西门子6ES7314-1AG14-0AB0千万库存

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采用变桨距控制的风力发电机不但可以吸收多的风能，而且使风力机具有好的起动和制动性能，保证风力机地运行。在风力发电机组或电网发生故障时，可以控制变桨距机构使叶片顺桨，从而使叶轮制动；在风速运行风速时，可以使叶片处于顺桨状态，改善风力机组的受力状况，避免大风对风力机的损害。此外，若通过合适的变桨距控制，可以减小传递链上的转矩振荡；国外的研究人员通过对立变桨距风力发电机的研究发现，采用对每个叶片进行合理的控制可以减小塔架的振荡以及叶片的载荷，从而可以减小风机的疲劳度，延长风力机使用寿命。本文采用罗克韦尔 SLC 500系列可编程控制器(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。本文介绍了变桨距系统的工作原理，设计了变桨控制器的软件系统和硬件系统，在实际风力发电机组上进行了实验验证，运行效果良好。预计罗克韦尔 SLC 500系列可编程控制器(PLC)在我国风力发电场合会有大的作为。

关键词:变桨距 风力发电机 可编程控制器 罗克韦尔

本文中的风电系统涉及风速、风向、振动加速、振动开关、偏航、刹车液压系统、齿轮传动系统、液压、温度等等信号。其中，输入数字量约70-80路；模拟量约10路；温度量约16路；输出数字量约32路；此外，还需要用到发电机转速测量高速计数信号。为了满足需求，采用了罗克韦尔 SLC 500系列PLC。SLC 500有多款不同容量和内置通讯接口的处理器可选。提供大容量多可达64K字（128K字节）的数据/程序内存，SLC 500的模块化I/O系统提供了包括开关量、模拟量和模块在内的60多种I/O模块。SLC500系列处理器的程序和数据是以文件的形式在内存中存储的。处理器文件分为程序文件和数据文件,程序文件可高达256个 ,包括处理器信息、梯形图主程序、中断子程序及其他用户根据需要编制的子程序文件;数据文件包括与外部 I/O及所有梯形图程序使用的与指令相关的数据信息。它包含 输出 /输入、状态、位、计时器、计数器、控制结构、整数、浮点数、字符串、ASCII码文件 ,用户可以根 据需要定义除输出 /输入和状态文件以外的可达 256个数据文件。

此外，SLC500控制系统还提供 50多种不同的 I/O模块满足用户的不同需求。本地模块采用硬件寻址方式 ,程序逻辑可直接存取 I/O数据。 (1 )开关量 I/O模块。包括各种输入 /输出 方式和不同的 I/O点数 ,有 4、8、16和 32点开关 量 I/O模块及 8、12和 16点 I/O混合模块等 ,可 与不同电压等级的交流、直流和 TTL电平连接。 其中有负载电流达 2 A和 2. 5 A的大电流继电器模块、固态输出模块和大接通信号延迟时间只 有 0. 3 ms、大关断信号延迟时间只有 0. 5 ms的快速响应直流输入模块。为提高工业应用的 性 ,这些模块都提供了输入滤波和光电隔离功能。 16点 I/O模块上还有可拆卸的接线端子排 ,使接 线和换模块容易。 ( 2)模拟量 I/O模块。SLC500系列模拟量 ( 模块有 4路 I/O、4路混合 I/O 2路输入 /2路输 ) 出 模块和高密度的 8路输入模块及快速响应模 块等。输入模块都采用差分输入 ,每路通道可单 配置成不同等级的电流或电压输入方式 , 输入分辨率可达 16 bit精度。具有输入滤波 ,对 电气噪声具有高度的防护能力。输出通道的精度都是 14 bit,提供的控制能力。SLC500系列 模拟量 I/O模块可以选择由框架的背板供电 ,不需外部电源。

系统中，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；4路模拟量输出单元,输出信号为-10V～+10V，将信号输出到执行机构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，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。

3.2　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，在额定风速之上，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控制执行电机，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7所示。当风速起动风速时PLC通过模拟输出单元输出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/s或者转速持续一分钟大于700r/s，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/s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。

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。

图8为变桨距功率调节部分的梯形图程序。100.08是启动功率调节命令，当满足功率调节条件时，继电器100.08由0变为1；D2100存放的是发动机额度功率与实际功率的偏差，当偏差ΔP满足-10KW<ΔP<10KW时将0赋给D2100；60.07为1时即功率偏差为负值，D2100中的功率偏差按一定比例进行缩放，并通过LMT指令限位输出到比例阀，输出的小值对应-4.1V电压；若继电器60.07为0，即功率偏差为正值，将D2100的值通过SCL3指令按比例系数缩放。

4　结束语

在国内一些机构已经对变桨距控制进行了一定的研究，如沈阳工业大学、浙江大学、新疆大学等，其中浙江大学对立变桨距风力机控制做了初步的探讨，但是变桨距控制在国内还没有成功应用的例子，变桨距控制在国内还处于理论研究阶段，较高风力机成本也限制了实验的进展，在国内主要做了理论研究和分析。虽然金风公司在今年生产安装了1.2MW的变桨距直驱永磁同步风力发电机，但是其变桨控制系统还没有实现国产化，还依靠国外的技术。东方汽轮机生产的1.5MW FD70风力机采用了LUST的立变桨控制器。

采用了罗克韦尔 SLC 500系列PLC作为大型风力发电机变桨距系统的控制器，已经在广东南澳岛的国外某风电公司型变桨距风力机上作了实验。在现场的实验记录表明，采用这种PLC控制系统可以使风力机运行，在出现停机故障时可以顺桨停机；运行时满足功率优的原则，在额定风速之下时桨距角保持在3°不变，在高风速时能够根据输出功率调整桨距角的位置，满足设计要求。由于变桨距系统中采用了PLC作为控制器，使得该系统仅用简单的软件程序就完成了复杂的逻辑控制，而且抗干扰能力强，性能。可以预见，罗克韦尔 SLC 500系列PLC在风力发电场合会有大的应用前景。

圆网印花机是一种使用圆形镍网在白色坯布上可连续印制各色图案加工设备，工作原理类似套色印刷机，整机包括进布、主机、烘房、落布这四大部分，主机部分是由主电机经蜗轮蜗杆减速机后带动一直径约450毫米（长由1.8米到3米不等）辊子,辊子带动厚两毫米多的聚氨脂导带转动,由直径较小的被动辊拉紧导带,使与辊子导带间无打滑,导带在两辊间形成一平面,坯布被贴紧导带经由到后一位而进入烘房将布烘干。只要网子与导带严格同步，且网子间任意时刻相位没有误差，则可以在高速运动中（速为120米/分）严格保持0.1毫米的印花精度（这也是印花导带的精度）。与数控技术在机床中应用一样，的圆网印花机用网头单电机驱动技术淘汰了落后的机械减速箱长轴传动的方式，克服了原机械传动间隙和磨损对印花的影响。与数控加工技术相比，他是一种高速同步技术，升降速不能有明显的速度和位置误差。而不能象数控那样有时需降低进给速度来保较小的误差。全伺服圆网印花机是指主电机与网头立传动电机均采用伺服电机，而进、出布电机是采用变频电机拖动。

德高的圆网印花机电控系统由两大部分组成，基于底层开发的电子技术实现的高速同步运动控制，使网头电机（步进或伺服驱动）跟踪布速（通过高分辩率编码器测主辊角速度间接得到）。实现套色印花。变化的位置信息因快10微秒系统就可在线处理。因此可使一秒内车速由80米/分降为零都不会产生多大位置误差，这一点在国内是能同国外系统相比的。另一大部分是由通用PLC实现的整机由进布到出布同步拖动控制及操作控制，以触摸屏完成速度模拟条显示，升降速的不同速度段快捷键一键操作，及故障滚动显示。界面如图1所示。

系统的逻辑动作较为简单，PLC程序没什么难度，此处只举一例，供大家参考，整机除可用触摸屏操作外，仍保留按扭操作，按扭中常用的为启/停按扭，为了减少外部连线并节LC的输入口，我们在如停车状态时需要操作的圆网自转开/停按扭，采用了单按钮操作，即次按下为开，在按一次为停。现以FX系列PLC为例说明实现方法，此处是采用计数器法。设输入按钮接在X001，输出为Y001，梯图为图2示：

FX系列PLC通讯协议规定PLC无论在运行还是在停止时，都可以接收上位机的4种监控命令，每种命令用的命令码标识，如表2示
表2
监 控 命 令 命令码 目 标 单 元 说 明
读取单元 30H X、Y、M、S、T、C、D 成组读取目标单元的状态
写入单元 31H X、Y、M、S、T、C、D 成组写入数据到目标单元
单元置位 37H X、Y、M、S、T、C 置位目标单元的映像寄存器
单元复位 38H X、Y、M、S、T、C 复位目标单元的映像寄存器

PLC与单片机之间是以报文方式进行的，单位为帧。表3给出了通讯中所用到的控制字符。

表3
控 制 字 符 ASCII 说 明
ENQ 02H 询问：主机向PLC发送的请求通信信号
ACK 06H 确认：PLC对主机返回的肯定应答信号
NAK 12H 否认：PLC对主机返回的否定应答信号
STX 02H 文始：表示报文正文开始
ETX 03H 文终：表示报文正文结束

命令帧采用和校验（Sum Check）方式检错，格式如图示

起始标志 命令码 数据区 结束标志 和校验值
STX CMD DATA ETX SUM
UPPER SUM
LOWER
1个字符
1个字符
多个字符
1个字符
1个字符
1个字符
通讯时，单片机先向PLC发送询问（ENQ）信号，请求通讯并等PLC响应。PLC接收到该字符后，若通讯正常，PLC应答信号为确认（ACK），否为（NCK）。单片机收到确认信号便可发送相应命令并等PLC应答，如此可以完成单片机对PLC的控制。
我们用PLC和自主开发的运动控制系统组成的全伺服圆网电控系统，在国内使用多套，用户反映良好，把电子技术应用到传统印染装备，提高了装备水平，也使我国色布出口提高了竞争力，且与国外系统比，价格低廉，非常适合国情

1、引言

现代商业生产流通领域中，产品都离不开包装。如牛奶包装箱、水果包装箱等。而包装纸箱的生产中贴箱机每天处理几十万件应是一件量非常大的生产任务，如果不能实现自动化的生产，将会消耗大量的劳动力，而且效率和质量方面都很难提高。本设计就是将PLC应用于贴箱机系统中，从而使纸箱的生产实现自动化，其主要的任务是如何将纸板加工成型，打包成捆，如何进行生产过程中的自动控制，它是机电一体的纸箱机械产品。总之在保证工艺控制要求的情况下，大大提高了生产效率，有很广阔的市场前景。

2、系统控制特点及工艺

2.1 控制要求及特点

(1) 吸附进纸，确保了纸板吸进纸的位置准确；
(2) 折叠部上下传输带夹紧纸板送纸、左右吸附腔吸附送纸和运转与众不同的两侧竖带夹紧纸板送纸相互配合，确保折叠纸无歪斜；
(3) 左右下纠偏带各配增减速器，折叠时摩擦强制前后扯动纸板纠偏效果明显；
(4) 采用崭新的分垛逐出装置技术，比国外的相似装置的性能为稳定、运行为。遇不良纸板时卡纸混乱几率大幅度降低；
(5) 人机界面化，可显示生产速度，纸张数及相关的参数；
(6) 实现了A/M的控制方式。

2.2 工艺简介

本系统以PLC为，由于该系统所带负载不大，可用一台达变频器带动一台3.7kW的异步电动机，该电机拖动主传递装置。当物料准备好后，离合器合闸即将送料，左右电机定纸箱的大小，用转速装置测速度，用光电传感器检测纸箱的位置信号，从而使伺服机工作。触摸屏可以实现友好的人机界面，可以在线的监视系统的运行情况，并进行相应的参数修改。纸板料从平放台进入机器到完成加工全实现了自动化，其工艺简图参见图1。

图1 系统工艺简图

整个轨道是纸板成型的通道，轨道的形状决定纸板所加工纸箱的形状，以下对各个主要部件做简单的介绍。

(1) 进料装置

由于纸板是流水线加工的，当工作台上放有足够多的加工纸板时，才能进入平稳连续，不重叠的工作状态，提高了生产率；

(2) 辊矫直机

为了让纸板经过时垂直于传送带，并使其紧贴轨道以便纸板较为准确地成型；

(3) 测速

用抗干扰能力强的接近开关作为传感器，并将其所产生的脉冲信号给PLC的高速计数器；

(4) 传送装置

由电动机带动，它控制主生产线的速度，并由变频器进行控制；

(5) 纸板矫正

主要由位置信号传感器和伺服系统组成，它主要是矫正成型的纸箱在轨道上的位置偏移，并为后序的纸箱打包做好准备；

(6) 记数传感器

检测轨道上的纸箱数，以便定量打捆；

(7) 纸箱叠放台

把传送的纸箱给叠放，定数量给推出；

(8) 打捆

将定数量的纸箱捆扎好。

3、控制系统设计

纸板加工成型过程，有一套严格的工艺流程，为了满足系统的控制要求，采用PLC、变频器、伺服机、人机界面及的传感器相结合，有效地解决了实际问题。同时也使系统的构成简单，功能强大，性、可操作性和可视性都提高了。

3.1 系统的硬件构成

该系统PLC采用OMRON公司的CPM1A-30CDT-A，30点I/O口，18点输入，12点输出，且还留有扩展的余地。该机型属于欧姆龙公司C系列的小型机，结构紧凑，功能性强，有很好的性能价格比。变频器(VFD-B-5.5kW)和伺服装置(AC servo HO系列)以及触摸屏(PWS717-STN)都采用了功能性比较强的台达系列产品。各硬件构成可见图2的硬件构成框图。

图2 系统硬件构成框图

3.2 变频器

本系统采用了较为的台达变频器进行调速，它调速方便，且调速的精度高。为了适应这种工艺负载，需要在调速时使电动机输出恒定的转矩，应用V/F控制特性的变频器在基频应用V/F控制特性的变频器在基频(台达A型机的参数是Pr04)以下调速。本系统应用两台台达变频器，它们是主从的关系，即从变频器的频率的给定得跟随主变频器的给定频率的变化，且保证从变频器的频率输出略主变频器的频率输出。

3.3 伺服纠偏装置

由于纸板在轨道上传送时，难免会出现位置偏差，这就得需要有能够快速矫正其位置的器件，而伺服电动机正好具备这样的功能。它把输入的控制电压信号变为输出的角位移或角速度，加上控制电压，它便马上旋转，去掉控制电压又马上停转，转速高低与控制电压成正比。此装置具有转动惯量小，摩擦转矩小，运行平稳，噪声小等特点。这里主要利用伺服驱动器对伺服电机的运动特性进行设置，并采用了速度和位置相结合的PID调节，从而使纸箱的位置得到很好的纠正。

4、软件设计

4.1 人机界面的设置

要很好的对系统进行控制和监视，就得利用触摸屏。在前先确定好相应设备和信号的端口地址，然后利用触摸屏的编程软件——ADP软件进行界面设置。下图触摸屏的主控画面，它具有友好的人机交流性。通过对触摸屏的操作，我们很容易的了解和监视系统的运行情况，并可以方便的改变系统的运行参数。其主菜单的设计如图3所示。

图3 主菜单界面图

4.2 PLC的程序设计

为了能使系统各部分协调有序、地运行就得配以比较优化的软件程序。整个软件程序采用模块化编程的方法，便于调试、修改及扩充，它主要包含三部分:通行协议部分、参数设置部分和自动运行控制部分，程序总的控制框图如图4所示。

图4 程序流程图

4.3 软件的性设计

软件的性措施主要包括3个故障程序:

(1) 时间故障检测程序:将工序执行时间某一时间余量作为定时控制时间，时则报警并停产；

(2) 信号比较检测程序:建立故障扫描时钟，使自动式在运行过程中能自动出各段单元，从而故障；

(3) 当纸板被卡主或重叠时，进行报警或减速停机。

5、结束语

纸板成型过程的控制，由于PLC及相关的设备引入，解决了繁冗工作生产，实现了全自动化的生产，其产品的质量和产量都得到了显著的提高。总之在保证工艺控制要求和产品质量的情况下，大大提高了生产效率，有很广阔的市场前景