摘要：目前，在许多风力发电控制系统中，使用由主机架和扩展机架以及远程通信模块和单个CPU组成的主站和从站来控制。这样，如果发生系统故障，PLC控制器将根据其固有的操作模式进行操作，自动关机显着降低系统可靠性和安全性。为了解决这个问题，系统使用双CPU模块来提高PLC的稳定性和可靠性，即使用冗余通信接口模块连接两个CPU，如果一个CPU发生故障，可以自动切换到另一个CPU 它不会突然停止并继续执行控制任务。
关键词：PLC技术、风力发电、应用
引言：目前我国新能源开采技术种类很多，风力发电技术是比较成熟的技术之一。风力发电需要风能，风车的叶片在风下旋转，然后与加速系统配合，从而达到发电的目的。但我国的风力发电系统仍存在一定的缺陷，它不仅能量损失太多，而且工作环境恶劣。对风力发电控制系统和控制算法的可靠性提出了极高的要求，如今，PLC在工业控制领域得到了广泛的应用，而且控制也相对简单。
1 风力发电控制系统的工作原理
风力发电系统主要由叶片，增速齿轮箱，偏航装置和控制系统组成。只有当各种部件相互配合时，系统才能正常运行。风轮的主要部件是叶片，在将风能转换为电能的过程中，叶片扮演着重要角色。具有良好空气动力结构的叶片可以保证风能的转换效率，集线器上安装了两个或三个刀片。当风吹动叶片时，轮毂旋转，但是这个速度相对较低。我们可以在发电机和集线器之间安装加速系统满足发电的要求。由于风速方向不同，叶片角度应及时调整，以保证最大限度地利用风能。此外，风向传感系统还将实时监测到的风向信息传输给PLC控制系统，便于设备调整。
增速齿轮箱可以通过增加轴的转速来增加风力涡轮机的转速。该模块的应用可以有效地满足风力发电设备转速的要求。偏航装置可以有效地改变叶片与风速之间的角度。当PLC控制系统接收到传感器系统采集到的风向信号时，PLC控制系统会计算叶片与风向之间的角度是否最佳，如果不是，PLC控制系统将控制偏航电机并将其转到最好的位置，另外，为了使风力发电机充分利用风能，必须不断切换电压和频率。此时使用逆变器。有些逆变器可以直接将交流电转换为交流电，一些逆变器会先将交流电通过整流电路转换成直流电，然后将直流电转换为交流电。这两种变频器是业内最常见的变频器。
2、PLC软冗余系统的工作原理
其具体实施方案是分别在塔柜和机柜内安装CPU模块，两个CPU模块相互通信（通过PROFIBuS-DP总线），值得注意的是，两个CPU之间的关系是主从关系。一般情况下，机房机柜的CPU设置为主站模式，塔机柜中的CPU设置为从站模式，塔机柜中的CPU主要负责接收箱的相关数据CPU，同时远程控制中心负责维护通信并发出逆变器命令，以整合电网动作。机舱内的CPU主要负责接收从CPU的相关数据，并控制俯仰伺服电机，偏航电机和发电机的正常运行。一旦发现在正常操作期间检测到通信故障，主站的CPU发送命令以断开与逆变器的电网。此时，从CPU结束通信故障后，向伺服电机发送偏航停止指令和飞行指令，保护设备，CPU将继续检测通信，直到通信恢复正常。
3 可编程控制器PLC的控制过程
PLC是整个风力发电控制系统的核心，它不仅具有接收和发射信号的功能，而且可以对一些采集到的信号进行精确的处理和分析。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其次，逆变器也是这个风力控制系统的关键，它不仅可以改变电源频率，还可以驱动电机工作，另外，风向传感器也是系统中的重要模块。 它可以实时采集风向信息，也可以将采集到的信息转换成模拟量并传送给PLC控制器。 PLC将根据收到的信息更改系统的操作，不同模块和PLC之间的传输和处理方法也不同，为了改进风力发电控制系统，有必要找出它们之间的关系。
偏航展开包括作为风力涡轮机系统重要组成部分的风力偏航等操作，也是基于PLC风力发电控制系统的主要设计技术。收集数据时，如果传感器发生故障，必须立即启动备用传感器，以确保风机正常运行，变速箱的正常运行对风力发电机组有很大的影响。从风能到电能的转换过程也必须在变速箱的正常工作状态下完成，这种设计技术对各方面都有较高的要求。例如，必须进行温度控制，机油控制，发电机控制等，并在发生问题时及时关闭和维护，以确保风力发电工程，可以在安全的环境中有效地工作。
4 基于PLC风力发电控制系统的设计方案
PLC是一个可以编写程序的控制器，在PLC风力发电控制系统中，PLC是系统的控制核心，显示了其重要性。 PLC风力发电控制系统的主要功能之一是实时监测风向，通过监测风向自动调整叶片的工作位置和转速。 基于PLC的风力发电控制系统的设计方案必须根据实际情况制定，在充分理解风力发电原理的基础上，针对硬件和软件设计了PLC风力发电控制系统。
在硬件设计方面，我们不仅要了解PLC控制系统的具体芯片型号，还要对PLC控制的各个模块进行严格选择，以尽可能满足协议要求和相应的接口要求。在软件设计中，还要注意整个控制系统模块的划分，尽量保证每个功能模块都能发挥最大的作用，在软件模块中，人机界面的主要功能是输入命令和命令完成不同的任务。另外，我们也可以改变参数，其次是显示系统，这个模块可以实时显示一些运行状态，以便我们了解，如果出现故障，这个模块会及时显示出来，方便我们解决问题和维护系统的安全，数据采集模块的作用也非常大，主要是利用传感器采集一些关于风向的数据，并将这些信息实时传送到PLC控制核心。它有助于PLC对设备进行调整，提高系统的工作效率;偏航控制模块可以基于风向。偏航和电缆断开操作通过更改来执行，这个过程通常需要四个偏航马达同时工作。液压系统的主要功能是为高速轴制动器和偏航制动器提供必要的压力，变速箱控制模块主要针对变速箱，油泵等的温度，能有效控制这些事情，保护风力发电系统。最后是温度控制模块，可以有效控制风力发电系统各个运行机构的温度，保证风力发电机的正常运行。
可编程控制器PLC作为控制核心的使用是一个明确的选择，基于PLC的风力发电控制系统开发设计方案，不仅可以减少系统故障的发生，而且可以提高系统控制器的可靠性。今天，中国的计算机科学技术发展非常迅速，使用面向对象编程技术也将是未来最可靠的发展方向，丰富的功能函数便于编程，而编程也可以实现复杂的控制概念，其中有一个在风力发电控制系统设计中具有积极的意义。
结束语
综上所述，双CPU PLC控制方案在风电系统中的应用越来越多，具有以下两个优点：（1）提高了系统的可靠性和安全性：一旦检测到通信故障，报警立即报告，发生通信故障时，会发出关闭重置动作（根据设定的参数进行操作）以保护系统的硬件设备。大量的实际结果表明，尽管控制系统成本较低，但它在很大程度上可以提高系统的可靠性，既节省成本又降低预期效果。此外，该系统还实现了冗余切换，可以成功应用于PLC软件冗余系统，（2）提高系统工作效率：由于采用双CPU控制，两个主站具有相对独立的执行能力，二者之间通过数据交换进行系统监控，实现整个系统的高效运行系统。同时也希望能够帮助相关研究人员满足各个模块的高精度控制要求，从而提高风力发电系统的效率，保护我国新能源。
参考文献：
[1]孟彦京、金璐 .PLC软冗余技术在风力发电系统中的应用[J].化工自动化及仪表.2010，（10）.
[2]申超、易灵芝、龙辛、黄波、庞伟、詹俊.光纤通信在风力发电系统中的应用[J].机械工程与自动化.2013，（05）.
[3]卢善云.PLC在风电控制系统中的应用[J].科学时代.2012，（02）.科学时代》
论文作者:万强
论文发表刊物:《防护工程》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/14
标签：控制系统论文; 风力发电论文; 系统论文; 模块论文; 叶片论文; 风向论文; 风能论文; 《防护工程》2018年第20期论文;