西門(mén)子杯全國(guó)生工業(yè)自動(dòng)化挑戰(zhàn)賽應(yīng)用型賽項(xiàng)工程設(shè)計(jì)

GB/T19069-IEC61400-風(fēng)力發(fā)電機(jī)組第一部 風(fēng)力發(fā)電機(jī) GB/T19069-IEC61400-風(fēng)力發(fā)電機(jī)組第一部 風(fēng)力發(fā)電機(jī) GB/T25385-GB/T19963-NB/T31003-QX/T73-二、系統(tǒng)分析（包括甲方需求分析、對(duì)象特性分析、系統(tǒng)安全分析等（一、甲方需求參數(shù)55個(gè)，其中模擬量輸入共312為各模擬量輸入的參數(shù)范圍及其對(duì)應(yīng)地址。其中有3組相互校驗(yàn)量，分別為風(fēng)速1~2、風(fēng)向1~2，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速1~3。2模擬量輸入列序名下上單相對(duì)地10 20 3-0 4二、系統(tǒng)分析（包括甲方需求分析、對(duì)象特性分析、系統(tǒng)安全分析等（一、甲方需求參數(shù)55個(gè)，其中模擬量輸入共312為各模擬量輸入的參數(shù)范圍及其對(duì)應(yīng)地址。其中有3組相互校驗(yàn)量，分別為風(fēng)速1~2、風(fēng)向1~2，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速1~3。2模擬量輸入列序名下上單相對(duì)地10 20 3-0 4-0 50 6- 7-℃ 8-℃ 9-0 0 0 變量名設(shè)計(jì)參變量名設(shè)計(jì)參3001215432515501.2-1800~+18000~900 0% -℃ -℃ 00 00 00 0% 0 -℃ - - 0V 0V 0V 0A 0A 0A 01 01 3數(shù)字量輸入列序名下上說(shuō)地1011為正常，0 2011為順時(shí)針偏航，0 3011為逆時(shí)針偏航，0 4011為轉(zhuǎn)動(dòng)，0 5011為轉(zhuǎn)動(dòng)，0 0% -℃ -℃ 00 00 00 0% 0 -℃ - - 0V 0V 0V 0A 0A 0A 01 01 3數(shù)字量輸入列序名下上說(shuō)地1011為正常，0 2011為順時(shí)針偏航，0 3011為逆時(shí)針偏航，0 4011為轉(zhuǎn)動(dòng)，0 5011為轉(zhuǎn)動(dòng)，0 6011為轉(zhuǎn)動(dòng)，0 7011為轉(zhuǎn)動(dòng)，0 801 9011為正常，0 011為正常，0 011為松開(kāi)，0 011為松開(kāi)，0 011為并網(wǎng)，0 4模擬量輸出列5數(shù)字量輸出列（二）對(duì)象特性分對(duì)象運(yùn)行環(huán)境特性：海上風(fēng)電場(chǎng)具有海平面粗糙度小、風(fēng)切變小、不必考慮噪聲污染等優(yōu)點(diǎn)變槳距系統(tǒng)特性：風(fēng)4模擬量輸出列5數(shù)字量輸出列（二）對(duì)象特性分對(duì)象運(yùn)行環(huán)境特性：海上風(fēng)電場(chǎng)具有海平面粗糙度小、風(fēng)切變小、不必考慮噪聲污染等優(yōu)點(diǎn)變槳距系統(tǒng)特性：風(fēng)機(jī)采用液壓統(tǒng)一變槳，變槳距控制保證了風(fēng)力發(fā)電機(jī)在更大的風(fēng)速范圍內(nèi)10s4m/s,，風(fēng)機(jī)通過(guò)變槳機(jī)構(gòu)合理控制槳距角，以獲得足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或超過(guò)12m/s時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)槳距角使風(fēng)機(jī)始終運(yùn)行在額定點(diǎn)附近；當(dāng)平均風(fēng)速超過(guò)25m/s90度側(cè)風(fēng)，使風(fēng)輪背離風(fēng)向減小沖擊和載荷；當(dāng)風(fēng)速回到工作風(fēng)速區(qū)偏航系統(tǒng)特性個(gè)偏航系統(tǒng)由異步電動(dòng)機(jī)及減速機(jī)航調(diào)節(jié)系統(tǒng)和扭纜保護(hù)裝置等部分組成序名上下說(shuō)地1011偏航，0 2011偏航，0 3011為松開(kāi)，0 4011為松開(kāi)，0 5011閃爍，0 6011閃爍，0 7011為并網(wǎng)，0 序名下上單相對(duì)地1- 200 300 400 轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性1.2°/s，變槳速度分快速變槳(8°/s)和正常變槳（4°/s，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速達(dá)53.3rpm時(shí)，經(jīng)齒輪箱升速（增速比1:28.1，發(fā)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速1550rpm，閉合并網(wǎng)開(kāi)關(guān)，風(fēng)力發(fā)電904m/s0°方向轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)輪開(kāi)始啟溫度特性：運(yùn)行中風(fēng)機(jī)的各部件將會(huì)引起溫升，控制器環(huán)境溫度應(yīng)為0~30℃，齒輪箱油溫應(yīng)小于統(tǒng)將投入運(yùn)行，限制發(fā)電機(jī)的功率到最大功率的50%，待溫度下降到設(shè)定范圍時(shí)，恢復(fù)到最大功率。6系統(tǒng)故障監(jiān)控系統(tǒng)特性監(jiān)控系統(tǒng)特性電力參數(shù)監(jiān)測(cè)：包括定子電壓1~3、定子電流1~3、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、發(fā)態(tài)、偏航角、偏航電機(jī)1~4狀態(tài)。（三）系統(tǒng)高，電網(wǎng)側(cè)電壓突然劇烈下降等等等三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（等控制邏輯以流程圖表達(dá)3.1風(fēng)力機(jī)整體運(yùn)行控制概三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（等控制邏輯以流程圖表達(dá)3.1風(fēng)力機(jī)整體運(yùn)行控制概1500rpm3.2風(fēng)機(jī)全自動(dòng)啟剎車(chē)開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)變槳系統(tǒng)；風(fēng)力機(jī)組慢慢啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速連續(xù)增高，當(dāng)轉(zhuǎn)速升到發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速1500rpm3.2偏航控制系剎車(chē)開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)變槳系統(tǒng)；風(fēng)力機(jī)組慢慢啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速連續(xù)增高，當(dāng)轉(zhuǎn)速升到發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速1500rpm3.2偏航控制系偏離風(fēng)向90°角。34PIDtuke edt d4PIDtuke edt d0Ti為積分時(shí)Td為微分時(shí)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)是時(shí)間離散控制系統(tǒng)，通常固定時(shí)間采樣1次，在控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的PID控制算式變ku(k)kc[e(k) e(i)Td(e(k)0i公式注釋：e為風(fēng)向角與風(fēng)機(jī)軸向偏差，u為偏航角度輸出，k 自動(dòng)偏航控自動(dòng)解6自動(dòng)解6向累計(jì)達(dá)到3.3變槳控制系從而起到氣動(dòng)制動(dòng)的作用（停機(jī)控制時(shí)給出變槳控制系統(tǒng)分為兩個(gè)分支三個(gè)狀態(tài)（轉(zhuǎn)速控制，不控制，功率控制3.3變槳控制系從而起到氣動(dòng)制動(dòng)的作用（停機(jī)控制時(shí)給出變槳控制系統(tǒng)分為兩個(gè)分支三個(gè)狀態(tài)（轉(zhuǎn)速控制，不控制，功率控制P1小于額定功率允許的誤差范圍后減小槳距角（1.變槳控制72.變槳控制系3.轉(zhuǎn)速及功率控2.變槳控制系3.轉(zhuǎn)速及功率控在低風(fēng)速下,風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪雖然可以旋轉(zhuǎn),但由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速很低并不能有效的輸出電能,4m/s時(shí)0°，隨著風(fēng)速的不斷升高,發(fā)電機(jī)也不斷加大功率,1000r/s0120r/s21500r/s1500r/s883.4停機(jī)系1.停機(jī)系統(tǒng)具體流3.4停機(jī)系1.停機(jī)系統(tǒng)具體流圖91010111112122.安全鏈132.安全鏈134.1PLC4.1PLCSIMATICSIMATIC符合D，T4A（4）通訊，SIMATICS7-1200PROFINET（5）PROFINETPROFINET人機(jī)接口（HMI）設(shè)SIMATICISO-on-S7CAT5PGPC人機(jī)接口（HMI）設(shè)SIMATICISO-on-S7CAT5PGPCCPU（9）SIMATICS7-1200ULCSAC22.2No.FMClassI,div.2,groupA,B,C,D;T4AClassI,Zone2,IIC,VDEEMC指令的要求符EN50081-1、50081-250082-CSAC22.2No.FMClassI,div.2,groupA,B,C,D;T4AClassI,Zone2,IIC,VDEEMC指令的要求符EN50081-1、50081-250082-是免費(fèi)提供維護(hù)服務(wù)的；ML1400有板載模擬功能；不提供免費(fèi)維護(hù)服務(wù)（所用的電池7：S7-1200CPU集成I/O口及擴(kuò)展能力對(duì)比4.2.I/OCPUCPUCPU6輸入/48輸入/614輸入/102223CPUCPUCPUCPU信號(hào)模塊無(wú)28或通信板333信號(hào)板（SB）通信111I/OSM：僅輸入8*模擬量輸入3個(gè)，輸入/輸出組合4*模擬量輸入/2*模擬表8：模擬量擴(kuò)展模塊類增加一個(gè)①通信模塊（CM）PROFIBUSProfibus-DP。PROFIBUS–DPI/OSM：僅輸入8*模擬量輸入3個(gè)，輸入/輸出組合4*模擬量輸入/2*模擬表8：模擬量擴(kuò)展模塊類增加一個(gè)①通信模塊（CM）PROFIBUSProfibus-DP。PROFIBUS–DPDPDecentralizedPeriphery。它具有高速低成本，用于設(shè)備級(jí)24VDC電流。模擬量擴(kuò)展模塊SM1231，SM1234電壓為0-10V之間，最大電壓不超過(guò)35V。功率預(yù)算表9采樣功率預(yù)CPU5241600400減524CPU1214C14點(diǎn)輸入/10-14*4mA=5610*11mA=1101CM1243-5，5V220-3SM12318*133*90mA=2703*45mA=1351SM12344點(diǎn)輸入/2點(diǎn)輸80570361524類輸入/輸出組③模擬量·112·116·116④模擬量·4×·4×16·8×–416–816416816·2×·4×103039103039E-WT使其與電腦實(shí)現(xiàn)通信連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各監(jiān)控量進(jìn)行實(shí)時(shí)的可視化監(jiān)控。14表10：接口連接SM（8*模擬量輸入AI-AI-AI-AI-AI-AI-AI-AI-SM（8*模擬量輸入AI-AI-AI-AI-AI-AI-AI-AI-SM（8*模擬量輸入AI-AI-AI-AI-AI-AI-AI-AI-CPU表10：接口連接SM（8*模擬量輸入AI-AI-AI-AI-AI-AI-AI-AI-SM（8*模擬量輸入AI-AI-AI-AI-AI-AI-AI-AI-SM（8*模擬量輸入AI-AI-AI-AI-AI-AI-AI-AI-CPUAI-AI-AI-AI-AI-AI-AO-AO-CPUDIa-DIa-DIa-DIa-DIa-DIa-DIa-DIa-DIb-DIb-DIb-DIb-DIb-DOa-DOa-DOa-DOa-DOa-DOa-DOa-DOa-DOa-5.15.1監(jiān)控畫(huà)面（包括數(shù)據(jù)顯示、趨勢(shì)顯示、操作報(bào)警等監(jiān)控畫(huà)面（包括數(shù)據(jù)顯示、趨勢(shì)顯示、操作報(bào)警等5.3響應(yīng)曲線及5.3響應(yīng)曲線及SIMATICS7-1200同樣有著其他同PLC所不可比擬PLC，S7-1200在研發(fā)過(guò)程中充分考慮了系統(tǒng)、控制器、人機(jī)界面和軟件的無(wú)縫整合和高效協(xié)調(diào)的需求。其集成PROFINET