基于PLC的风力发电控制系统设计--开题报告
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随着科学技术的进步，新能源得以广泛应用，风力发电是我国科研人员掌握最熟练的技术之一。
这种技术是在我国丰富风能与配套系统的共同作用下，将风能转为电能。
由于风力发电控制系统仍存在一些问题，本文将在PLC的基础上对风力发电控制系统的设计技术进行研究。
标签：PLC；风力发电；控制系统0 前言社会经济的不断发展导致人们对能源的需求大幅度上升，但这种扩大的需求量加速了传统能源的损耗，各个国家开始重视能源的可持续发展问题。
在这基础上，新能源的出现与利用逐渐成为经济发展的重点，其中风能以其易开采、成本低的特点成为最受人们喜爱的一种能源。
同时，风力发电系统仍存在着一些问题，但通过PLC编程的控制系统可以有效的解决这些问题，提高其工作效率。
1 风力发电控制系统的原理叶片、加速齿轮箱、偏航装置、变频装置和控制系统等是风力发电系统的组成部分，每一个模块的互相配合才能保障整个系统的平稳运行。
下面对PLC风力发电系统中的每一个组成部件进行详细的介绍[1]。
1.1 叶片叶片是构成风轮的主要部件，其在风能转化为电能的过程中起着很重要的作用。
系统中叶片有着一定的要求，那就是要有良好的结构气动性。
通常是将两到三个结构气动性良好的叶片安装在轮毂，通过风的动力带动叶片，从而促进轮毂的运转，但这个速度相对来说是比较慢的，所以要在发动机与轮毂之间加入一套加速系统，使其速度达到可以发电的要求。
同时，由于风速的方向会不断发生变化，风向传感系统会将监测到的风向信息实时传送给PLC控制系统，因此需要根据实际情况及时调整叶片的角度，使其可以最大限度的利用风能。
1.2 加速齿轮箱由于依靠自然风力所带动的叶片转动的速度并不能满足风力发电的需求，因此需要通过加速齿轮箱的运用来加快轴旋转的速度，从而带动风轮上叶片的转速，使其达到发电设备对速度的标准。
1.3 偏航装置偏航装置的作用是根据实际情况改变风速与叶片之间的角度，以保证其能最大程度上的合理利用风能。
基于PLC的风力发电系统的设计
基于PLC的风力发电系统的设计简介本文档旨在介绍基于可编程逻辑控制器（PLC）的风力发电系统的设计。
风力发电是一种可再生能源，通过将风的动能转化为电能来供给家庭和工业设施使用。
PLC作为自动化控制系统的关键组成部分，可以实现对风力发电系统的监测、控制和保护。
系统构成风力发电系统通常包括以下组成部分：1. 风力涡轮机：将风的动能转化为机械能，并驱动发电机产生电能。
2. 发电机：将机械能转化为电能。
3. 变频器：将发电机输出的电能转化为适用于电网的交流电。
4. PLC：监测风力涡轮机的状态、控制发电机的运行和变频器的输出，并对系统进行保护。
5. 电力配电系统：将变频器输出的电能输送到电网或负载。
PLC的功能PLC在风力发电系统中扮演着至关重要的角色。
其主要功能包括：1. 监测风力涡轮机的旋转速度、温度、振动等状态，以及发电机的电压、电流等参数，以确保系统运行正常。
2. 控制风力涡轮机的启动和停止，调节涡轮机的转速以匹配当前风速。
3. 监测和控制发电机的输出，确保电能的稳定和安全。
4. 控制和调节变频器的输出频率和电压，以适应电网的要求。
5. 实施系统的保护机制，如过载保护、短路保护等，以保证系统的安全运行。
设计要点在设计基于PLC的风力发电系统时，应注意以下要点：1. 确保PLC具备足够的输入和输出端口，以满足系统对信号的获取和控制需求。
2. 选择适合风力涡轮机和发电机的传感器和测量设备，以获取准确可靠的数据。
3. 设计合理的控制逻辑，包括风力涡轮机的启动和停止策略、发电机输出的调节策略等。
4. 添加必要的保护机制，如过流保护、电压保护等，以保证系统的安全性。
5. 考虑系统的可扩展性和可维护性，以便未来对系统进行升级和维护。
总结基于PLC的风力发电系统的设计涉及多个组成部分和功能模块，其中PLC起到了关键的监测、控制和保护作用。
在设计过程中，需要注意选择合适的硬件设备、设计合理的控制逻辑和保护机制，以确保系统的正常运行和安全性。
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。
基于PLC的风力发电机主控系统设计
学校：内蒙古工业大学 班级：电子09-1班 学号：200910203026 姓名：崔学超 指导教师：高和亮 校外指导：付强
1：风力发电的意义 2：我国风力发电的发展状况
1：偏航控制系 统过程分析 2：偏航控制系 统硬件设计 3:偏航控制系 统软件设计
风力发电的意义
谢谢欣赏
thanks
风力发电主控系统
风力发电机一般是由叶片、增速 齿轮箱、发电机、偏航装置、变 桨距装置、塔架及控制系统等主 要部分所组成。 本次设计主要是针对偏航系 统的控制来进行的。偏航系统是 风力发电机组控制系统的重要组 成部分。它有两个功能：首先是 使风力发电机组的控制系统相互 配合，来保证风轮处于迎风状态； 其次是当风力发电机组由于偏航 作用，机舱内引出的电缆发生缠 绕，可以自动解除缠绕。
对于风向角的两种情况，我们分别来讨论：
偏航控制机构
风向传感器 需要说明的是风力机上安装的风向、风速计与气象和 气候分析所用的测风设备不同有一些区别。具体有以下两个 方面： （1）因为只用于控制偏航系统的工作，并不用于风向、风 速的精确计量，因此通常精度较低。 （2）风向仪安装在机舱顶部随机舱一起转动，因此只能测 量出机舱与来风方向的大致角度，以判断从哪个方向偏航对 风，并不能检测出风的实际方向。因此风力机上所使用的风 向仪和测风装置上的风向仪在结构和原理上有很大区别。
图3.1 自动偏航传感器状 态示意图（虚线表示风向 标0度位置）
表3.2 自动偏航传感器ASS说明和电机运行状态
偏航控制系统硬件设计
偏航系统的硬件主要有:偏航电 机、纽缆开关、风速风向传感器、 PLC。各部分的功能： 偏航电机：可以调整机舱 叶片的角度，使它对准风吹来的 方向。 纽缆开关：用于反馈信号。 风速风向传感器：可以把 风速、风向信号自动处理为电信 号，并且将处理后的电信号传送 到PLC中。
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。
PLC风力发电控制系统设计开题报告
PLC风力发电控制系统设计--开题报告一、项目背景近年来，风力发电已成为一种重要的清洁能源，占据着全球新能源发展的重要地位。
风力发电的工作原理是利用风轮旋转带动发电机发电，由于气候、地形等原因，风速的大小和方向常常变化，因此需要一个智能化的控制系统来协调发电机的输出功率。
PLC控制系统因其稳定、高效、易于维护的特点，已经成为风力发电控制系统的主要控制手段。
二、研究目的及意义本项目旨在研究和设计一种基于PLC的风力发电控制系统，实现对风力发电机的自动控制和优化，以提高风力发电机的发电效率和稳定性，节约能源和减少环境污染。
该控制系统具有操作简单、性能稳定、自适应性强等优点，可以在风速变化较大的环境下自动调节风力发电机的输出功率，保证风力发电机的正常运行。
三、研究内容1. 风力发电机的工作原理与结构设计首先需要了解风力发电机的基本工作原理，以及常见的风力发电机结构设计。
考虑风机的叶片采用变叶距调节，以及叶片角度的自适应调节。
2. PLC控制器的选择与设计根据风力发电机的结构和设计，选择适合的PLC控制器，并进行程序设计。
通过对风速、功率等参数的采集和分析，实现对风力发电机的自动控制和优化，提高发电效率和稳定性。
3. 与风力发电机的连接及控制风力发电机输出的电能需要通过变频器进行处理，并与电网相连接。
在这个过程中，需要控制风力发电机输出的电压、频率等参数，保证电能的有效传输。
4. 监测与故障诊断监测风力发电机的运行状态，并实现故障诊断和维护。
在实际应用中，风力发电机的故障率较高，需要及时进行故障诊断和维修，从而减少停机时间和维修成本。
四、研究计划与进度安排本项目计划在6个月内完成，具体进度安排如下：第1-2个月：调研和需求分析，熟悉PLC控制器的基本原理和程序设计方法。
第3-4个月：PLC控制器的选型和设计，获取风速、功率等数据，并进行实时监测和控制。
第5-6个月：系统调试和测试，完成对风力发电机的实际控制和优化，并进行故障诊断和维护。
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的风力发电控制系统设计--开题报告
3、新方案和新技术的应用：例如变速恒频技术和变桨距调节技术在功率调节方法上的应用，计算机分布式控制技术和新的控制理论应用。
4、风力发电机组更加个性化。
四、拟解决的关键问题
1、风力发电机组控制系统中的发电机系统，实现发电机与电网的并网。
2、风力发电机的偏航控制：偏航系统由偏航控制机构和偏航驱动机构两大部分组成。
从定桨距（失速型）向变桨距机组发展。风力发电机的失速功率调节方式和变桨距调节方式是目前大多数风力发电机组风能的收集和转换的主要功率调节方式。采用失速功率调节方式的风力发电机组的叶片不能绕其轴线转动，功率调节通过叶片自身的失速特性实现。这种方式有结构简单、故障概率底的优点，一度在风电机组中很受欢迎得到普遍采用[9]。其缺点主要是风力发电机组的性能受叶片失速性能的限制，额定风速较高，在风速超过额定值时发电功率有所下降。另一个缺点是叶片形状和结构复杂、重量大，引起风轮转动惯量大，在研制大型风力发电机组时更为突出。
题 目基于PLC的风力发电控制系统设计
学 院 名 称
专业班级
学生姓名
学号
指 导 教 师
填表时间： 2013 年 4 月 30 日
设计（论文）
题目
基于PLC的风力发电控制系统设计
设计（论文）
类型（划“√”）
工程设计
应用研究
开发研究
基础研究
其它
√
一、本课题的研究目的和意义
目的：针对风能具有随机性、不确定性的特点，用可编程控制器来对风力发电进行控制，设计一套基于PLC的单台风力发电控制系统，实现对发电机叶轮的迎风控制、发电监测、并网等功能。
传统的风力发电控制方法存在诸多不足引起较大的能量损失基于plc主控制器的控制系统结构简单通用性强编程方便抗干扰能力强可靠性较高并且维护起来比较方面能够直观的反应现场信号的变化状态通过编程工具可以直接观察系统的运行状态极大的方面了维护人员查找故障缩短了对系统维护的时间
基于PLC的风机控制系统设计
安徽工程大学毕业设计（论文）摘要可编程控制器(PLC)是一种以微处理器为核心,综合了计算机技术、自动控制技术和网络通信技术的通用工业控制装置。
它具有使用方便、维护容易、可靠性好、性能价格比高等特点,广泛应用于工业控制的众多领域。
煤矿主通风机是煤矿生产的重要设备，通风机能否正常工作，直接影响煤矿的生产活动。
因此对主通风机实现在线监控有很重要的意义。
本文针对通风机的工作环境和运行特点，以PLC为主控设备，介绍了可编程序控制器（PLC）在煤矿通风系统中的应用；探讨了通风机实现自动控制系统的系统组成和设计；涉及硬件设备的选型与组态；编制了通风机实现自动控制梯形图；并简要介绍了PLC与其他智能装置及个人计算机联网，组成的控制系统。
本系统提高了主通风机设备的自动化管理水平，有力地保证了主通风机设备的经济、可靠运行，为设备的管理和维修提供了可靠的科学依据。
关键词：煤矿通风机；PLC；在线控制黄炜：基于PLC的风机控制系统设计Design of Fan Control System Based on PLCAbstractThe programmable logic controller (PLC) is a microprocessor core, a co mbination of computer technology, automatic control technology and netw ork communication technology, general industrial control devices. It ha s easy to use,easy maintenance, reliability, high cost performance charac teristics, widely used in many areas of industrial control.The mine vertilato r coal production equipment, the fan can work a direct impact on coal prod uction activities. Therefore, the main fan to achieve online monitoring of ve ry important significance.In this paper, the working environment and operational character istics of theventilator, the PLC as the master device to introduce a program mable logiccontroller (PLC) in the mine ventilation system; explore composi tion and designof fan system to achieve automatic control system; involved in equipmentselection and configuration of hardware; the preparation of t he ventilator to achieve automatic control ladder; and briefly describes th e PLC and otherintelligent devices and personal computers networked contr ol system composed of.This system improves the ventilator equipment automation managemen t level, toensure the main ventilator equipment, economic, reliable operatio n, andprovides a reliable scientific basis for the management and mainte nance ofequipment.Keywords: Coal mine ventilator; PLC; Online monitoring安徽工程大学毕业设计（论文）目录引言 (1)第1章......................................................................................................... 绪论2 1.1课题的研究意义 .. (2)1.2 PLC及风机控制系统的发展状况 (2)第二章总体方案设计 (5)2.1 控制系统的要求 (5)2.2 系统构成及工作原理 (5)2.3 变频调速节能分 (5)2.4 变频调速的依据 (6)2.5 离心风机控制原理分析 (6)第3章系统硬件设计 (10)3.1 温度传感器的选择 (10)3.2 PLC的选择 (10)3.2.1 FP0系列PLC的特点 (10)3.2.2 PLC控制系统设计流程 (10)3.3 变频器的选择 (11)第4章系统软件设计 (15)4.1 PLC程序设计 (15)4.1.1 离心风机转换过程分析 (18)4.1.2 系统工作状态 (18)4.1.3 状态转换过程的实现方法 (19)4.2 程序设计的梯形图 (19)第5章系统可靠性设计及调试 (23)5.1系统的可靠性设计 (23)5.2 系统调试 (23)5.21 软件系统的调试 (23)5.22 硬件系统的调试 (23)5.23 软硬件结合调试 (23)结论与展望 (25)致谢 (26)参考文献 (27)附录A 一篇引用的外文文献及其译文 (28)附录B 部分源程序 (33)附录C:主要参考文献的题录及摘要 (36)黄炜：基于PLC的风机控制系统设计插图清单图2-1 自动控制系统组成框图 (5)图2-2 变频调速在风机中的节能分析 (6)图2-3 变频器主电路原理图 (7)图2-4 离心风机主电路图 (8)图2-5 离心风机控制线路图 (9)图3-1 KA-KM接线图 (10)图3-2 PLC控制系统设计流程图 (12)图3-3 PLC接线图 (13)图4-2 变频器接线图 (17)图4-3 系统总控制流程图 (21)图4-4 启动/停止程序 (21)图4-5 比较程序 (22)图4-6 模拟量输出程序 (22)安徽工程大学毕业设计（论文）表格清单表3-1 I/O分配表 (14)表4-1 主电路端子及功能表 (16)表4-2 控制电路端子及功能表 (17)表4-3 系统工作状态表 (18)安徽工程大学毕业设计（论文）引言在工业生产中的锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合，风机设备被大量应用，但不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了，在生产过程中，不仅造成大量的能源浪费和设备损耗，而且控制精度受到限制，从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。
PLC控制风力发电机毕业设计报告
（封面）XXXXXXX学院PLC控制风力发电机毕业设计报告题目：院（系）：专业班级：学生姓名：指导老师：时间：年月日摘要PLC是计算机技术为核心的通用工业自动化装置。
它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有高可靠性、灵活运用、易于编程、使用方便等特点，因此近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛的应用。
被誉为现代工业生产自动化的三大支柱之一。
风力发电机作为动力源代替人力、蓄力。
对生产力的发展发挥过重要作用。
PLC在风力发电机的应用方面以及系统控制等诸多方面都起到极为核心的作用。
伴随时代发展，进入21世纪崭新工业控制领域，PLC仍然能够引导其发展。
主要是由于在最初其采用计算机的设计思想和适应各种现场应用，随着PLC的飞速发展，它已经可以在各个领域去适应不同的客户要求。
这就是PLC的生命力，具有一个非常灵活的大脑，和可以随时变化和更新的身体部件。
PLC的控制和处理，还能给用户的改造和维护带来了极大的便利，并且提供强大的功能和良好的性能。
关键词:风力发电机；PLC；自动控制第一章绪论我国风力发电机组的研制工作开展较早，但是没得到足够的重视与支持，因而发展较慢。
五十年代后期由过一个兴旺时期，吉林、辽宁、内蒙古、江苏、安徽和云南等省都研制过千瓦级以下的风车，但是没有做好巩固和发展成果的工作。
七十年代后，随着国民经济的较快发展出现了能源供应紧张、环境污染严重等现象，另外由于科技意识日渐深入人心，可再生无污染的风能利用受到了足够的重视。
在浙江、黑龙江、福建研制出了较大功率的机组；内蒙古的有关单位研制的小型风力发电机已有批量生产，用于解决地处偏远、居住分散的农牧民住户、蒙古包的生活用电和少量生产用电。
八十年代以来，风力发电在我国得到了相应的发展。
目前微型（<1KW）、小型（1-10 KW）风力发电机的技术日渐成熟，已经达到商品化程度。
同时大型风力发电机组（600 KW）也研制成功，并已投入了运行。
基于软 PLC 的风电机组主控系统设计
4.1GainScheduling
针对变桨系统的非线性特性，设计GainScheduling环节，根据叶片推力系数及桨叶角度的线性度，调节闭环过程中的PI控制参数，从而增加在不同风速情况下的响应速度，避免超速和转速波动等情况。
4.2PowerCurve
转矩控制+功率限制是目前控制算法中比较常见的方法。转矩控制经历了最早的查表法，现在主流的是PI闭环控制。ECN算法在保留经典的控制方法之外，加入了“thrust”代表载荷的参数，在保持相对多发电量输出的基础上，限制载荷上限，降低风机运行疲劳，保证风机运行安全。本系统算法在充分对比不同运行曲线的情况下，选择thrust、torque+powerlimited曲线输出，主要特点是载荷尖峰被削平，发电功率较优。
3控制系统软件开发和V型设计模式
目前，大多数风力发电机生产厂家还处于传统的制造业模式中，缺少数字化设计理念，产品的仿真环节与设计环节不统一。很多厂家缺少系统建模及仿真，或者系统的建模和仿真不能给后期的系统设计提供数据依据，不能构成闭环过程。此控制系统软件架构的意义在于为风电OEM客户提供一套完整的数字化主控系统开发的解决方案，加快客户新机型的研发速度，降低样机调试的故障率，节省样机开发成本。现阶段，行业内很多企业已经开始从L型产品研发设计生产模型转变为V型设计模式。V型设计模型最重要的两个环节是软件在环和硬件在环。这两个环节可以大大缩短产品研发周期，增强产品出厂前的可靠性。对应到风电行业最重要的控制问题，是如何快速开发控制算法并应用于系统测试环节，同时完成控制策略在真实硬件环节中的测试。本套控制系统可根据客户以往的开发模式进行V型设计转变，通过硬件及软件架构为软件在环和硬件在环提供支撑。V型设计模式涉及的各个环节的定义如下。
基于PLC的风力发电控制系统设计
风能作 为一 种清 洁 的 能源 ， 越 来 越 受 到世 界 各 国 的重视 ， 风 能 已经 成 为 除水 能 以外 ， 技术 最 成 熟 、 最 具 有规模 化 开 发 条 件 和 商 业 发 展 前 景 的能 源 之 一 。近 ２ ０年来 ， 风力发 电技 术得 到 了飞 速 发展 。其 中 ， 德国、
文献标志码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ２ — ４ ９ ５ ６ （ ２ ０ １ ５ ） ４ — ０ ０ ８ ６ — ０ ６
Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｗ ｉ ｎ ｄ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｐ Ｌ Ｃ
制系统进行了仿真与测试 ， 设 计 了 风 力 发 电 机 控 制 系 统 的 Ｗｉ ｎ Ｃ Ｃ监 控 组 态 界 面 ， 实 现 了风 力 发 电机 组 的实 时 监控功能。 关键词 ： 风 力 发 电 ；控 制 系 统 ； 可编程控制器 ； ｗｉ ｎ Ｃ Ｃ监 控
中图分类号 ： Ｔ Ｍ６ １ ４ － ３ ３
Ｉ ＳＳ Ｎ １ ００２
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基于PLC的风力发电控制系统设计 王亚涛
基于PLC的风力发电控制系统设计王亚涛摘要：自改革开放以来我国社会和经济的发展越来越快，电力行业相较之前也有了一定的进步。
能源的需求量越来越大，而在众多的新能源中，风力发电是目前最具成本优势的可再生能源，不会造成污染，不会耗用资源，技术日渐成熟，建造及运营成本也相应减少，更具成本效益等优点使其越来越受到各国的普遍重视，成为21世纪最具开发前景的新能源之一。
由于风力发电控制系统对性能要求较高，选用PLC作为其主控制器不但可以用简单的程序来实现复杂的逻辑控制，而且同时具有稳定性高的特点。
基于此，本文主要阐述了PLC控制风力发电的重要性、PLC控制风力发电的系统结构、风力发电机控制系统软件设计，希望能为今后电力行业的发展带来一定的帮助。
关键词：PLC；风力发电；控制系统；设计在现在社会的发展中，风力发电作为无污染的能源其清洁环保性能越来越受到人们的欢迎推广，随着风力发电技术取得的长足发展，利用风能发电这项技术应用与推广将会为我国的经济发展和社会环境做出巨大贡献。
因此，我们应意识到PLC控制风力发电的重要性，为我国电力行业今后的发展奠定良好的基础。
一、PLC控制风力发电的重要性在风力发电控制系统中，主控制器为PLC，其主要的功能是使风车灵活的适应风向、并且具有恒定的输出功率，当风机转动值超出设定角度值时，系统便会自动解缆，并对风力大小进行监测，自动根据需要采取相应措施。
在传统的风力发电控制系统中，控制方法存在诸多不足，结构复杂，编程繁琐，可靠性稳定性不强等众多因素引起较大的能量损失，致使风力发电的成本仍高于常规电力成本。
而控制系统以PLC为主控制器，其结构简单，编程方便，可实施性强，并且具有较强的抗干扰能力，可靠性高，易于维护，能够直观的反应现场信号的变化状态，通过编程工具能够直接观测出系统的运行情况，为维护人员查找故障提供了极大的方便，从而缩短了对系统的维护时间。
二、PLC控制风力发电的系统结构2.1PLC控制系统功能实现介绍大型风力发电机组控制主要包括四个柜，分别为变桨控制柜，机舱控制柜，塔筒柜和变流机柜。
基于PLC的风力发电控制系统设计 王宇军
基于PLC的风力发电控制系统设计王宇军摘要：新能源中的风能越来越受到重视了，风能同水能太阳能相比，技术可以说是比较成熟、商业发展的前景还有开发条件都是非常合适的。
从发现到现在可以说风力发电技术可谓是越来越成熟了。
其中德，美等欧美国家在风能的发现，开发利用方面技术已经比较成熟，相比之下我国的技术相对还比较萌新。
关键词：PLC；风力发电；控制系统；设计1正文近20年来，许多国家都已经开始重视起新能源开发的问题，都开始对新能源的利用进行了深入研究，从如今的新能源的开发，研究方面可以看出风能、太阳能是迄今为止最受欢迎的新能源，这些新能源的发现开采没有太大阻碍而且相比其他能源也比较廉价。
风能的发电过程其实跟其他常规能源发电过程相差无几，同时人类对风能的开发研究也在逐年增加，由此可以看出常规能源与风能的竞争也会越来越激烈。
2 风力发电控制系统的工作原理风力发电的原理特别的简单，就是风能转化成机械能，然后通过机械能转化成为电能来让人们使用。
2.1风力发电系统组成风力发电且估算有五个主部分分别是：提速齿轮箱，叶片，控制系统，变压器以及偏航装置。
为了保证他们组成一个完整的部分从而保证风力发电控制系统的正常运行，就必须让它们相互协作做好每一部分。
2.2风轮的组成叶片是风轮的重要组成部分，风能转化成电能的过程中，叶片起到了非常大的作用，结构气动性好的叶片能保证风能的转化效率。
轮毂上装二到三个叶片就差不多了，只有叶片被带动轮毂才会被带动，这个的唯一的缺点可能就只有转速比较低。
2.3加速装置作用，PLC控制系统的检测发电机和轮毂之间可以安装一套加速系统用来弥补轮毂转速的缺点也可以满足发电的要求。
风速方向的不同，需要及时调节叶片角度，必须保证可以大程度利用好风能，此外为了及时处理设备调节问题这还需要PLC控制系统传输实时检测到的风向信息。
2.4提速齿轮箱的用途风力发电系统中的叶片转速可以通过提速齿轮箱提高轴转速来加快，风力发电设备对转速的要求就需要这个模板来满足。
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。
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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的风洞风速调控系统的研究的开题报告
基于PLC的风洞风速调控系统的研究的开题报告一、题目基于PLC的风洞风速调控系统的研究二、研究背景风洞是航空航天、汽车、建筑等领域中非常重要的实验工具，通过对不同流速下的气体流动进行实验研究，可以获得各种性能参数，如阻力、升力、推力等，是这些领域的基础研究实验。
而风洞的流速调控则是影响实验结果的一个关键因素，一般需要精确调节和稳定控制。
传统的风速调控方法一般采用PID控制算法，但存在响应速度慢、精度不高等缺点。
随着PLC技术的不断发展和应用，基于PLC的风洞流速调控系统逐渐得到了广泛推广和应用，其优势在于响应时间短、稳定性好、精度高等特点，可以有效地提高风速调控的精度和稳定性，提高实验数据的可靠性。
三、研究内容本文将研究基于PLC的风洞风速调控系统，具体包括以下内容：1.系统硬件设计：设计基于PLC的风洞风速调控系统的硬件结构，包括传感器、执行器、信号采集卡等。
2.系统软件设计：设计基于PLC的风洞流速调控系统的软件，包括数据采集、PID控制算法、通信协议等。
3.系统实现及测试：将硬件和软件结合起来实现系统，并进行实验测试，对比与传统PID控制算法的差异，验证其性能和优势。
四、研究意义本文将基于PLC技术开发风洞流速调控系统，具体有以下意义：1.提高实验数据的可靠性：基于PLC的风洞流速调控系统具有响应时间短、稳定性好、精度高等特点，可以有效提高实验数据的可靠性。
2.提高实验效率：基于PLC的风洞流速调控系统可以自动化调节，避免了手动调节浪费时间的问题，提高实验效率。
3.拓展PLC应用领域：本文通过开发基于PLC的风洞流速调控系统，将PLC应用的领域延伸到了航空航天、汽车、建筑等领域的基础研究实验中。
五、研究方法1.文献调查和综述：查阅相关文献，综述当前PLC在风洞流速调控方面的应用现状及存在的问题。
2.系统设计：根据文献调查和综述，设计基于PLC的风洞流速调控系统，包括硬件和软件方面的设计。
3.系统实现及测试：将硬件和软件结合起来实现系统，并进行实验测试。
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。
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随着计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展。目前的控制方法是：当风速变化时通过调节发电机电磁力矩或风力机浆距角使叶尖速比保持最佳值，实现风能的最大捕获。控制方法基于线性化模型实现最佳叶尖速比的跟踪，利用风速测量值进行反馈控制，或电功率反馈控制。但在随机扰动大、不确定因素多、非线性严重的风电系统，传统的控制方法会产生较大误差。因此近些年国内外都开展了这方面的研究。一些新的控制理论开始应用于风电机组控制系统。如采用模糊逻辑控制、神经网络智能控制、鲁棒控制等。使风机控制向更加智能方向发展。
从定转速向可变转速机组发展。采用变速恒频技术的风力发电机组允许其风轮的转速是可变的，风轮转速可根据风电机组受风的风速进行调整，以最大限度地吸收风的能量，提高了风轮（特别是在低风速区）的转换效率。可变恒频技术采用了双馈异步感应发电机技术可以使发电机始终工作在最佳工作状态，机电转换效率提高。
单机容量大型化发展趋势。风电机组单机容量逐年增大的趋势愈来愈明显。风力发电机组大型化、单机装机功率的提高，是所有风电机组研究、设计和制造商不断最求的目标。最近几年，各种新型大型风电机组不断出现并得到迅速推广应用。8MW、10MW的风电机组也已研制成功，即将投入商业应用。
目的：针对风能具有随机性、不确定性的特点，用可编程控制器来对风力发电进行控制，设计一套基于PLC的单台风力发电控制系统，实现对发电机叶轮的迎风控制、发电监测、并网等功能。
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。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。
3、风力发电机的自动解缆控制：自动解缆包括计算机控制的凸轮自动解缆和纽缆开关控制的安全链动作计算机报警两部分，以保证风电机组安全。
五、研究思路和方法
1、本次设计要求是设计一个风力发电机组主控系统，主控制器为PLC，主要完成的功能有风车具有适应风向的功能；在风机转动超出设定角度值时，具有自动偏航、解缆功能；能对风力的大小进行监测，并根据需要采取相应的措施。包括风力发电机组控制系统中的变桨距控制、偏航控制、温度控制等。
国际风电发展方向有以下几方面：
1、变速恒频机组应运而生。
2、定桨距机组逐步向变桨距机组转换。
3、叶片、齿轮箱、发电机等关键部件不断在可靠性、大型化。
4、控制与监控技术不断完善。
5、海上风能利用技术及其风电场建设受到重视。
6、致力于风力发电成本不断下降。
国内风电发展方向有以下几方面：
1、风力发电从陆地向海面拓展。
8、传感器原理及应用
9、有关PLC的技术资料、参考书、网站；
指导教师意见
指导教师（签名）：
年 月 日
所在系（所）意见
负责人（签章）：
年 月 日
2、单机容量进一步增大。
3、新方案和新技术的应用：例如变速恒频技术和变桨距调节技术在功率调节方法上的应用，计算机分布式控制技术和新的控制理论应用。
4、风力发电机组更加个性化。
四、拟解决的关键问题
1、风力发电机组控制系统中的发电机系统，实现发电机与电网的并网。
2、风力发电机的偏航控制：偏航系统由偏航控制机构和偏航驱动机构两大部分组成。
二、本课题的主要研究内容（提纲）
1、熟悉系统工艺流程，根据控制要求进行系统总体控制方案设计。
2、控制系统硬件设计，包括PLC系统选型，扩展模块选型等，并对电机主电路，系统供电电源和人机界面进行设计。绘制系统硬件连接图。
3、系统的软件设计,包括绘制程序流程图，编写控制程序和程序调试等。
三、文献综述（国内外研究情况及其发展）
从定桨距（失速型）向变桨距机组发展。风力发电机的失速功率调节方式和变桨距调节方式是目前大多数风力发电机组风能的收集和转换的主要功率调节方式。采用失速功率调节方式的风力发电机组的叶片不能绕其轴线转动，功率调节通过叶片自身的失速特性实现。这种方式有结构简单、故障概率底的优点，一度在风电机组中很受欢迎得到普遍采用[9]。其缺点主要是风力发电机组的性能受叶片失速性能的限制，额定风速较高，在风速超过额定值时发电功率有所下降。另一个缺点是叶片形状和结构复杂、重量大，引起风轮转动惯量大，在研制大型风力发电机组时更为突出。
传统的风力发电控制方法存在诸多不足，引起较大的能量损失，基于PLC为主控制器的控制系统，结构简单，通用性强，编程方便，抗干扰能力强，可靠性较高，并且维护起来比较方面，能够直观的反应现场信号的变化状态，通过编程工具可以直接观察系统的运行状态，极大的方面了维护人员查找故障，缩短了对系统维护的时间。随着新型控制算法的研究和应用，可以有效提高风能利用效率，对于提高风电机组的发电量，减小风电成本具有重要意义。
第4-5周毕业实习，撰写实习报告。
第6-7周查阅相关资料，确定总体设计方案。
第8-9周熟悉西门子PLC及其相关模块，进行系统硬件设计。
第10-11周熟悉西门子S7-200软件，进行系统软件设计。
第12-13周程序调试。
第14-15周编写毕业设计技术文件：说明书和图纸，撰写论文。
第16周论文定稿装订，准备答辩，对设计内容进行总结。
2、研究基于PLC的风力发电控制系统,要求既要掌握PLC相关知识和特定PLC的编程语言，也要有懂得一定的风力发电方面的知识。此外，还必须涉及硬件电路的设计，才能将PLC控制和风力发电电路成功连接。
六、本课题的进度安排
第1-3周复习“电机学”、“可编程控制器原理与应用”、“PLC编程及应 用”、“发电厂电气部分”等相关理论知识。
随着国际社会能源紧缺压力不断增大，风力发电得到了高度的重视。近20多年来，风电技术日趋成熟，应用规模越来越大。
目前风电市场上和风电场中安装的风力发电机组，绝大多数是水平轴、三叶片、上风向、管式塔形式，其他形式的机组较少见到。风电界整体上对机组技术的认识不再有大的分歧，开始集中力量向大型化、高质量和高效率方面发展，新的发展趋势表现在以下几个方面。
山东科技大学
本科业设计（论文）开题报告
题 目基于PLC的风力发电控制系统设计
学 院 名 称
专业班级
学生姓名
学号
指 导 教 师
填表时间： 2013 年 4 月 30 日
设计（论文）
题目
基于PLC的风力发电控制系统设计
设计（论文）
类型（划“√”）
工程设计
应用研究
开发研究
基础研究
其它
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一、本课题的研究目的和意义
七、参考文献
1、西门子S7-200PLC原理及应用
2、朱永强，风电场电气系统，机械工业出版社，2010.2
3、宫靖远，风电场工程技术手册，机械工业出版社，2007
4、王承熙，风力发电，中国电力出版社
5、李建林，风力发电中的电力电子变流技术，机械工业出版社，2008
6、电气控制技术
7、风电控制技术及应用