基于PLC的风力发电机偏航系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

电能作为一种应用最广泛和最方便的能源,已经成为当今社会发展和人们生活中必不可少的一部分。它的利用也已经渗透到生产中的每一个角落,有力地促进了社会生产力水平和人们生活水平地提高。随着社会经济的发展,人们对电的需求日益提高,然而,随着以石油、煤炭、天然气为主的常规能源的短缺和环境污染问题的日益加剧,世界能源结构正在孕育着重大的转变,即由矿物能源系统向以能源为基础的可持续能源系统转变。

由于风场的方向随时随地都会发生变化，叶轮必须始终指向风向。因此，控制偏航系统软件非常重要。基本要素是风力发电机组的偏航控制系统互相配合，灵活运用风能，提高发电效率。接着，详解了风力发电机组偏航系统的硬件设施。依据风力发电机的偏航操纵和驱动，选择PLC风力发电机组偏航控制系统作为主要模块设计。理论上，根据风向风速传感器收集的数据，风力机尾舵用以完成处于被动偏航和迎风，使风力机输出至大功率。

2. 课题关键问题和重难点

需要解决的关键问题如下：

(1)寻找适合要求的传感器。传感器是整个偏航系统的首要环节，同时更是系统的关键部件， 它的灵敏度、测量范围等都会影响所测得数据的准确性，而数据的准确性是整个系统的基础，因此一 定要根据要求选择合适的测量传感器。

(2)选择合适的单片机。单片机系统应该具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点，否则 经济价值和现实意义太小。

3. 国内外研究现状（文献综述）

电能作为一种应用最广泛和最方便的能源，己经成为当今社会发展和人们生活中必不可少的一部分．它的利用也已经渗透到生产中的每一个角落，有力地促进了社会生产力水平和人们生活水平的提高，随着社会经济的发展，人们对电的需求日益提高，然而，随着以石油、煤炭、天然气为主的常规能源的短缺和环境污染问题的日益加剧，世界能源结构正在孕育着重大的转变，即由矿物能源系统向以可再生绿色能源为基础的可持续能源系统转变。风能作为取之不尽，用之不竭的绿色清洁能源，对其开发利用十分必要。在21世纪的今天，众多的可再生能源中，目前发展最快、商业化范围最广、最为经济的，当数风力发电。风力发电具有较好的经济效益和社会效益，风力发电技术的发展也受到世界各国政府的高度重视。自从20世纪80年代现代并网风力发电机组问世以来，随着叶片空气动力学、计算机技术、控制技术、发电机技术和新材料的发展，风力发电技术的发展极为迅速，单机容量从最初的数十千瓦级发展到如今的兆瓦级机组；功率控制方式从定桨距失速控制向全叶片变距和变速控制发展；运行可靠性从20世纪80年代初的50％提高到98％以上，并且在风电场运行的风力发电机组全部可以实现集中控制和远程控制；风电场发展空间更加广阔，已从内陆转移到海上。由于在目前技术条件下风电与火电、水电相比，从造价、电能质量、设备制造和控制技术等领域存在劣势，使得风电领域的理论和应用研究工作与欧洲等发达国家相比，仍然存在很大差距。国内对大型风力发电技术的各项研究还不是很成熟，致使我国大型风力发电机组儿乎全部为国外进口产品。这样不仅耗费大量外汇，风力发电机组的后期维护也受制他人。因此，对风力发电机组偏航系统进行科学、合理的控制，能够使得风轮最大程度的捕获风能，发出更多的电量。同时，深入研究风力发电的各项技术对于持久开发风能和实现大型先进风力发电机组国产化具有重要意义。

偏航系统是风力发电机组特有的伺服系统，是风力发电机组电控系统必不可少的重要组成部分．在风力发电中，为了提高风能利用率，风力发电机组的偏航系统要具有自动偏航的功能，即偏航系统要自动准确对风．风力发电机组的偏航系统一般分为主动偏航系统和被动偏航系统，主动偏航指的是采用电力或液压拖动来完成对风动作的偏航方式；被动偏航指的是依靠风力，通过相关机构完成机组风轮对风动作的偏航方式，除此之外，偏航系统还必须具备故障检测功能。

精确监控是工业控制中最重要的问题之一。通过西门子对风力发电机的步进电动和伺服电动机进行精确监控。软件平台中将伺服电机控制的梯形图程序和 sfc步进顺控程序编写并进行调试检查,对实际应用和教学具有一定的参考价值本设计思路是通过plc与驱动器通讯并实现系统定位,对伺服电机的控制方式为位置控制方式，plc对驱动器输出‘脉冲 方向'指令。基于 plc具有强大的控制功能,此定位系统的控制器采用plc,平台由x/y两个方向西门子伺服电机构组成。人机界面,主要是为了更好的便于人员操作也是系统与用户之间进行信息交换的媒介,以画面显示实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。人机界面可以对现场设备进行监控和控制,及时采集系统信息,发现并处理故障,保证系统良好的运行,是自动化生产的必然发展方向。本文在基于plc的传送带监控系统设计中,设计了基于plc的传送带监控系统总体方案,给出了软、硬件设计与实现方案。在电动机电器控制线路的设计部分,阐述了电动机主电路以及辅助电路的设计过程，给出了这些电路的电器元件选择结果。在plc控制的设计部分中,阐述了plc io接线图的设计过程,给出了plc极其输入/输出元件的选择结果，详细地阐述了plc用户程序的设计过程,其中包括对公用程序和信号显示程序等的设计过程的阐述。

4. 研究方案

本课题要解决的问题因为风的风向是不停变化的，而风力发电机的风轮正对来风方向才能获取最大的风能。偏航系统是风力发电机中一个必不可少的部分，他能实时监测来风方向，转动机舱，保证风轮正对来风方向，是风轮始终处于迎风方向。本课题要对风力发电机组设计配套的偏航系统，要求该偏航系统能满足机组的日常工作需求，可靠性强，经济效益较好。

应考虑到的问题有：1.设计一套适用于机组的偏航控制系统总体方案，实时监测风向，自动对风，对风成功后提供必要的锁紧力矩，使机舱定位，能保证在连续跟踪风向时自动解缆。

2.确定该偏航系统所承载的负载，选择对应的电机，设计液压系统。

5. 工作计划

第1周 接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关资料；翻译相关英文资料

第2周 阅读相关资料，理解有关内容；写出开题报告一份；

第3周 确定传感器、无线传输电路，参阅有关资料，分析调理电路工作原理；