基于MCGS的風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)20120915v

1、基于MCGS的風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)王新虎，石劍鋒，吳洋指導(dǎo)老師：李紅萍 王銀鎖 劉超美 摘要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用上位機(jī)和下位機(jī)的兩級控制方式。上位機(jī)由計(jì)算機(jī)和通用監(jiān)控系統(tǒng)軟件組成，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、顯示和監(jiān)控等功能；下位機(jī)以西門子S7-200PLC為核心、，通過風(fēng)向檢測，風(fēng)速檢測、風(fēng)沙強(qiáng)度檢測，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的自動控制。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī) MCGS PLC PID控制 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)一、前言風(fēng)能作為一種清潔綠色能源，已成為當(dāng)今世界的主流能源之一, 它與太陽能和生物能源等其他可再生能源發(fā)電技術(shù)相比,具有產(chǎn)業(yè)成熟度高、發(fā)電成本低、自然環(huán)境和社會環(huán)境影響好等優(yōu)點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電占用土地資源少

2、,資金回收期短,一般不會產(chǎn)生明顯的自然生態(tài)影響,在社會上引起的爭議很少,能較快實(shí)現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展。因此本文提出基于MCGS的風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為部分企業(yè)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制提供借鑒1。二、系統(tǒng)概述基于MCGS的風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用上位機(jī)和下位機(jī)的兩級控制方式。上位機(jī)由計(jì)算機(jī)和通用監(jiān)控系統(tǒng)軟件組成，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、顯示和監(jiān)控等功能2；下位機(jī)以西門子S7-200PLC為核心、，通過風(fēng)向傳感器檢測風(fēng)向，將檢測到的信號上傳給可編程控制器，利用隨動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對風(fēng)輪角度的控制，利用脈沖式風(fēng)速檢測傳感器和風(fēng)沙強(qiáng)度檢測傳感器分別檢測風(fēng)速和風(fēng)沙強(qiáng)度，當(dāng)風(fēng)速和風(fēng)沙強(qiáng)度達(dá)到發(fā)電要求時開始發(fā)電，并打開相應(yīng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電

3、；同時將檢測到的所有信號上傳給上位機(jī)，并利用組態(tài)軟件實(shí)時地監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化管理3（如圖1所示），。圖1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)組成三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)以西門子S7-200PLC作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的控制核心。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如下：1、系統(tǒng)I/O點(diǎn)的地址分配表1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)IO分配PLC中I/O口分配注釋MCGS實(shí)時數(shù)據(jù)對應(yīng)的變量元件地址F1I0.0風(fēng)向檢測信號F1F2I0.1風(fēng)速檢測信號F2F3I0.2復(fù)位F3F4I0.3風(fēng)沙強(qiáng)度信號F4F5I0.4風(fēng)速過高信號F5F6I0.5風(fēng)沙過強(qiáng)信號F6F7I0.6風(fēng)速低于4m/sF7F8I0.7時間超過72小時F8Y0

4、Q0.0風(fēng)向指示燈Y0Y1Q0.1風(fēng)速指示燈Y1Y2Q0.2風(fēng)速過高信號報警Y2M1Q0.3發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動M1M2Q0.4備用電動機(jī)M2X0Q0.5風(fēng)沙強(qiáng)度指示X0X1Q0.6風(fēng)沙強(qiáng)度信號報警X12、監(jiān)控計(jì)算機(jī)與西門子S7-200PLC的連接如圖2所示。圖2 監(jiān)控計(jì)算機(jī)與西門子S7-200PLC的連接3、基于MCGS的風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接線圖（如圖3所示）圖3 基于MCGS的風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接線圖四、基于MCGS的風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)PLC控制程序基于MCGS的風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)PLC主程序框圖如圖4所示，PID控制程序框圖如圖5所示。圖4 主程序框圖 圖5 PID控制程序流程圖五、系統(tǒng)組態(tài)風(fēng)力發(fā)

5、電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)主要包含實(shí)時數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建、I/O設(shè)備連接、窗口界面編輯、動畫鏈接、實(shí)時曲線、歷史曲線、報表、用戶權(quán)限管理、策略組態(tài)、按鈕、菜單、腳本程序等內(nèi)容4。其中實(shí)時數(shù)據(jù)庫完成工程中所有變量的設(shè)置，是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理的中心，它將MCGS工程的各個部分連接成有機(jī)的整體5。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設(shè)備驅(qū)動的對象；設(shè)備窗口的組態(tài)是連接和驅(qū)動外部設(shè)備的工作環(huán)境，在本窗口內(nèi)對PLC進(jìn)行連接與設(shè)置；用戶窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，生成各種動畫顯示畫面、報警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等；運(yùn)行策略主要完成工程運(yùn)行流程的控制。包括編寫控制

6、程序，選用各種功能構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時器、配方操作、多媒體輸出等功能7。部分組態(tài)如下所示6。1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫組態(tài)與設(shè)備組態(tài)如圖6所示。圖6 風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫組態(tài)與設(shè)備組態(tài)2、風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控界面組態(tài)如圖7所示。圖7 風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控界面六、結(jié)束語風(fēng)力發(fā)電機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了新能源設(shè)備的計(jì)算機(jī)控制，為企業(yè)節(jié)省了大型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的投資，也為其他的小型發(fā)電機(jī)提供了計(jì)算機(jī)控制的構(gòu)想，使其實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制成為可能。參考文獻(xiàn)1陳梅,洪飛,李鑫,許正榮.風(fēng)速風(fēng)向傳感器在風(fēng)機(jī)控制中的應(yīng)用與研究J.自動化技術(shù)與應(yīng)用,2008,27(04):38-412張俊姸,薛仰全,裴興林,程明杰.風(fēng)向跟蹤風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置的設(shè)計(jì)J.中國教育技術(shù)裝備, 2011,(05): 97-1023程海洋,秦明,高冬暉.CMOS風(fēng)速風(fēng)向傳感器的設(shè)計(jì)J.傳感器技術(shù),2005,24,(5):34-364孫凱,秦明,張中平,黃慶安.基于微控制器的風(fēng)速計(jì)在線控制和測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.傳