风光互补供电的LED广告灯控制
风光互补供电的LED广告灯控制[20200128190741]
【摘要】
本课题设计的风力发电系统由发电机、侧风偏航系统、测速仪、风场、PLC等组成。针对自然界资源日益短缺，在严密的理论指导下，设计出一套将风能这一绿色能源转换为电能并且储存于蓄电池中的设备。整个系统由PLC控制，PLC能适应各种复杂的运行环境，具有较好的可靠性和系统稳定性，并且抗干扰能力强，是自动化控制领域运用最广泛的控制器件。
风能是空气运动而产生的动能。通过风力发电系统的设计，对风能进行合理的利用可以减少传统煤的火力发电对环境的污染，减少对不可再生资源的利用，达到节约资源的目的。
系统通过发电机对风能进行转换，输出的电能经电路处理对蓄电池进行充电，从而储存电能供电器设备使用。文中详细阐述了系统设计与实现的过程与方法，分析了不同风速对电能输出的影响。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】风电转换PLC蓄电池
引言 1
一、风与风能 1
（一）风 1
（二）风能 2
（三）风力发电现状 2
（四）风力发电系统分类 3
二、西门子PLC 4
（一）PLC发展史 4
（二）PLC工作原理 5
（三）PLC结构 6
三、系统硬件设计 7
（一）原理框图 7
（二）电源控制单元 8
（三）显示单元 8
（四）风力供电控制单元 9
（五）风力供电主电路 11
（六）DSP控制单元和接口单元 12
（七）触摸屏、可调电阻和接线插座 15
（八）接线排 16
（九）风场的设计 17
四、I/O分配表及外部接线图 19
（一）PLC I/O分配 19
（二）PLC外部接线 20
五、程序设计 20
（一）急停程序 20
（二）手动程序的编写 21
（三）子程序调用 25
（四）自动程序的编写 26
六、运行调试 28
（一）基本功能的调试 28
（二）蓄电池充电测试 28
（三）功率特性的测试 29
参考文献 31
致 谢 32
附录一 梯形图 33
引言
日常生活中需要消耗很多能源，其中以电能的消耗最为广泛，而传统的发电方法用煤炭发电导致资源匮乏、环境污染，且煤炭为不可再生资源，新能源的开发在当今能源消耗增加、资源短缺的背景下显得尤为重要。风能这一绿色无污染的清洁能源早已被人们发现并且利用，例如公元前数世纪我国人民便利用风力提水灌溉、磨面、用风帆推动船舶游行。但真正直接利用风能发电至今还没有得到普及运用。用风力发电机把风能转化为电能，再由蓄电池对电能进行储存并且输出是较为合理有效的转换方法。在此过程中利用PLC控制的风力发电系统，使之具有良好的稳定性。通过发电系统的设计、安装、程序的调试，可以对运用自动控制技术和调试技术进行更加深刻的了解，并且在气候合适的情况下可以源源不断的输出电能供日常生活生产使用。
一、风与风能
（一）风
风是人类最熟悉的自然现象之一，风无处不在。地球表面被一层厚厚的大气层包裹着，太阳辐射导致地球表面大气层受热不均匀，由于热胀冷缩现象引起大气压力不均匀。在压力作用下，空气运动就形成了风。风能是由太阳能转换而来的，因此，它是绿色无污染且取之不尽，用之不竭的能源。
风是矢量，它包括大小和方向。风的大小称为风速，它表示风移动的速度，即单位时间内气体流过的距离。风的方向称为风向，是指风吹来的方向，如果风是从南方吹过来的就称之为南风，如果风是从东方吹过来的就称之为东风。
风的强弱可以用风力等级表示，大气压差越大，空气流动速度越快，风力等级越高，一般风力从小到大分为0级-12级共13个等级，如下表1所示。
表1 风力等级表
等级 名称 风速（m/s） 现象
0 无风 0.0-0.2 烟直上
1 软风 0.3-1.5 烟能显示风向，树叶略有摇动
2 轻风 1.6-3.3 感觉有风，树叶略有摇动
3 微风 3.4-5.4 旌旗展开
4 和风 5.5-7.9 能吹起地面的尘埃，树枝摇动，搞得草呈波浪起伏
5 清风 8.0-10.7 树枝摇曳，内陆的水面有水波
6 强风 10.8-13.8 大树枝摇动，电线有声
7 劲风 13.9-17.1 全树摇动，步行困难，
8 大风 17.2-20.7 折毁树枝
9 烈风 20.8-24.4 草房遭破坏，屋瓦掀起
10 狂风 24.5-28.4 拔起大树
11 暴风 28.5-32.6 损毁重大
12 台风 >32.6 摧毁极大
（二）风能
地球上可供人类使用的能源非常有限，且石油、煤、天然气等都是不可再生资源。风能的开发日益受到重视，它实质上是太阳能的转换形式，因此可认为是可再生的清洁能源，风能的利用将有可能改变长期依赖于煤和石油资源的格局。
由动能定理可知，气体的动能为
E=〔mv^2〕/2
式中 m-气体的质量
v-气体的速度
设单位时间内气体流过截面积为S的气体体积为V，则
V=Sv
设空气密度为ρ，则该体积的空气质量为
m=ρV=ρSv
所以流过截面积S的气体动能为
E=（ρSv^3）/2
上式即为流过风力发电机风叶的风能表达式。
在国际单位制中，ρ的单位为kg/m^3；S的单位为m^2；v的单位为m/s；E的单位为W。
由以上公式可以得出，风能的大小与气体密度和通过的截面积成正比，与气体流动速度的立方成正比。其中气体密度和速度随着地理位置、地形地貌、海拔、气候等因素改变而改变。
据估算，到达地球的太阳能只有大概2%可以转换成风能，但其总量依然是十分巨大的。据统计，地球上的风能约2.74×10^9MW,其中可以利用的风能约2×10^7MW，如今风能发电只占全世界发电量的1%，人们已经认识到风能的优越性，并且正大力发展风能发电这一新能源的研发。
（三）风力发电现状
随着风力发电日益受到关注，风力发电技术在近些年也得到较快发展，但是仍然依赖于少数国家的先进技术，我国的风力发电核心技术相对落后，有些甚至是空白。从世界上风力发电趋势来看，风力发电机较之前越来越大，发电单机容量也有很大的提升，陆地风力发电机单机容量1.5MW-2MW。沿海地区架设的风力发电机单机容量最高已达到3MW以上。
（四）风力发电系统分类
风力发电机组大致可分为两大类：恒速恒频和变速恒频机组。风力发电机与电网并联运行时，要求风力发电机输出的电能频率保持恒定不变。恒速恒频机组在运行过程中控制发电机转动速度恒定不变，从而使输出频率不变，实现恒定频率。变速恒频机组在运行过程中，风力发电机转动速度不是恒定不变的，发出的电经过转换后实现恒定频率。
变速恒频机组相对于恒速恒频机组具有很多优点，例如有较简单的桨距控制，减少机械应力，提高了系统的风能利用率等等。
目前现有的技术可以提供出很多种变速恒频风力发电方案，其中以交-直-交风力发电系统最为简单易行。
本文设计的发电系统采用交-直-交形式，首先由发电机将风能转化为频率变化的交流电能，交流电通过整流电路整流成直流电，直流电再对蓄电池充电储存，储存后的电能再经逆变电路逆变成与电网相同频率的交流电供负载使用。
风力供电装置如图1所示。
图1 风力供电装置
风力供电系统 如图2所示。
图2 风力供电系统
二、西门子PLC
（一）PLC发展史
1969年，美国数字设备公司研制出第一台可编程控制器PDP-14，首次采用程序化的手段用于电气控制，并且在美国通用汽车公司生产线上成功试用，这是第一代可编程控制器，是世界上公认的第一台PLC。
【摘要】
本课题设计的风力发电系统由发电机、侧风偏航系统、测速仪、风场、PLC等组成。针对自然界资源日益短缺，在严密的理论指导下，设计出一套将风能这一绿色能源转换为电能并且储存于蓄电池中的设备。整个系统由PLC控制，PLC能适应各种复杂的运行环境，具有较好的可靠性和系统稳定性，并且抗干扰能力强，是自动化控制领域运用最广泛的控制器件。
风能是空气运动而产生的动能。通过风力发电系统的设计，对风能进行合理的利用可以减少传统煤的火力发电对环境的污染，减少对不可再生资源的利用，达到节约资源的目的。
系统通过发电机对风能进行转换，输出的电能经电路处理对蓄电池进行充电，从而储存电能供电器设备使用。文中详细阐述了系统设计与实现的过程与方法，分析了不同风速对电能输出的影响。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】风电转换PLC蓄电池
引言 1
一、风与风能 1
（一）风 1
（二）风能 2
（三）风力发电现状 2
（四）风力发电系统分类 3
二、西门子PLC 4
（一）PLC发展史 4
（二）PLC工作原理 5
（三）PLC结构 6
三、系统硬件设计 7
（一）原理框图 7
（二）电源控制单元 8
（三）显示单元 8
（四）风力供电控制单元 9
（五）风力供电主电路 11
（六）DSP控制单元和接口单元 12
（七）触摸屏、可调电阻和接线插座 15
（八）接线排 16
（九）风场的设计 17
四、I/O分配表及外部接线图 19
（一）PLC I/O分配 19
（二）PLC外部接线 20
五、程序设计 20
（一）急停程序 20
（二）手动程序的编写 21
（三）子程序调用 25
（四）自动程序的编写 26
六、运行调试 28
（一）基本功能的调试 28
（二）蓄电池充电测试 28
（三）功率特性的测试 29
参考文献 31
致 谢 32
附录一 梯形图 33
引言
日常生活中需要消耗很多能源，其中以电能的消耗最为广泛，而传统的发电方法用煤炭发电导致资源匮乏、环境污染，且煤炭为不可再生资源，新能源的开发在当今能源消耗增加、资源短缺的背景下显得尤为重要。风能这一绿色无污染的清洁能源早已被人们发现并且利用，例如公元前数世纪我国人民便利用风力提水灌溉、磨面、用风帆推动船舶游行。但真正直接利用风能发电至今还没有得到普及运用。用风力发电机把风能转化为电能，再由蓄电池对电能进行储存并且输出是较为合理有效的转换方法。在此过程中利用PLC控制的风力发电系统，使之具有良好的稳定性。通过发电系统的设计、安装、程序的调试，可以对运用自动控制技术和调试技术进行更加深刻的了解，并且在气候合适的情况下可以源源不断的输出电能供日常生活生产使用。
一、风与风能
（一）风
风是人类最熟悉的自然现象之一，风无处不在。地球表面被一层厚厚的大气层包裹着，太阳辐射导致地球表面大气层受热不均匀，由于热胀冷缩现象引起大气压力不均匀。在压力作用下，空气运动就形成了风。风能是由太阳能转换而来的，因此，它是绿色无污染且取之不尽，用之不竭的能源。
风是矢量，它包括大小和方向。风的大小称为风速，它表示风移动的速度，即单位时间内气体流过的距离。风的方向称为风向，是指风吹来的方向，如果风是从南方吹过来的就称之为南风，如果风是从东方吹过来的就称之为东风。
风的强弱可以用风力等级表示，大气压差越大，空气流动速度越快，风力等级越高，一般风力从小到大分为0级-12级共13个等级，如下表1所示。
表1 风力等级表
等级 名称 风速（m/s） 现象
0 无风 0.0-0.2 烟直上
1 软风 0.3-1.5 烟能显示风向，树叶略有摇动
2 轻风 1.6-3.3 感觉有风，树叶略有摇动
3 微风 3.4-5.4 旌旗展开
4 和风 5.5-7.9 能吹起地面的尘埃，树枝摇动，搞得草呈波浪起伏
5 清风 8.0-10.7 树枝摇曳，内陆的水面有水波
6 强风 10.8-13.8 大树枝摇动，电线有声
7 劲风 13.9-17.1 全树摇动，步行困难，
8 大风 17.2-20.7 折毁树枝
9 烈风 20.8-24.4 草房遭破坏，屋瓦掀起
10 狂风 24.5-28.4 拔起大树
11 暴风 28.5-32.6 损毁重大
12 台风 >32.6 摧毁极大
（二）风能
地球上可供人类使用的能源非常有限，且石油、煤、天然气等都是不可再生资源。风能的开发日益受到重视，它实质上是太阳能的转换形式，因此可认为是可再生的清洁能源，风能的利用将有可能改变长期依赖于煤和石油资源的格局。
由动能定理可知，气体的动能为
E=〔mv^2〕/2
式中 m-气体的质量
v-气体的速度
设单位时间内气体流过截面积为S的气体体积为V，则
V=Sv
设空气密度为ρ，则该体积的空气质量为
m=ρV=ρSv
所以流过截面积S的气体动能为
E=（ρSv^3）/2
上式即为流过风力发电机风叶的风能表达式。
在国际单位制中，ρ的单位为kg/m^3；S的单位为m^2；v的单位为m/s；E的单位为W。
由以上公式可以得出，风能的大小与气体密度和通过的截面积成正比，与气体流动速度的立方成正比。其中气体密度和速度随着地理位置、地形地貌、海拔、气候等因素改变而改变。
据估算，到达地球的太阳能只有大概2%可以转换成风能，但其总量依然是十分巨大的。据统计，地球上的风能约2.74×10^9MW,其中可以利用的风能约2×10^7MW，如今风能发电只占全世界发电量的1%，人们已经认识到风能的优越性，并且正大力发展风能发电这一新能源的研发。
（三）风力发电现状
随着风力发电日益受到关注，风力发电技术在近些年也得到较快发展，但是仍然依赖于少数国家的先进技术，我国的风力发电核心技术相对落后，有些甚至是空白。从世界上风力发电趋势来看，风力发电机较之前越来越大，发电单机容量也有很大的提升，陆地风力发电机单机容量1.5MW-2MW。沿海地区架设的风力发电机单机容量最高已达到3MW以上。
（四）风力发电系统分类
风力发电机组大致可分为两大类：恒速恒频和变速恒频机组。风力发电机与电网并联运行时，要求风力发电机输出的电能频率保持恒定不变。恒速恒频机组在运行过程中控制发电机转动速度恒定不变，从而使输出频率不变，实现恒定频率。变速恒频机组在运行过程中，风力发电机转动速度不是恒定不变的，发出的电经过转换后实现恒定频率。
变速恒频机组相对于恒速恒频机组具有很多优点，例如有较简单的桨距控制，减少机械应力，提高了系统的风能利用率等等。
目前现有的技术可以提供出很多种变速恒频风力发电方案，其中以交-直-交风力发电系统最为简单易行。
本文设计的发电系统采用交-直-交形式，首先由发电机将风能转化为频率变化的交流电能，交流电通过整流电路整流成直流电，直流电再对蓄电池充电储存，储存后的电能再经逆变电路逆变成与电网相同频率的交流电供负载使用。
风力供电装置如图1所示。
图1 风力供电装置
风力供电系统 如图2所示。
图2 风力供电系统
二、西门子PLC
（一）PLC发展史
1969年，美国数字设备公司研制出第一台可编程控制器PDP-14，首次采用程序化的手段用于电气控制，并且在美国通用汽车公司生产线上成功试用，这是第一代可编程控制器，是世界上公认的第一台PLC。
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