摘要：近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為全球新能源發(fā)展中的重要組成部分，它在清潔能源領(lǐng)域占據著(zhù)重要地位。風(fēng)力發(fā)電的工作原理是通過(guò)風(fēng)輪旋轉帶動(dòng)發(fā)電機進(jìn)行發(fā)電。由于氣候和地形等因素的影響，風(fēng)速和方向常常會(huì )發(fā)生變化，因此需要一個(gè)智能化的控制系統來(lái)協(xié)調發(fā)電機的輸出功率。在風(fēng)力發(fā)電控制系統中，PLC 控制器以其穩定、高效和易于維護的特點(diǎn)成為主要的控制手段。
  關(guān)鍵詞：PLC 技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電、應用
  作者：胡博，新疆風(fēng)能有限責任公司
  引言：目前我國新能源開(kāi)采技術(shù)種類(lèi)很多，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是比較成熟的技術(shù)之一。風(fēng)力發(fā)電需要風(fēng)能，風(fēng)機的葉片在風(fēng)下旋轉，然后與齒輪箱、發(fā)電機、變頻器等系統配合，從而達到發(fā)電的目的�？紤]到風(fēng)電機組運行環(huán)境惡劣的特點(diǎn)，我們需要確保風(fēng)電機組控制系統具備可靠性和抗干擾能力。在風(fēng)電機組運行過(guò)程中，準確測量參數并合理控制策略，能夠準確識別故障位置并及時(shí)處理。由于風(fēng)電機組控制涉及較多的順序控制，并且需要對開(kāi)關(guān)量、數字量和模擬量信號進(jìn)行合理處理，因此需要分析風(fēng)電機組的控制特征和要求，以選擇滿(mǎn)足需求的PLC 控制器。在風(fēng)力發(fā)電機組中常見(jiàn)的 PLC 廠(chǎng)家有西門(mén)子、倍福、三菱、歐姆龍等。
  1.PLC 系統的工作原理
  PLC 的工作原理是基于輸入和輸出倍號的邏輯運算。它接收來(lái)自傳感器和其他輸入設備的信號，經(jīng)過(guò)內部的邏輯運算和處理，然后通過(guò)輸出模塊控制執行器和其他輸出設備。這種信號的輸入和輸出過(guò)程可以通過(guò)編程進(jìn)行靈活的控制和調整。
  PLC 的工作原理主要包括以下幾個(gè)方面：
  1.程序：PLC 的程序通常使用基于圖形化編程語(yǔ)言(如梯形圖)的編程軟件進(jìn)行編寫(xiě)。程序中包含了各種邏輯運算、條件判斷和控制指令，用于控制和監控生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)設備。
  2.中央處理單元(CPU):CPU 是 PLC 的核心部件，負責接收和處理輸入信號，執行編程邏輯，并控制輸出信號。它包含一個(gè)微處理器和內存單元，用于存儲和執行用戶(hù)編寫(xiě)的程序。
  3.輸入模塊：PLC 通過(guò)輸入模塊接收來(lái)自傳感器、開(kāi)關(guān)和其他輸入設備的信號，這些輸入信號可以是數字信號(如開(kāi)關(guān)狀態(tài))或模擬信號(如溫度、壓力等),輸入模塊將這些信號轉換為數字信號，然后傳遞給 PLC 的中央處理單元(CPU)進(jìn)行處理，
  4.輸出模塊：PLC 通過(guò)輸出模塊控制執行器、電機和其他輸出設備的操作。輸出模塊接收 CPU發(fā)送的控制信號，并將其轉換為適合輸出設備的倍號類(lèi)型，如電壓、電流等。這些信號將被傳遞給輸出設備，從而實(shí)現對生產(chǎn)過(guò)程的控制。
  5.通訊：PLC 通信的原理包括故據的傳輸和處理。在數據傳輸方面，PLC 通過(guò)通信接口發(fā)送和接收數據。發(fā)送數據時(shí)，PLC 將數據封裝成數據幀，并通過(guò)通信接口發(fā)送出去。接收數據時(shí)，PLC 通過(guò)通信接口接收到數據幀，并將其解析成數據。在數據處理方面，PLC 通過(guò)編程來(lái)處理接收到的數據，進(jìn)行數據解析和轉換。這樣，PLC 就可以實(shí)現對數據的處理，以滿(mǎn)足自動(dòng)化控制的需求，
  2.PLC 的在風(fēng)力發(fā)電機組中的應用
  PLC 是整個(gè)風(fēng)力發(fā)電控制系統的核心，它不僅具有接收和發(fā)射信號的功能，而且可以對一些采集到的信號進(jìn)行精確的處理和分析。首先，風(fēng)力發(fā)電控制系統需要實(shí)時(shí)監測風(fēng)力發(fā)電機組的運行狀態(tài)和環(huán)境條件。為此，系統會(huì )安裝多個(gè)傳感器來(lái)測量風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、振動(dòng)等參數。這些傳感器將采集到的數據發(fā)送給 PLC 或控制設備進(jìn)行處理。 其次，基于傳感器采集到的數據，控制系統會(huì )根據預設的算法和控制策略來(lái)調整風(fēng)力發(fā)電機組的運行參數。例如，根據風(fēng)速的變化，系統可以自動(dòng)調整導葉的角度，以最大限度地捕捉風(fēng)能。同時(shí)，系統還可以根據負荷需求和電網(wǎng)要求，調整轉子的轉速和發(fā)電機的輸出功率。 在風(fēng)力發(fā)電機組運行過(guò)程中，控制系統還需要實(shí)時(shí)監測各個(gè)部件的狀態(tài)，如發(fā)電機、齒輪箱、潤滑系統等。如果發(fā)現異常情況或故障，系統會(huì )立即采取相應的措施，如停機保護或自動(dòng)切換備用裝置，以避免進(jìn)一步損壞或事故發(fā)生。 此外，風(fēng)力發(fā)電控制系統還可以與其他設備和系統進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。例如，通過(guò)與 SCADA（監控與數據采集系統）的連接，系統可以實(shí)現對風(fēng)力發(fā)電機組的遠程監控和數據采集。同時(shí)，系統還可以與電網(wǎng)進(jìn)行通信，以實(shí)現對發(fā)電功率的調節和接入電網(wǎng)的同步�？傊�，風(fēng)力發(fā)電控制系統通過(guò)實(shí)時(shí)監測和調整風(fēng)力發(fā)電機組的運行參數和狀態(tài)，以最大限度地提高發(fā)電效率和穩定性。這種自動(dòng)化控制系統的工作原理為風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的可靠運行和發(fā)展提供了重要支持。
  3.PLC 的優(yōu)點(diǎn)
  PLC 通過(guò)與風(fēng)機的各個(gè)設備連接,運用 PLC 的高速數據采集功能和精確的測量模塊，可以對風(fēng)力發(fā)電系統進(jìn)行精確的監測和分析，以?xún)?yōu)化系統運行。針對風(fēng)力發(fā)電系統中的各個(gè)關(guān)鍵設備，PLC 可以實(shí)現自動(dòng)控制和調節，以實(shí)現最佳的發(fā)電效率和系統運行穩定,PLC 在風(fēng)力發(fā)電系統中承擔著(zhù)重要的保護功能。當系統中出現異常情況，如過(guò)載、電網(wǎng)故障等，PLC 能夠快速響應并采取相應措施，保護設備的安全運行。此外，PLC 還可以實(shí)施對風(fēng)力發(fā)電機組的遠程故障排除和診斷，提高系統的可靠性和保護效率。PLC 通過(guò)與遠程監控系統的連接，可以實(shí)現對風(fēng)力發(fā)電系統的遠程監控和管理。監控中心可以通過(guò) PLC 獲取發(fā)電機組的運行狀杰、功率輸出等信息，實(shí)時(shí)監測系統的運行情況，并可對系統進(jìn)行遠程控制和調節，提高系統的運行效率和管理水平。
  4.PLC 軟冗余系統的工作原理
  風(fēng)力發(fā)電 PLC 軟冗余系統通常由兩個(gè)或多個(gè)相同的 PLC 控制器組成，采用主站和從站的組合的方式，這些控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接在一起，并共享輸入輸出（I/O）設備和傳感器。 其次，主控制器負責實(shí)時(shí)監測風(fēng)力發(fā)電機組的狀態(tài)和環(huán)境參數，并執行控制算法來(lái)調整運行參數。同時(shí)，主控制器將采集到的數據和控制指令發(fā)送給備用控制器。 在正常運行情況下，備用控制器處于待命狀態(tài)，即不進(jìn)行任何操作。然而，如果主控制器出現故障或失效，備用控制器會(huì )立即接管控制權，并繼續執行之前的任務(wù)。這種切換過(guò)程通常是無(wú)縫的，以確保系統的連續性和穩定性。 此外，風(fēng)力發(fā)電 PLC 軟冗余系統還會(huì )對主控制器和備用控制器進(jìn)行周期性的狀態(tài)檢測和通信測試。如果檢測到主控制器故障或通信中斷，備用控制器將發(fā)出警報并采取相應的措施，如重新啟動(dòng)主控制器或切換到其他備用控制器。 總之，風(fēng)力發(fā)電 PLC軟冗余系統通過(guò)使用多個(gè) PLC 控制器并實(shí)現自動(dòng)切換，提高了系統的可靠性和穩定性。當主控制器出現故障時(shí)，備用控制器能夠立即接管控制權，確保風(fēng)力發(fā)電機組的正常運行。這種軟冗余系統的工作原理為風(fēng)力發(fā)電行業(yè)提供了更高水平的安全性和可靠性。
  綜上所述，PLC 在風(fēng)力發(fā)電系統中扮演著(zhù)至關(guān)重要的角色，為系統的實(shí)時(shí)監測、控制和保護提供了可靠的解決方案。通過(guò) PLC 的應用，可以實(shí)現對風(fēng)力發(fā)電機組各個(gè)部件的智能化控制，提高發(fā)電效率和運行穩定性，隨著(zhù)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展和應用范圍的擴大，PLC的作用將會(huì )更加突出，對風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。