摘要：近年來，風力發電已經成為全球新能源發展中的重要組成部分，它在清潔能源領域占據著重要地位。風力發電的工作原理是通過風輪旋轉帶動發電機進行發電。由于氣候和地形等因素的影響，風速和方向常常會發生變化，因此需要一個智能化的控制系統來協調發電機的輸出功率。在風力發電控制系統中，PLC 控制器以其穩定、高效和易于維護的特點成為主要的控制手段。
關鍵詞：PLC 技術、風力發電、應用
作者：胡博，新疆風能有限責任公司
引言：目前我國新能源開采技術種類很多，風力發電技術是比較成熟的技術之一。風力發電需要風能，風機的葉片在風下旋轉，然后與齒輪箱、發電機、變頻器等系統配合，從而達到發電的目的。考慮到風電機組運行環境惡劣的特點，我們需要確保風電機組控制系統具備可靠性和抗干擾能力。在風電機組運行過程中，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處理。由于風電機組控制涉及較多的順序控制，并且需要對開關量、數字量和模擬量信號進行合理處理，因此需要分析風電機組的控制特征和要求，以選擇滿足需求的PLC 控制器。在風力發電機組中常見的 PLC 廠家有西門子、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。它接收來自傳感器和其他輸入設備的信號，經過內部的邏輯運算和處理，然后通過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程可以通過編程進行靈活的控制和調整。
PLC 的工作原理主要包括以下幾個方面：
1.程序：PLC 的程序通常使用基于圖形化編程語言(如梯形圖)的編程軟件進行編寫。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過程中的各個設備。
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。它包含一個微處理器和內存單元，用于存儲和執行用戶編寫的程序。
3.輸入模塊：PLC 通過輸入模塊接收來自傳感器、開關和其他輸入設備的信號，這些輸入信號可以是數字信號(如開關狀態)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)進行處理，
4.輸出模塊：PLC 通過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發送的控制信號，并將其轉換為適合輸出設備的倍號類型，如電壓、電流等。這些信號將被傳遞給輸出設備，從而實現對生產過程的控制。
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 通過通信接口發送和接收數據。發送數據時，PLC 將數據封裝成數據幀，并通過通信接口發送出去。接收數據時，PLC 通過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 通過編程來處理接收到的數據，進行數據解析和轉換。這樣，PLC 就可以實現對數據的處理，以滿足自動化控制的需求，
2.PLC 的在風力發電機組中的應用
PLC 是整個風力發電控制系統的核心，它不僅具有接收和發射信號的功能，而且可以對一些采集到的信號進行精確的處理和分析。首先，風力發電控制系統需要實時監測風力發電機組的運行狀態和環境條件。為此，系統會安裝多個傳感器來測量風速、風向、溫度、振動等參數。這些傳感器將采集到的數據發送給 PLC 或控制設備進行處理。其次，基于傳感器采集到的數據，控制系統會根據預設的算法和控制策略來調整風力發電機組的運行參數。例如，根據風速的變化，系統可以自動調整導葉的角度，以最大限度地捕捉風能。同時，系統還可以根據負荷需求和電網要求，調整轉子的轉速和發電機的輸出功率。在風力發電機組運行過程中，控制系統還需要實時監測各個部件的狀態，如發電機、齒輪箱、潤滑系統等。如果發現異常情況或故障，系統會立即采取相應的措施，如停機保護或自動切換備用裝置，以避免進一步損壞或事故發生。此外，風力發電控制系統還可以與其他設備和系統進行聯動。例如，通過與 SCADA（監控與數據采集系統）的連接，系統可以實現對風力發電機組的遠程監控和數據采集。同時，系統還可以與電網進行通信，以實現對發電功率的調節和接入電網的同步。總之，風力發電控制系統通過實時監測和調整風力發電機組的運行參數和狀態，以最大限度地提高發電效率和穩定性。這種自動化控制系統的工作原理為風力發電行業的可靠運行和發展提供了重要支持。
3.PLC 的優點
PLC 通過與風機的各個設備連接,運用 PLC 的高速數據采集功能和精確的測量模塊，可以對風力發電系統進行精確的監測和分析，以優化系統運行。針對風力發電系統中的各個關鍵設備，PLC 可以實現自動控制和調節，以實現最佳的發電效率和系統運行穩定,PLC 在風力發電系統中承擔著重要的保護功能。當系統中出現異常情況，如過載、電網故障等，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 還可以實施對風力發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 通過與遠程監控系統的連接，可以實現對風力發電系統的遠程監控和管理。監控中心可以通過 PLC 獲取發電機組的運行狀杰、功率輸出等信息，實時監測系統的運行情況，并可對系統進行遠程控制和調節，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
風力發電 PLC 軟冗余系統通常由兩個或多個相同的 PLC 控制器組成，采用主站和從站的組合的方式，這些控制器通過網絡連接在一起，并共享輸入輸出（I/O）設備和傳感器。其次，主控制器負責實時監測風力發電機組的狀態和環境參數，并執行控制算法來調整運行參數。同時，主控制器將采集到的數據和控制指令發送給備用控制器。在正常運行情況下，備用控制器處于待命狀態，即不進行任何操作。然而，如果主控制器出現故障或失效，備用控制器會立即接管控制權，并繼續執行之前的任務。這種切換過程通常是無縫的，以確保系統的連續性和穩定性。此外，風力發電 PLC 軟冗余系統還會對主控制器和備用控制器進行周期性的狀態檢測和通信測試。如果檢測到主控制器故障或通信中斷，備用控制器將發出警報并采取相應的措施，如重新啟動主控制器或切換到其他備用控制器。總之，風力發電 PLC軟冗余系統通過使用多個 PLC 控制器并實現自動切換，提高了系統的可靠性和穩定性。當主控制器出現故障時，備用控制器能夠立即接管控制權，確保風力發電機組的正常運行。這種軟冗余系統的工作原理為風力發電行業提供了更高水平的安全性和可靠性。
綜上所述，PLC 在風力發電系統中扮演著至關重要的角色，為系統的實時監測、控制和保護提供了可靠的解決方案。通過 PLC 的應用，可以實現對風力發電機組各個部件的智能化控制，提高發電效率和運行穩定性，隨著風力發電技術的不斷發展和應用范圍的擴大，PLC的作用將會更加突出，對風力發電行業的發展產生深遠的影響。