課程設計報告(PLC編程)

1、課程設計(綜合實驗)報告(2014 - 2015年度第1學期) 名 稱： 風力發(fā)電機組監(jiān)測與控制 題 目： 基于PLC的風電機組自動運行控制模擬 院 系： 可 再 生 能 源 學 院 班 級： 風 能1101班 學 號： 1111540112 學生姓名： 李 欣 指導教師： 鄧 英 設計周數： 2 周 成 績： 日 期： 2015 年 01 月 09 日 目錄一、主要內容31、設計要求32、設計說明33、設計輸入、輸出電路圖34、PLC編程的梯形圖35、演示效果圖3二、設計原理31、安全鏈32、PLC的基本原理4三、設計內容和步驟51、實驗內容52、實驗步驟73、儀器箱及元器件示意圖104、手

2、動實驗電路圖105、效果演示圖11四、PLC梯形圖111、啟動條件112、繼電器123、輸入134、輸出135、PLC梯形圖136、模擬量部分的梯形圖編程13五、設計總結與心得16一、主要內容1、設計要求使用PLC與儀器箱的電子器件完成風電機組自動運行模擬仿真實驗2、設計說明即設計功能（自行填寫自己的設計功能）須寫清楚模擬仿真實驗的操作步3、設計輸入電路圖、輸出電路圖（續(xù)附上設計狀態(tài)）4、PLC編程的梯形圖5、演示效果圖二、設計原理1、安全鏈及電路原理風力發(fā)電機組的監(jiān)測與控制系統是綜合性控制系統。它不僅要監(jiān)視電網、風況和機組運行參數，在各種正常或故障情況下脫網停機，以確保運行的安全性和可靠性，

3、還要根據風速與風向的變化，對機組進行優(yōu)化控制，以保證機組穩(wěn)定、高效地運行。將6個安全鏈條件串聯接入繼電器的A13和A14兩個端口中，通過安全鏈的通斷能夠控制與繼電器A4、A12串聯的急停燈熄滅、亮起。串聯接入到繼電器的A13和A14兩個端口中的6個安全鏈條件無故障時，電源燈要亮，PLC能控制輸出；任一個安全鏈條件有故障時（開關斷開），則電源燈不亮，PLC則不能控制輸出。在6個安全鏈條件無故障時，且滿足6個啟動條件（閉合時滿足）、6個故障報警中無任一故障（斷開時無故障）時，啟動燈亮。這時可以進行下一步操作使發(fā)電機轉。當任一啟動條件不滿足，或者至少有一處故障報警時，啟動燈滅。在啟動燈亮的情況下，按

4、下開機、松閘、開槳、并網開關后，風力發(fā)電機組運行，能夠正常轉動。風力發(fā)電機組運行時，可以通過調節(jié)發(fā)電機調速旋鈕控制風力發(fā)電機的風輪轉速。風力發(fā)電機運行時，可以進行偏航調節(jié)：按下順時針偏航開關，偏航電機順時針轉動；按下逆時針偏航開關，偏航電機逆時針轉動。當安全鏈有故障或啟動條件不滿足或有故障報警時，風力發(fā)電機停止運行，且不能進行偏航操作。2、PLC的基本原理1）工作方式 周期循環(huán)掃描2）工作過程自診斷、輸入采樣、程序掃描、輸出刷新幾個外階段。3）掃描周期 T =自檢時間+讀入一點時間×輸入點數+程序步數×運算速度+輸出一點時間×輸出點數。三、 設計內容和步驟1、實驗

5、內容：風電機組自動運行控制模擬實驗說明1）安全鏈電路試驗根據試驗要求確定安全元素是否激勵，如果沒有動作，按鈕處于閉合狀態(tài)，將端子3、4接線柱穿入安全繼電器線圈電源驅動電路中，電源盒上，安全繼電器閉合，急停燈滅。反之，有安全元素激勵，安全鏈不能閉合，急停燈亮。安全鏈接線電路見圖1.安全鏈斷開所有分級的輸出無效。2）風電機組開機啟動開機實驗根據試驗要求確定風電機組啟動條件，實驗條件全部達到，將板豆開關向上推點亮各系統的運行燈，然后5、6接線柱分別竄入開槳電路中，按開機鈕，開機指示燈亮，使開槳電機激勵做開槳運動。開槳驅動電路見圖2. 做完實驗按復位燈回原來狀態(tài)。3）風電機組并網模擬實驗當安全鏈閉合，

6、運行參數在工作范圍之內，系統沒有故障報警，在機組開槳的條件下，將風機模型發(fā)電機串入并網電路（按照圖3接線）按并網扭，風電機組并網，模型風機可旋轉，調電位器可實現變轉速運行。4）風電機組的關槳試驗根據試驗要求確認機組已發(fā)生故障，或有參數越限，將端子7、8、9、10串聯接入關槳驅動電路，風機關槳。5）風電機組脫網試驗當運行的風電機組進入關槳狀態(tài)，按脫網鈕，此時風電機組（模型）減速停止發(fā)電運行。6）停機試驗，將關槳試驗電路接好。當風機在發(fā)電運行時，需要手操停機，可按停機鈕去關槳，然后按脫網扭，風機模型停止發(fā)電運行。2、 實驗步驟（1）通過安全鏈實現故障時急停燈滅1) 接入電源，電源燈亮，2) 將6個

7、安全鏈條件開關閉合，3) 將6個安全鏈條件開關任意數量斷開，條件接入，急停燈亮（2）通過plc實現啟動條件達成和故障排除后啟動燈亮定義：X3 葉片位置 X2 變流器 X6液壓準備 X1潤滑準備 X5 偏航 X4閘位 Y2 啟動燈X13 偏航系統X11液壓系統X10 電氣保護X12 發(fā)電機X7 變流器X22變距系統X20開機M1啟動條件M2故障報警操作步驟：1） 接入電源，電源燈亮2） 將6個啟動條件開關閉合，對應PLC上定義x1，x2，x3，x4，x5，x63） 將6個故障接入開關斷開，對應PLC上定義x7,x10,x11,x12,x13,x224） 急停燈滅，啟動燈亮5）將任意數量啟動條件開

8、關斷開或將任意故障接入開關閉合，對應PLC上Y2啟動燈滅（3）、通過PLC、開槳、鎖緊等開關實現模擬電機正轉、反轉定義：X16開槳按鈕X17 逆時針X21順時針Y3正轉Y4反轉操作步驟：1） 接通電源，電源燈亮2） 將6個啟動條件開關閉合 3） 將6個故障接入開關斷開，啟動燈亮4） 按下開機按鈕，按下順時針按鈕，電機正轉 5） 按下逆時針按鈕，電機反轉（4）通過PLC、開槳、并網開關實現模擬風機并網、脫網定義：X14 松閘 X15鎖緊 X16開槳 X24并網X25關槳按鈕 Y7并網成功操作步驟：1） 接通電源，電源燈亮2） 將6個啟動條件開關閉合3） 將6個故障接入開關斷開，啟動燈亮4） 將開

9、槳、鎖緊開關閉合，松閘開關斷開，風機啟動5） 并網開關閉合，風機并網成功6） 將關槳、脫網開關閉合，風機脫網3、 儀器箱及元器件示意圖4、手動實驗電路圖5、效果演示圖四、 PLC編程梯形圖1、啟動條件2、繼電器3、輸入4、 輸出5、PLC梯形圖5、模擬量部分的梯形圖編程整個模擬量部分編程的思路如下：如下圖所示是實際情況下風機轉速隨風速變化的曲線圖根據上圖可以將風機運行分為五個區(qū)域進行編程控制，這五個區(qū)域分別是：無功率輸出區(qū)域，啟動區(qū)域，最佳葉尖速比區(qū)域，過渡區(qū)域，和全功率運行區(qū)域。由圖8可知轉速變化范圍是10-18r/min，所以我們設定輸出電壓0-9v與之對應，經過計算可以得出每一轉轉速的增

10、加對應0.5v電壓的增加，這就意味這對應的數字量增加是500.那么啟動的10r/min對應的電壓為5v，對應的數字量就是5000。同理我們輸入電壓是0-3.3v我們讓這段電壓對應3-25m/s的風速，就可以求出每0.15v電壓對應1m/s的風速，求出對應數字量是150，所以我們可以通過這個數字量的關系推出每段的斜率，從而得出一個轉速與風速之間的關系公式； 第一段對應的關系是當D2040<660時D2060=0意思是風速小于5m/s時，風機的轉速為0 第二段關系式為當D2040>=660,<=990時5000+6*（v-660）= 其中v代表風速對應的數字量，代表風輪轉速 第三

11、段關系式為當D2040>=990,<1650時6980+1*（v-1125）= 第四段關系式當D2040>=1650，<=3300時=9000 第五段關系式為D2040>3300時=0下圖就是我根據這些風速與轉速的關系對PLC進行的編程，從而實現了對風機運行的自動控制。五、設計總結與心得本次課程設計基本完成了設計要求的操作內容，實現了風機自動運行的基本操作。通過手動接線，編制梯形圖，模擬運行對風電機組的自動運行過程有了更深的認識。前三天的時候，我們幾乎沒有進展，第一個手動電路還沒完全連好，電源卻出了問題，然后修電源修了好久。我們組就只有一個男生，其余都是女生，而且

12、我們都不擅長電路的連接，實驗一籌莫展，我們都焦慮不已。元旦回來，實驗終于有了進展，終于把手動實驗前三個都做成功了。接著我們開始自動實驗，聽很多人說并不用做手動實驗，直接做自動實驗就好了，但是總覺得要一步一步扎扎實實會心理踏實許多，最后皇天不負苦心人，終于勉勉強強把手動實驗做完了。自動實驗之前我就已經把PLC的原理好好看了一遍，到處問同學，終于粗略掌握一點，試著開始編寫程序，同時我們連了電路，不斷修改，不斷完善，齊心協力。通過仔細的分析、深入的思考和激烈的討論，終于把自動實驗也完成了。通過此次實驗我們學會了如何進行焊接電路，設計電路，分析解決電路存在的問題，增強了我們的動手動腦能力，讓我們認識了解了一個新的軟件PLC，初步學會了對其的應用，對于未來我們的學習和工作都有很大的幫助。同時使我們對于風電機組監(jiān)測與控制這門課程有了更加深層次的認識。更重要的是，我們增強了團隊意識，學會了如何與同學分工協作，體會到了與同學相互探討，相互學習的快樂以及寬容和理解的重