组态王的恒速变桨距风力发电机的监控系统设计
组态王的恒速变桨距风力发电机的监控系统设计[20200121193824]
摘要
风力发电作为绿色和丰富的能源来源，它是新的主要世界强国的来源之一，并已在世界各地开始获得了广泛应用。风力发电机技术的快速发展，以及有关全球支持风电项目的落实，将产生更多的绿色能源，并导致整个新能源行业较传统能源更加独立。所以对风力发电机的研究是非常重要的。
本文研究主要以恒速变桨距风力发电机的运行控制为目标，应用组态王6.55软件设计恒速变桨距风力发电机的上位监控系统，主要包括：风机运行控制流程的分析、整个系统方案的设计、硬件的选型和程序设计，本次设计的人机界面程序在实验室与PLC进行了联机调试，结果表明，系统稳定，所设计的各种功能基本符合需求，预期的设计目的已经达到。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:风力发电机变桨距组态王运动控制
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的目的和意义 1
1.2 国内外风电的发展及趋势 1
1.3 本论文研究的主要内容 2
第二章 监控系统整体方案设计 4
2.1 风力发电机基本原理介绍 4
2.2 变桨距风力发电机监控要求 6
2.3 总体设计思路 7
2.4 系统监控总体流程分析 8
第三章 风机监控系统的硬件设计 10
3.1 仿真设备E-WT 10
3.2 S7-300 PLC系统硬件配置 10
3.2.1 PLC选型 10
3.2.3 PLC的I/O口分配设计 11
3.3 传感器的选择 12
第四章 风机监控系统的软件设计 14
4.1 组态王的介绍 14
4.2 组态王程序的结构框图 14
4.3 组态王监控系统配置与变量设计 15
4.3.1 组态王与S7-300PLC的配置 15
4.3.2 MPI通讯协议 18
4.4 组态界面的设计 19
4.4.1 组态画面的编辑 19
4.4.2 动态对象的组态 25
第五章 系统调试 27
5.1 组态王与S7-300 PLC联机调试 27
5.2 总结 31
参考文献 33
致谢 35
第一章 绪论
1.1 课题的目的和意义
风力发电作为绿色和丰富的能源来源是建议作为主要的新的世界强国的来源之一，并已在世界各地获得的巨大能量。在过去的几十年里，已经开发的风力涡轮机与发电机的不同增加最大功率捕获，尽量减少成本，并扩大在陆上和海上适用范使用的风力涡轮机的综述不同类型风的发展涡轮发电机技术，并讨论优点和每种类型的优缺点。另外，根据技术数据和市场趋势的不同发电机设计的比较提供。
近年来，世界各地对实施可再生能源支持表现的由中等至强烈。可再生能源如水电某些类型一直得到充分发展，其他则被限制到特定区域，如太阳能。风力发电已使用超过二千年；风车是自公元200年捕获风能，使用恒定的转子组件。风能作为一种在全球范围内免费的，丰富的的绿色能源，它是一个所有可再生电能源中明显的选择。
变桨距尽可能地捕获风能，并且输出持续的﹑平稳的功率。变桨系统作为是风机的重要的组成部分之一，对风机的变桨系统的研究具有尤为重要的影响。
通过设计本系统，使我们可以很好的与目前的先进工程实践接轨。让自己真正地﹑独立地完成专业的全面的设计任务，让自身做到理论联系实际，理论应用实际。
1.2 国内外风电的发展及趋势
变桨距控制系统，它的充分运用可以获取巨大的能量，作为现代风机的关键系统之一，
它的顺桨、变桨是风机安全运行以及高效利用风能资源的重要保证。通过发展变桨距控制技术，这将大大改善风机的载荷能力，电能的质量与风机的发电效率也会大大提高。
目前变桨机构有液压和电动两种。由于本次课题所要研究的对象是电动变桨距机构系统，所以对其做着重介绍。电动变桨距是应用伺服电机控制某个桨叶，伺服电机通过主动齿轮与桨叶轮毅内齿圈相啮合，直接对桨叶的节距角进行控制。 位移编码器及限位开关会实时记录桨叶的角度，这样反馈信息到主控制室，可以很及时高效地调整桨距角，若产生故障，风机也会第一时间调整位置到顺桨状态，这种安全有效的控制是风机健康运行的重要障。
在国内，独立式变桨距控制以及整体式变桨距控制已经占据了主导地位，而整体的变桨距控制是发展的比较早的，也技术也是十分成熟的，目前应用的也是十分广泛的。而独立式变桨距控制是基于整体式变桨距控制发展起来的，当风速变化时，风机每一个桨叶角改变的度数是不相同的，它的不断发展完善也将大大完善风机的优良特性。
目前对风力发电机的基本的控制方法是通过当风速变化较大时，若想获得较大的风能，一方面可以对电机的电磁力矩调整，一方面可以变换风机的桨叶角度。而传统的控制算法，在应用于扰动如此较大，不确定的较多因素的风力发电机的整体系统，其准确性大大降低。因此现代风机系统将更加的智慧，更加的人性化。近年来，新的控制方法不断涌现，它们的应用都获得了良好的发展。
由于不断对风力发电机的变桨距系统的研究，近年来，已经取得巨大的进展。当在伺服系统、PLC等控制技术方面不断取得较大突破后，风力发电机变桨系统的安全性、可靠性已经更加的全面、稳定。而电动型变桨距也将采用新型结构作为其持续发展的根基。
放眼全球风电发展行业，风力发电技术将朝着更加可靠、更加智能，更加大容量的方向发展，并且风机市场开拓的区域也将由陆地转移到海上，这样对风机的技术发展提出更高的、更全面的要求。也将充分利用每一处风能资源。
1.3 本论文研究的主要内容
1.查阅文献等资料，理解风力发电机的运行控制的整个流程，并且清楚所用到的传感器和执行器的具体功能。
2.了解变桨距控制系统的功能和原理，掌握变桨距控制系统的结构和驱动机构。理解变浆系统的工作原理。
3.通过对风力发电机尤其是变桨距的控制系统功能能和原理的研究，深入了解变桨距的控制系统在风力发电机中的作用及其结构。
4.学习、研究人机界面方面的技术，掌握组态王软件使用知识。
5.针对恒速变桨距风力发电机所要达到的控制要求，学习和使用SIMATIC S7系列的S7-300，理解编写本次设计的S7-300控制程序。
6.设计相关可行的系统方案，编写上位机监控程序。
7.将程序与组态界面结合，实时的监控浏览数据，反复观察组态界面的参数动态，同时调试修正PLC程序，一步步达到测试效果，满足控制要求。
第二章 监控系统整体方案设计
2.1 风力发电机基本原理介绍
2.1.1 风力发电机定义
风力发电机：能将风能转换成机械能的动力系统。也可以这样定义，风力发电机是一种高效的能量利用系统，其主要采用大气作为工作介质的。
基本工作原理：由风来带动整个叶轮达到增速，发电机高速运转达到发电条件，通过变频器整流不稳定电流至直流电，再逆变成交流电，最后并网，如图2.1。
风 电网
ω P V I
β°
- + 功率传感器
摘要
风力发电作为绿色和丰富的能源来源，它是新的主要世界强国的来源之一，并已在世界各地开始获得了广泛应用。风力发电机技术的快速发展，以及有关全球支持风电项目的落实，将产生更多的绿色能源，并导致整个新能源行业较传统能源更加独立。所以对风力发电机的研究是非常重要的。
本文研究主要以恒速变桨距风力发电机的运行控制为目标，应用组态王6.55软件设计恒速变桨距风力发电机的上位监控系统，主要包括：风机运行控制流程的分析、整个系统方案的设计、硬件的选型和程序设计，本次设计的人机界面程序在实验室与PLC进行了联机调试，结果表明，系统稳定，所设计的各种功能基本符合需求，预期的设计目的已经达到。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:风力发电机变桨距组态王运动控制
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的目的和意义 1
1.2 国内外风电的发展及趋势 1
1.3 本论文研究的主要内容 2
第二章 监控系统整体方案设计 4
2.1 风力发电机基本原理介绍 4
2.2 变桨距风力发电机监控要求 6
2.3 总体设计思路 7
2.4 系统监控总体流程分析 8
第三章 风机监控系统的硬件设计 10
3.1 仿真设备E-WT 10
3.2 S7-300 PLC系统硬件配置 10
3.2.1 PLC选型 10
3.2.3 PLC的I/O口分配设计 11
3.3 传感器的选择 12
第四章 风机监控系统的软件设计 14
4.1 组态王的介绍 14
4.2 组态王程序的结构框图 14
4.3 组态王监控系统配置与变量设计 15
4.3.1 组态王与S7-300PLC的配置 15
4.3.2 MPI通讯协议 18
4.4 组态界面的设计 19
4.4.1 组态画面的编辑 19
4.4.2 动态对象的组态 25
第五章 系统调试 27
5.1 组态王与S7-300 PLC联机调试 27
5.2 总结 31
参考文献 33
致谢 35
第一章 绪论
1.1 课题的目的和意义
风力发电作为绿色和丰富的能源来源是建议作为主要的新的世界强国的来源之一，并已在世界各地获得的巨大能量。在过去的几十年里，已经开发的风力涡轮机与发电机的不同增加最大功率捕获，尽量减少成本，并扩大在陆上和海上适用范使用的风力涡轮机的综述不同类型风的发展涡轮发电机技术，并讨论优点和每种类型的优缺点。另外，根据技术数据和市场趋势的不同发电机设计的比较提供。
近年来，世界各地对实施可再生能源支持表现的由中等至强烈。可再生能源如水电某些类型一直得到充分发展，其他则被限制到特定区域，如太阳能。风力发电已使用超过二千年；风车是自公元200年捕获风能，使用恒定的转子组件。风能作为一种在全球范围内免费的，丰富的的绿色能源，它是一个所有可再生电能源中明显的选择。
变桨距尽可能地捕获风能，并且输出持续的﹑平稳的功率。变桨系统作为是风机的重要的组成部分之一，对风机的变桨系统的研究具有尤为重要的影响。
通过设计本系统，使我们可以很好的与目前的先进工程实践接轨。让自己真正地﹑独立地完成专业的全面的设计任务，让自身做到理论联系实际，理论应用实际。
1.2 国内外风电的发展及趋势
变桨距控制系统，它的充分运用可以获取巨大的能量，作为现代风机的关键系统之一，
它的顺桨、变桨是风机安全运行以及高效利用风能资源的重要保证。通过发展变桨距控制技术，这将大大改善风机的载荷能力，电能的质量与风机的发电效率也会大大提高。
目前变桨机构有液压和电动两种。由于本次课题所要研究的对象是电动变桨距机构系统，所以对其做着重介绍。电动变桨距是应用伺服电机控制某个桨叶，伺服电机通过主动齿轮与桨叶轮毅内齿圈相啮合，直接对桨叶的节距角进行控制。 位移编码器及限位开关会实时记录桨叶的角度，这样反馈信息到主控制室，可以很及时高效地调整桨距角，若产生故障，风机也会第一时间调整位置到顺桨状态，这种安全有效的控制是风机健康运行的重要障。
在国内，独立式变桨距控制以及整体式变桨距控制已经占据了主导地位，而整体的变桨距控制是发展的比较早的，也技术也是十分成熟的，目前应用的也是十分广泛的。而独立式变桨距控制是基于整体式变桨距控制发展起来的，当风速变化时，风机每一个桨叶角改变的度数是不相同的，它的不断发展完善也将大大完善风机的优良特性。
目前对风力发电机的基本的控制方法是通过当风速变化较大时，若想获得较大的风能，一方面可以对电机的电磁力矩调整，一方面可以变换风机的桨叶角度。而传统的控制算法，在应用于扰动如此较大，不确定的较多因素的风力发电机的整体系统，其准确性大大降低。因此现代风机系统将更加的智慧，更加的人性化。近年来，新的控制方法不断涌现，它们的应用都获得了良好的发展。
由于不断对风力发电机的变桨距系统的研究，近年来，已经取得巨大的进展。当在伺服系统、PLC等控制技术方面不断取得较大突破后，风力发电机变桨系统的安全性、可靠性已经更加的全面、稳定。而电动型变桨距也将采用新型结构作为其持续发展的根基。
放眼全球风电发展行业，风力发电技术将朝着更加可靠、更加智能，更加大容量的方向发展，并且风机市场开拓的区域也将由陆地转移到海上，这样对风机的技术发展提出更高的、更全面的要求。也将充分利用每一处风能资源。
1.3 本论文研究的主要内容
1.查阅文献等资料，理解风力发电机的运行控制的整个流程，并且清楚所用到的传感器和执行器的具体功能。
2.了解变桨距控制系统的功能和原理，掌握变桨距控制系统的结构和驱动机构。理解变浆系统的工作原理。
3.通过对风力发电机尤其是变桨距的控制系统功能能和原理的研究，深入了解变桨距的控制系统在风力发电机中的作用及其结构。
4.学习、研究人机界面方面的技术，掌握组态王软件使用知识。
5.针对恒速变桨距风力发电机所要达到的控制要求，学习和使用SIMATIC S7系列的S7-300，理解编写本次设计的S7-300控制程序。
6.设计相关可行的系统方案，编写上位机监控程序。
7.将程序与组态界面结合，实时的监控浏览数据，反复观察组态界面的参数动态，同时调试修正PLC程序，一步步达到测试效果，满足控制要求。
第二章 监控系统整体方案设计
2.1 风力发电机基本原理介绍
2.1.1 风力发电机定义
风力发电机：能将风能转换成机械能的动力系统。也可以这样定义，风力发电机是一种高效的能量利用系统，其主要采用大气作为工作介质的。
基本工作原理：由风来带动整个叶轮达到增速，发电机高速运转达到发电条件，通过变频器整流不稳定电流至直流电，再逆变成交流电，最后并网，如图2.1。
风 电网
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- + 功率传感器
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