基于PLC的风电机组自动运行控制模拟课程设计综合实验报告.docx

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基于PLC的风电机组自动运行控制模拟课程设计综合实验报告

基于PLC的风电机组自动运行控制模拟-课程设计（综合实验）报告

课程设计（综合实验）报告

（2014-2015年度第1学期）

名称：

风力发电机组监测与控制

题目：

基于PLC的风电机组自动运行控制模拟

院系：

可再生能源学院

班级：

风能1101班

学号：

1111540112

学生姓名：

李欣

指导教师：

邓英

设计周数：

2周

成绩：

日期：

2015年01月09日

一、主要内容

1、设计要求

使用PLC与仪器箱的电子器件完成风电机组自动运行模拟仿真实验

2、设计说明

即设计功能（自行填写自己的设计功能）须写清楚模拟仿真实验的操

作步

3、设计输入电路图、输出电路图（续附上设计状态）

4、PLC编程的梯形图

5、演示效果图

二、设计原理

1、安全链及电路原理

风力发电机组的监测与控制系统是综合性控制系统。

它不仅要监视电网、风况和机组运行参数，在各种正常或故障情况下脱网停机，以确保运行的安全性和可靠性，还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以保证机组稳定、高效地运行。

将6个安全链条件串联接入继电器的A13和A14两个端口中，通过安全链的通断能够控制与继电器A4、A12串联的急停灯熄灭、亮起。

串联接入到继电器的A13和A14两个端口中的6个安全链条件无故障时，电源灯要亮，PLC能控制输出；

任一个安全链条件有故障时（开关断开），则电源灯不亮，PLC则不能控制输出。

在6个安全链条件无故障时，且满足6个启动条件（闭合时满足）、6个故障报警中无任一故障（断开时无故障）时，启动灯亮。

这时可以进行下一步操作使发电机转。

当任一启动条件不满足，或者至少有一处故障报警时，启动灯灭。

在启动灯亮的情况下，按下开机、松闸、开桨、并网开关后，风力发电机组运行，能够正常转动。

风力发电机组运行时，可以通过调节发电机调速旋钮控制风力发电机的风轮转速。

风力发电机运行时，可以进行偏航调节：

按下顺时针偏航开关，偏航电机顺时针转动；按下逆时针偏航开关，偏航电机逆时针转动。

当安全链有故障或启动条件不满足或有故障报警时，风力发电机停止运行，且不能进行偏航操作。

2、PLC的基本原理

1）工作方式——周期循环扫描

2）工作过程——自诊断、输入采样、程序扫描、输出刷新几个外阶段。

3）扫描周期

T=自检时间+读入一点时间×输入点数+程序步数×运算速度+输出一点时间×输出点数。

三、设计内容和步骤

1、实验内容：

风电机组自动运行控制模拟实验说明

1）安全链电路试验

根据试验要求确定安全元素是否激励，如果没有动作，按钮处于闭合状态，将端子3、4接线柱穿入安全继电器线圈电源驱动电路中，电源盒上，安全继电器闭合，急停灯灭。

反之，有安全元素激励，安全链不能闭合，急停灯亮。

安全链接线电路见图1.安全链断开所有分级的输出无效。

2）风电机组开机启动开机实验

根据试验要求确定风电机组启动条件，实验条件全部达到，将板豆开关向上推点亮各系统的运行灯，然后5、6接线柱分别窜入开桨电路中，按开机钮，开机指示灯亮，使开桨电机激励做开桨运动。

开桨驱动电路见图2.做完实验按复位灯回原来状态。

3）风电机组并网模拟实验

当安全链闭合，运行参数在工作范围之内，系统没有故障报警，在机组开桨的条件下，将风机模型发电机串入并网电路（按照图3接线）按并网扭，风电机组并网，模型风机可旋转，调电位器可实现变转速运行。

4）风电机组的关桨试验

根据试验要求确认机组已发生故障，或有参数越限，将端子7、8、9、10串联接入关桨驱动电路，风机关桨。

5）风电机组脱网试验

当运行的风电机组进入关桨状态，按脱网钮，此时风电机组（模型）减速停止发电运行。

6）停机试验，

将关桨试验电路接好。

当风机在发电运行时，需要手操停机，可按停机钮去关桨，然后按脱网扭，风机模型停止发电运行。

2、实验步骤

（1）通过安全链实现故障时急停灯灭

1）接入电源，电源灯亮，

2）将6个安全链条件开关闭合，

3）将6个安全链条件开关任意数量断开，条件接入，急停灯亮

（2）通过plc实现启动条件达成和故障排除后启动灯亮

定义：

X3叶片位置

X2变流器

X6液压准备

X1润滑准备

X5偏航

X4闸位

Y2启动灯

X13偏航系统

X11液压系统

X10电气保护

X12发电机

X7变流器

X22变距系统

X20开机

M1启动条件

M2故障报警

操作步骤：

1）接入电源，电源灯亮

2）将6个启动条件开关闭合，对应PLC上定义x1，x2，x3，x4，x5，x6

3）将6个故障接入开关断开，对应PLC上定义x7,x10,x11,x12,x13,x22

4）急停灯灭，启动灯亮

5）将任意数量启动条件开关断开或将任意故障接入开关闭合，对应PLC上Y2启动灯灭

（3）、通过PLC、开桨、锁紧等开关实现模拟电机正转、反转

定义：

X16开桨按钮

X17逆时针

X21顺时针

Y3正转

Y4反转

操作步骤：

1）接通电源，电源灯亮

2）将6个启动条件开关闭合

3）将6个故障接入开关断开，启动灯亮

4）按下开机按钮，按下顺时针按钮，电机正转

5）按下逆时针按钮，电机反转

（4）通过PLC、开桨、并网开关实现模拟风机并网、脱网

定义：

X14松闸

X15锁紧

X16开桨

X24并网

X25关桨按钮

Y7并网成功

操作步骤：

1）接通电源，电源灯亮

2）将6个启动条件开关闭合

3）将6个故障接入开关断开，启动灯亮

4）将开桨、锁紧开关闭合，松闸开关断开，风机启动

5）并网开关闭合，风机并网成功

6）将关桨、脱网开关闭合，风机脱网

3、仪器箱及元器件示意图

4、手动实验电路图

5、效果演示图

四、PLC编程梯形图

1、启动条件

2、继电器

3、输入

4、输出

5、PLC梯形图

5、模拟量部分的梯形图编程

整个模拟量部分编程的思路如下：

如下图所示是实际情况下风机转速随风速变化的曲线图

根据上图可以将风机运行分为五个区域进行编程控制，这五个区域分别是：

无功率输出区域，启动区域，最佳叶尖速比区域，过渡区域，和全功率运行区域。

由图8可知转速变化范围是10-18r/min，所以我们设定输出电压0-9v与之对应，经过计算可以得出每一转转速的增加对应0.5v电压的增加，这就意味这对应的数字量增加是500.那么启动的10r/min对应的电压为5v，对应的数字量就是5000。

同理我们输入电压是0-3.3v我们让这段电压对应3-25m/s的风速，就可以求出每0.15v电压对应1m/s的风速，求出对应数字量是150，所以我们可以通过这个数字量的关系推出每段的斜率，从而得出一个转速与风速之间的关系公式；

•第一段对应的关系是当D2040<660时

D2060=0意思是风速小于5m/s时，风机的转速为0

•第二段关系式为当D2040>=660,<=990时

5000+6*（v-660）=Ω其中v代表风速对应的数字量，Ω代表风轮转速

•第三段关系式为当D2040>=990,<1650时

6980+1*（v-1125）=Ω

•第四段关系式当D2040>=1650，<=3300时

Ω=9000

•第五段关系式为D2040>3300时

Ω=0

下图就是我根据这些风速与转速的关系对PLC进行的编程，从而实现了对风机运行的自动控制。

五、设计总结与心得

本次课程设计基本完成了设计要求的操作内容，实现了风机自动运行的基本操作。

通过手动接线，编制梯形图，模拟运行对风电机组的自动运行过程有了更深的认识。

前三天的时候，我们几乎没有进展，第一个手动电路还没完全连好，电源却出了问题，然后修电源修了好久。

我们组就只有一个男生，其余都是女生，而且我们都不擅长电路的连接，实验一筹莫展，我们都焦虑不已。

元旦回来，实验终于有了进展，终于把手动实验前三个都做成功了。

接着我们开始自动实验，听很多人说并不用做手动实验，直接做自动实验就好了，但是总觉得要一步一步扎扎实实会心理踏实许多，最后皇天不负苦心人，终于勉勉强强把手动实验做完了。

自动实验之前我就已经把PLC的原理好好看了一遍，到处问同学，终于粗略掌握一点，试着开始编写程序，同时我们连了电路，不断修改，不断完善，齐心协力。

通过仔细的分析、深入的思考和激烈的讨论，终于把自动实验也完成了。

通过此次实验我们学会了如何进行焊接电路，设计电路，分析解决电路存在的问题，增强了我们的动手动脑能力，让我们认识了解了一个新的软件PLC，初步学会了对其的应用，对于未来我们的学习和工作都有很大的帮助。

同时使我们对于风电机组监测与控制这门课程有了更加深层次的认识。

更重要的是，我们增强了团队意识，学会了如何与同学分工协作，体会到了与同学相互探讨，相互学习的快乐以及宽容和理解的重要性，但同时也产到了设计过程的艰辛。

在本次模拟仿真中实现了通过硬件电路的搭建和PLC编程实现风电机组待机-开机-并网-停机-安全停机的自动运行控制。

并实现了输出信号有效值的显示。

基本上满足了本次课程设计要求。

当然其中也有不足之处，在本次实验中模拟风速信号输入的电压是靠手动调节的，这不能完全模拟风机在实际运转过程中的风速，只能对风速进行大致的模拟。

这个问题需要在以后的实验中逐步改进。