PLC调速系统对风电机组的偏航控制研究.pdf

自动化控制 A u t o ma t ic C o n t r o l P L C调速系统对风电机组的偏航控制研究 在水 平轴风 力发 电机 组 的控 制 系统 当 中，偏 航控 制 系统是 一 个十 分 重要 的组成 部 分。在偏 航 控 制 系统 当中，利用 风 向标和 风 向仪 ，从 机舱 当中 向风 电机组 的 控制器中传递获取的相关信 息。 然后 有 中央处 理单 元进 行相应 的 处理 和分 析，从 而确 定是 否 需要 运 行 偏航 驱动 装 置，对风 向 和机 舱 的角度 进行 调 整。通 过这 一过 程 ， 能够确保 风 轮 的叶 片始终 朝 着迎 风 的方 向，从 而确保 在风 力 发 电机组 的运 行 过程 当中，能 够 对风动能进行充分的利用。 【 关键 词】P L C调速 系统 风 电机组 偏航控制 在 当前 的工业 领域 当 中，P L C是 一种 新 型的工业控制装置 ，在运行和应用过程中具有 维护方便 、组合灵活、功能强大 、可靠性高等 特点 ，尤其在工业 自动化生产领域当中 ，得到 了十分广泛的应用。近年来，随着相关技术的 发展 ，变频器作为一种交流 电动机变频调速装 置，经过不断的发展和优化，也得到了越来越 广泛 的应用 ，具有 调速精度 高、 保护 功能完善 、 易于实现复杂控制、过载能力强、响应速度快 等 特 点。因此 ，通过 结合 P L C与变频 器，构 成变频闭环调速系统，从而对转角和转速进行 良好的控 制。 1调速系统的构成及原理 在 以 P L C模拟 量方式 为基础 的变频 闭环 调 速偏 航控 制 系统 当中 ，主要包 括 了 P L C、 模拟量输入模块、模拟量输出模块、旋转编码 器 、电动机 、变频器等部分 在该调速系统 当 中，光电旋转编码器 同轴连接 电动机 ，利用 0 伏 到 5伏 的电压对 电机 的转速进 行转 换。然后 向 P L C模 拟量模 块 的一 路输 入端进 行反馈 。 在模拟量模块的另一路中，输入 0 伏到 1 O 伏 的模拟量输入信号，此为给定量。在 P L C内 部，对 转换 电压 与给 定 电压共 同进 行 P I D运 算处理， 然后利用 P L C模拟量模块输出端子， 对一路0 伏到 1 O 伏的直流电压信号进行输出， 以此对变频器的输出进行控制 通过这种方式 能够实现闭环调速控制，从而满足精确、平稳 的运行速度要求 。 这 一系 统功 能与偏 航控 制系 统控 制要求 相 一致 ，风向传 感器 向比较器传递风 向信 号， 在 比较 当前机舱位置 之后，向控制器传递 比较 值 。控制器经过对 比较值 的计算 ，向执行器传 递计算 结果。执 行器根据这 一结果进 行工作， 对机舱 角度进 行调整，也就是开始进行偏 航。 霍尔传感器、光电编码器等监测装置将向比较 文／ 田文海龙飞宋锋刘芳 器反馈偏航结果 ，然后重新 比较其与风向给定 值 。通过不断重复这一流程 ，最终实现与风 向 给定值相一致的机舱实际方向，从而完成偏航 控制的工作 。 2硬件选择及设置 2 ．1 P L C 在 P L C的选 择 当中，结合被 控对 象的工 艺要求、 自诊 断功能、扫 描速度、I ／ O点数等 客观因素，以及 自身的性价比来进行选择。其 中，德 国西 门子 公司生 产 的 P L C具有 十分 良 好 的性能 ，其数字 量 I ／ O 点、模 拟量 I ／ O点、 可连接扩展模块、I ／ O点最大扩展量等都能够 满足 实际的应 用需求。同时，其程 序和数据存 储空间、高速计数器、高速脉冲输出、通信编 程 口等，也较为充足。并且还具有 自由方式通 信能力、MP I 通信协议 、P P I 通信协议等功能。 此外，相比于早期型号的 P L C，还添加 了数据 记录、诊断 L E D、自正定 P I D、线形斜坡脉冲 指令等新功能。 2 ． 2变频器 在选 择变 频 器 的过程 中，应 当充 分的考 虑到其容量方面的 问题 。 在变 频调速 的过程 中， 由于供 电频率之会 发生变化 ，因此 电机转速也 会随之改变。变频器在与不同型号电动机配合 使用的过程中， 必须对其容量进行合理的选择。 在 实际选择过程 中， 可根据 电动机的具体参数， 来选择能够与之相匹配 的变频器 。如果 由一台 变 频器对一台电机进行驱动，在选择变频器容 量的时候，应当确保电动机的额定 电流在变频 器的额定 电流之下 ，或是所选变频器能够适配 功率更大的 电动机 。 2 ． 3模拟量模块 在 P L C的模 拟量 处理过 程 中，主要是 利 用模拟量 的输入和输 出模 块、以及相应 的用户 程序 来实现 的。模 拟量模 块在对 传感器输出标 准信号进行接收之后，将其转换为数字信号， 并在 P L C当中进行存储和处理。经过处理的 最终结果对执行元件进行驱动。 在实际应用中， 所选择的模块可以是混合了输入输出功能的模 块，能够 同时连接多路模拟量输 出和输入 。在 模拟量模块当 中，主要 的作用是对旋转编码器 输 出的反馈量 ， 以及 给定电压等信 号进 行采集 。 在实际应用当中，对于输入信号，还应当根据 其范 围进行整定 。 2 ． 4旋转编码 器 旋 转编 码器 主 要用 于对转 速进 行测 量 。 光点旋转编码器能够利用光电转换，将轴的角 速度、角位移等机械量进行输出，并将其转换 为相应的电脉冲 ， 通过数字量 的形 式进行输 出 1 5 8 电子技术与软件工程E l e c t r o n i c T e c h n o lo g y S o f t w a r e E n g i n e e r i n g 在实际输 出过程中 ，主要包括单路输 出和双路 输 出等方式 。其中涉及到 了每转 的供 电电压 、 脉冲数等技术参数 。其 中，旋转编码器输 出一 组脉冲，即为单路输出，如果旋转编码器输出 两组 9 O度 相位差 的脉冲 ，则为双路输 出。通 过这两种脉冲输 出，能够对旋转的方 向和转速 进行判 断。 3 系统软件 在 P LC调速 系统 当中，软件 设计 主要 指 的就是 P L C的相关程 序设计 。在 设计 P L C程 序的过程中，应当对 给定量和反馈 量这两 路模 拟输 入量，以及按钮 等外部开关信号输 入进行 接收。然后 标准化整定这些模拟输入量，同时 进行相应的 P I D计算 。最后整定得出的计算结 果，交由模拟量输出端子进行输 出。通过这一 步骤 ，实现 P L C调速 系统对 风 电机 组 的偏航 控制 。 4结论 偏航 控制 系统 是风 电机 组当 中的重 要组 成之一 ，在风 电机组 的运行过程 中，发挥 了十 分重要的作用。在偏航控制的过程当中，根据 实 际 的需求 ，采 用 P L C调 速 系统进 行控制 ， 具有软启动性能 良好、结构简单 、带负载能力、 配置 灵活等优 势，其稳态 性和动 态性 都能够 满 足 风电机 组的实际运行需求，对 于风力发电具 有 良好的意义。 参考文献 【 1 ] 陈雪峰 ， 李继猛 ， 程航 ， 李兵 ， 何正嘉 ． 风 力发 电机 状态监测和故障诊 断技 术的研究 与进展 [ J ] ．机 械 工程 学报 ， 2 0 1 1 ， 0 9 4 5 5 2． [ 2 ]2 魏 列江 ，张振华 ， 胡 晓敏 ，王喜 良 ．中小 型风 力机偏航 控 制 系统设计 [ J ] ．西华 大 学学报 自然科学版 ， 2 0 1 1 ， 0 2 7 5 7 7 ． [ 3 ] 宋建军 ， 张扬 ， 张长安 ， 杨丰 ．基于模糊 控制 的风 力发 电机组 偏航 系统研 究 ⋯ ． 电网与清洁能源 ， 2 0 1 1 ， 0 7 7 8 - 8 1 ． [ 4 】 郑翔宇，艾斯卡尔， 董开松 ， 谢永涛 ， 马 喜平 ， 李臻 ．中外风电规程关键技术要求 研究及其探讨 ⋯ ．高压 电器 ， 2 0 1 5 ， 0 6 1 8 ． ’ 作者简介 田文海 1 9 8 2 一 ，男，辽宁省葫芦岛市人。 大学本科学历。毕业于东北大学；现为沈阳鼓 风机集团自动控制系统工程有限公司中级工程 师 ，主要研究方向为控 制 系统 开发 作者单位 沈阳鼓风机集团自动控制系统工程有限公司 辽 宁省沈 阳市1 1 0 1 4 2