摘要：近年來，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(jù)著重要地位。風(fēng)力發(fā)電的工作原理是通過風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機進(jìn)行發(fā)電。由于氣候和地形等因素的影響，風(fēng)速和方向常常會發(fā)生變化，因此需要一個智能化的控制系統(tǒng)來協(xié)調(diào)發(fā)電機的輸出功率。在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中，PLC 控制器以其穩(wěn)定、高效和易于維護的特點成為主要的控制手段。
  關(guān)鍵詞：PLC 技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電、應(yīng)用
  作者：胡博，新疆風(fēng)能有限責(zé)任公司
  引言：目前我國新能源開采技術(shù)種類很多，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(zhuǎn)，然后與齒輪箱、發(fā)電機、變頻器等系統(tǒng)配合，從而達(dá)到發(fā)電的目的。考慮到風(fēng)電機組運行環(huán)境惡劣的特點，我們需要確保風(fēng)電機組控制系統(tǒng)具備可靠性和抗干擾能力。在風(fēng)電機組運行過程中，準(zhǔn)確測量參數(shù)并合理控制策略，能夠準(zhǔn)確識別故障位置并及時處理。由于風(fēng)電機組控制涉及較多的順序控制，并且需要對開關(guān)量、數(shù)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，以選擇滿足需求的PLC 控制器。在風(fēng)力發(fā)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(tǒng)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(shè)備的信號，經(jīng)過內(nèi)部的邏輯運算和處理，然后通過輸出模塊控制執(zhí)行器和其他輸出設(shè)備。這種信號的輸入和輸出過程可以通過編程進(jìn)行靈活的控制和調(diào)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(jìn)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(jiān)控生產(chǎn)過程中的各個設(shè)備。
  2.中央處理單元(CPU):CPU 是 PLC 的核心部件，負(fù)責(zé)接收和處理輸入信號，執(zhí)行編程邏輯，并控制輸出信號。它包含一個微處理器和內(nèi)存單元，用于存儲和執(zhí)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(guān)和其他輸入設(shè)備的信號，這些輸入信號可以是數(shù)字信號(如開關(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(zhuǎn)換為數(shù)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 通過輸出模塊控制執(zhí)行器、電機和其他輸出設(shè)備的操作。輸出模塊接收 CPU發(fā)送的控制信號，并將其轉(zhuǎn)換為適合輸出設(shè)備的倍號類型，如電壓、電流等。這些信號將被傳遞給輸出設(shè)備，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。
  5.通訊：PLC 通信的原理包括故據(jù)的傳輸和處理。在數(shù)據(jù)傳輸方面，PLC 通過通信接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)時，PLC 將數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)幀，并通過通信接口發(fā)送出去。接收數(shù)據(jù)時，PLC 通過通信接口接收到數(shù)據(jù)幀，并將其解析成數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)處理方面，PLC 通過編程來處理接收到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)解析和轉(zhuǎn)換。這樣，PLC 就可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理，以滿足自動化控制的需求，
  2.PLC 的在風(fēng)力發(fā)電機組中的應(yīng)用
  PLC 是整個風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)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(tǒng)需要實時監(jiān)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(tǒng)會安裝多個傳感器來測量風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、振動等參數(shù)。這些傳感器將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給 PLC 或控制設(shè)備進(jìn)行處理。 其次，基于傳感器采集到的數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)會根據(jù)預(yù)設(shè)的算法和控制策略來調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機組的運行參數(shù)。例如，根據(jù)風(fēng)速的變化，系統(tǒng)可以自動調(diào)整導(dǎo)葉的角度，以最大限度地捕捉風(fēng)能。同時，系統(tǒng)還可以根據(jù)負(fù)荷需求和電網(wǎng)要求，調(diào)整轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和發(fā)電機的輸出功率。 在風(fēng)力發(fā)電機組運行過程中，控制系統(tǒng)還需要實時監(jiān)測各個部件的狀態(tài)，如發(fā)電機、齒輪箱、潤滑系統(tǒng)等。如果發(fā)現(xiàn)異常情況或故障，系統(tǒng)會立即采取相應(yīng)的措施，如停機保護或自動切換備用裝置，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(tǒng)還可以與其他設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動。例如，通過與 SCADA（監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）的連接，系統(tǒng)可以實現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機組的遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。同時，系統(tǒng)還可以與電網(wǎng)進(jìn)行通信，以實現(xiàn)對發(fā)電功率的調(diào)節(jié)和接入電網(wǎng)的同步。總之，風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)通過實時監(jiān)測和調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機組的運行參數(shù)和狀態(tài)，以最大限度地提高發(fā)電效率和穩(wěn)定性。這種自動化控制系統(tǒng)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
  PLC 通過與風(fēng)機的各個設(shè)備連接,運用 PLC 的高速數(shù)據(jù)采集功能和精確的測量模塊，可以對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行精確的監(jiān)測和分析，以優(yōu)化系統(tǒng)運行。針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的各個關(guān)鍵設(shè)備，PLC 可以實現(xiàn)自動控制和調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)最佳的發(fā)電效率和系統(tǒng)運行穩(wěn)定,PLC 在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中承擔(dān)著重要的保護功能。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)異常情況，如過載、電網(wǎng)故障等，PLC 能夠快速響應(yīng)并采取相應(yīng)措施，保護設(shè)備的安全運行。此外，PLC 還可以實施對風(fēng)力發(fā)電機組的遠(yuǎn)程故障排除和診斷，提高系統(tǒng)的可靠性和保護效率。PLC 通過與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的連接，可以實現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。監(jiān)控中心可以通過 PLC 獲取發(fā)電機組的運行狀杰、功率輸出等信息，實時監(jiān)測系統(tǒng)的運行情況，并可對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)的運行效率和管理水平。
  4.PLC 軟冗余系統(tǒng)的工作原理
  風(fēng)力發(fā)電 PLC 軟冗余系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)連接在一起，并共享輸入輸出（I/O）設(shè)備和傳感器。 其次，主控制器負(fù)責(zé)實時監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機組的狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，并執(zhí)行控制算法來調(diào)整運行參數(shù)。同時，主控制器將采集到的數(shù)據(jù)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(xiàn)故障或失效，備用控制器會立即接管控制權(quán)，并繼續(xù)執(zhí)行之前的任務(wù)。這種切換過程通常是無縫的，以確保系統(tǒng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。 此外，風(fēng)力發(fā)電 PLC 軟冗余系統(tǒng)還會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(yīng)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(fēng)力發(fā)電 PLC軟冗余系統(tǒng)通過使用多個 PLC 控制器并實現(xiàn)自動切換，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。當(dāng)主控制器出現(xiàn)故障時，備用控制器能夠立即接管控制權(quán)，確保風(fēng)力發(fā)電機組的正常運行。這種軟冗余系統(tǒng)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(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色，為系統(tǒng)的實時監(jiān)測、控制和保護提供了可靠的解決方案。通過 PLC 的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機組各個部件的智能化控制，提高發(fā)電效率和運行穩(wěn)定性，隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用范圍的擴大，PLC的作用將會更加突出，對風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。