基于PLC的风力发电机偏航控制系统的设计
摘要：随着时间推移和环境问题日益加剧，全球对清洁风电技术的认可度不断提升，迫使人类更加重视全球环境问题。本文着重讨论的航向控制系统，在风能发电机组中扮演着至关重要的角色。偏航机构通常位于飞机机舱的底部，并通过偏航轴承与机舱相连接。当气流的方向发生改变，气象仪器就会发送信号给控制系统，控制驱动装置的运转，小齿轮在大齿轮上转动，从而带动机舱旋转，确保风车对准气流方向。机舱的旋转方向会通过接近开关进行监测，当机舱偏航角度达到极限时，限位开关会立即触发控制装置发出信号，停止机组运转并进行反转解缆。确保风力发电机在操作过程中始终采用偏航控制，使其能够自动调整方向以保持面对风的状态。
关键词：精确控制；脉冲发送；PLC
Design of handling and conveying system based on PLC control
Abstract: As fossil resources are increasingly being exhausted and there is more focus on the global environmental degradation， the clean and green wind power technology has received great attention globally.This design mainly researches the yaw system which is an important component of the wind turbine. Because the yaw mechanism installed at the bottom of the engine room and connected to the engine room through the yaw bearing. When the wind changes， wind vane will send the signal to the control system to control the drive work. The pinion rotates in a circular manner on the extensive gear ring， which in turn causes the engine room to undergo rotational movement， thereby facilitating the alignment of the wind wheel turbines in the direction of the wind. When the rotational direction of the engine room is in close proximity to being detected by the switch， and when the engine room attains the maximum yaw angle in the same direction， the limit switch promptly transmits the signals to the control device without delay. Subsequently， the control device promptly initiates the emission of a signal to bring about the swift cessation of the unit's operation and the reversal of the cable looping process. After undergoing these aforementioned processes， the yaw control is successfully achieved， and the wind wheel is maintained in a state of being oriented towards the wind. Based on the working principle of the yaw system， this design is purposed to resolve the following issues.
Keywords: Precise control; Pulse sending; PLC.
目录
第一章 引言 1
1.1风力发电机偏航控制的研究背景 1
1.2风力发电机偏航控制发展与研究概况 2
1.3风力发电机偏航控制发展前景 2
1.3本课题的主要研究内容 3
第二章风力发电机偏航控制方案设计 5
2.1风力发电机基本构成和原理 5
2.2风力发电偏航系统介绍 5
2.3风力发电机偏航系统组成 6
2.4偏航控制系统的功能及原理 7
2.5偏航控制系统的功能及原理 8
第三章 风力发电机偏航控制系统的硬件选型 9
3.1PLC选型 9
3.2磁性开关选型 11
3.3伺服驱动器选型 12
3.4空气开关选型 14
3.5熔断器选型 15
3.6风速检测传感器选型 16
3.7运行指示灯选型 17
第四章 控制输送系统的电气原理图设计 19
4.1 PLC输入输出点分配 19
4.2PLC外部硬件接线图 19
4.3电机回路接线图 20
第五章 偏航控制系统的触摸屏和程序设计 22
5.1风电机偏航系统工作过程 22
5.2程序梯形图 24
第六章 控制系统触摸屏画面运行 29
6.1 PLC和触摸屏通信 29
6.2触摸屏运行画面监视 32
结论 34
致谢 35
参考文献 36
附录 37
第一章 引言
1.1风力发电机偏航控制的研究背景
能源是维持人类社会运转所必需的基本物质，是保证国家经济持续增长的重要支柱。由于资源稀缺和环境恶化问题愈发严重，人类对环境问题的关注日益加深。因为这个原因，全球各地都对开发新型的清洁能源给予了极大的关注。在所有利用清洁能源和二次能源发电的技术中，风能发电技术被认为是最成熟、成本最低、环境污染最轻的，同时在开发规模和商业前景方面也最具潜力。风力发电技术的推广将在维护生态平衡、经济健康可持续发展等多方面发挥重要作用。
我国的风能资源很多，但我国在风力发电方面起步较晚，直到20世纪60年代才开始研究实用的新型风力发电机。上世纪七十年代之后，风力发电逐渐崭露头角，不仅总装机容量增加，制造技术也不断进步。风电行业内部共识日益凝聚，整体发展方向朝着规模更大、质量更高、能源转换率更高的目标迈进。
风力发电是利用风能的主要技术手段，是可再生能源领域的重中之重，市场潜力巨大、发展前景一片光明，将为国家经济健康稳定提供重要支撑。风力发电系统中的风机是十分关键的，保证风机组的安全、稳定和经济性运行具有至关重要的意义。因此，积极推动风力发电技术的研究，充分利用风力资源并持续推进风能开发具有极其重要的意义。
当风力发电机的风轮与风向的夹角偏离90°时，风轮的吸收效率会受到影响，风能转换效率会下降，同时会增加风机的负荷。偏航系统是通过一系列元件实时追踪风向变化，利用动力元件带动整个机舱动作，确保风轮始终与风向垂直，最大限度地吸收风能，提高风力发电机的可利用率。同时，它还能有效地减缓风机旋转速度，以防止风机风轮与风向的夹角超过90°，保持机舱方位稳定，确保风力发电机组安全运行。这表明，深入探讨风力发电技术对于最大限度地利用风能和持续推动风能开发具有非常重要的意义。
1.2风力发电机偏航控制发展与研究概况
中国古代就有关于风能资源的认识，但是将风能转化为电能的技术却在较近的年代才初露端倪。与荷兰等“风车王国”相比，其他国家在技术成熟度和经验积累方面明显落后，存在诸多问题。然而，中国不再滞后于其他国家，近年来，风力发电产业迎来了发展的机遇，这一进展引发了许多人的喜悦。然而，在风电产业的迅速发展过程中，质量控制和风险管理问题也显得至关重要。
风能发电技术在过去一百多年的发展历程中，该行业的主要领导者们经历了无数次的探索和创新，也经历了无数次的成功和挫折。由于他们坚持不懈的努力，如今的风力发电技术已经逐渐达到了较为成熟的水平。我们必须融合国内外技术，根据国情进行创新发展，这才是行之有效的道路。我国在风力发电技术方面起步较晚，因此必须深入了解其发展历程，吸取发展经验和教训。
根据全球风能理事会的不完全记录，全球风力发电产业正在蓬勃发展，呈现出多姿多彩的发展势头。全球装机容量在2007年底达到了9400万千瓦时，年平均增长率达到了28%，每年增长速度为2000万千瓦时。对风能的投资也在不断增加。2007年，很多风能投资基金都在中国投资。中国正在逐步发展成为全球最大的风力发电市场，并加入了这一行业的大家庭。
中国的风能资源非常丰富，这为中国的风力发电技术行业发展提供了非常良好的基础条件。中国内陆和近海地区的风能资源潜力约为100000亿千瓦时，这些地区主要分布在沿海和高海拔内陆地区，如内蒙古、新疆、青藏高原等。
1.3风力发电机偏航控制发展前景
随着全球对可再生能源的需求不断增长，风电行业正在迅速发展，偏航控制作为风力发电机的重要组成部分，其市场需求也将不断增长。未来，偏航控制有望实现更高的智能化，通过先进的传感器和控制系统，自动调整风力发电机的方向，以最优方式捕捉风能。此外，随着新材料、新技术的应用，偏航系统的耐用性和可靠性也将得到提高，进一步降低维护成本。总的来说，风力发电机的偏航控制有着良好的发展前景，将为风电行业的高效、稳定发展提供有力支持。
长期以来，在国家优惠政策的大力推动下，风力发电事业蓬勃发展。至2008年，我国风电机制造厂家已近80家，越来越多的投资者看好风力发电机制造业的发展前景，纷纷加入其中。而且，我国风电机组的单机容量、生产能力以及新产品研发能力等都在不断增强，实现了质的提升[9]。现阶段，我国风电机组生产制造市场持续创新改革，风电机组的单机容量也在持续加大，这充分显示出我国风电技术已十分成熟。
1.3本课题的主要研究内容
本文是使用西门子1200系列PLC通过以太网和触摸屏进行通信控制输送系统运转。
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