畢業設計-基于plc的風力發電機主控系統設計-資料下載頁

【導讀】地球上的全部生命都依賴于能源和碳循環。能源對經濟級社會發展都至。關重要，但這也帶來了環境方面的挑戰。我們必須探索能源生產與消費的各個方面，氣候和自然資源問題之間的關系。風力發電的發展是時代的需要。在風力發電控制系統中，基于PLC為主控制器的設計是未來的發展方向。效提高風力利用率。況進行了設計，并繪制了相應的電氣原理圖。在控制電路中還說明了PLC、電動機及。壓力控制功能；在齒輪箱系統中，設計了油位控制功能。S7-200仿真軟件進行了系統仿真驗證，仿真結果滿足設計要求。番甚至增加兩倍。距失速控制向變槳距和變速恒頻控制方向發展。控制方法基于線性化模型實現最佳葉尖速比的跟蹤，利用風速測量值進行反饋控。但在隨機擾動大、不確定因素多、非線性嚴重的風電系統，傳統的控制方法會產生較大誤差。的控制理論開始應用于風電機組控制系統。如采用模糊邏輯控制、神經網絡智能控制、使風機控制向更加智能方向發展。

　　

【正文】 傳感器有如下特點：①二線制傳送，信號轉換器供電的兩根導線，同時也傳送輸出信號。②輸出恒流信號，抗干擾能力強，遠傳性能好。③信號轉換器與溫度傳感器一體化安裝，方便用戶使用。④信號轉換器具有電源反接保護功能。主要技術指標：①信號轉換器精度等級： 級、 級；②供電電壓： DC24V（ DC5~36V）；③負載電阻： 0~750Ω ，建議 DC24V 時為 250Ω；④輸出信號： 4~20mA；⑤使用環境：溫度為 40~85℃，濕度＜ 95％ RH；⑥零點及量程可調。 熱電阻溫度傳感器主要用于測量溫度以及與溫度有關的參量。在工業上，它被廣泛用來測量 200~+960℃范圍內的溫度。熱電阻（ Thermal Resistance）主要是利用電阻隨溫度升高而增大這一特性來測量溫度的。目前較為廣泛引用過的熱電阻材料是鉑、銅，他們的電阻溫度系數在 3~6 103∕℃范圍內。作為測溫用的熱電阻材料，希望具有電阻溫度系數大、線性好、性能穩定、使用溫度范 圍寬、加工容易等特點。在鉑、銅中，鉑的性能最好，采用特殊的結構可以制成標準溫度計，它的適用溫度范圍為 200~+960℃；銅電阻價廉并且線性較好，但溫度高了易氧化，故適用于溫度較低 50~+150℃的環境中，目前已逐漸被鉑熱電阻所取代。 壓力傳感器選型 根據系統控制要求，需要對 齒輪箱和液壓站 壓力進行檢測。 采用型號為 PTC302的油壓傳感器進行供油壓力檢測。 PTC302 油壓傳感器主要技術參數如下： 量程 ： ~0~1~150MPa； 綜合精度：%FS、 %FS； 輸出信 號： 4~20mA（ 二線制 ） 、 0~5V、 1~5V、 0~10V（ 三線制 ）；供電電壓： 24DCV（ 9~36DCV） ； 介質溫度： 20~85~150℃； 環境溫度 ： 常溫 （ 20~85℃ ） ；負載 電阻 ：電流輸出型：最大 800Ω；電壓輸出型 ： 大于 50KΩ； 絕緣電阻：大于 2021MΩ （ 100VDC） ； 長期穩定性能： %FS/年 ； 振動影響 ： 在機械振動頻 率 20Hz~1000Hz內，輸出變化小于 %FS； 電氣 接口 ：四芯 屏蔽線 、四芯航空 接插件 、緊線螺母 ； 螺紋連接： 1/220UNF、 M1 M M22 等 ； 外形尺寸： M20Φ 2685。 液位傳感器選型 電容式油位傳感器，是為鐵路機車、汽車油箱、油罐車、油庫等油位的精確測量而量身定做的專門儀表。 產品核心部件采用先進的射頻電容檢測電路，經過 16 位單片機精確的溫度補償和線性修正，轉化成標準電信號（ 一般為 4~20mA） 。可選 HART， CANBUS， 485 通訊協議進行系統組態。 本設計選用的是 CR6061 通用型 油位傳感器 ， 適合常溫常壓下 各種燃料油、液壓油的測 量，性能指標如下： ： ~5m； ： 、 、 級； ：~32MPa； ： 50~250℃； ： 4~20mA、 4~20mA 疊加 HART通訊、 485 通訊、 CAN 總線通訊； ： 12~28V(DC)。 偏航角度傳感器和轉速傳感器選型 齒圈編碼器選用 旋轉編碼器 絕對值 14 位 RS4853806抗震防塵防水 角度傳感器 。 RE38RS232/48524Lite 詳細參數 見表 。 表 S7200 系列 PLC CPU 型號表 參數項目 最小值 典型值 最大值 單位 供電電壓 14 24 30 V 消耗電流 20 mA 波特率 4800 9600 115200 bit/s 數據更新周期 1 ms 測量范圍 0 360 deg 分辨率 14 bit 精度 8 14 deg 速度傳感器選用 海德 ISC5208 旋轉編碼器 3600 脈沖 DC524V 編碼器碼盤瑞普 ZSP5208。 海德 HEDSS 增量式編碼器 ISC5208 特性 ： 軸載荷能力強，工作壽命長 ； 外徑 Ф52，止口 Ф30，軸徑 Ф8，電纜側出 ； 體積小，重量輕，適用于自動化工控領域 ； 可選脈沖： ≤3600p/r 或依據用戶要求 ； 型式舉例 :基本型號ISC5208，電纜側出 G，輸出脈沖數 1000 p/r， Tz =1/4T，電源電壓 DC12V， 互相 補輸出 F。 風向標、風速儀選型 風向傳感器 選擇 kriwan INT 30H，風速儀選擇 風速計 INT 10。 INT 系列風速風向計用來測量和監控風力和風向的儀器 例如用在監控起重機的安裝 ,風力發電場 ,測風塔 ,滑雪 ,空中索道 ,建筑管系統 ,盲人保護 ,氣象站和科學研究等。該系列產品屬全金屬設計 (鋁 )),小巧美觀 ,寬溫度范圍 (40...70176。C),真實的偏差指示 ,沒有 “線性錯誤 “,在抗沖擊和振動上標準高 (寬帶噪聲 ), 100%無需維護 ,旋轉葉片在高風速時不變形 ,防沙塵防海水腐蝕 ,低啟動風速 ( m/s),抗高頻 電磁干擾 ( ENV 50140 Teil 3, E=100V/m, 30...1000MHz),適合高端環境應用 .該系列產品已經通過了 ISO9001/2021 管理體系認證 ,UL,CSA,CE 國際 認證 ,具有 IP67的保護等級認證 。 KRIWAN 葉片風速計是防暴風雨雪設計的 這樣它可以在所有應用中都免于維護。這套裝置中有一個自我控制的低壓加熱器（配合熱轉換器配件 52N1200）具有自加熱功能 ,直接提供給一個測量裝置或者一個記錄裝置。或者直接作為輸入電壓供給整流放大器。還需要一個 5 芯的連接電纜 。 KRIWAN 風向傳感器用來測量 144種風向。一個用來防止結冰的自調節 PTC一加熱裝置和電阻器彼此連接在傳感器的端口和外罩之間用來防止靜電放電、信號通過光電方式產生。 一個內置的電路回路把光信號進 行解碼變成一個與極性無關的兩路信號 。 低壓電器選型 接觸器選型 接觸器是一種適用于在低壓配電系統中遠距離控制、頻繁操作交直流主回路及大容量控制電路的自動控制開關電器。接觸器具有強大的執行機構、大容量的主觸頭及迅速熄滅電弧的能力。當系統發生故障時，能根據檢測元件所給出的動作信號，迅速、可靠地切斷電源，并有低壓釋放保護功能。與保護電器組合可構成各種電磁啟動器，用于電動機的控制及保護。 根據設計要求選用以下幾種接觸器： DILM3201(400V50Hz)、 DILM3201 RDC24V、 DILM1210(690V50Hz)、 DILM3201(220V50Hz)。 斷路器選型 低壓斷路器也稱作自動開關或空氣開關，是低壓配電網絡和電力拖動系統中非常重要的開關電器和保護電器，它集控制和多種保護功能于一身。除了能完成接通和分斷電路外，還能對電路或電氣設備發生的短路、嚴重過載及欠電壓等進行保護，也可以用于不頻繁地啟動電動機。 低壓斷路器的選擇要滿足如下幾點： ① 額定電流和額定電壓應大于或等于線路、設備的正常工作電壓和工作電流。 ② 熱脫扣器的整定電流 應與所控制負載（比如電動機）的額定電流一致。 ③ 欠電壓脫扣器的額定電壓應等于線路的額定電壓。 ④ 過電流脫扣器的額定電流 Iz 大于或等于線路的最大負載電流。對于單臺電動機來說，可按下式計算 Iz ≥ kIq (31) 式中， k 為安全系數，可取 ~； Iq 為電動機的啟動電流。 對于多臺電動機來說，可按下式計算 Iz ≥ K(+ΣIer) (32) 式中， K 也可取 ~； ； ΣIer為其他電動機的額定電流之和。 根據選型原則，選用 NZMB1A160 斷路器。 熔斷器選型 熔斷器基于電流熱效應原理和發熱元件熱熔斷原理設計，具有一定的瞬時動作性，用于電路的短路保護盒嚴重過載保護。熔斷器的選擇包括熔斷器類型的選擇和熔體額定電流的選擇兩部分。根據負載類型，選用 GSTA00160S00(160A)。 主令電器選型 控制按鈕簡稱按鈕，是一種結構簡單且使用廣泛的手動電器，在控制電路中用于手動發出控制信號以控制接觸器、繼電器等。設計中選用的按鈕 NP6MB/Y，額定工作電壓 DC24V，額定工作電流 。 行程開關選用 LXZ103Z/W。 信號電器選型 照明燈選用 HK(220V/60W),指示燈選用 LED 指示燈 （ 24v）。 控制系統設計中所用的各種低壓電器元件如表 所示。 系統配電及電源選型 塔筒外箱變（或變流器網側）L1 L2 L3 PEU1 V1 W1 PEU2 V2 W2 N PEPEPE690V/50HZ塔底干式變壓器690/400V800KVAPE160AGSTA00160S00160A浪涌電壓抑制400/L1400/L2400/L3400/N690/L1690/L2690/L3VALMS 400 ST VALMS 400 ST VALMS 400 STPEPE浪涌電壓抑制VALMS 400 ST VALMS 400 ST VALMS 400 ST230NIr:80100ANZMB1A10080AL1L2L3+PEPEPHOENIX CONTACT QUINTDCUPS/24DC/20240 圖 系統配電圖 表 低壓電器元件明細表 名稱 文字符號 型號 數量（個） 按鈕 SF1SF11 NP6MB/Y 11 限位開關 BG1BG4 LXZ1032/W 4 指示燈 PG1PG6 LED 6 溫度傳感器 B WTCJK313HBY 2 WTCJK322AFY 2 轉速傳感器 B RE38KS232 1 壓力傳感器 B PTC302 2 液位傳感器 B CR6061 2 位置傳感器 B RS4853806 1 風向標 B KRIWAN INT 30H 2 風速儀 B KRIWAN INT10 2 熔斷器 FA GSTA00160S00 1 接觸器 QA DILM3201 20 斷路器 QA NZMB1 18 圖 為系統配電總圖。系統由塔外箱變 690V/50HZ 供電，經過干式變壓器變為 400V，通過 UPS 轉換為 DC24V 給 PLC 供電，為了保護電源，此系統配有防雷措施。 UPS 選擇菲尼克斯 QUINTDCUPS/24VDC。 人機界面設計 本系統選用 TD400 作為人機界面， TD400 就屬于一種智能設備，它外觀簡潔美觀，小巧精致，通常用在環保、制冷、空調、工業控制及自動控制的其他領域。它具有價格低廉、操作簡便、界面友好和兼容性好的特點，利用其自身所帶的 F1 到 F8 八個按鍵和 SHIFT+F1 到 SHIFT+F8 八個組合按鍵 ,以及 ESC,ENTER,→,←,↑,↓等按鍵，在控制系統應用中大大減少了控制柜操作面板的按鈕，也避免了使用價格比較昂貴的觸摸屏，在適應各種控制要求時極其靈活。 TD400 還具有以下功能和特點： 讀取并顯示 PLC CPU 的信息； 提供為具有實時時鐘的 CPU 設置時間和日期的功能； 可以改變程序變量，強制和取消強制 I/O 點的能力； 可以單獨供電，也可以由 PLC CPU 通過 TD/CPU 電纜供電。如果采用外部電 源，必須使用 DC 24V 的電源； TD400 通過 TD/CPU 電纜與 CPU 通信，可以進行一對一配置和多個 CPU 配置。正是由于 TD400 具有上述獨特之處，對于數字輸入點不是特別多（一般不超過16 個），而控制又以過程控制主時， TD400 的優點就十分明顯了。用戶可以就 TD400在 “配置 ”、 “用戶菜單 ”和 “報警 ”等 3 個欄目根據控制要求進行開發設計。可以實現開停機，定時，數字量輸入輸出，模擬量顯示、當前時間顯示、設備運行狀態顯示、故障報警和顯示及手動復位故障消除等功能。 TD400 如圖 所示： F 9F1F 10F2F 11F3F 12F4TD 4 00 CS E M E N SE S CE N T E RS H I F TF 13F 5F 14F 6F 15F 7F 16F 8D C 2 4 V 圖 TD400 接線原理圖 本章小結 本章主要進行控制系統的硬件設計。對控制系統所用的控制器 CPU 主機及其擴展模塊、電機及驅動器、檢測元件和低壓電器進行選型；并對電機主電路，系統供電電源和人機界面進行設計。