaw control system；
第一章
一.1
电力种类
平均成本
（美分/千瓦﹡每小时）
电力种类
平均成本
（美分/千瓦﹡每小时）
煤电
4.8 ~ 5.5
天然气发电
3.9 ~ 4.4
核电
11.1 ~ 14.5
风电(返税前)
4.0 ~ 6.0
水电
5.1 ~ 11.3
Wind turbine yaw control system
基于PLC风机偏航系统解缆控制
摘要风能作为可再生能源中发展最快的清洁能源，其具有清洁，无污染，安全，储量丰富的特点，受到世界各国的普遍重视，是最具有大规模开发和商业发展前景的可再生能源。
当前，中国风电市场蓬勃发展，由此带动中国风机制造产业呈现欣欣向荣的发展势态。
然而，风电的超速发展可能造成很多隐患。
其中设备故障而浪费大量人力资源维护的隐患应引起我们足够的重视。
本文以风力发电模型机的解缆系统解缆控制为研究对象，采用PLC控制器作为上位机控制解缆装置，根据限位开关的信号确定解缆的方向，启动执行相应的顺时针方向或逆时针方向机舱解缆程序。
解决风力发电机组存在的累计纽缆次数较多、因纽缆造成的偏航时间较长、导致风力发电机组发电的停机解缆的技术问题。
关键词：风力发电，PLC控制器，解缆驱动器，解缆ABSTRACTWind power as the fastest growing renewable energy and clean energy, which has a clean, pollution-free, safe, abundant features, has gotten great attention by the countries in the world. Wind power is the most large-scale development and commercial prospects for development of renewable energy. At present, Chinese wind power market led the Chinese manufacturing industry explosion development. However, wind power overspeed developing may cause a lot of hidden dangers. Because of equipment failure waste human resources to maintain a large number of hidden dangers should arouse our attention. This article is based on the model of wind power untwist system as the research object. Adopt PLC controller to untwist, According the limit switch signals to determine the untwist direction. Start the corresponding compiler to solve the problems as existing wind turbine twist and Yaw time too much.Key words: wind power, PLC, yaw motor, untwist1绪论 (1)1.1 风力发电的介绍 (1)1.2 风力发电的发展历史、现状及趋势 (1)1.3 毕业论文的工作及结构 (7)2风力发电机原理及解缆原理 (8)2.1 风力机的种类 (8)2.2 风力发电机的基本原理 (8)2.3 风力发电机结构 (9)2.4 风力发电机解缆控制系统的介绍及工作原理 (11)3风机解缆系统硬件结构设计 (12)3.1 解缆系统硬件结构 (12)3.2 解缆系统硬件的选型 (12)3.3 电气原理图 (19)4解缆系统设计 (21)4.1 解缆系统的控制方法设计 (21)4.2 解缆系统程序流程图 (21)4.3 解缆系统硬件参数设计 (22)4.4 PLC程序设计 (28)5结论 (31)参考文献 (32)附录1 (33)附录2 (39)致谢 (40)风力机作为大型机电设备，为使其稳定运行，关键在于合理的控制系统。
基于plc风力发电控制系统的设计(毕业设计)
摘要全球人口增长和发展中国家的经济扩张，到2050年，世界能源需求可能翻番甚至增加两倍。
地球上的全部生命都依赖于能源和碳循环。
能源对经济级社会发展都至关重要，但这也带来了环境方面的挑战。
我们必须探索能源生产与消费的各个方面，包括提高能效、清洁能源、全球碳循环、碳资源、废弃物和生物质，还要关注它们与气候和自然资源问题之间的关系。
风力发电的发展是时代的需要。
在风力发电控制系统中，基于PLC为主控制器的设计是未来的发展方向。
本设计基于PLC的风力发电控制系统，旨在保证风力发电机偏航系统、齿轮箱、液压系统、发电机正常工作；通过选择合适的控制方法，使系统能更加稳定的运行，进而可以有效提高风力利用率。
设计中主要对发电机控制电路、偏航控制电路、齿轮箱及液压站的运行和工作情况进行了设计，并绘制了相应的电气原理图。
在控制电路中还说明了PLC、电动机及相应低压器件的型号选择，绘制了I/O接线图；在发电机控制电路中，设计了发电机的转速控制方面；偏航电路中，设计了对风、解缆功能；在液压系统中，设计了温控、压力控制功能；在齿轮箱系统中，设计了油位控制功能。
同时在设计中还详细编写了各部分的控制程序，并进行了相关调试，另外利用S7-200仿真软件进行了系统仿真验证，仿真结果满足设计要求。
关键词：可编程控制器；偏航；液压系统；控制系统；风力发电ABSTRACTGlobal population growth and developing economic expansion, to 2050, world energy demand may double or even increased two times. The whole of life on earth depends on both the energy and the carbon cycle. Energy for economic social development are crucial, but it has also brought environmental challenges. We must explore the energy production and consumption in all aspects, including improving energy efficiency, clean energy, the global carbon cycle, carbon resource, waste and biomass, but also pay attention to them and climate and natural resource problems between. Wind power development is the need of the times.In the wind power control system based on Programmable Logic Controller (PLC), mainly is the design of future development direction. Based on the design of PLC wind power control system, in order to ensure the windmill generator yaw system, gear box, hydraulic system, the generator work; by selecting appropriate control method, making the system more stable operation, which can effectively improve the utilization rate of wind power.Design of the main generator control circuit, control circuit, gearbox and hydraulic station running and working conditions for the design, and draw the corresponding electrical schematic diagram. The control circuit also shows PLC, motor and corresponding low voltage devices model selection, rendering the I / O wiring diagram; in generator control circuit, design of the generator speed control; yaw circuit, design of wind, starting function; in the hydraulic system, design temperature control, pressure control function; in the gear box system, design the level control function.In the design of the detailed written parts control program, and the relevant debugging, while using S7-200 simulation software simulation system, and the simulation results and meet the design requirements.Key word:Programmable Logic Controller;Yaw;Hydraulic system;Control system;Wind Power目录1引言1.1选题目的和意义....................................1.2国内外风力发电现状.............................. 1.2.1国外风力发电现状............................. 1.2.2国内风力发电现状.............................. 1.2.3风电机组发展趋势............................. 1.2.4海上风电场的兴起..........................1.3 研究设想及方法.............................1.4 预期成果及意义..............................2系统整体方案设计...................................2.1 系统工作原理................................2.2 系统工艺流程................................2.2.1控制模式介绍...............................2.2.2各部分控制介绍.............................2.3 系统总体设计方案...........................2.4本章小结.....................................3控制系统硬件设计................................3.1 PLC概述..................................3.1.1 PLC的发展历程............................3.1.2 PLC的工作原理...........................3.1.3 控制系统的I/O通道地址分配.................3.1.4 PLC系统选型...........................3.2 扩展模块选型...........................3.2.1 数字量输出扩展模块EM222................3.2.2 数字量输入∕输出扩展模块EM223...........3.2.3 模拟量输入扩展模块EM231...........3.2.4 模拟量输入∕输出扩展模块EM235........3.3 电机及驱动器选型与应用设计................3.3.1 电机及驱动器选型........................3.3.2 偏航电机主电路设计......................3.4 检测元件选型与应用设计....................3.4.1 温度传感器选型.......................................3.4.2 压力传感器选型......................................3.4.3 液位传感器选型......................................3.4.4 偏航角度传感器和转速传感器选型......................3.4.5风向标、风速仪选型..................................3.5 低压电器选型..........................................3.5.1 接触器选型..........................................3.5.2 断路器选型..........................................3.5.3 熔断器选型..........................................3.5.4 主令电器选型........................................3.5.5 信号电器选型....................................... 3.6 系统配电及电源选型...................................3.7 本章小结............................................. 4控制系统软件设计.......................................4.1 程序流程图的设计.....................................4.1.1 启停控制流程图....................................4.1.2 偏航解缆控制流程图................................4.1.3 齿轮箱系统控制流程图..............................4.1.4 发电机系统控制流程图..............................4.1.5 液压系统控制流程图.................................4.2 控制程序设计.........................................4.3 组态界面设计.........................................4.4 程序调试.............................................4.5本章小结.............................................. 5结束语.................................................. 参考文献.................................................. 致谢..................................................第1章引言1.1 目的和意义由于全球人口增长和发展中国家的经济扩张，到2050年，世界能源需求可能翻番甚至增加两倍。
基于PLC风机偏航系统解缆控制毕业设计
基于PLC风机偏航系统解缆控制毕业设计PLC（可编程逻辑控制器）应用广泛，可用于风机偏航系统的解缆控制。
风机偏航系统是指风力发电机组中的控制系统，用于调整风机的偏航角度以接受最大的风能。
在发电机组需要维护、维修或天气条件危险时，需要控制系统对风机进行解缆控制，使其从风向中断，保证发电机组的安全和正常运行。
本文将针对PLC风机偏航系统的解缆控制进行毕业设计。
毕业设计的目标是设计一个基于PLC的风机偏航系统解缆控制方案。
该方案应考虑到风机偏航系统的特点和要求，实现对风机的精确解缆控制。
首先，需要对风机偏航系统的控制逻辑进行分析。
风机偏航系统的控制逻辑是由传感器和执行机构组成的闭环控制系统。
传感器用于检测风向和风速，执行机构通过控制偏航角度实现对风机的偏航控制。
其次，基于PLC编程软件进行编程设计。
PLC编程软件通常是ladder diagram（梯形图）或者structured text（结构化文本）。
在编程过程中，需要将控制逻辑翻译为PLC编程语言，并与传感器和执行机构进行适配。
接着，进行实验验证和调试。
使用PLC控制器和风机偏航系统的硬件进行实验，在实验中测试和验证PLC编程的正确性和可行性。
根据实验结果进行调试和优化，确保系统能够准确实现解缆控制，保证发电机组的安全和正常运行。
最后，需要撰写毕业设计报告。
报告内容应包括对风机偏航系统的介绍、PLC编程设计的详细步骤和流程、实验结果和分析，以及对毕业设计的总结和展望。
本毕业设计将实现基于PLC的风机偏航系统解缆控制，为风力发电机组的维护和运行提供支持。
通过该设计，可以提高风力发电的安全性和可靠性，为风力发电行业的发展做出贡献。
基于PLC的风力发电控制系统设计
学号：常州大学毕业设计(论文）题目基于PLC的风力发电控制系统设计学生学院专业班级校内指导教师专业技术职务校外指导老师专业技术职务二○一二年六月基于PLC的风力发电控制系统设计摘要:近年来随着经济的不断发展和人们生活水平的不断改善,在世界范围内石油、煤炭这些不可再生资源的使用量已经大大超过环境所能承受的范围，燃烧发电厂产生的污染物也对地球环境产生了负影响。
然而风能是一种清洁、可再生的能源，在发电这一领域具有巨大的开发潜力和商业活力。
随着科技的不断进步，计算机和可编程控制的科研水平在提升，这对于风电控制的研究又提供了新的途径。
针对风能具有随机性、不确定性的特点，本文用西门子可编程控制器S7-200来对风力发电进行控制。
主要内容包括电气原理图和设计流程图的绘制，PLC、电气元件的选型,发电机组启动控制、偏航控制、温度控制和变压器控制等.在论文中给出详细的控制原理解释和各模块的功能介绍,并配有每一模块的控制程序。
最后进行相关调试和仿真，利用STEP7—Micro/WIN32编程软件对PLC程序进行调试、仿真运行和在线诊断等，使仿真结果满足设计要求。
关键词：风力发电；可编程控制器;偏航；温度控制The Control System of Wind Power Based on PLCAbstract：In recent years, with the continuous development of the economy and people’s living standards continue to improve, in the scope of world petroleum，oil and coal these non-renewable resource consumption was significantly more than the environment can stand。
Combustion power generation of pollutants generated also produced negative effect to the environment of the earth. However, the wind energy is a clean，renewable energy power generation，it has tremendous development potential and business activity in this area。
基于PLC风机偏航系统解缆控制毕业设计
基于PLC风机偏航系统解缆控制毕业设计风机偏航是指风机根据风向自动调整风轮的朝向，以最大程度地捕捉风能。
在风电场中，风机偏航系统是关键的控制系统之一，在保证风机正常工作的同时，还能提高风能的转换效率。
本毕业设计基于PLC控制技术，设计了一套风机偏航系统解缆控制方案。
解缆是指将风机与电网之间的连接断开，使得风机不再受电网的约束，可以自由调整偏航角度。
这种控制方案在风速过大或其他异常条件下，可以有效地保护风机避免损坏。
首先，本设计实现了风机偏航角度的检测与控制。
通过安装传感器，实时监测风机的偏航角度，并将其信号输入PLC控制器。
PLC控制器根据设定的偏航角度范围，判断风机是否需要调整朝向。
当偏航角度超过设定范围时，PLC控制器发送控制信号给风机，使其调整偏航角度。
其次，本设计实现了风机解缆控制。
当风机检测到异常情况时，PLC控制器会发送解缆信号给电机，使其与电网断开连接。
同时，PLC控制器还会通过接口与风机控制系统通信，向其发送解缆指令。
风机控制系统接收到解缆指令后，会停止向电网输出电能，实现风机的解缆控制。
最后，为了保证风机解缆的可靠性，本设计还设计了解缆故障检测与报警系统。
当风机解缆过程中出现异常情况，如解缆失败、电机异常等，PLC控制器会及时检测并发出报警信号。
同时，PLC控制器还会自动记录解缆异常的具体情况，并将其显示在监控界面上，方便运维人员的排查与处理。
综上所述，本设计基于PLC控制技术，实现了风机偏航系统解缆控制方案。
通过对风机偏航角度的检测与控制，以及风机解缆的实时控制与故障检测，该方案能够有效地保护风机，在异常情况下提高风机的安全性和可靠性。
同时，该方案还具有简洁、可靠、易于维护等优点，在风电场中具有广泛的应用前景。
基于PLC的风力发电机组偏航控制系统设计
控 制 系统 。 该 系统 根 据 风 场 运 动 方 向 的 改 变 ， － ． ｑ － ￣ 自动 或 手 动控 制 被 动 对 风 ， 实现 了对 风 过 程 可控 ， 并 给 出 了基 于 Ｐ Ｌ Ｃ
Ｔ Ｏ Ｎ
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图 ６ 顺示 灯 程序
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图 ７ 手 动 运 行 逆 时 按 钮 控 制 风 场 逆 时 运 动 程 序
电机 继 电器 线 圈及 恢 复指 示灯 程序
当风场 的风 量超 过 安 全值 时 ， 侧风 偏 航 机 趋近于零 ，控制器给偏航 电机发出顺时针或逆时针 场 的风 量 ，
收稿 日期： ２ ０ １ ６ — ０ ６ — ２ ６ 作者简介 ： 王娟平 （ １ ９ ７ ９ 一 ） ， 女， 山西平 陆人 ， 讲师 ， 硕士 ， 主要从事 电气控制技术教学及研究 。
线方 向之间的夹角 １ ， 当 ＝０时 ， 叶轮从风源中吸 收的功率最大。 ３ ． １ 系统控 制 要求 风速风 向传感器将采集到的风速风 向信号传送 在可变 风场 中 ， 风 力发 电机 利用 尾舵 实 现 被动偏 航迎风， 使风力发电机输出最大 电能。测速仪检测风 至控制器 ， 经控制器计算得出夹角 的值 。为使 值
与传统的火力发电和水力发电相 比，风力发 电 的转动指令驱使偏航驱动机构动作 ，以此来调整短 在 一 次 能 源 的来 源 和利 用 上有 着 本 质 的 区别 。风 力 舱 和 叶 轮 的方 位 。通 常 ，为 了减少 偏 航 时 的陀 螺 力 调 向 电机转 速 将 通过 减 速 器减 速 ， 再 将偏 航 力 矩 的变化浮动大 ， 风力资源的不确定性和无法改变性 ， 矩， 带动风机叶轮偏航对风 ， 对风 使 得 在 制 造风 力 发 电机 时 ，只能 让 叶轮 主动 或被 动 作用于 回转体大齿轮 ， 控 制 器 发 出 的偏 航 指 令信 号 消失 ， 驱动 机 构 地去迎接风向 ， 为了尽可能地提高风能利用率 ， 这样 完成 后 ， 就出现了风力发电特有的偏航系统 。
基于PLC的风电机组控制系统设计_来长胜
图 2 程序结构图 Fig.2 Program structure diagram
3.1 基本控制策略 在启动运行状态时， 风轮的桨叶静止， 桨距角
为 ９０°， 这时气流对桨叶不产生转矩， 整 个 桨 叶 本质上是一块阻尼板。 当风速到达启动风速时， 桨 叶向 ０°方向转动， 此时气流开始对桨叶产生一定 的攻角， 风轮开始转动。 在发电机并入电网前， 变 桨距系统的桨距角给定值由发电机转速信号控制。 转速控制器按照发电机转速的大小， 相应改变桨距 角设定值的大小。 变桨距系统根据给定的桨距角参 考值， 调整桨距角， 进行速度控制。 控制系统框图 如图 ３ 所示。
４３０
电力学报
第 ２８ 卷
3 软件设计
由于需要无人值守和远程监控， 则需要自动控 制风机正常运行， 控制对象有： 偏航控制， 保证风 机正对风向， 获取最大风能； 桨距控制， 保证机组 安全、 稳定运行； 风机全自动启动， 按照开机步骤 实施风机全自动开车， 保证开车稳步进行； 运行状 态监测， 在风机整个运行过程中， 监测电力参数、 风力参数、 机组状态参数以及各种反馈信号等， 确 保风机稳定运行， 在出现风速低于启动风速、 刹车 故障、 并网故障等异常运行状态时执行停机操作。 具体程序结构图如图 ２。
基于PLC的风力发电机主控系统设计
主要使用的风向仪的结构与原理图
偏航系统控制过程分析
自动偏航 为了使风力发电机吸收的功率最大，发挥最大效能，机舱必须准 确对风；因此必须使叶轮法线方向与风向基本一致。当风向改变，超 过允许误差范围时，系统计算机发出自动偏航指令，传感器和偏航电 机组成的对风系统执行校正动作，使机舱准确对风。 在实际的偏航控制中，带有解缆传感器的自动偏航控制过程分析： 连续一段时间检测风向情况；根据自动偏航风向标传感器ASS信号给出 偏航控制指令。当ASS=00时，表明机舱己处于对风位置；若ASS=11， 则表明进行的是钝角偏航，为了有效地防止电缆缠绕，读上次钝角偏 航方向并取其反方向，记录此次偏航方向；若ASS=01，设置偏航电机 正转，若ASS＝10，设置偏航电机反转；偏航电机工作后启动偏航计时 器计时，控制偏航电机运转一定时间，再判断ASS是否为00，若ASS=00， 表明机舱已对风，否则判断计时时间是否超过偏转360度所需时间，若 计时时间超过偏转360度所需时间偏航电机仍未停止工作，则停止偏航， 向中心控制器发出安全停机信号和风向标故障信号。若ASS＝11，偏航 计时时间不超过偏转360度所需时间时，控制偏航电机继续运转，直到 ASS=00，向中心控制器发出自动偏航完成信号并复位自动偏航标志位。 自动偏航传感器ASS状态示意图，如图3.1所示，参数说明和电机运行 状态如表3.2所示。
可以提供经济发展的能源需求 可以减少温室气体的排放 可以提高能源的利用效率 可以增加就业机率，也可以减轻社会的负担 由此可见：风力发电的发展意义非常重大， 既减少了对石油、煤等化石类能源的依赖，也减少 了社会的环境污染；还能增加创造的就业，提高部 分地区经济的快速增长。风力发电是社会成熟的、 效率的最为有用的能源转化技术之一，且具有无可 比拟的优势。
风力发电机组的PLC控制
风力发电机组的PLC控制
介绍
风力发电是新型的清洁能源之一，而PLC控制技术在风力发电中也扮演着重要的角色。
PLC控制系统是通过PLC实现风力发电机组的控制，可实现对风力发电机组运行状态的监控、维护等功能。
PLC控制系统的工作原理
PLC控制系统由PLC、I/O模块、人机界面(即HMI屏幕)、软件等组成。
通过传感器采集风机的参数，PLC再进行相应的计算，控制风机的放电风荷载等功能。
PLC控制系统可实现自动化、智能化的实时监控，保障风力发电机组的安全运行。
风力发电机组PLC控制系统的优点
1. 提高了风力发电机组的可靠性
2. 节省了运维成本和人工成本
3. 增强了风力发电机组对外部环境的适应能力
4. 减少了风力发电机组的损坏和停机时间，提高了风力发电机组的能量转化效率
风力发电机组PLC控制系统的劣势
1. 需要专业的工程师进行维护和操作
2. 相比于其他控制方式，成本较高
总结
风力发电机组PLC控制系统是一种高效、可靠、智能的控制方式，可以有效提高风力发电机组的效率和运行效果，减少风力发电机组的故障和损坏，有望成为未来风力发电的主流控制方式。
基于PLC的风力发电控制系统设计
基于PLC的风力发电控制系统设计基于PLC（可编程逻辑控制器）的风力发电控制系统是一种能够自动控制风力发电机组运行的系统。
PLC作为控制器，通过输入和输出模块与其他设备进行通信，根据预设的逻辑程序对风力发电机进行控制，实现对发电机的监测、控制和保护。
下面将针对该系统进行详细设计。
首先，整个风力发电控制系统的架构可以分为四个主要的功能模块：风速检测模块、温度检测模块、发电机控制模块和报警保护模块。
这些模块通过PLC进行数据采集、处理和输出。
1.风速检测模块：风力发电的效率受到环境因素的影响，风速是其中最主要的因素之一、风速检测模块通过风速传感器实时测量风速，并将数据传输给PLC进行处理。
PLC可以根据预设的控制策略调整风力发电机组的转速，以使风力发电机组能够在不同的风速下运行。
2.温度检测模块：风力发电机组在运行过程中会产生一定的热量，温度检测模块通过温度传感器实时监测发电机组的温度情况，并将数据传输给PLC进行处理。
PLC可以根据温度数据进行控制，以保证发电机组的正常运行和防止过热。
3.发电机控制模块：发电机的控制是风力发电控制系统的核心，也是最复杂的模块之一、在这个模块中，PLC通过输出控制信号来调整发电机的功率输出和运行状态。
根据预设的控制逻辑，PLC可以根据风速、温度和其他相关参数，实时调整发电机的控制参数，确保发电机始终在最佳工作状态下工作。
4.报警保护模块：在风力发电过程中，可能会发生多种异常情况，如风速过大、温度过高等，这些异常情况可能对发电机组造成损坏。
因此，系统需要具备报警和保护功能。
报警保护模块通过输入模块监测各种传感器的数据，当一些参数超出设定值范围时，PLC会触发相应的报警信号并采取相应的保护措施，如停机、降低功率输出等，以保证发电机组的安全运行。
设计风力发电控制系统需要注意以下几点：1.系统的可靠性和稳定性是设计的关键，因此要选择具有高稳定性和可靠性的PLC设备，并确保各个模块之间的通信准确可靠。
PLC的风力发电机偏航系统控制
偏航控制系统主要有三个功能： （1） 正常运行时自动对风：当机舱偏离风向一定角度时，控制系统发出向左或者向右 调向的指令，机舱开始对风，知道达到允许的范围内，自动对风停止； （2） 绕缆时自动解缆：当机舱向同一方向累计偏转达到一定的角度时，系统控制停机， 或者此时报告扭缆故障，机组自动停机，等待工作人员来手动解缆； （3）失速保护时偏离风向：当有特大强风发生时，机组自动停机，释放叶尖，背风，以 达到保护风轮免受损坏的目的。
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图 2-2-3 带有避雷装置的风向传感器
图 2-2-4 偏航驱动装置
其中，风向传感器采用绝对式传感器，绝对式风向传感器一般由风向标和旋转编码盘组 成，风向标可随风自由转动，其方向与风向一致，旋转编码盘安装在风向标的转轴上，风向 标转动带动旋转编码盘轴转动，当编码盘处于不同的位置时，就会输出不同的风向。
1.3.1 世界风电发展.............................................2 1.3.2 我国风电发展.............................................3 第二章 偏航控制系统功能简介和原理.................................3 2.1 偏航控制系统的功能............................................
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2.2 风力发电机组偏航控制原理......................................
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第三章 偏航系统的控制过程.........................................
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风力发电机偏航系统控制
摘要能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。
风力发电作为一种可持续发展的新能源，不仅可以节约常规能源，而且减少环境污染，具有较好的经济效益和社会效益，越来越受到各国的重视。
由于风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点，风力发电机组是复杂多变量非线性不确定系统，因此，控制技术是机组安全高效运行的关键。
偏航控制系统成为水平轴风力发电机组控制系统的重要组成部分。
风力发电机组的偏航控制系统，主要分为两大类：被动迎风偏航系统和主动迎风系统。
前者多用于小型的独立风力发电系统，由尾舵控制，风向改变时，被动对风。
后者则多用大型并网型风力发电系统，由位于下风向的风向标发出的信号进行主动对风控制。
本文设计是大型风力发电机组根据风速仪、风向标等传感器数据，对风、制动、开闸并确定起动，达到同步转速一段时间后，进行并网操作，开始发电。
本文介绍了风力机的偏航控制机构、驱动机构的基础上，采用PLC作为主控单元，设计了风电机组的偏航控制系统。
系统根据风向、风速传感器采集的数据，采取逻辑控制主动对风，实现了对风过程可控。
论文给出了基于风向标、风速仪的偏航控制系统的软硬件设计结果。
关键词：风力发电机；风向标；偏航控制系统；驱动机构目录第1章绪论 (2)1.1 课题的背景和意义 (2)1.2 国内风力发电的发展 (3)第2章风力发电机组系统组成及功能简介 (5)2.1 风力机桨叶系统 (5)2.2 风力机齿轮箱系统 (6)2.3 发电机系统 (7)2.4 偏航系统 (8)2.6 刹车系统 (8)2.8 控制系统 (8)第3章偏航控制系统功能和原理 (10)3.1 偏航控制机构 (10)3.1.1 风向传感器 (10)3.1.2 偏航控制器 (12)3.1.3 解缆传感器 (12)3.2 偏航驱动机构 (13)3.2.2 偏航驱动装置 (15)3.2.3 偏航制动器 (16)第4章偏航控制系统设计及结果分析 (18)4.1 偏航系统控制过程分析 (18)4.1.1 自动偏航 (18)4.1.2 90度侧风控制 (19)4.1.3 人工偏航控制 (20)4.1.4 自动解缆 (20)4.1.5 阻尼刹车 (21)4.2 偏航控制系统总体设计结构与思想 (22)4.3 偏航控制系统设计各组成器件简介、选型及原理 (22)总结与展望 (23)参考文献 (24)致谢 (24)第1章绪论1.1 课题的背景和意义人类社会发展的历史与能源的开发和利用水平密切相关，每一次新型能源的开发都使人类经济的发展产生一次飞跃。
PLC控制风力发电机系统
目录第一章 PLC概述---------------------------------------------------------------（1) 1.1 PLC的生产、特点和发展 ----------------------------------------------------（1） 1.2 PLC的基本结构 --------------------------------------------------------------(1) 1.3 PLC的工作过程及原理 --------------------------------------------------------(4) 1.4 PLC的编程语言的基本指令系统和编程方法 ----------------------------------(5) 第二章风力发电机概述-------------------------------------------------- (7) 2.1风力发电机简介----------------------------------------------------------- (7) 2.2风力发电机原理----------------------------------------------------------- (7) 2.3风力发电机结构 ---------------------------------------------------(8) 2.4风力发电机的展望 -------------------------------------------------------(9) 第三章自制PLC控制风力发电机的构成 ------------------------------------ (10) 3.1风力发电机的设计思想------------------------------------------------------(10) 3.2自制PLC控制风力发电机的构成 -------------------------------------------(11) 第四章设计流程 ------------------------------------------------------------- (15) 4.1程序流程图--------------------------------------------------------------- (16) 4.2 PLC输入/输出地址表 -----------------------------------------------------(17) 4.3外部接线图 -------------------------------------------------------------(18) 4.4 梯形图 --------------------------------------------------------------------（19）总结---------------------------------------------------------------------------(21) 致谢---------------------------------------------------------------------------（22）参考文献----------------------------------------------------------------------(23)摘要PLC是计算机技术为核心的通用工业自动化装置。
风机偏航控制ABB-PLC程序
LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY毕业设计题目大型风力发电机组偏航控制系统设计—程序部分学生姓名XXXXXXX学号XXXXXXXX专业班级电气六班指导教师XXXXXXXX学院电信学院答辩日期XXXX年X月ABB--PLC程序PROGRAM PLC_PRGVARSTART AT%MX0.4.2:BOOL;STOP AT%MX0.4.3:BOOL;Auto AT%MX0.4.4:BOOL;Hand AT%MX0.4.5:BOOL;Hand_Left AT%MX0.4.0:BOOL;Hand_Right AT%MX0.4.1:BOOL;Wind_Speed AT%IW2:INT;Wind_Dire AT%IW3:INT;Speed_Alarm AT%MX0.4.7:BOOL;Tempture AT%MW0.112:INT;Niulan AT%MD0.115:REAL;Tempture_Alarm AT%MX0.5.1:BOOL;Niulan_Alarm AT%MX0.5.2:BOOL;Start_Hl AT%MX0.5.3:BOOL;Stop_Hl AT%MX0.5.4:BOOL;Hand_Hl AT%MX0.5.6:BOOL;Auto_Hl AT%MX0.5.5:BOOL;L1_OUT AT%MD0.100:REAL;L2_OUT AT%MD0.109:REAL;L3_OUT AT%MD0.107:REAL;pjds AT%MW0.125:INT;L4_OUT:REAL;L5_OUT:REAL;SPEED:INT;DIRE:INT;SPEED1:REAL;Tempture_IN:INT;Niulan_IN:INT;phjd：REAL;PID1:PID;Tempture_Hl:BOOL;Niulan_Hl:BOOL;Speed_Hl:BOOL; PBLINK:BLINK; PBLINK1:BLINK; 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BYTE:=1,2;(*变频器Modbus地址序列*) MotorMaxNum:INT:=2;(*变频器最大数目-有几台就是几*) MotorCycleNo:INT;(*变频器当前巡检号*)ComStaNum:UINT;(*发送次数总计*)MotorComErr:ARRAY[0..9]OF INT;(*通讯错误计数*)VVVFCOM:COM_MOD_MAST:=(COM:=1,TIMEOUT:=500);(*Modbus配置*) ComModData:ARRAY[0..9]OFWORD;(*发送接收的数据*)DRIVERAUTO AT%MX0.6.5:BOOL;DRIVER1_xOnlineOK AT%MX0.6.0:BOOL;(*在线*)DRIVER1_DI_START AT%MX0.6.1:BOOL;DRIVER1_DI_RESET AT%MX0.6.2:BOOL;DRIVER1_DO_TRIPPED AT%MX0.6.3:BOOL;(*故障*)DRIVER1_DI_STOP AT%MX0.6.4:BOOL;DRIVER2_xOnlineOK AT%MX0.7.0:BOOL;DRIVER2_DI_START AT%MX0.7.1:BOOL;DRIVER2_DI_RESET AT%MX0.7.2:BOOL;DRIVER2_DO_TRIPPED AT%MX0.7.3:BOOL;DRIVER2_DI_STOP AT%MX0.7.4:BOOL;DRIVER1_SETSPEED AT%MD0.101:REAL;(*设定转速*)DRIVER1_ACTSPEED AT%MD0.102:REAL;(*实际转速*)DRIVER2_SETSPEED AT%MD0.103:REAL;(*设定转速*)DRIVER2_ACTSPEED AT%MD0.104:REAL;(*实际转速*)END_VARTP1(IN:=Timer1_EN,PT:=T#10min,Q=>Bool1,ET=>Var1);(*定时器1*)TP2(IN:=Timer2_EN,PT:=T#3s,Q=>Bool2,ET=>Var2);(*定时器2*)LIN_TRAFO1(IN:=Wind_Speed,IN_MIN:=0,IN_MAX:=27648,OUT_MIN:=0,OUT_MA X:=35,OUT=>L1_OUT);(*风速模拟量线性变换*)SPEED:=REAL_TO_INT(L1_OUT);(*数据类型变换*)LIN_TRAFO2(IN:=Wind_Dire,IN_MIN:=5320,IN_MAX:=22307,OUT_MIN:=0,OUT_M AX:=360,OUT=>L2_OUT);(*风向角偏差模拟量线性变换*)DIRE:=REAL_TO_INT(L2_OUT);LIN_TRAFO3(IN:=Tempture,IN_MIN:=0,IN_MAX:=27648,OUT_MIN:=-20,OUT_MAX: =60,OUT=>L3_OUT);(*温度模拟量线性变换*)Tempture_IN:=REAL_TO_INT(L3_OUT);LIN_TRAFO4(IN:=Niulan,IN_MIN:=0,IN_MAX:=27648,OUT_MIN:=-700,OUT_MAX:=7 00,OUT=>L4_OUT);(*扭缆模拟量线性变换*)Niulan_IN:=REAL_TO_INT(L4_OUT);LIN_TRAFO5(IN:=L2_OUT,IN_MIN:=0,IN_MAX:=360,OUT_MIN:=0,OUT_MAX:=65 535,OUT=>L5_OUT);pjds:=REAL_TO_INT(L5_OUT);(*高速计数功能块,用于测量电机转速，及偏航电机旋转角度*)ONB_IO_CNT1(EN:=TRUE,CHANNEL:=0,EN_VISU:=FALSE,EN1:=a,UD1:=b,EN_OUT1:=c,SET1:=d,START1:=v1,END1:=v2,EN2:=e,UD2:=f,EN_OUT2:=g,SET2:=h,START2:=v5,END2:=v6,ACT1=>v3,ACT2= >v4);v7:=DWORD_TO_DINT(v3);(*电机0.5s输出的脉冲数为v3,经数据变换后可以识别正反转*)v8:=DINT_TO_REAL(v7*2*60/360);(*1分钟脉冲数/电机旋转一周输出的脉冲=电机转速*)TON1(IN:=START,PT:=T#500ms);TON2(IN:=bool13,PT:=T#5000ms);ONB_IO_CNT01(EN:=TRUE,CHANNEL:=0,EN_VISU:=FALSE,EN1:=J,UD1:=k,EN_OUT1:=L,SET1:=m,START1:=v01,END1:=v02,EN2:=n,UD2:=x,EN_OUT2:=y,SET2:=z,START2:=v05,END2:=v06,ACT1=>v03,AC T2=>v04);v07:=DWORD_TO_DINT(v03);phjd:=DINT_TO_REAL(v07);PBLINK(ENABLE:=Bool10,TIMELOW:=T#500MS,TIMEHIGH:=T#500MS);(*周期1s的方波*)R_TRIG1(CLK:=PBLINK.OUT);(*上升沿触发*)R_TRIG2(CLK:=PBLINK1.OUT);R_TRIG3(CLK:=Driver1_EN);PBLINK1(ENABLE:=a,TIMELOW:=T#500MS,TIMEHIGH:=T#500MS);PID1(ACTUAL:=SPEED,SET_POINT:=10.5,KP:=0.5,TN:=100,TV:=10,Y_MANUAL:=, Y_OFFSET:=0.05,Y_MIN:=10.45,Y_MAX:=10.55,MANUAL:=FALSE,RESET:=NOT(S TART),Y=>SPEED1);(*Y=KP x(D+1/TN?edt+TV dD/DT)+Y_OFFSET*)IF d THENd:=FALSE;a:=TRUE;END_IF;(*用于对高速计数器清零*)IF R_TRIG2.Q THENa:=FALSE;(*用高速计数器计数0.5s*)bool13:=TRUE;END_IF;IF bool13THENIF TON2.Q THEN(*5s后重新开始测速*)d:=TRUE;bool13:=FALSE;END_IF;END_IF;(*温度判断*)IF START AND(Tempture_IN<=-15OR tempture_IN>=55)THENDriver_Speed:=FALSE;(*若温度temperature<=-15或者>=55,则*)Hand_Hl:=FALSE;Auto_Hl:=FALSE;Bool7:=TRUE;Tempture_Alarm:=TRUE;(*温度报警灯亮*)ELSEBool7:=FALSE;Tempture_Alarm:=FALSE;(*否则，温度报警灯不亮*)Tempture_Hl:=TRUE;(*温度正常灯亮*)END_IF;IF START THEN(*开始按下*)Stop_Hl:=FALSE;(*停止灯灭*)Start_Hl:=TRUE;(*开始灯亮*)ELSEStop_Hl:=TRUE;(*否则停止灯亮*)Start_Hl:=FALSE;END_IF;(*扭缆判断*)IF START THENIF Niulan_IN<=300AND Niulan_IN>=-300THENBool14:=TRUE;(*若扭缆角度在-300~300时，正常偏航*)END_IF;IF(Niulan_IN<=650ANDNiulan_IN>300)OR(Niulan_IN<-300AND Niulan_IN>=-650) THENBool14:=FALSE;(*若扭缆角度在-300~-650时，或者*)END_IF;(*扭缆角度在300~650时，强制偏航*)IF NOT(bool14)THENIF Niulan_IN<0THENDriver2_Left:=FALSE;(*若扭缆角度在-650~-300时，强制偏航电机右转*)Driver2_Right:=TRUE;ELSEDriver2_Left:=TRUE;(*若扭缆角度在300~650时，强制偏航电机左转*)Driver2_Right:=FALSE;END_IF;END_IF;IF Niulan_IN>650OR Niulan_IN<-650THENDriver_Speed:=FALSE;Niulan_Hl:=FALSE;(*若扭缆角度在-650~650之外时，扭缆报警，偏航电机停止工作*)Bool8:=FALSE;(*等待人工解缆*)Niulan_Alarm:=TRUE;Driver2_EN:=FALSE;ELSEBool8:=TRUE;(*若扭缆角度在-650~650之内时，允许偏航电机工作*)Niulan_Alarm:=FALSE;Niulan_Hl:=TRUE;Driver2_EN:=TRUE;END_IF;END_IF;IF NOT(Auto)AND Hand AND NOT(Bool7)AND NOT(Bool8)THENDriver_Speed:=FALSE;(*手动偏航时*)Hand_Hl:=TRUE;(*手动指示灯亮*)IF Hand_Left THEN(*手动左转按下时*)Driver2_Left:=TRUE;(*偏航电机反转对风*)ELSEDriver2_Left:=FALSE;END_IF;IF Hand_Right THEN(*手动右转按下时*)Driver2_Right:=TRUE;(*偏航电机正转对风*)ELSEDriver2_Right:=FALSE;END_IF;END_IF;IF Bool3THENTEMP1:=TEMP1+1;IF TEMP1>25THENTEMP1:=0;Bool4:=TRUE;TIMEE:=FALSE;END_IF;END_IF;IF NOT(bool6)OR NOT(bool9)THEN(*温度和扭缆均正常*)IF START AND NOT(Hand)AND NOT(Bool7)AND NOT(Bool8)THEN IF Auto THEN(*启动后，自动按钮按下时，电机总开关打开为TRUE*) Driver_Speed:=TRUE;Hand_Hl:=FALSE;Auto_Hl:=TRUE;(*自动指示灯亮*)ELSEDriver_Speed:=FALSE;END_IF;END_IF;END_IF;(*风速判断*)IF Driver_Speed THENIF(SPEED>3AND SPEED<25)THENDriver1_EN:=TRUE;(*风速大于3米每秒时，切入风机*)Speed_Hl:=TRUE;(*风速正常指示灯亮*)Speed_Alarm:=FALSE;Bool6:=FALSE;Bool9:=FALSE;END_IF;IF(SPEED>=25AND SPEED<30)THENTimer1_EN:=TRUE;(*风速大于25米每秒时，启动定时器1*)Driver1_EN:=TRUE;Bool10:=TRUE;IF TP1.ET>=T#5s THEN(*到达定时时间后*)Timer1_EN:=FALSE;(*关闭定时器1*)Driver1_EN:=FALSE;(*切出风机*)Bool6:=TRUE;;END_IF;IF R_TRIG1.Q THENSpeed_Alarm:=TRUE;(*风速大于25米每秒时，风速报警灯闪烁报警*)ELSESpeed_Alarm:=FALSE;END_IF;ELSEBool10:=FALSE;Timer1_EN:=FALSE;END_IF;IF SPEED>=30THENTimer2_EN:=TRUE;(*风速大于30米每秒时，启动定时器2*)Speed_Alarm:=TRUE;(*风速报警灯报警*)Driver1_EN:=TRUE;IF TP2.ET>=T#10s THEN(*到达定时时间后*)Timer2_EN:=FALSE;(*关闭定时器2*)Driver1_EN:=FALSE;(*切出风机*)Bool9:=TRUE;END_IF;ELSETimer2_EN:=FALSE;END_IF;IF SPEED>=35OR SPEED<3THENBool11:=TRUE;（*风速大于30m/s，或者风速小于3m/s时,关变频器及电机*) ELSEBool11:=FALSE;（*当风速满足条件时，继续执行程序*)END_IF;(*风向角偏差判断*)IF DIRE>=5AND DIRE<=355THENDriver2_EN:=TRUE;(*如果风向角偏差在（5-355)°内时，电机旋转使能信号为TRUE*)TIMEE:=TRUE;IF DIRE<=15THEN(*如果风向角偏差在（5-15)°内时*)Driver2_Left:=TRUE;(*偏航电机反转*)Bool4:=TRUE;IF NOT(TIMEE)THEN(*到达规定时间后（此处采用数数字方法计时t1），*)Driver2_Left:=FALSE;(*偏航电机停止反转*)END_IF;END_IF;IF DIRE>=15AND DIRE<=180THEN(*如果风向角偏差在（15-180)°内时*) Driver2_Left:=TRUE;(*偏航电机反转*)Bool5:=TRUE;IF NOT(TIMEE)THEN(*到达规定时间后（计时t2，且t2>t1）*)Driver2_Left:=FALSE;(*偏航电机停止反转*)END_IF;END_IF;IF DIRE>=180AND DIRE<=345THEN(*如果风向角偏差在（180-345)°内时*) Driver2_Right:=TRUE;(*偏航电机正转*)Bool5:=TRUE;IF NOT(TIMEE)THEN(*到达规定时间后（计时t2）*)Driver2_Right:=FALSE;(*偏航电机停止正转*)END_IF;END_IF;IF DIRE>=345AND DIRE<=355THEN(*如果风向角偏差在（345-355)°内时*) Driver2_Right:=TRUE;(*偏航电机正转*)Bool4:=TRUE;IF NOT(TIMEE)THEN(*到达规定时间后（计时t1）*)Driver2_Right:=FALSE;(*偏航电机停止正转*)END_IF;END_IF;ELSEDriver2_EN:=FALSE;(*否则，偏差角度在允许范围内，偏航电机不做处理*)TIMEE:=FALSE;Driver2_Left:=FALSE;Driver2_Right:=FALSE;VVVFMCW[1].OFF1_CON:=FALSE;END_IF;END_IF;IF bool6OR bool9OR Bool11THEN(*如果风速>=25m/s,持续时间大于10min，或者*) v8:=0;Driver1_EN:=FALSE;(*风速>=30m/s,持续时间大于3s*)Timer1_EN:=FALSE;(*失速保护，关风机*)Timer2_EN:=FALSE;Driver2_Left:=FALSE;(*关偏航电机*)Driver2_Right:=FALSE;VVVFMCW[0].OFF1_CON:=FALSE;(*关变频器*)VVVFMCW[1].OFF1_CON:=FALSE;END_IF;IF TIMEE THENIF Bool4THENTEMP1:=TEMP1+1;(*数数字程序段1—t1*)IF TEMP1>25THENTEMP1:=0;Bool4:=TRUE;TIMEE:=FALSE;END_IF;END_IF;IF Bool5THENTEMP2:=TEMP2+1;(*数数字程序段2—t2*)IF TEMP2>50THENTEMP2:=0;Bool5:=TRUE;TIMEE:=FALSE;END_IF;END_IF;END_IF;IF START AND NOT(Bool7)AND NOT(Bool8)THENDRIVER1_DI_START:=FALSE;(*启动后*)VVVFMCW[0].OFF1_CON:=FALSE;DRIVER2_DI_START:=FALSE;VVVFMCW[0].OFF2_CON:=FALSE;IF DRIVER1_xOnlineOK AND Driver1_EN THENVVVFMCW[0].OFF1_CON:=TRUE;(*风机正常工作*)VVVFMCW[0].SPEED:=REAL_TO_INT(30*40);END_IF;IF DRIVER2_xOnlineOK AND Driver2_LEFT AND NOT(Driver2_RIGHT)THEN VVVFMCW[1].OFF1_CON:=TRUE;(*偏航电机反转*)J:=TRUE;VVVFMCW[1].SPEED:=REAL_TO_INT(-5*40);END_IF;IF DRIVER2_xOnlineOK AND Driver2_RIGHT AND NOT(Driver2_LEFT)THEN J:=TRUE;VVVFMCW[1].OFF1_CON:=TRUE;(*偏航电机正转*)VVVFMCW[1].SPEED:=REAL_TO_INT(5*40);END_IF;ELSEAuto_Hl:=FALSE;Driver1_EN:=FALSE;(*否则，即停止时*)Driver2_Right:=FALSE;(*关风机，关偏航电机，关变频器*)Driver2_Left:=FALSE;VVVFMCW[0].OFF1_CON:=FALSE;VVVFMCW[1].OFF1_CON:=FALSE;END_IF;IF NOT(VVVFCOM.EN)AND NOT(VVVFCOM.DONE)THEN(*使能信号，就绪信号都为FALSE时*)MotorCycleNo:=(ComStaNum/2)MOD MotorMaxNum;(*变频器当前巡检号为发送次数总计/2取余变频器的个数*)IF(ComStaNum MOD2)=0THENRecvOrSend:=FALSE;VVVFCOM.FCT:=3;(*先读*) VVVFCOM.ADDR:=3;VVVFCOM.NB:=3;ELSERecvOrSend:=TRUE;VVVFCOM.FCT:=16;(*后写*) VVVFCOM.ADDR:=0;VVVFCOM.NB:=2;MCW();END_IF;VVVFCOM.EN:=TRUE;VVVFCOM.DATA:=ADR(ComModData);VVVFCOM.SLAVE:=MotorAddrIndex[MotorCycleNo];ComStaNum:=ComStaNum+1;END_IF;VVVFCOM();(*调用Modbus功能块*)IF VVVFCOM.DONE THEN(*就绪信息*) IF NOT(RecvOrSend)THENMSW();END_IF;VVVFCOM.EN:=FALSE;END_IF;DRIVER1_ACTSPEED:=VVVFMSW[0].SET_ACT/10.0;ComModData[0].0:=VVVFMCW[MotorCycleNo].OFF1_CON;ComModData[0].1:=TRUE;ComModData[0].2:=TRUE;ComModData[0].3:=TRUE;ComModData[0].4:=TRUE;ComModData[0].5:=TRUE;ComModData[0].6:=TRUE;IF NOT(VVVFMSW[MotorCycleNo].FAULT)THENVVVFMCW[MotorCycleNo].RESET:=FALSE;END_IF;ComModData[0].7:=VVVFMCW[MotorCycleNo].RESET;ComModData[0].8:=VVVFMCW[MotorCycleNo].Rev00;ComModData[0].9:=VVVFMCW[MotorCycleNo].Rev01;ComModData[0].10:=TRUE;(*允许现场总线控制*)ComModData[0].11:=VVVFMCW[MotorCycleNo].EXT_CTRL_LOC;ComModData[0].12:=VVVFMCW[MotorCycleNo].Rev02; ComModData[0].13:=VVVFMCW[MotorCycleNo].Rev03; ComModData[0].14:=VVVFMCW[MotorCycleNo].Rev04; ComModData[0].15:=VVVFMCW[MotorCycleNo].Rev05; ComModData[1]:=VVVFMCW[MotorCycleNo].SPEED;IF NOT(VVVFCOM.ERR)THENVVVFMSW[MotorCycleNo].RDY_ON:=ComModData[0].0;(*ready to switch on*)VVVFMSW[MotorCycleNo].RDY_RUN:=ComModData[0].1;(*ready to operate*)VVVFMSW[MotorCycleNo].RDY_REF:=ComModData[0].2;(*可用作运行信号*)VVVFMSW[MotorCycleNo].FAULT:=ComModData[0].3;(*故障触发*) VVVFMSW[MotorCycleNo].OFF_2_STA:=ComModData[0].4;(*OFF2无效*) VVVFMSW[MotorCycleNo].OFF_3_STA:=ComModData[0].5;(*OFF3无效*) VVVFMSW[MotorCycleNo].SWC_ON_INHIB:=ComModData[0].6;(*禁止启动*)VVVFMSW[MotorCycleNo].ALARM:=ComModData[0].7;(*警告、报警*) VVVFMSW[MotorCycleNo].AT_SETPOINT:=ComModData[0].8;(*operating*) VVVFMSW[MotorCycleNo].REMOTE:=ComModData[0].9;(*传动控制地：remote*)VVVFMSW[MotorCycleNo].ABOVE_LIMIT:=ComModData[0].10;(*实际频率速度等于或大于监控范围*)VVVFMSW[MotorCycleNo].Rev00:=ComModData[0].11;VVVFMSW[MotorCycleNo].Rev01:=ComModData[0].12;VVVFMSW[MotorCycleNo].Rev02:=ComModData[0].13;VVVFMSW[MotorCycleNo].Rev03:=ComModData[0].14;VVVFMSW[MotorCycleNo].Rev04:=ComModData[0].15;VVVFMSW[MotorCycleNo].SET_ACT:=ComModData[1];VVVFMSW[MotorCycleNo].FAULT_NO:=ComModData[3];(*当前故障值号*) TempDword:=WORD_TO_DWORD(ComModData[5]);(*实际转速RPM，类型REAL*)TempDword:=ROL(TempDword,16);TempDword:=TempDword+ComModData[4];VVVFMSW[MotorCycleNo].RPM_ACT:=(DWORD_TO_REAL(TempDword))/100.0;TempDword:=WORD_TO_DWORD(ComModData[7]);(*实际电流，类型REAL*) TempDword:=ROL(TempDword,16);TempDword:=TempDword+ComModData[6];VVVFMSW[MotorCycleNo].CUR_ACT:=(DWORD_TO_REAL(TempDword))/100.0;ELSEVVVFMSW[MotorCycleNo].RDY_ON:=FALSE;VVVFMSW[MotorCycleNo].RDY_RUN:=FALSE;VVVFMSW[MotorCycleNo].RDY_REF:=FALSE;VVVFMSW[MotorCycleNo].FAULT:=FALSE;VVVFMSW[MotorCycleNo].OFF_2_STA:=FALSE;VVVFMSW[MotorCycleNo].OFF_3_STA:=FALSE;VVVFMSW[MotorCycleNo].SWC_ON_INHIB:=FALSE;VVVFMSW[MotorCycleNo].ALARM:=FALSE;VVVFMSW[MotorCycleNo].AT_SETPOINT:=FALSE;VVVFMSW[MotorCycleNo].REMOTE:=FALSE;VVVFMSW[MotorCycleNo].ABOVE_LIMIT:=FALSE;VVVFMSW[MotorCycleNo].Rev00:=FALSE;VVVFMSW[MotorCycleNo].Rev01:=FALSE;VVVFMSW[MotorCycleNo].Rev02:=FALSE;VVVFMSW[MotorCycleNo].Rev03:=FALSE;VVVFMSW[MotorCycleNo].Rev04:=FALSE;VVVFMSW[MotorCycleNo].SET_ACT:=0;VVVFMSW[MotorCycleNo].FAULT_NO:=0;VVVFMSW[MotorCycleNo].RPM_ACT:=0;VVVFMSW[MotorCycleNo].CUR_ACT:=0;MotorComErr[MotorCycleNo]:=MotorComErr[MotorCycleNo]+1; END_IF;。
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目录
摘 要.............................................................1 第一章 概述.......................................................
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3.1.1 自动偏航传感器 ASS 状态...................................
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3.1.2 参数说明和电机运行状态...................................
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3.1.3 偏航控制流程图..........................................错
第一章 概述
1.1 设计背景
电能作为一种应用最广泛和最方便的能源，己经成为当今社会发展和人们生活中必不 可少的一部分。它的利用也已经渗透到生产中的每一个角落，有力地促进了社会生产力水平 和人们生活水平的提高。随着社会经济的发展，人们对电的需求日益提高，然而，随着以石 油、煤炭、天然气为主的常规能源的短缺和环境污染问题的日益加剧，世界能源结构正在孕 育着重大的转变，即由矿物能源系统向以可再生绿色能源为基础的可持续能源系统转变。风 能作为取之不尽，用之不竭的绿色清洁能源,对其开发利用十分必要。在21世纪的今天，众 多的可再生能源中，目前发展最快、商业化范围最广、最为经济的，当数风力发电。
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3.3 人工偏航控制.................................................错
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3.4 自动解缆控制.................................................错
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第四章 总结......................................................5 参考文献.........................................................12 致谢.............................................................13
1.2 设计研究意义
由于在目前技术条件下风电与火电、水电相比，从造价、电能质量、设备制造和控制 技术等领域存在劣势，使得风电领域的理论和应用研究工作与欧洲等发达国家相比，仍然存 在很大差距。国内对大型风力发电技术的各项研究还不是很成熟，致使我国大型风力发电机 组儿乎全部为国外进口产品。这样不仅耗费大量外汇，风力发电机组的后期维护也受制他人。 因此，对风力发电机组偏航系统进行科学、合理的控制，能够使得风轮最大程度的捕获风能， 发出更多的电量。同时，深入研究风力发电的各项技术对于持久开发风能和实现大型先进风 力发电机组国产化具有重要意义。
可是，由于低电压穿越现象的存在，使得发出的电量不能及时并网，从而导致风电的发 展目前陷入了一个萧条期，而低电压穿越问题至今没有根本的解决方案。
第二章 偏航控制系统功能简介和原理
偏航系统是风力发电机组特有的伺服系统，是风力发电机组电控系统必不可少的重要组 成部分。在风力发电中，为了提高风能利用率，风力发电机组的偏航系统要具有自动偏航的 功能，即偏航系统要自动准确对风。风力发电机组的偏航系统一般分为主动偏航系统和被动 偏航系统，主动偏航指的是采用电力或液压拖动来完成对风动作的偏航方式；被动偏航指的 是依靠风力，通过相关机构完成机组风轮对风动作的偏航方式，除此之外，偏航系统还必须 具备故障检测功能。
1.3 国内外风力发电概况
1.3.1 世界风电发展
近年来，风电发展不断超越其预期的发展速度，而且一直保持着世界增长最快的能源 的地位。风力发电机组容量的大型化、重量的轻型化、容量的高可靠性、高效率、低成本将 成为风电产业的发展趋势。
根据全球风能委员会报告，2005 年全世界新增风电装机容量 11769 兆瓦，比上年增加 3562 兆瓦，增长 43%；新增风电总投资达 120 亿欧元或 140 亿美元。截至 2005 年底，世 界风电装机总容量为 59322 兆瓦，同比上年增长 25%。
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1.1 设计背景......................................................2 1.2 设计研究意义..................................................2 1.3 国内外风力发电概况............................................2
目前，已有 48 个国家颁布了支持可再生能源发展的相关法律法规，政策法规对风电发 机容量逐年增加，占全 世界风电总装机的 69%，约提供了欧盟近 3%的电力消费量。据预测，全世界风力发电每年以
2
30%左右的速度增长，到 2020 年风力发电将占世界电量的 20%。
1.3.1 世界风电发展.............................................2 1.3.2 我国风电发展.............................................3 第二章 偏航控制系统功能简介和原理.................................3 2.1 偏航控制系统的功能............................................
风力发电具有较好的经济效益和社会效益，风力发电技术的发展也受到世界各国政府 的高度重视。自从20世纪80年代现代并网风力发电机组问世以来，随着叶片空气动力学、计 算机技术、控制技术、发电机技术和新材料的发展，风力发电技术的发展极为迅速，单机容 量从最初的数十千瓦级发展到如今的兆瓦级机组；功率控制方式从定桨距失速控制向全叶片 变距和变速控制发展；运行可靠性从20世纪80年代初的50％提高到98％以上，并且在风电场 运行的风力发电机组全部可以实现集中控制和远程控制；风电场发展空间更加广阔，已从内 陆转移到海上。
2.2 风力发电机组偏航控制原理
本文风力机偏航的工作原理是：通过风传感器检测风向，并将检测到的风向信号送到微 处理器三菱 PLC 中，微处理器 PLC 计算出风向信号与机舱位置的夹角，从而确定是否需要调 整机舱方向以及朝哪个方向调整能尽快对准风向。当需要调整方向时，微处理器 PLC 发出一 定的信号给偏航驱动机构，以调整机舱的方向，从而达到对准风向的目的。为了减少偏航时 的陀螺力矩，电机转速将通过同轴连接的减速器减速后，将偏航力矩作用在回转体大齿轮上， 带动风轮偏航对风，当对风结束后，风向标失去电信号，偏航电机停止转动，偏航过程结束。 其具体偏航过程控制原理如下图 2-2-1 所示：
1.3.2 我国风电发展
我国风能资源比较丰富，近十几年来，对风能资源状况作了较深入的勘测调查，全国可 开发利用的风能资源总量约 2.5 亿 kw。东南沿海和山东、辽宁沿海及其岛屿，内蒙古北部， 甘肃、新疆北部以及松花江下游等地区均属风能资源丰富区，年平均风速≥6m/s ，有很好 的开发利用条件。这些地区中很多地方常规能源贫乏，无电或严重缺电，尤其是新疆、内蒙 古的大部分草原牧区以及沿海几千个岛屿，人口分散，电网难以通达，或无电力供应，或采 用很贵的柴油发电。如果能够充分开发地区的风能优势，则风力发电正好可以弥补东南沿海 经济发达地区电力短缺的难题，在西北经济落后地区既可以提高当地人民生活水平，又可以 增加就业并向经济发达地区卖电，提高地方经济发展速度。所以，风力发电作为一种新的、 安全可靠的洁净能源，其优越性为越来越多的人所认识。
2.1 偏航控制系统的功能
偏航控制系统主要有三个功能： （1） 正常运行时自动对风：当机舱偏离风向一定角度时，控制系统发出向左或者向右 调向的指令，机舱开始对风，知道达到允许的范围内，自动对风停止； （2） 绕缆时自动解缆：当机舱向同一方向累计偏转达到一定的角度时，系统控制停机， 或者此时报告扭缆故障，机组自动停机，等待工作人员来手动解缆； （3）失速保护时偏离风向：当有特大强风发生时，机组自动停机，释放叶尖，背风，以 达到保护风轮免受损坏的目的。
酒泉职业技术学院
毕业设计
题 目： 风力发电机组偏航系统的控制
学 院：
酒泉职业技术学院
班 级：
10 级风电（1）班
姓 名：
李世辉
指导教师：
赵玉丽
完成日期： 2012 年 12 月 20 日
摘要
随着社会经济的发展，人们对电的需求日益提高。以石油、煤炭、 天然气为的常规能源，不仅资源有限，而且还会在使用中造成严重的 环境污染。在我们进入 21 世纪的今天，世界能源结构正在孕育着重 大的转变，即由矿物能源系统向以可再生能源为基础的可持续能源系 统转变。风能作为取之不尽，用之不竭的绿色清洁能源己受到全世界 的重视，而风力机的偏航系统能使风能得到更好的利用，所以偏航系 统的设计非常的重要。
本设计首先分析了偏航系统的工作原理，然后以三菱 PLC 作为控 制器，触摸屏为监控器，设计了硬件系统模块，整个硬件系统采用了 闭环控制，并说明了开环控制的缺点。根据偏航控制要求，设计了自 动对风控制算法，自动解缆控制算法，90°背风控制算法，不仅提高 了风能利用率，增大了发电效率，而且还保证了整个系统的安全性、 稳定性,让风力发电机更好的运行。
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2.2 风力发电机组偏航控制原理......................................
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第三章 偏航系统的控制过程.........................................
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3.1 自动偏航控制..................................................