基于PLC的變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制動控制系統(tǒng)的研究

1、 PAGE 30基于PLC的變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制動控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)基于PLC的變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制動控制系統(tǒng)的研究摘 要變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是一種新型風(fēng)力發(fā)電技術(shù),是今后風(fēng)力發(fā)電的必然趨勢,在風(fēng)力發(fā)電中制動控制是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障或由于其他原因需要停機(jī)時(shí)，我們就需要根據(jù)機(jī)組發(fā)生的故障種類進(jìn)行判斷，并發(fā)出控制指令進(jìn)行不同的制動控制進(jìn)行停機(jī)，達(dá)到保護(hù)機(jī)組安全運(yùn)行的目的。本文以S7-300型PLC為核心控制器，通過傳感器的選型、PLC硬件的選型、I/O口的確定、制動控制的編程，對整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于某些原因需要停機(jī)時(shí)發(fā)出信號給PLC，PLC發(fā)出指

2、令給變頻器和發(fā)電機(jī)進(jìn)行脫網(wǎng)停機(jī)。關(guān)鍵字：制動，PLC，傳感器，編程ABSTRACTVSCF doubly fed wind power generation technology is a new wind power technology, wind power is the inevitable trend of the future ,In wind power generation wind turbine brake control is an important part of safe operation, the wind turbine failure or due to o

3、ther reasons shutdown, we need to set the fault occurred Zhonglei under judge the instructions are sent to make different parking brake control to achieve the purpose of protection of the safe operation of unit. In this paper, S7-300 type PLC as the core controller, through the selection of sensors,

4、 PLC hardware selection, I / O to determine population, brake control programming, the entire system. For some reason need to shutdown signal to the PLC, PLC to issue instructions to the inverter and the generator off network downtime.Keywords: brake, PLC, sensor, program目 錄TOC o 1-2 h u HYPERLINK l

5、 _Toc2977 1 課題背景 PAGEREF _Toc2977 1 HYPERLINK l _Toc21837 1.1 我國風(fēng)力資源的狀況 PAGEREF _Toc21837 1 HYPERLINK l _Toc23581 1.2 我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與展望 PAGEREF _Toc23581 2 HYPERLINK l _Toc12320 1.3 變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電的含義 PAGEREF _Toc12320 5 HYPERLINK l _Toc32493 1.4 制動控制系統(tǒng)的意義 PAGEREF _Toc32493 5 HYPERLINK l _Toc25973 2 制動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

6、 PAGEREF _Toc25973 6 HYPERLINK l _Toc24261 2.1 變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc24261 6 HYPERLINK l _Toc15120 2.2 制動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理 PAGEREF _Toc15120 7 HYPERLINK l _Toc816 3 制動控制傳感器的選型 PAGEREF _Toc816 8 HYPERLINK l _Toc32046 3.1 傳感器的介紹 PAGEREF _Toc32046 8 HYPERLINK l _Toc30869 3.2 傳感器的型號選擇與優(yōu)點(diǎn) PAGEREF _Toc30869

7、9 HYPERLINK l _Toc24364 4 制動控制系統(tǒng)的PLC硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc24364 11 HYPERLINK l _Toc8748 4.1 PLC的概述 PAGEREF _Toc8748 11 HYPERLINK l _Toc12623 4.2 西門子S7-300選用依據(jù) PAGEREF _Toc12623 14 HYPERLINK l _Toc1581 4.3 模塊的選型與硬件圖 PAGEREF _Toc1581 15 HYPERLINK l _Toc8366 5 制動控制系統(tǒng)的PLC軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc8366 18 HYPERLINK l

8、_Toc26126 5.1 控制系統(tǒng)中對PLC程序的具體要求 PAGEREF _Toc26126 18 HYPERLINK l _Toc30393 5.2 I/O對照表 PAGEREF _Toc30393 18 HYPERLINK l _Toc1026 5.3 制動控制流程圖 PAGEREF _Toc1026 19 HYPERLINK l _Toc29071 5.4 程序的具體實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc29071 23 HYPERLINK l _Toc24324 6 總結(jié) PAGEREF _Toc24324 28 HYPERLINK l _Toc5026 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc

9、5026 29 HYPERLINK l _Toc25909 致謝 PAGEREF _Toc25909 301 課題背景1.1 我國風(fēng)力資源的狀況風(fēng)能的大小用風(fēng)功率密度1（w/m2）來度量，它與空氣密度和風(fēng)速的立方成正比。我國的風(fēng)能資源，據(jù)中國氣象科學(xué)研究院對全國900多個(gè)氣象站年平均風(fēng)能功率密度的估算，10m高度層的總資源量為3226GW。假設(shè)其中1/10在技術(shù)上可供開發(fā)，并考慮風(fēng)輪掃掠面積系數(shù)0.785，得出技術(shù)可開發(fā)資源量為253GW，主要分布在西北、東北和華北的草原和戈壁，以及東部和東南沿海及島嶼。我國東部沿海水深215m的近海海域，風(fēng)能資源豐富，專家初步估計(jì)約為陸上風(fēng)能資源的3倍，即7

10、50GW。三北（東北、華北、西北）地區(qū)豐富帶，風(fēng)能功率密度在200300w/m2以上，有的可達(dá)500w/m2以上，如阿拉山口、達(dá)坂城、輝騰錫勒、錫林浩 特的灰騰梁等、可利用的小時(shí)數(shù)在5000小時(shí)以上，有的可達(dá)7000小時(shí)以上。這一風(fēng)能豐富帶的形成，主要是由于三北地區(qū)處于中高緯度的地理位置有關(guān)2。沿海及其島嶼地豐富帶。年有效風(fēng)能功率密度在200w/m2以上，將風(fēng)能功率密度線平行于海岸線，沿海島嶼風(fēng)能功率密度在500w/m2以上如臺山、平潭、東山、南鹿、大陳、嵊泗、南澳、馬祖、馬公、東沙等。可利用小時(shí)數(shù)約在7000-8000小時(shí)，這一地區(qū)特別是東南沿海，由海岸向內(nèi)陸是丘陵連綿，所以風(fēng)能豐富地區(qū)僅在

11、海岸50km之內(nèi)，再向內(nèi)陸不但不是風(fēng)能豐富區(qū)，反而成為全國最小風(fēng)能區(qū)，風(fēng)能功率密度僅50w/m2左右，基本上是風(fēng)能不能利用的地區(qū)。沿海風(fēng)能豐富帶，其形成的天氣氣候背景與三北地區(qū)基本相同，所不同的是海洋與大陸兩種截然不同的物質(zhì)所組成，二者的輻射與熱力學(xué)過程都存在著明顯的差異。大氣與海洋間的能量交換大不相同。海洋溫度變化慢，具有明顯的熱隋性，大陸溫度變化快，具有明顯的熱敏感性，冬季海洋較大陸溫暖，夏季較大陸涼爽，這種海陸溫差的影響，在冬季每當(dāng)冷空氣到達(dá)海上時(shí)風(fēng)速增大，再加上海洋表面平滑，摩擦力小，一般風(fēng)速比大陸增大2-4m/s。東南沿海又受臺灣海峽的影響，每當(dāng)冷空氣南下到達(dá)時(shí)，由于狹管效應(yīng)的結(jié)果使

12、風(fēng)速增大，這里是我國風(fēng)能資源最佳的地區(qū)。在沿海每年夏秋季節(jié)都可受到熱帶氣旋的影響，當(dāng)熱帶氣旋風(fēng)速達(dá)到8級（17.2m/s）以上時(shí)，稱為臺風(fēng)。臺風(fēng)是一種直徑1000km左右的圓形氣旋，中心氣壓極低，臺風(fēng)中心0-30km范圍內(nèi)是臺風(fēng)眼，臺風(fēng)眼中天氣較好，風(fēng)速很小。在臺風(fēng)眼外壁天氣最為惡劣，最大破壞風(fēng)速就出現(xiàn)在這個(gè)范圍內(nèi)，所以一般只要不是在臺風(fēng)正面直接登陸的地區(qū)，風(fēng)速一般小于10級（26m/s），它的影響平均有8001000km的直經(jīng)范圍，每當(dāng)臺風(fēng)登陸后我國沿?？梢援a(chǎn)生一次大風(fēng)過程，而風(fēng)速基本上在風(fēng)力機(jī)切出風(fēng)速范圍之內(nèi)。是一次滿發(fā)電的好機(jī)會3。登陸臺風(fēng)每年在我國有11個(gè)，而廣東每年登陸臺風(fēng)最多為3.

13、5次，海南次之2.1次，臺灣1.9次，福建1.6次，廣西、浙江、上海、江蘇、山東、天津、遼寧合計(jì)僅1.7次，由此可見，臺風(fēng)影響的地區(qū)由南向北遞減、對風(fēng)能資源來說也是南大北小。由于臺風(fēng)登陸后中心氣壓升高極快，再加上東南沿海東北西南走向的山脈重疊，所以形成的大風(fēng)僅在距海岸幾十公里內(nèi)。風(fēng)能功率密度由300w/m2銳減到100w/m2以下。綜觀上述，冬春季的冷空氣、夏秋的臺風(fēng)，都能影響到沿海及其島嶼。相對內(nèi)陸來說這里形成了我國風(fēng)能豐富帶。由于臺灣海峽的狹管效應(yīng)的影響，東南沿海及其島嶼是我國風(fēng)能最佳豐富區(qū)。我國有海岸線18000多公里，島嶼6000多個(gè)，這里是風(fēng)能大有開發(fā)利用的前景的地區(qū)4。內(nèi)陸風(fēng)能豐富

14、地區(qū)，在兩個(gè)風(fēng)能豐富帶之外，風(fēng)能功率密度一般在100w/m2以下，可以利用小時(shí)數(shù)3000小時(shí)以下。但是在一些地區(qū)由于湖泊和特殊地形的影響，風(fēng)能也較豐富，如鄱陽湖附近較周圍地區(qū)風(fēng)能就大，湖南衡山、安徽的黃山、云南太華山等也較平地風(fēng)能為大。但是這些只限于很小范圍之內(nèi)，不像兩大帶那樣大的面積，特別是三北地區(qū)面積更大。青藏高原海拔4000m以上，這里的風(fēng)速比較大，但空氣密度小，如在4000m的空氣密度大致為地面的67%，也就是說，同樣是8m/s的風(fēng)速，在平原上風(fēng)能功率密度為313.6w/m2，而在4000m只為209.9w/m2，而這里年平風(fēng)速在35m/s，所以風(fēng)能仍屬一般地區(qū)。1.2 我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的

15、發(fā)展與展望121我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 (1）發(fā)展速度“風(fēng)馳電掣”，裝機(jī)容量連續(xù)翻番作為新能源產(chǎn)業(yè)中最成熟的發(fā)電細(xì)分產(chǎn)業(yè)，風(fēng)電行業(yè)正在以驚人的速度增長。全球風(fēng)能理事會（GWEC）日前公布的年度數(shù)據(jù)顯示，2008年，全球風(fēng)電的增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于過去十年內(nèi)的平均增長，達(dá)到28.8%。其中，新增的風(fēng)電裝機(jī)量達(dá)2700萬千瓦，同比增長36%。而中國更是連續(xù)三年實(shí)現(xiàn)新增裝機(jī)容量翻番，并首次突破了千萬千瓦大關(guān)。2008年，中國風(fēng)電機(jī)組今年新增裝機(jī)容量達(dá)到719.22萬千瓦，累計(jì)裝機(jī)達(dá)到1324.22萬千瓦，新增裝機(jī)容量增長率達(dá)到118.9%5。圖1-1 19952008年中國風(fēng)電裝機(jī)容量及其增長情況(2）完整

16、的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈基本形成，但發(fā)展不平衡風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈總體上分為風(fēng)電設(shè)備制造和風(fēng)電運(yùn)營兩個(gè)環(huán)節(jié)，其中風(fēng)電設(shè)備制造又可細(xì)分為風(fēng)機(jī)零部件制造和風(fēng)機(jī)整機(jī)制造，風(fēng)電運(yùn)營從風(fēng)電場投資開始，按照運(yùn)營模式的不同分為并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種，并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電以運(yùn)營商為主體構(gòu)建整個(gè)體系，離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電以銷售商為主體構(gòu)建整個(gè)體系，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈如下圖所示。總體上風(fēng)機(jī)零部件及整機(jī)制造處于初創(chuàng)期向成長期的過渡階段，風(fēng)電運(yùn)營處于成長期。圖1-2 風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)圖在風(fēng)電設(shè)備產(chǎn)業(yè)中，風(fēng)電整機(jī)制造業(yè)環(huán)節(jié)逐步形成了日益多元化的企業(yè)主體。我國形成了大型國有工業(yè)企業(yè)、股份制企業(yè)和民營企業(yè)、外資企業(yè)（含中外合資企業(yè)）三分天下的的風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)多元化主

17、體。在國內(nèi)新增市場中，內(nèi)資企業(yè)生產(chǎn)的風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品所占的市場份額也不斷上升，從2005年的29%，到2006年的41%，2007 年首次超過了50%。風(fēng)機(jī)零部件制造環(huán)節(jié)，發(fā)電機(jī)、葉片、齒輪箱的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程較好，這也是國產(chǎn)化率最高的幾種主要部件。但是，隨著國內(nèi)整機(jī)企業(yè)數(shù)量的增加，研發(fā)進(jìn)度的加快，上述部件的產(chǎn)能將會成為整機(jī)企業(yè)發(fā)展的瓶頸。鑒于零部件供應(yīng)不能滿足整機(jī)制造的需要，在目前的生產(chǎn)能力基礎(chǔ)上，各零部件制造企業(yè)都在積極擴(kuò)大產(chǎn)能。(3）圍繞風(fēng)電設(shè)備制造和風(fēng)電場建設(shè)，形成多個(gè)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)集群風(fēng)電設(shè)備制造方面，除了原來的金風(fēng)科技、浙江運(yùn)達(dá)加大投入、迅速擴(kuò)張之外，上海電氣、東方汽輪機(jī)、華銳風(fēng)電（原大連重工

18、集團(tuán)）、中國船舶以及通用電氣、維斯塔斯、歌美颯、蘇司蘭、西門子等一批國內(nèi)外大型制造業(yè)和投資商紛紛進(jìn)入中國風(fēng)電制造業(yè)市場，還有一批中小型制造企業(yè)正在成長，依托良好的研發(fā)基礎(chǔ)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的發(fā)展實(shí)力，如南車、湘電集團(tuán)等。以這些設(shè)備制造商為中心，形成了新疆、河北、浙江、上海、湖南等產(chǎn)業(yè)集群。風(fēng)電場方面，風(fēng)能分布比較豐富的省、市、自治區(qū)主要有內(nèi)蒙古、新疆、河北、吉林、遼寧、黑龍江、山東、江蘇、福建和廣東等。2008年起，國家將陸續(xù)在內(nèi)蒙古、甘肅、新疆、河北和江蘇等風(fēng)能資源豐富地區(qū)，開展了個(gè)千萬千瓦級風(fēng)電基地的規(guī)劃和建設(shè)工作，其中甘肅酒泉作為我國第一個(gè)千萬千瓦級風(fēng)電基地已經(jīng)開工建設(shè)6。122 我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)

19、發(fā)展展望(1）近期看，產(chǎn)業(yè)仍會保持快速增長中國風(fēng)電2008年已經(jīng)突破1000萬千瓦，國家制定的2020年風(fēng)電裝機(jī)3000 萬千瓦的目標(biāo)，有可能在2011年實(shí)現(xiàn)。業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，2020年中國風(fēng)電裝機(jī)的最保守估計(jì)是8000萬千瓦，一般估計(jì)是1億千瓦，樂觀的估計(jì)為1.2億千瓦。中國風(fēng)電裝備制造業(yè)的情況可能更加樂觀。根據(jù)可再生能源專業(yè)委員會的判斷，2012年中國風(fēng)電裝備制造能力將達(dá)到1000萬1500萬千瓦，除了滿足中國風(fēng)電市場的需求之外，還有可能成為世界主要的風(fēng)電裝備制造基地，開始向美國、歐洲等地區(qū)出口，成為新的國內(nèi)產(chǎn)業(yè)出口力量7。(2）中長期看，新能源產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃、智能電網(wǎng)計(jì)劃等因素將保證產(chǎn)業(yè)

20、持續(xù)發(fā)展2008年開始的全球金融危機(jī)將促使國家加大風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，繼汽車、信息產(chǎn)業(yè)等十大產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃先后出臺后，新能源產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃即將破繭而出。據(jù)悉，規(guī)劃將對新能源發(fā)展指標(biāo)作重大調(diào)整，在新能源產(chǎn)業(yè)的各子行業(yè)中，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)成為未來的發(fā)展重點(diǎn)。對風(fēng)電產(chǎn)業(yè)而言，新能源產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃推出的最大受益者，將是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈的上下游兩端，包括風(fēng)電設(shè)備制造商和風(fēng)電場運(yùn)營商。在政策扶持下，未來風(fēng)電的市場空間將不斷擴(kuò)大，為風(fēng)電設(shè)備制造商提供了更廣闊的盈利和發(fā)展空間。而隨著更多的風(fēng)電廠商參與到市場中，風(fēng)電整機(jī)市場將出現(xiàn)群雄逐鹿的局面，少數(shù)優(yōu)勢企業(yè)將脫穎成為業(yè)內(nèi)龍頭。另一方面，國家電網(wǎng)公司5月份向社會公布了“智能電網(wǎng)”發(fā)展計(jì)

21、劃，根據(jù)該計(jì)劃，智能電網(wǎng)發(fā)展在我國將分為三個(gè)階段逐步推進(jìn)，到2020年，可全面建成統(tǒng)一的“ 堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”。由于智能電網(wǎng)便于風(fēng)電等新能源并網(wǎng)發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電受制于電網(wǎng)調(diào)度的瓶頸有望打破，所以該計(jì)劃堪稱風(fēng)能等新能源發(fā)展的一大“利好”。一旦智能電網(wǎng)建成，國家將通過政策鼓勵(lì)家庭和企業(yè)安裝小型高效的可再生能源發(fā)電設(shè)備，并支持消費(fèi)者購買或出售綠色電力。也就是說，智能電網(wǎng)可供風(fēng)能等及時(shí)接入電網(wǎng)，介入過程還可以自行控制。1.3 變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電的含義并網(wǎng)型恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是上世紀(jì)80年代和90年代初的經(jīng)典風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)與控制簡單、性能可靠的優(yōu)點(diǎn)。在這種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)力機(jī)采用定槳距失速控制或

22、主動失速控制，大容量的機(jī)組主要是采用主動失速控制。發(fā)電機(jī)主要采用三相異步發(fā)電機(jī)，也可采用同步發(fā)電機(jī)。其主要缺點(diǎn)是對風(fēng)能的利用率不高，而且當(dāng)風(fēng)速突變時(shí)，會在主軸、發(fā)電機(jī)和齒輪箱等部件上產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力。變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是一種新型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，其主要優(yōu)點(diǎn)在于風(fēng)輪以變速運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的大小、頻率和相位，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，可在很寬的風(fēng)速范圍內(nèi)保持近乎恒定的最佳葉尖速比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)追求風(fēng)能最大轉(zhuǎn)換效率；同時(shí)又可以采用一定的控制策略靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功、無功功率，抑制諧波，減少損耗，提高系統(tǒng)效率，變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電技術(shù)將是今后風(fēng)力發(fā)電的必然趨勢8。1.4 制動控制系統(tǒng)的意義變速恒頻

23、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制動控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電控系統(tǒng)的重要組成部分，制動控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障或由于其他原因需要停機(jī)時(shí)，控制器根據(jù)機(jī)組發(fā)生的故障種類進(jìn)行判斷，并發(fā)出控制指令進(jìn)行不同的制動控制進(jìn)行停機(jī)，達(dá)到保護(hù)機(jī)組安全運(yùn)行的目的。2 制動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.1 變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由風(fēng)力機(jī)、齒輪箱、雙饋異步發(fā)電機(jī)、雙PWM變換器組成。交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)定子繞組直接接入工頻電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組由一臺頻率、電壓可調(diào)的低頻交流勵(lì)磁變頻器供給三相低頻勵(lì)磁電流，不論風(fēng)速如何改變，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，利用變頻器相應(yīng)地調(diào)節(jié)輸入轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流頻率以改變轉(zhuǎn)子磁勢的旋轉(zhuǎn)速

24、度，使轉(zhuǎn)子磁勢相對于定子的轉(zhuǎn)速始終是同步速，定子感應(yīng)電勢頻率即可保持恒定。風(fēng)力機(jī)吸收的風(fēng)能，通過發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子側(cè)輸送到電網(wǎng)，當(dāng)發(fā)電機(jī)處于超同步速（s0）的時(shí)候，轉(zhuǎn)子側(cè)能量流向的方向相反9。圖2-1 變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖一般來說，大型雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由底座、塔筒、機(jī)艙、輪轂以及葉片組成，機(jī)艙內(nèi)主要包括齒輪箱、發(fā)電機(jī)、偏航驅(qū)動單元、液壓系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)、并網(wǎng)控制單元、變槳控制系統(tǒng)、電控系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電變換器系統(tǒng)、蓄電池等，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最重要的部分；輪轂內(nèi)則主要為變槳驅(qū)動單元。圖2-2 雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖在運(yùn)行時(shí)，氣流對葉片產(chǎn)生力矩使得輪轂旋轉(zhuǎn)，通過變速齒輪箱增

25、速之后帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。同時(shí)，風(fēng)機(jī)主控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)速變化以及發(fā)電機(jī)狀態(tài)，控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁并網(wǎng)發(fā)電10。2.2 制動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障或由于其他原因需要停機(jī)時(shí)，我們根據(jù)故障的原因進(jìn)行判斷，PLC發(fā)出不同的控制指令進(jìn)行不同方式的停機(jī)，達(dá)到保護(hù)機(jī)組安全運(yùn)行的目的。整個(gè)結(jié)構(gòu)可分為：故障原因分析、變漿系統(tǒng)變漿、PLC控制停機(jī)、傳感器檢測轉(zhuǎn)速、變換器進(jìn)行發(fā)電機(jī)變頻器的脫網(wǎng)。發(fā)電機(jī)和變頻器脫網(wǎng)故障原因分析變漿系統(tǒng)變漿PLC控制停機(jī)傳感器檢測轉(zhuǎn)速圖2-3 制動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 制動控制功能包括暫停，一般停機(jī)和緊急停機(jī)三種方式。我們將對每種停機(jī)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。我們先對故障原因進(jìn)行分析，選用何

26、種制動方式，然后進(jìn)行變漿系統(tǒng)的變漿，PLC發(fā)出指令進(jìn)行停機(jī)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于規(guī)定值時(shí)進(jìn)行發(fā)電機(jī)和變頻器的脫網(wǎng)。3 制動控制傳感器的選型3.1 傳感器的介紹311傳感器的定義國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)11。312傳感器的作用人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自

27、身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。新技術(shù)革命的到來，世界開始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上

28、要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到 cm的粒子世界，縱向上要觀察長達(dá)數(shù)十萬年的天體演化，短到 s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對深化物質(zhì)認(rèn)識、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場、超弱磁碭等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測傳感器的出現(xiàn)，往往會導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至

29、文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域。可以毫不夸張地說，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器。由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動社會進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術(shù)將會出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平12。傳感器按照不同的要求分類極廣，其中霍爾傳感器就是一種。3.2 傳感器的型號選擇與優(yōu)點(diǎn)3.2.1 霍爾傳感器工作原理霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的主要工作原理是霍爾效應(yīng)，也就是當(dāng)轉(zhuǎn)動的金屬部件通過霍爾傳感器的磁場時(shí)會引起電勢的變化，通過對電勢的測量就可以得到被測量對象的轉(zhuǎn)速值?；魻栟D(zhuǎn)

30、速傳感器的主要組成部分是傳感頭和齒圈，而傳感頭又是由霍爾元件、永磁體和電子電路組成的。3.2.2 霍爾傳感器的優(yōu)勢霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用優(yōu)勢主要有三個(gè)，一是霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號不會受到轉(zhuǎn)速值的影響，二是霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的頻率相應(yīng)高，三是霍爾轉(zhuǎn)速傳感器對電磁波的抗干擾能力強(qiáng)，因此霍爾轉(zhuǎn)速傳感器多應(yīng)用在控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速檢測中。同時(shí)，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的穩(wěn)定性好，抗外界干擾能力強(qiáng)，如抗錯(cuò)誤的干擾信號等，因此不易因環(huán)境的因素而產(chǎn)生誤差?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的測量頻率范圍寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電磁感應(yīng)式無源傳感器。另外，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在防護(hù)措施有效的情況下，可以不受電子、電氣環(huán)境影響?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的，測量結(jié)果精確穩(wěn)定，輸出

31、信號可靠，可以放油、防潮，并且能在溫度較高的環(huán)境中工作，普通霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的工作溫度可以達(dá)到100?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的安裝簡單，使用方便，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。3.2.3 HAL-506霍爾傳感器HAL-506霍爾轉(zhuǎn)速傳感器是一種小型封閉式傳感器，具有性能穩(wěn)定、功耗小、抗干擾能力強(qiáng)、使用溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。其原理是當(dāng)磁力線穿過傳感器上感應(yīng)元件時(shí)產(chǎn)生霍爾電勢經(jīng)過霍爾芯片的放大整形后，成電信號供二次儀表使用。使用時(shí)，只要在旋轉(zhuǎn)物體上粘一塊小磁鋼，傳感器固定在離磁鋼一定距離內(nèi)，對準(zhǔn)磁鋼S極即可進(jìn)行測量。表3-1 技術(shù)特點(diǎn)測量范圍0.5Hz45KHz輸出方式低電平有效，驅(qū)動能力不小于15mA輸出信號波形：矩形

32、波幅值高電平接近供電電源，低電平0.5V供電電源（4.524）VDC，（1218）V最值每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)與貼的磁片數(shù)量一致檢測距離4mm表3-2 正常工作條件溫度-20+80相對濕度不大于85%大氣壓力86KPa106KPa周圍無爆炸性、腐蝕性氣體表3-3 外形及開孔尺寸總長L+21.9（不包括輸出導(dǎo)線）外螺紋M121螺紋有效長度L，L=50，75，100mm輸出導(dǎo)線2m圖3-1 HAL-56霍爾傳感器3.2.4 電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)的計(jì)算方法設(shè)K為電機(jī)轉(zhuǎn)速與電流的比值，X為電流，Y為電機(jī)轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速傳感器測量范圍為30-rpm，輸出為4-20MA的電流信號，則有 K= （3-1）每改變一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速

33、都有對應(yīng)的一個(gè)電流信號X= （3-2）因?yàn)?0MA在PLC模擬輸入對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為27648，所以每一個(gè)電流信號都有一個(gè)十進(jìn)制數(shù)與之對應(yīng)。4 制動控制系統(tǒng)的PLC硬件設(shè)計(jì)4.1 PLC的概述4.1.1 PLC的基本概念可編程控制器是在電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，融自動化技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)為一體的新型工業(yè)控制裝置。目前，PLC已被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過程的自動控制中，成為一個(gè)重要、最普及、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制裝置，被公認(rèn)為是現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱(PLC、機(jī)器人、CAD/CAM)之一13。國際電工委員會（IEC）于1987年頒布

34、了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿，該草案中對可編程控制器定義如下：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體易于擴(kuò)充其功能的原則來設(shè)計(jì)。4.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展在制造業(yè)和過程工業(yè)中，除了以模擬量為被控對象的反饋控制外，還存在著大量的以開關(guān)量（數(shù)字量）為主的邏輯控制，這一點(diǎn)在以改變幾何形狀和機(jī)械性能為特性的制造業(yè)中顯得尤為突出。它要求控制系統(tǒng)按照邏輯

35、條件和一定的順序、時(shí)序產(chǎn)生控制動作，并能夠?qū)碜袁F(xiàn)場的大量開關(guān)量、脈沖、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)以及模擬量的越限報(bào)警等信號進(jìn)行監(jiān)視和處理。在早期這些電路由繼電氣電路來實(shí)現(xiàn)的，繼電氣電路的缺點(diǎn)是體積龐大，故障頻率高、功耗大、不易維護(hù)、不易改造和升級等。1986年，美國通用汽車公司（GM）鑒于傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的一系列缺點(diǎn)，提出了研發(fā)新型控制器的設(shè)想，總結(jié)出新型控制器應(yīng)具備的10項(xiàng)指標(biāo)，并公開在社會招標(biāo)，10項(xiàng)指標(biāo)是：編程方便，可在現(xiàn)場修改程序。維護(hù)方便，最好是插件式。可靠性高于繼電器控制柜。體積小于繼電器控制柜?？蓪?shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)。在成本上可與繼電氣控制柜競爭。輸入為交流115V。輸出為交流115V

36、/2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥、接觸器等。在擴(kuò)展時(shí)原有系統(tǒng)改變最少。10）用戶程序存儲器至少可擴(kuò)展到4KB。美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)這10項(xiàng)指標(biāo)，于1969年研制出第一臺控制器，型號為PDP-14，它的開創(chuàng)性意義在于引入了程序控制功能，為計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新的空間14。到了20世紀(jì)70年代，PLC技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入成熟期。推動PLC發(fā)展的動力主要來自于兩方面：首先是企業(yè)對高性能、高可靠性自動控制系統(tǒng)的客觀需求和追求。其次，大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，以及微處理器性能的不斷提高，為PLC技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)并開拓的空間。這兩個(gè)因素的結(jié)合，使得當(dāng)今的PLC控制器已經(jīng)在性

37、能上大大超過了前述的10個(gè)指標(biāo)?，F(xiàn)在,PLC控制器的程序存儲容量多以MB為單位，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，隨著微處理器的性能大幅提高，指令執(zhí)行速度達(dá)到微秒級，從而大大提高了PLC的數(shù)據(jù)處理能力。高檔的PLC可以進(jìn)行復(fù)雜的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，并增加了許多特殊功能。此外，PLC的通信功能和遠(yuǎn)程I/O能力也非常強(qiáng)大，可以組建成分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。4.1.3 模塊式PLC的基本結(jié)構(gòu)S7-300屬于模塊式PLC，主要有機(jī)架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成，各種模塊安裝在機(jī)架上。通過CPU模塊或通信模塊上的通信接口，PLC被連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計(jì)算機(jī)，其他PLC

38、或其他設(shè)備通信。1）CPU模塊CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟，它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出;存儲器用來儲存程序和數(shù)據(jù)。S7-300將CPU模塊簡稱為CPU（5V）。2）信號模塊輸入和輸出模塊簡稱為I/O模塊，開關(guān)量輸入、輸出模塊簡稱為DI模塊和DO模塊，模擬量輸入、輸出模塊簡稱為AI模塊和AO模塊，他們統(tǒng)稱為信號模塊，簡稱為SM。信號模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和CPU模塊的橋梁。3）功能模塊為了增強(qiáng)PLC的功能，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，減輕CPU的負(fù)擔(dān)，PLC廠家開發(fā)了各種功能模塊（簡稱為

39、FM）。它主要用于完成某些對實(shí)時(shí)性和存儲容量要求很高的控制任務(wù)。4）接口模塊CPU模塊所在機(jī)架稱為中央機(jī)架，如果一個(gè)機(jī)架不能容納全部模塊，可以增設(shè)一個(gè)或多個(gè)機(jī)架。接口模塊（簡稱IM）用來實(shí)現(xiàn)中央機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架之間的通信，有的接口模塊還可以為擴(kuò)展機(jī)架供電。5）通信處理器通信處理器（簡稱CP）用于PLC之間，PLC與遠(yuǎn)程I/O之間、PLC與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將S7-300介入工業(yè)以太網(wǎng)、MPI、PROFIBUS-DP和AS-i，或者用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信等。CPU模塊集成有MPI通信接口，有的CPU模塊還集成了其他通信接口。6）電源模塊PLC一般使用AC 220V電源或者DC 24V

40、電源，電源模塊（簡稱PS）用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的DC 24V電壓，供其他模塊和輸出模塊的負(fù)載使用。7）編程設(shè)備S7-300一般使用安裝了編程軟件STEP 7的個(gè)人計(jì)算機(jī)作為編程設(shè)備，可以生成和編輯各種文本程序和圖形程序，實(shí)現(xiàn)不同編程語言之間的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到PLC，也可以將PLC上的程序傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編輯和傳送。編程軟件還有對網(wǎng)絡(luò)和硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控和故障診斷等功能。CPU模塊通信接口電源模塊接口模塊輸出模塊輸入模 塊 其他設(shè)備其他PLC計(jì)算機(jī)擴(kuò)展機(jī)架通信網(wǎng)絡(luò)按鈕選擇開關(guān)限位開關(guān)電源接觸器電磁閥指示燈電源圖4-1 PLC控制系統(tǒng)示意圖

41、4.1.4 PLC的特點(diǎn)1）編輯方法簡單易學(xué)2）功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)4）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)5）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少6)維修工作量小，維修方便7)體積小，能耗低4.1.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域1）開關(guān)量邏輯控制2）運(yùn)動控制3）閉環(huán)過程控制4）數(shù)據(jù)處理5）通信聯(lián)網(wǎng)4.2 西門子S7-300選用依據(jù)本系統(tǒng)采用的是西門子的S7-300，其實(shí)S7-200也可以實(shí)現(xiàn)制動控制的功能。S7-200我們是所學(xué)過的，為了多學(xué)點(diǎn)知識老師給我們選用了S7-300， S7-300當(dāng)下比較流行，能實(shí)現(xiàn)功能更加強(qiáng)大的控制要求，被廣泛運(yùn)用于自動化領(lǐng)域中。對我們今后的工作會有一

42、定幫助15。S7-300是模塊化的中小型PLC，適用于中等性能的控制要求。品種繁多的CPU模塊、信號模塊和功能模塊能滿足各種領(lǐng)域的自動控制任務(wù)，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的模塊，維修時(shí)更換模塊也很方便。S7-300的每個(gè)CPU都有一個(gè)編程用的RS-485接口，使用西門子的MPI（多點(diǎn)接口）通信協(xié)議。有的CPU還帶有集成的現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP接口或PtP（點(diǎn)對點(diǎn)）串行通信接口。S7-300不需要附加任何硬件、軟件和編程，就可以建立一個(gè)MPI網(wǎng)絡(luò)，使用CPU集成的PROFIBUS-DP借口或通信處理器，S7-300可以作DP網(wǎng)絡(luò)上的主站或從站。功能最強(qiáng)的CPU CPU 319-3

43、PN/DP的RAM存儲容量為1400KB，可以插入8MB微存儲卡（MMC），有8192B個(gè)存儲器位，2048個(gè)S7定時(shí)器和2048個(gè)S7計(jì)時(shí)器，數(shù)字量輸入輸出最大為65536點(diǎn)，模擬量最大通道為4096個(gè)。S7-300有很高的電磁兼容性和抗振動抗沖擊能力。惡劣環(huán)境下SI-PLUS S7-300的環(huán)境溫度為-2570C。有更強(qiáng)的耐動性和耐污染性能。通過系統(tǒng)功能和系統(tǒng)功能快的調(diào)用，用戶可以使用集成在操作系統(tǒng)內(nèi)的程序，從而顯著地減少所需要的用戶存儲器容量，他們可以用于中斷處理、出錯(cuò)處理、幅值和處理數(shù)據(jù)等。S7-300有350多條指令，其編程軟件STEP7功能強(qiáng)大，可以使用多種編程語言，3種編程語言之

44、間可以相互轉(zhuǎn)換。STEP7用軟件工具來為所用的模塊和網(wǎng)絡(luò)設(shè)置參數(shù)。CPU用智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如超時(shí)、模塊更換等）。S7-300有看門狗中斷、過程報(bào)警、日期時(shí)間中斷和定時(shí)中斷功能。S7-300已將HMI（人機(jī)接口）服務(wù)集成到操作系統(tǒng)內(nèi)，大大減少了人機(jī)對話的編程要求。S7-300按指定的刷新速度自動地將數(shù)據(jù)傳送給SIMATIC人機(jī)界面16。4.3 模塊的選型與硬件圖4.3.1 S7-300模塊選型根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，進(jìn)行S7-300模塊的具體配置。CPU的確定：CPU 313C171）帶集成數(shù)字量和模擬量輸入/ 輸出的緊湊型CPU 2）滿足對處理

45、能力和響應(yīng)時(shí)間要求較高的場合。 3）帶有與過程相關(guān)的功能。CPU運(yùn)行需要微存儲卡CPU 313C 安裝有：微處理器處理器處理每個(gè)二進(jìn)制指令的時(shí)間達(dá)到 100 - 200 ns 2)擴(kuò)展存儲器64KB 高速 RAM (相當(dāng)于大約 21 K 的指令) 用于執(zhí)行相關(guān)的程序部分，為用戶程序提供充分的空間；微存儲卡（最大8 MB）作為程序的裝載存儲器，也允許在 CPU 中保存項(xiàng)目（包括完整符號和注解）。靈活的擴(kuò)展能力多達(dá) 31 個(gè)模塊，（4排結(jié)構(gòu)）多點(diǎn)接口 MPI;內(nèi)置 MPI 接口可以最多同時(shí)建立 8 個(gè)與 S7-300/400 或與 PG、PC、OP 的連接。在這些連接中，始終分別為 PG 和 OP

46、 各保留一個(gè)連接。通過“全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊”，MPI可以用來建立最多16個(gè)CPU組成的簡單網(wǎng)絡(luò)。內(nèi)置輸入/輸出;24個(gè)數(shù)字量輸入 (所有輸入可以用作報(bào)警處理) 和16個(gè)數(shù)字量輸出以及4和模擬量輸入和2個(gè)模擬量輸出,用于測量電流/電壓信號；以及1個(gè)附加輸入用于測量溫度。圖4-2 CPU 313C模塊電源模塊的確定：PS 307電源模塊1） 為S7-300/ET 200M提供電源2）將120/230伏交流電壓轉(zhuǎn)變到所需要的24伏直流工作電壓3）輸出電流2安、5安或10安電源模塊安裝在DIN導(dǎo)軌上(插槽1)，緊靠在CPU或IM 361 (擴(kuò)展機(jī)架上) 的左側(cè)。使用電源連接器 (已包括) 連接到的CPU或I

47、M 361上。模塊的前面板上有：1）電源輸出指示器用一個(gè)LED指示24伏直流輸出2）線電壓選擇開關(guān)一個(gè)帶有保護(hù)罩的開關(guān)可用來選擇120伏交流或230伏交流線電壓3）24伏直流的on/off開關(guān)。前面板上還有由蓋板保護(hù)著的4）連接端子線電源電纜，輸出電源電纜和保護(hù)接地可連接到這些端子上負(fù)載電源也可采用下列適配器安裝在35mm的DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上 (EN 50022)5）PS 307-1B和PS 307-1E各有一個(gè)適配器6）PS 307-1K有兩個(gè)適配器圖4-3 PS 307電源模塊4.3.2 硬件圖因?yàn)镃PU 313C自帶數(shù)字量與模擬量I/O口，所以不需要再添加數(shù)字量與模擬量模塊。輸入包括I0.

48、0的啟動開關(guān)、傳感器輸入，輸出有變漿系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)和變頻器。通過CPU 313C來控制。圖4-4 接線端口圖5 制動控制系統(tǒng)的PLC軟件設(shè)計(jì)5.1 控制系統(tǒng)中對PLC程序的具體要求當(dāng)發(fā)生故障或者其他原因需要停機(jī)時(shí)，先進(jìn)行變漿然后制動，轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行監(jiān)測確定是不是轉(zhuǎn)速小于規(guī)定值，達(dá)到要求時(shí)PLC輸出信號給發(fā)電機(jī)和變頻器進(jìn)行脫網(wǎng)操作，保證發(fā)電機(jī)組的安全。制動控制功能包括暫停，一般停機(jī)和緊急停機(jī)三種方式。制動控制方式如下：1）制動程序1，暫時(shí)停機(jī)制動，漿葉變槳到46度，發(fā)電機(jī)和變頻器脫網(wǎng)。2）制動程序2，制動程序3，一般停機(jī)制動，漿葉變槳到90度，發(fā)電機(jī)和變頻器脫網(wǎng)，一般停機(jī)制動又分為兩種，

49、兩者的區(qū)別是變槳的速度不同。3）制動程序4，制動程序5，緊急制動停機(jī)，漿葉變槳到90度，發(fā)電機(jī)和變頻器脫網(wǎng)，緊急制動停機(jī)又分為兩種，一種進(jìn)行機(jī)械制動，另一種就是當(dāng)?shù)谝环N方式不能停機(jī)時(shí)，這時(shí)松開機(jī)械制動，讓風(fēng)機(jī)自由旋轉(zhuǎn)，以免造成更大的故障。52 I/O對照表表5-1 變量分配表輸入地址號信息名稱注釋I0.0啟動“1”有效ID1電機(jī)轉(zhuǎn)速4-20mA輸出Q0.0漿距角向45變漿“1”有效Q0.1制動“1”有效Q0.3發(fā)電機(jī)并網(wǎng)“1有效Q0.4變頻器并網(wǎng)“1”有效Q0.5漿距角以5.5/s向90變漿“1”有效Q0.6漿距角以11/s向90變漿“1”有效Q0.7機(jī)械制動“1”有效53 制動控制流程圖1）

50、暫時(shí)停機(jī)制動槳距角向45變槳制動電機(jī)轉(zhuǎn)速小于200rpm開始發(fā)電機(jī)和變頻器脫網(wǎng)結(jié)束是否 圖5-1 制動程序12）一般停機(jī)制動結(jié)束否是 開始槳距角5.5/s向90變槳電機(jī)轉(zhuǎn)速小于150rpm發(fā)電機(jī)和變頻器脫網(wǎng)圖5-2 制動程序2開始槳距角11/s向90變槳否電機(jī)轉(zhuǎn)速小于150rpm是發(fā)電機(jī)和變頻器脫網(wǎng)結(jié)束圖5-3 制動程序33）緊急停機(jī)制動開始槳距角以11/s向90變槳機(jī)械制動電機(jī)轉(zhuǎn)速大于300rpm電機(jī)轉(zhuǎn)速小于50rpm圖5-4 制動程序4、5電機(jī)和變頻器脫網(wǎng)松開機(jī)械制動結(jié)束5.4 程序的具體實(shí)現(xiàn)1）程序12）程序23）程序34）程序4和56 總結(jié)本論文首先對我國風(fēng)力資源、風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、變速

51、恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、制動控制系統(tǒng)意義作了簡單的介紹。接下來就對課題的實(shí)際設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述。首先，從總體上對整個(gè)制動控制系統(tǒng)做出了具體的描述。其次，對傳感器選型、對PLC進(jìn)行闡述、對PLC模塊選型。最后，針對制動控制系統(tǒng)的實(shí)際控制要求，設(shè)定I/O對照表，進(jìn)行應(yīng)用程序的編程。使得整個(gè)系統(tǒng)能夠整合成一個(gè)統(tǒng)一的整體。由于本設(shè)計(jì)是一個(gè)實(shí)際工程項(xiàng)目的一部分，而我在學(xué)校里不能接觸到真正的現(xiàn)場環(huán)境，所以整個(gè)設(shè)計(jì)還有許多不完善的地方。比如：PLC程序比較簡單，跟實(shí)際有些區(qū)別；設(shè)備的選型沒有考慮經(jīng)濟(jì)性的要求等。但總的說來自己的收獲還是很大的：首先，利用這次機(jī)會了解了變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、學(xué)習(xí)了發(fā)電機(jī)組的制動控

52、制；其次，通過S7-300的學(xué)習(xí)、程序編程，學(xué)習(xí)了S7-300。參考文獻(xiàn)1 賀德馨.中國風(fēng)能開發(fā)利用現(xiàn)狀與展望J.太陽能學(xué)報(bào)(特刊),19992 中國能源的發(fā)展與展望R.北京:中國計(jì)量出版社,2003.3 陳宗器.風(fēng)力發(fā)電綜述與我國的開發(fā)設(shè)想J;電機(jī)與控制學(xué)報(bào);1997年03期4 王峰，姜建國.風(fēng)力發(fā)電機(jī)用雙PWM 變換器的功率平衡聯(lián)合控制策略研究J.上海交通大學(xué)電氣工程系，2009年11月5 陳云程，陳孝耀，朱成名編.風(fēng)力設(shè)計(jì)與應(yīng)用J.20096 王家楨，王俊杰編著.傳感器與變送器M.清華大學(xué)出版社，1996年8月。7 李立君,劉曉利. HYPERLINK 7/kns50/detail.aspx?dbname=CJFD2007&filename=KJXI200721130&filetitle