基于PLC的风力发电控制系统设计 - 图文

常州大学本科生毕业设计（论文）

3.2.3 其他器件的选型

风力发电控制系统中所需用到了一些电气元件有发电机、电动机、变压器、传感器、

分类

输入

表3-1 I/O地址分配表 名称 数据类型

BOOL 系统总启动

BOOL 变压器启动

BOOL 变压器停止

BOOL 机舱温控系统启动

BOOL 机舱温控系统停止

BOOL 机舱温控系统急停

BOOL 塔架内部温控系统启动

BOOL 塔架内部温控系统停止

BOOL 塔架内部温控系统急停

BOOL 温度控制系统总启动

BOOL 温度控制系统总停止

BOOL 系统启动显示灯

BOOL 发电机启动

BOOL 向左偏航

BOOL 向右偏航

BOOL 合适风向显示灯

BOOL 风速过大警报显示灯

BOOL 机舱电动机

BOOL 塔架内部电动机

BOOL 温控进气阀进气

BOOL 变压器运行

BOOL 变压器停运

WORD 风速

WORD 风向

WORD 机舱温度

WORD 塔架内部温度

WORD 机舱进气阀进气

WORD 塔架内部进气阀进气

I/O口地址

I0.0 I0.1 I0.2 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q2.0 Q2.1 AIW0 AIW2 AIW4 AIW6 AQW0 AQW2

输出

EM231 EM232

继电器、接触器和熔断器等。 （1）电机的选择：

风力发电机选用双馈异步发电机。型号：YRKF500-4（空-空冷式双馈异步发电机）。 偏航控制电机选用带电磁制动的三相异步电动机。型号：MQAEJ系列电磁制动三相异步电动机。

温度控制送风电动机选用三相异步电动机。型号：YLJW系列力矩三相异步电动机。 （2）变压器的选择：

变压器选用干式自冷变压器SCB10-M-630/10，低压侧为380V，高压侧则在3000V以上。

（3）传感器、继电器的选择：

风速风向传感器使用PH100SX型号[12]。 温度传感器选用PT100风管式温度传感器。

第20页 共46页

常州大学本科生毕业设计（论文）

表3-2 存储器注释表

注 释

风速参数大于3m/s 风速参数大于15m/s 风向参数在145°~155°区间 风向参数在155°~165°区间 风向参数在165°~171°区间 风向参数在171°~189°区间 风向参数在189°~195°区间 风向参数在195°~205°区间 风向参数在205°~215°区间 机舱温控运行标志位 塔架内部温控运行标志位 变压器运行标志位 变压器停止运行标志位

PLC运行时这一位始终为1，是常ON继电器

PLC首次扫描时为1，一个扫描周期。常用于调用初始化 该位提供了一个周期为1秒钟，占空比为0.5的时钟 用于存放数据，如运算数据、中间数据和结果数据

接收外部的开关信号 控制外部负载的开关信号

存储器名称

通用辅助存储器M0.1 通用辅助存储器M0.2 通用辅助存储器M0.3 通用辅助存储器M0.4 通用辅助存储器M0.5 通用辅助存储器M0.6 通用辅助存储器M0.7 通用辅助存储器M1.0 通用辅助存储器M1.1 通用辅助存储器M2.0 通用辅助存储器M2.1 通用辅助存储器M3.0 通用辅助存储器M3.1 特殊存储器SM0.0 特殊存储器SM0.1 特殊存储器SM0.5

累加寄存器AC0、AC1 输入映像寄存器I0.0~I1.7 输出映像寄存器Q0.0~Q2.7

（4）接触器的选择：

发电机的开关使用交流接触器。选用西门子的3TB系列接触器。

电机的过载保护需要使用继电器进行保护。选用继电器型号为LCD-84发电机差动型，它适应于大型交流发电机差动保护电路中。 （5）熔断器的选择：

熔断器保护作为电路过载保护最常用的一个手段运用于本文各个电路模块中。在发电机处可以选用型号为LMZD2-20的高压熔断器；偏航、变桨距以及温度控制模块选用RT18低压熔断器。 3.3 本章小结

本章从系统总体设计方案到各个具体模块设计方案有层次地阐述每个系统的具体工

作原理和工作过程，绘制相关控制流程框图。提出对于这个系统的方案相匹配的电气元件，并对对它们进行选型。最后指出控制系统的I/O地址分配表。

第21页 共46页

常州大学本科生毕业设计（论文）

4 可编程控制器及控制程序

4.1 可编程控制器简介

可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称为PLC。PLC最早是由六十年代末美国通用公司的末迪康提出来的[12]。他的设计理念是用于汽车制造流水线的需要，使用一种新型的控制器来代替那时广泛使用于工业中的继电器来控制整个流程的进行。他认为这种控制器运作可以减少控制管理汽车组装改型时的时间和物资。

在1969年，世界上第一台可编程控制器在美国数字设备公司研制成功，配给美国通用汽车公司在汽车自动组装线上进行控制管理操作，结果非常成功。自这时期起，可编程控制器进入人们的事业，这项新型的技术也在逐步提高以供市场的需求。

可以说，早期的可编程控制器就有很多项功能，例如计数、定时、逻辑运算、双向控制等，应用于工业中的各行各业，取得很好的成效。随着科技水平的不断推进，可编程控制器也跟紧着步伐踏入了集成电路的行列。20世界七八十年代正是计算机技术与微电子控制技术开发和发展的时代，可编程用微电子控制计算或是中规模集成电路、大规模集成电路进行制造使之具有数据处理、数据存储、数据传递等功能。PLC迅速发展过程中体积变小，功耗降低，安全可靠性变高，功能强大自动化程度高，变为人们生活生产中不可或缺的“多功能助手”。

新时期PLC的发展方向有以下几个方面：内部硬件做到高速化，系统化，模块化，容量大，品种多；内部软件做到用户编程语言多样化；通信方面更加快捷，各国家各企业都可方便联系，向大规模联方向发展网；减少功耗，体积减小，整体轻巧，减少赘余。

接下来介绍下PLC的组成，功能，应用领域等相关方面的知识。 4.1.1 PLC的基本结构

PLC发展至今，已出现多种型号，多种规格的产品，而PLC的基本结构都是基本的这四大类：CPU模块，输入模块，输出模块和编程器。其他的特殊功能由另外的特殊功能模块执行。

CPU模块是可编程控制器的核心部分。它由微处理器（CPU）、控制电路、运算器与寄存器组成。其中存储器分为系统程序存储器与用户程序存储器。系统程序是可编程控制器的内置操作系统程序，处理协助人们完成编辑程序，输入参数等它固化在只读存储器之中；用户程序是用户自己设计，下载并且安装在存储器内。PLC使用随机存取存储器、只读存储器、可擦除编程只读存储器等物理存储器。它的功能是采集参数，输入和输出数据，负责执行应用程序；储存数据和程序等。

输入模块与输出模块简称为I/O模块。它是将外部现场设备和CPU模块联系起来的桥梁。其中输入模块接受和采集各类信号，有开关量输入输出模块，模拟量输入输出模块两种。开关量输入模块接受按钮启停开关，选择开关等开关量信号；模拟量输入模块接受连续变化的模拟量电流电压信号。I/O模块中用小型继电器、耦合器等隔离内部电路与外部I/O电路，所以有电平转换与隔离的作用。

编程器模块是PLC的又一重要组成部件，主要同于编辑用户程序，还可以检查，

第22页 共46页

常州大学本科生毕业设计（论文）

修改程序，监视程序的运行状况等。通常情况下有5种编程语言：顺序功能图、梯形图、功能图、指令表和结构文本，供用户输入程序。 4.1.2 PLC的工作原理

PLC的操作模式有两种，分别为运行（RUN）模式和停止（STOP）模式。PLC的工作方式是周而复始、不断循环的，称为扫描工作方式。PLC一开始启动后先要对硬件和内部软件进行初始化工作。PLC要连续不停地分阶段处理各种任务和程序。在运行模式，控制器执行内部程序来实现控制管理，其过程是读取输入，将数据信息存放在输入过程映像寄存器和输出过程映像寄存器中，执行用户程序，CPU从指令的第一条开始执行，逐条执行用户的程序，然后进行通信处理，接受请求方信息并将信息传递给对方，紧接着自诊断检查，定期检查处理器内操作和各模块工作状态，最后是改写输出，CPU执行完用户程序后，将输出过程映像寄存器中数据传输到输出模块，并且锁存数据，这一阶段的工作完成，控制器就进入下一阶段重新对另一用户程序开始工作，一直循环下去。在停止模式时，和运行模式相似，控制器一个阶段有历读取输入、处理通信请求、自诊断和改写输出四步，完成后进入下一阶段，周而复始地工作下去。控制器通常还会进行处理中断程序，或用I/O指令直接存取I/O点等工作[12]。 4.1.3 PLC的特点

PLC作为人类智慧的结晶和先进科技的产物，已成为人们生活生产应用极其广泛的控制工具。PLC具有很多优点[12]是过去许多控制器不能匹及的。 （1）功能强大，性价比高。

PLC是一个具有编程功能的智能元件，因为它可以被用户编辑程序，所以它的控制功能就具有很多种类，小到极其简单，大到异常复杂的控制功能都可以实现。此外它还有存储、运算、传输数据的功能，还能通信连网，进行集散管理与控制。PLC的成本逐年降低，性能逐年提升，越来越来获得消费者的需求，具有很高的性价比。 （2）编程方法多样、简单易学

前面说到PLC的编程语言有国际上通用的5类，尤其是梯形图，形象直观，很易理解，所以应用最多。

（3）硬件配置完整、体积小，能耗低、使用便捷有效

PLC现在已大都整体化，各部分模块化，系统化。硬件装置品种配备齐全，各部分功能都可完成。PLC体积小，内部系统配线少，能耗低。用户使用方便，能快速地进行系统配置，程序运行等。PLC还有带负载能力，可以驱动各种小型电气设备。 （4）可靠性高、抗干扰能力强

PLC不像以前继电器那样由于触点接触不良造成误操作，PLC的开关量启停都使用软件完成，所以它具有很高的工作可靠性和安全性。PLC在硬件上和内部软件上都采用了抗干扰措施，使用它的抗干扰性很高。 （5）易于维修、自我诊断

PLC的故障出现率低，若发生故障，内置程序能快速查找出故障原因。常使用更换模块的方法来排除故障。

第23页 共46页