6ES7223-1BM22-0XA8品质好货

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系统主要配置如下： 

● 主控制器：Q00CPU：速度和牵伸比给定，通过I/O模块，现场各机台急停，限位等开关量及模拟量信号，完成连锁控制及报警功能。 
● 输入模块：QX40：完成现场的开关量控制采集， 
● 输出模块：QY10：完成开关量输出。 
● 模块量输入：Q64AD：以完成现场的模拟量检测。 
● 串行通讯模块：QJ71C24N-R4：构成变频器通迅链路。 
● 传动驱动单元：艾默生公司的EV2000系列变频器。 

鉴于篇幅的原因，本文主要描述系统控制的关键设计和实现，即保证导丝、一牵、二牵、三牵、卷曲五台电机的速度同步。客户基于成本的因素，传动驱动单元选用艾默生公司的EV2000系列变频器，并要求主控制器和其构成一个以RS485为通讯介质的低速廉价通讯链路。尽管导丝、一牵、二牵、三牵、卷曲5台变频器采用共用直流母线运行方式，并安装增量式编码器构成转速闭环以提高速度精度，卷曲机变频器还外加张力传感器以稳定控制拉伸张力，提高纤维质量，但是在设备起停过程特别是在运行过程中调整运行速度和牵伸比等工艺参数时低速通讯链路的实时性的问题就表现出来了。 

在设计上，虽然一个通讯模块可以组成485网络，但因为通信量很大，我们实时发送电机的速度指令及起停信息，同时还要不断读取变频器的工作电压、电流、频率等参数，所以如果采用一块模块的话，通信周期将增大，也就达不到实时的作用。所以我们选用两块485通讯模块，即四个通讯口同时对一牵、二牵、三牵、卷曲四台变频进行通讯，而导丝和一牵共用一个通讯口，在下一周期通讯。考虑到通讯协议帧长度长为18个字节，在19200Bit/s传输速率下，各速度指令响应的大时差为20ms左右，当大车速为200M/Min时，尽管导丝略有滞后，但在工艺上是可以接受的。该方案可以有效地解决速度指令的同步能力，实现开车起步和停车过程中按指令同步升降速以及运行中速度调整时五台电机速度的同步和纤维拉伸张力的均匀。 

4．调试情况和体会 

在实际调试过程中，系统基本符合我们预想。但在通讯调试中，我们发现Q系列PLC在搭载多通讯模块系统时，通讯的稳定性和PLC的扫描周期的长短有关。随着功能的不断增强，程序的不断完善，扫描周期也随之加大，当大扫描周期大于25ms时，通讯开始有不稳定现象出现。 

现象：我们用QJ71C24的通讯指令来接受通讯数据，当扫描周期大于25ms时，在同时通讯的4个口中，排在程序的后一个口偶尔会有通讯错误，当接受标志位已跳变为ON，表示数据已接受完毕，但接受数据区中却无数据。我们对同时通讯的四个口的程序次序颠倒过来发现情况依旧，错误只发生在次序排在后的一个口。 

分析原因：我们认为是通讯时序出现了问题，系统接受标志位的跳变和系统数据的传递不同步，即系统内部通讯标志建立时，通讯缓冲区的数据尚未来得及传送完毕。故我们判断扫描周期延长会影响系统通讯的时序。 解决办法：精简程序来缩短扫描周期或换高速PLC 。但由于本系统程序量较大，后为了保证系统的性我们将CPU从Q00换为Q02，提高了系统处理速度，把扫描周期降低至10ms以下，问题得以解决。 

5．用户的反馈 

本系统已正常投产三个多月，目前系统运行非常稳定、，技术指标达到了设计效果

 在针织布生产工艺设备中，供热供气，漂染，后整理三大系统均是应用变频调速技术的重要领域。

    1、在供热供气系统上的应用

    针织布在印染和后整理工艺中都离不开热能和压缩空气。热能主要有蒸汽热能和导热油作介质的热能两种。蒸汽热能供应印染工艺设备如漂染工艺的高温高压染色机、常温染色机、拉缸等。导热油作介质的热能供应烘干设备，如后整理工艺的印花机、烘干机、树脂定型机等设备。

    蒸汽供热锅炉在燃油价格较高的情况下，大多数采用燃煤锅炉。燃煤锅炉中的引风机、鼓风机，以往调节风量都用风门来调节，采用变频调速技术后，可以通过调节电机的转速达到调节风机风量的目的。同样对锅炉的给水泵，利用变频器调节给水泵的流量达到恒水位连续供水。以15吨燃煤链条锅炉为例，引风机90KW，变频器的运行频率在40Hz左右；鼓风机45KW，变频器运行频率在45-55Hz左右；给水泵30KW，变频器的运行频率在40Hz左右。锅炉的供气压力可以稳定在1MPa左右。这样就能保证染色机所需的0.5-0.7Mpa压力的蒸汽热能，日染40-50t针织布生产的需要。

    以导热油作介质供热的燃煤锅炉(又叫热载体炉)，对导热油循环泵采用变频调速技术，通过调节循环泵的转速来调节导热油的供油压力。同样对鼓引风机也可装上变频器，控制风量，把导热油的供热温度控制在设定范围之内。以400万大卡热载体炉为例，循环泵电机功率75kW，变频器运行频率40～50Hz；引风机功率30kW，运行频率30Hz左右；鼓风机功率15kW，运行频率45～50Hz：导热油工作温度250℃一260℃，工作压力0．4MPa，可以供应4～5部树脂定型机或印花机，烘干机所需的热能。

    织布机，染色机，定型机都要求有一定压力的压缩空气来推动汽缸或阀门工作。通常采用集中供气的方式，根据生产需要，用气量的大小，开—台或两台压缩机。过去在开—台压缩机不够气用，开两台又有多时，压缩空气有相当—部分要经阀放掉，浪费很大。采用变频调速技术之后，利用变频器内置的P1D功能，在总供气口装上压力变送器，能很好地解决这个问题。在够气压时，变频器自动调低频率驱动电机运转，一旦供气不足，设定压力，变频器自动上升频率驱动电机运转，从而保供气压力不变，其原理见图1(以国产佳灵变频器为例)。

    2、在漂染系统上的应用

    染色工艺是客户对针织布产品质量要求较高的关键工艺，其产品质量的奸坏直接关系到企业的声誉。染色机自动化程度的高低，对控制产品质量有很大关系。20世纪80年代的染色机，对染液的温度用简单的温控器控制，染液喷嘴压力用手动阀门来调节，导布棍的转速用滑差调速电机或用机械式无级凋速器凋速，这种控制方式，不节能，机械磨损严重，产品质量不稳定。日前国产染色机，特别是高温高压染色机，采用PLC(PC)可编程控制，配置变频器，利用可编程控制器控制染液按设定的速率升温，降温，保温。还可以对导布棍，循环泵的转速实现定时，定速控制，控制原理方框图。

    如一台AMSA632型高温高压染色机，用PLC可编程控制器，再利用变频器内置的多段速输入端子(X1—X4)，可以使得染色机的循环泵和导布棍电机的运行频率自动的设置在进布时20Hz升温，保温时30Hz，降温时35Hz，溢洗时50Hz，等不同的频段上运行

1 引言
近年来，我国的钢铁冶炼行业发展，烧结矿是炼铁的主原料，而配料这一工艺是影响烧结矿质量的重要环节，各称量设备只有达到一定精度才能保证矿的质量。本文介绍的是天津钢管公司还原铁厂105M2烧结机配料系统中的称量部分仪表、电气、PLC调试的自动控制。

2 称量系统的介绍及调试

2.1系统介绍
该配料系统中的称量装置采用皮带秤，共14个料仓,各仓所储存料并不相同，这里选1#作介绍。料仓下为一变频控制的宽带给料机，料经过宽带流向皮带秤，再给至混合机的皮带，每台秤有两个称重传感器，并连于接线盒，一个速度传感器，各信号经过接线盒传到称重积算仪，再由积算仪将模拟信号和脉冲信号传给PLC，PLC处理后输出DO信号至计算机，对其进行监控操作。PLC将计算机下达的指令传给积算仪进行处理，该过程的原理图如下：



2.2调试
仪表秤需调参数较多，有校准常数、建立测试周期、零点调零、自动间隔校准、量程、零点死区、PID设置、实物校准等等。
按照菜单顺序，依次调整好各参数：
累计单位为t，流量单位为t/h；大秤流量，即秤的量程，设为150t/h，秤分度设为0.1；信号输入方式设置，在未连接速度传感器时选择速度模拟信号，连接之后选择外部输入；测试周期选自动，在皮带上作出明显标志，以秤架上某点作为参考点，启动皮带，运行10周，计出时间，输入到积算仪，自动计算出皮带长度，为8.5m。
校准常数可通过计算公式计算：
校准常数=杠杆系数*皮带长/秤体长
根据公式进行调试，杠杆系数为1.5，但在安装时将传感器位置作了调整，所以取1，该宽带机皮带长8.5M，秤体长为1.7M，所挂砝码各为17.25KG，计算出校准常数后在称重积算仪中设定，根据这一个参数，再用挂码校准该秤。通过对间隔校准数的调试可得出PID设置中的比例：
间隔校准数=所挂砝码重*皮带所转长度/X
X为比例系数，间隔校准数为积算仪上所显示的重量，两边所挂砝码各为17.25KG，皮带长度取10周，即可得出比例系数，设定好PID再次进行调校。
零点死区设为0.5%(比静态秤精度要低)；实物校准是使用实际物料校准皮带秤，物料过秤前，在静态秤上准确称重。启动皮带秤，稳定后按“开始”键，仪表开始累计，在皮带秤上输送校准用的物料，等所有物料通过皮带秤时，按完成键，输入通过皮带秤准确重量后，查看仪表显示误差是否在0.5%内，否则继续调各参数。调准后，调好报警值即可。

3 与电气的联锁
皮带秤与电气上的联锁可从计算机监控画面进行介绍：


图2
图中下料频率设定和下料流量设定均是控制到皮带秤的下料量，可通过“切换”按钮进行切换控制，下料频率是计算机通过PLC至变频器的通讯来控制变频器的输出，从而改变宽带给料机的转速，按照所需料量对皮带秤下料。下料流量设定则是由计算设定所需值输出至PLC，再输入至积算仪，经过PID计算，调整宽带给料机的频率以达到所需下料量的要求。

4 对应PLC程序
以图2中各项参数所对应的程序进行说明。
瞬时流量，即是设定的料流量后反馈给计算机的数据，对应程序如下：


图3
称重传感器将称重数据传送至称重积算仪，积算仪将该信号以4~20mA的模拟信号输送至PLC，如p1chylcxll,转换为数字量信号输出至计算机画面的瞬时流量，如p1chy1cxllout.
本班产量、上班产量、总累计量所对应程序如下：


图4
本班产量指每个班各种料的总量，上班产量则指上一个班的下料总量，总累计量为该料的累计总和。图中%402996为本班产量寄存地址，7为7：00计时，即本班的起始时间，经过图9.86等量整数输出到9.92，%402997为上班产量寄存地址，1为7：01分开始计下料流量，%000500为总累计量的数据寄存地址，每到下一下班是，本班产量即将所有数据输送至上班产量并自动清零，而上班产量在接收本班产量之前则将上班产量中的数据输送至总累计量并清零，再接收本班产量的数据。本班产量的数据则由以下程序来实现：


4为选择输入，2200为起始输入位，1为长度，二个4为选择输出，2300为终止输入位，该程序的作用是皮带秤每走1吨料，积算仪会发出一个脉冲信号至2300再将数据累计到%402996（本班产量），以此组成一个循环。
所以，对于各量的需求，只要操作工在计算机画面上进行各项设置即可达到配料所需的度。

越来越多的发动机厂希望实现生产设备的联网并建立生产监控系统，与此同时，在生产监控系统的基础上建立生产管理系统，记录发动机生产过程中的各种数据和事件、为每台发动机建立完整的产品谱系也成为了发动机厂新的目标，这将为今后产品质量问题的追溯和产品召回制度的实施提供了依据。

系统概述
目前，国内许多整车厂在自动化生产线之上建立了“生产监控系统(PMC)”，该系统以网络通讯的方式连接了生产线上的可编程控制器(PLC)，实现了生产设备的状态监视和生产数据的采集。与整车厂相比，发动机厂的生产线控制系统有其明显的不同之处：除了可编程控制器之外，发动机生产线还包含了大量的数控(CNC)和运动控制器(Motion Controller)。
按工艺划分，发动机厂的生产设备基本可分为两大类：装配部分和机加工部分，其中，装配线上大量使用着PLC。整条装配线按工艺分成了3～4个区域，每个区域包含一台监控计算机，该计算机通过以太网与区域内所有PLC联网，并采集生产数据，地监控子系统。运行在监控计算机上的软件可以是ProficyTM HMI/SA – CIMPLICITY® 软件包。
机加工部分通常包括缸体线、缸盖线、框架线、曲轴线、连杆线和凸轮轴线。每条机加工线的控制系统包含若干台CNC和PLC，为了建立机加工部分的生产监控系统，每台机床的CNC和PLC具有网络接口，每条机加工线的线端应该安装一台监控计算机，该计算机通过网络连接整条机加工线上的CNC和PLC，并采集机床设备的报警信息、数据和零件程序，构成每条机加工线的监控子系统。运行在线端监控计算机上的软件可以是Proficy HMI/SA - CIMPLICITY软件包。
各装配区域和机加工线的监控计算机可以通过厂级以太网互联，建立厂级生产监控系统，向生产操作和管理人员动态的生产过程监控画面和生产线的柔性化设置界面。
现代化的发动机厂除了需要建立生产监控系统以使生产操作和管理人员方便地监视生产过程和柔性化地控制生产过程之外，还应该在生产监控系统之上建立生产管理层。这一层应从生产过程采集大量的产品加工和装配数据，如：每台发动机的序列号、安装在发动机上的零部件的批次编号、发动机装配过程中的测试数据等。这些数据应该被存储在一个面向生产过程的数据库中，如Proficy Historian过程数据库。生产管理层还应该采集发动机生产过程中的事件，如：机床换、缸体上线、进入返修区等生产事件，这些事件应该被存储在一个SQL 2000关系型数据库中。终，这些数据和事件被生产管理服务器归纳、整理成每台发动机的生产过程档案和一个完整的发动机产品谱系（产品谱系指的是该产品包含何种零部件及每种零部件的批次编号等信息）。这些信息还通过Web方式发布到全厂的客户端计算机，使得发动机厂的生产管理人员在客户端计算机上利用因特网浏览器就可以查询、检索发动机的生产过程档案和产品谱系。生产管理服务器上运行的软件可以是Proficy Production和Proficy Real-Time Inbbbbation Portal软件包。
包含以上“生产监控”和“生产管理”两个层次的发动机厂网络架构如图1所示。


在图1所示的系统结构中，运行Proficy HMI/SA - CIMPLICITY软件的监控计算机构成了生产监控层，这一层负责从生产现场采集数据。处于生产管理层中的Proficy Historian数据库服务器接受来自生产监控层的数据，并存储这些数据，SQL服务器负责存储发动机生产过程中的各种事件，运行Proficy Production软件的生产管理服务器负责建立工厂模型、发动机生产过程档案和产品谱系，而运行Proficy Real – Time Inbbbbation Portal的服务器负责将生产管理服务器中的信息以Web方式发布给全厂。

生产监控层与发动机生产线的软硬件接口
生产监控层中的计算机一般通过工业以太网与生产线上的PLC和CNC进行通信（见图2），这就要求PLC和CNC含有以太网接口，监控计算机通过基于以太网的通讯协议或者开放的OPC技术读取控制器中的数据。根据这一思路，GE Fanuc公司在国内某汽车发动机厂帮助用户建立了生产监控系统。该项目大量使用了GE Fanuc的16i/18i/21i系列的CNC系统，这些数控单元都直接配置以太网接口，并支持基于TCP/IP的FOCAS1应用层协议。运行在线端监控计算机上的Proficy SA/HMI - CIMPLICITY软件通过该协议与数控单元交换数据。


整车厂的生产监控系统通常采集各生产工位（生产区域）的设备报警、工作节拍和产量统计等数据，而机加工线的监控计算机考虑读取各台机床设备的报警故障状态、寿命、零件程序和各种测量数据，这些数据与整车厂的生产过程数据相比，有着明显不同的数据类型和含义。下表列出了线端监控计算机从机床设备采集的典型数据：


除了以上来自机床设备的数据之外，生产监控层还需要采集装配线上的发动机条码或RFID等标签数据、测试数据、拧紧装置的力矩数据和发动机零部件的批次编号等数据。这些数据被条码扫描器、RF Tag读写器或者PLC所读取，然后再发送到监控计算机上，终由生产管理层的服务器存储和管理这些数据记录。

生产监控层的功能
发动机厂的生产监控系统是由分布在各装配区域和各机加工线的监控计算机构成的，这些监控计算机提供动态的监控画面来反映生产设备的运转状态及其相关数据，操作员通过监控计算机可以完成如下监控操作

由图6可见，以Proficy Production软件为的生产管理层是建立在两个类型不同的数据库基础之上的——记录生产过程中各种数据的过程数据库Proficy Historian和记录生产过程中各种事件的关系型数据库SQL 2000。
这两种数据库所起的作用明显不同：
·过程数据管理(Historian)
记录每台发动机在机加工和装配过程中的各种数据，如：每台发动机的序列号、安装在发动机上的零部件的批次编号、发动机装配过程中的测试数据和拧紧装置的力矩数据等。这些数据在数据库中的存储特点是容量大、存访速度快，如：以毫秒级的间隔，保存10年以上的数据。通常的关系型数据库满足不了如此大容量、高速的数据存储要求，而非关系型的过程数据库采用平面式存储结构，却能实现这个存储要求。
·关系型数据库
关系型数据库SQL 2000被用来记录每台发动机生产过程中的各种事件，如：机床换、缸体上线、进入返修等生产事件。采用关系型数据库不但可以记录这些事件，还可建立这些事件之间以及这些事件与过程数据之间的关联，这为发动机生产过程档案和产品谱系的建立打下了基础。
与这两个数据库建立交互操作的是Proficy Production软件中的基础模块----“工厂模型”、“事件模型”和“产品模型”，这些模块定义了发动机的产品种类、发动机在生产过程中所经历的各种事件及其所对应的过程数据。
为了地记录每台发动机的生产过程，Proficy Production软件还应该记录发动机的关键零部件及其跟踪参数。考虑到很多单个的发动机零部件很难被条码和RFID来标识，通常采用给一批同样类型的零部件分配一个的记录编号、将这批零部件放置在一个载具中，并在载具上贴上条码或安装RFID来代表零部件批次编号的方式，跟踪这批零部件在生产过程中的使用，而Proficy Production软件也是根据零部件的批次编号为每台发动机建立产品谱系的。

生产管理层的功能
在整个发动机厂的生产网络中，生产管理层实现了如下功能：
·生产设备效率分析
·产品质量统计及分析
·发动机生产过程档案及产品谱系的建立
其中，“发动机生产过程档案及产品谱系的建立”在发动机的生产过程中显得尤为重要。为了实现这个功能，Proficy Production软件将根据数据库中的发动机生产过程中的事件和各种工艺参数，建立每台发动机的生产档案，该档案将记录每台发动机的如下信息：发动机的序列号、发动机加工生产过程中的事件及其时间戳、发动机各关键零部件的批次编号、发动机装配过程中的测试数据和拧紧力矩数据。
如此详细的产品生产过程的记录将为今后的查询和检索提供的数据，同时也建立了每台发动机的生产过程及其零部件的追溯体系，为今后的查询和检索提供了基础。如果已出厂的发动机被发现存在质量问题，该质量问题是由生产过程中的某道工序或某批不合格的零部件造成的，则用户可以依据以上发动机生产过程的记录，很快地检索出含有同样质量问题的产品，确定需要召回的产品范围，减少损失。

在风力发电系统中，变桨距控制技术关系到风力发电机组的运行，影响风力机的使用寿命，通过控制桨距角使输出功率平稳、减小转矩振荡、减小机舱振荡，不但优化了输出功率，而且有效的降低的噪音，稳定发电机的输出功率，改善桨叶和整机的受力状况。变桨距风力发电机比定桨距风力发电机具有好的风能捕捉特性，现代的大型风力发电机大多采用变桨距控制。本文针对国外某风电公司液压变桨距风力机，采用可编程控制器(PLC)作为风力发电机的变桨距控制器。这种变桨控制器具有控制方式灵活，编程简单，抗干扰能力强等特点。本文介绍了液压变桨距系统的工作原理，设计了变桨控制器的软件系统。后在国外某风电公司风力发电机组上做了实验，验证了将该变桨距控制器可以在变桨距风力机上、稳定运行的。 

随着风电技术的不断成熟与发展，变桨距风力发电机的优越性显得加：既能提高风力机运行的性，又能保证高的风能利用系数和不断优化的输出功率曲线。采用变桨距机构的风力机可使叶轮重量减轻，使整机的受力状况大为改善，使风电机组有可能在不同风速下始终保持转换效率，使输出功率大，从而提高系统性能。随着风电机组功率等级的增加，采用变桨距技术已是。目前变桨执行机构主要有两种：液压变桨距和电动变桨距，按其控制方式可分为统一变桨和立变桨两种。在统一变桨基础上发展起来的立变桨距技术，每支叶片根据自己的控制规律立地变化桨距角，可以有效解决桨叶和塔架等部件的载荷不均匀问题，具有结构紧凑简单、易于施加各种控制、性高等优势，越来越受到风电市场的欢迎。 

在变桨距系统中需要具有高性的控制器，本文中采用了OMRON公司的CJ1M系列可编程控制器作为变桨距系统的控制器，并设计了PLC软件程序，在国外某风电公司风力发电机组上作了实验。 

变桨距风力机及其控制方式 

变桨距调速是现代风力发电机主要的调速方式之一，如图1所示为变桨距风力发电机的简图。调速装置通过增大桨距角的方式减小由于风速增大使叶轮转速加快的趋势。当风速增大时，变桨距液压缸动作，推动叶片向桨距角增大的方向转动使叶片吸收的风能减少，维持风轮运转在额定转速范围内。当风速减小时，实行相反操作，实现风轮吸收的功率能基本保持恒定。液压控制系统具有传动力矩大、重量轻、刚度大、定位、液压执行机构动态响应速度快等优点，能够保证加、准确地把叶片调节至预定节距。目前国内生产和运行的大型风力发电机的变距装置大多采用液压系统作为动力系统。

 
图1 变桨距风力发电机简图

如图2所示为变桨距控制器的原理框图。在发动机并入电网之前由速度控制器根据发动机的转速反馈信号进行变桨距控制，根据转速及风速信号来确定桨叶处于待机或顺桨位置；发动机并入电网之后，功率控制器起作用，功率调节器通常采用PI（或PID）控制，功率误差信号经过PI运算后得到桨距角位置。

 
图2 变桨距风力机控制框图

当风力机在停机状态时，桨距角处于90°的位置，这时气流对桨叶不产生转矩；当风力机由停机状态变为运行状态时，桨距角由90°以一定速度（约1°/s）减小到待机角度（本系统中为15°）；若风速达到并网风速，桨距角继续减小到3°（桨距角在3°左右时具有风能吸收系数）；发电机并上电网后，当风速小于额定风速时，使桨距角保持在3°不变；当风速额定风速时，根据功率反馈信号，控制器向比例阀输出-10V－+10V电压，控制比例阀输出流量的方向和大小。变桨距液压缸按比例阀输出的和方向来操纵叶片的桨距角，使输出功率维持在额定功率附近。若出现故障或有停机命令时，控制器将输出顺桨命令，使得风力机能快速停机，顺桨速度可达20°/s。 

变桨控制器的设计 

◆系统的硬件构成 

本文实验中采用国外某风电公司风力发电机组作为实验对象，其额定功率550KW，采用液压变桨系统，液压变桨系统原理图如图３所示。从图３中可以看出，通过改变液压比例阀的电压可以改变进桨或退桨速度，在风力机出现故障或紧急停机时，可控制电磁阀J-B闭合、J-A和J-C打开，使储压罐1中的液压油进入变桨缸，推动桨叶达到顺桨位置（90°）。

 
图３ 液压变桨距控制系统原理图

本系统中采用OMRON公司的CJ1M系列PLC。发电机的功率信号由高速功率变送器以模拟量的形式（0～10V对应功率0～800KW）输入到PLC，桨距角反馈信号（0～10V对应桨距角0～90°）以模拟量的形式输入到PLC的模拟输入单元；液压传感器1、2也要以模拟量的形式输入。在这里选用了4路模拟量的输入单元CJ1W-AD041；模拟量输出单元选用CJ1W-DA021,输出信号为-10V～+10V，将信号输出到比例阀来控制进桨或退桨速度；为了测量发电机的转速，选用高速计数单元CJW-CT021，发电机的转速是通过与发电机相连的光电码盘，每转输出10个脉冲，输入给计数单元CJW-CT021。 

◆系统的软件设计 

本系统的主要功能都是由PLC来实现的，当满足风力机起动条件时，PLC发出指令使叶片桨距角从90°匀速减小 ；当发电机并网后PLC根据反馈的功率进行功率调节，在额定风速之下保持较高的风能吸收系数，通过调整桨距角使输出功率保持在额定功率上。在有故障停机或急停信号时，PLC控制电磁阀J-A和J-C打开，J-B关闭，使得叶片变到桨距角为90°的位置。 

风力机起动时变桨控制程序流程如图4所示。当风速起动风速时PLC通过模拟输出单元向比例阀输出1.8V电压，使叶片以0.9°/s的速度变化到15°。此时，若发电机的转速大于800r/min或者转速持续一分钟大于700r/min，则桨叶继续进桨到3°位置。PLC到高速计数单元的转速信号大于1000r/min时发出并网指令。若桨距角在到达3°后2分钟未并网则由模拟输出单元给比例阀输出-4.1V电压，使桨距角退到15°位置。

 
图4 风力机起动变桨控制程序流图

发电机并上电网后通过调节桨距角来调节发电机输出功率，功率调节程序流程图如图5所示。当实际功率大于额定功率时，PLC的模拟输出单元CJ1W-DA021输出与功率偏差成比例的电压信号，并采用LMT指令使输出电压限制在-4.1V（对应变桨速度4.6°/s）以内。当功率偏差小于零时需要进桨来增大功率，进桨时给比例阀输出的大电压为1.8V（对应变桨速度0.9°/s）。为了防止频繁的往复变桨，在功率偏差在±10kW时不进行变桨。

 
图5 变桨调功程序流程图

在变桨距控制系统中，高风速段的变桨距调节功率是非常重要的部分，若退桨速度过慢则会出现过功率或过电流现象，甚至会烧毁发电机；若桨距调节速度过快，不但会出现过调节现象，使输出功率波动较大，而且会缩短变桨缸和变桨轴承的使用寿命。会影响发电机的输出功率，使发电量降低。在本系统中在过功率退桨和欠功率进桨时采用不同的变桨速度。退桨速度较进桨速度大，这样可以防止在大的阵风时出现发电机功率过高现象。

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