发布时间 : 星期日 文章基于PLC的风力发电机偏航控制系统设计 - 图文更新完毕开始阅读83cbf49f14791711cd791767
第3章 风电机偏航系统总体设计
3.1 风电机偏航系统基本设计思路
风电及偏航系统主要由PLC、风向仪、偏航驱动装置、接近开关和限位开关组成。
启 动停 止报警装置PLC偏航驱动装置风向仪限位开关接近开关图3-1风电机偏航系统组成框图
PLC：作为风电机偏航控制系统的“大脑”，可根据风向仪、接近开关、限位开关等感应保护元件传送过来的数据，通过运算，将结果输出控制风力发电机的机舱进行偏航动作[11]。
风向仪：作为监测风向变化的元件，可以将监测到的风向转变的信号转换为电信号传输给PLC。
偏航驱动装置：作为风电机偏航系统的动力装置，可利用三相异步电机的转动使风力发电机机舱的位置发生变化，从而实现偏航效果。
接近开关：作为风电机偏航系统的位置监测元件，不但能检测并记录转动的齿轮数量从而检测风力发电机绕缆是否到达?650o；而且还能在解缆时检测并记录回转的齿轮数量并与偏航齿数相比较，确保风力发电机机舱恢复原来的位置。
限位开关：作为风力发电机偏航极限位置保护开关，当检测到风力发电机电缆绞缠达到?700o的极限位置时使机组停机[12]。
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3.2 设计方案选择
当今工业自动控制系统中,把单片机作为自动控制系统的核心元件和把PLC作为自动控制系统的核心元件的控制方式是最常见，但PLC比单片机拥有更高的可靠性和灵活性,而且它的梯形图编程方法相对简单、扩展模块也很是丰富、并且具有耐腐蚀、抗噪音等等优点，是的PLC比单片机更为适合应用于工业生产的恶劣环境中，由德国研发生产的西门子系列PLC更是性能优越。通过对风力发电机整体工作环境，经济适用方面综合考虑，决定选择用西门子系列的PLC作为风电机偏航控制系统的主要控制元件[13]。
3.3 偏航系统硬件的选型
风力发电机偏航系统主要由偏航电机、接近开关、限位开关、风速风向仪和解缆系统等部分组成。
3.3.1 电动机选型
由于是用于偏航控制，需要电动机有下面这些特性： （1）制动迅速 （2）结构简单 （3）可靠性高 （4）准确性好 （5）通用性强。
根据以上几点要求，本系统选用带刹车装置的交流异步电动机作为偏航驱动电机[14]。
它是全封闭自然风冷式鼠笼型三相异步电动机，完全符合上述所需要求。YEJ系列三相异步电动机的制动器是直接安装在电机非轴伸端的端盖上的。电动机接通电源，制动器也会接通电源。由于制动器的电磁铁就会形成电磁力，铁吸引衔铁向后压缩弹簧，制动盘就会从轴盖上松开，电动机就能工作了。当断开电源时，制动器后端的电磁铁失电，同时电磁铁失去吸力，在弹簧的弹力的作用下衔铁会使制动盘紧紧卡在电机非轴伸端的端盖上增加电机转动时的摩擦力矩，使电动机停止。
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图3-2偏航电机
3.3.2 限位开关选型
限位开关开关又叫做行程开关因为主要在并网型风力发电机的解缆系统中应用，因此又等于扭缆传感器，主要是控制机械设备在一定的形程范围内运动并提供位置保护的一种电路切换元件。在实际应用中，限位开关都被安装在预先设计的位置，当限位开关的触点被触发后，就会对电路进行切换。所以，限位开关是利用运动元件位置的变化来自动切换电路的电器，它的作用原理与按钮基本相同、不同的是按钮需要手动，限位开关的动作是自动的。限位开关在风电机偏航系统中的作用是为扭缆角度提供保护。
在选择用于风力发电机组中的限位开关是必须注意以下内容： （1） 根据安装的位置的不同，选择合适的形状以及重量。 （2） 根据保护动作范围大小的不同，选择合适的凸轮个数。 （3） 根据电路所需要动作的信号的不同，选择触头对数及开关的状态（常开或常闭）。
（4） 根据工作环境条件的不同，选择合适的型号，以保证其稳定工作。
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综合上述注意事项，最终选用B-COMMAND公司生产的FCN型限位开关[15]。其主要参数如表3-1所示。
表3-1 FCN型限位开关参数
额定电压（V） 最大工作电压（V） 工作温度（℃） 绝缘等级 防护等级 轴直径（mm） 重量（g） 转速比 凸轮及驱动角（°） 250 250 -20~+60 二级 IP65 12 ≈300 1：15、1：25、1:35、1:50、1：75 20、45、90、180
限位开关结构如图3-3所示。
图3-3限位开关结构图
3.3.3 接近开关选型
接近开关是一种不需要和运动部件进行直接接触就可以操作的一种位
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