基于PLC与组态监控风力发电实验平台控制系统的设计

发布时间：2017-08-17 05:09

  本文关键词：基于PLC与组态监控风力发电实验平台控制系统的设计

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【摘要】：随着常规能源的日益缺乏与环境污染的加重,新能源的重要性逐渐凸显,风力发电因其众多优越性而倍受青睐。风力发电快速发展激发了人才需求,同时国内很多高校相继开设风力发电相关专业课程,但是大部分高校实验室都缺少易于操作和直观演示的风力发电实验平台,让风电相关课程的教学停留在理论的层面上。为了满足风力发电专业人才培养的需要以及实验教学,在实验室搭建风力发电实验平台,并对其控制系统进行开发设计有其重要的意义。本实验平台主要由风力发电装置、模拟风场机构和系统控制柜三部分组成,设计的控制系统以PLC为主控制器,结合了变频调速、组态监控等技术,对实验平台进行风场模拟、侧风偏航以及人机界面设计。首先,提出实验平台控制系统的总体设计,同时通过MATLAB建立基本风、阵风、渐变风三种典型风速模型,并用典型风速模型分析实测风速,得出本实验平台模拟风场中需要设计的风速模型;其次,进行硬件设计,分别设计了系统硬件主电路、控制电路以及PLC外围接线电路,并对PLC、变频器等硬件进行选型和连接参数设置;接着,利用STEP-Micro/WIN4.0编程软件完成以太网通信、风场运动、风速模型、侧风偏航、量程转换等子程序的设计;最后,分别用MCGS组态软件进行触摸屏设计和力控Force control 6.1组态软件进行上位机设计,前者采用PPI通讯直接与下位机PLC PORT通信口连接,后者采用以太网通讯与拓展模块CP243-1连接,通过人机界面操作控制、参数设置与数据显示,可以实现侧风偏航、风速风向可变模拟风场以及整个风力发电运行流程的可视化。通过控制系统软硬件的设计与调试,表明该实验平台可以帮助学生建立直观的风力发电概念,同时通过人机界面对风速、输出电压等数据的监测显示,可以让学生进一步深入了解风力发电基础原理和运行特点。
【关键词】：风力发电 人机界面 风速模型 控制系统
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 风力发电的发展现状9-11
• 1.1.1 国外风力发电的发展现状9-10
• 1.1.2 国内风力发电的发展现状10-11
• 1.2 风力发电实验平台的研究现状11-12
• 1.3 选题背景与意义12-13
• 1.4 本文主要研究内容13-14
• 第二章 风力发电实验平台控制系统总体方案设计14-23
• 2.1 风力发电实验平台14-15
• 2.2 风力发电实验平台控制系统的总体设计15-16
• 2.3 风力发电实验平台控制系统理论基础16-18
• 2.3.1 PLC控制技术16-17
• 2.3.2 变频调速技术17-18
• 2.3.3 组态监控技术18
• 2.4 风力发电实验平台控制系统的通信网络18-19
• 2.4.1 PLC与触摸屏的PPI通讯18
• 2.4.2 PLC与上位机的以太网通讯18-19
• 2.5 风速模型19-22
• 2.5.1 典型风速模型19-20
• 2.5.2 运用典型风速模型分析实测风速20-22
• 2.6 本章小结22-23
• 第三章 风力发电实验平台控制系统硬件设计23-34
• 3.1 控制系统硬件电路设计23-28
• 3.1.1 控制系统主电路设计23-24
• 3.1.2 控制系统控制电路设计24-25
• 3.1.3 PLC外围接线电路设计25-28
• 3.2 硬件选型28-31
• 3.2.1 PLC及拓展模块28-30
• 3.2.2 变频器30
• 3.2.3 触摸屏30-31
• 3.3 硬件与PLC连接31-33
• 3.3.1 触摸屏与PLC连接31
• 3.3.2 变频器与PLC连接31-32
• 3.3.3 带编程软件的PC与PLC连接32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 风力发电实验平台控制系统软件设计34-50
• 4.1 西门子S7-200PLC编程简介34-35
• 4.1.1 编程语言34
• 4.1.2 STEP7-Micro/WIN编程软件34-35
• 4.2 系统程序结构设计35-37
• 4.3 系统程序子模块设计37-49
• 4.3.1 上位机以太网通信子程序设计37-39
• 4.3.2 风场运动子程序设计39-40
• 4.3.3 风速模型子程序设计40-46
• 4.3.4 变频器频率给定子程序设计46
• 4.3.5 侧风偏航子程序设计46-48
• 4.3.6 模拟量量程转换子程序设计48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 人机界面设计50-62
• 5.1 人机界面设计思想50
• 5.2 组态软件的选择50-51
• 5.3 触摸屏设计51-55
• 5.3.1 主控窗口组态51-52
• 5.3.2 实时数据库组态52-53
• 5.3.3 设备窗口组态53-54
• 5.3.4 用户窗口组态54-55
• 5.4 上位机监控系统设计55-61
• 5.4.1 上位机控制策略55-56
• 5.4.2 上位机与PLC通讯56-57
• 5.4.3 安全管理界面57-59
• 5.4.4 工艺流程界面59
• 5.4.5 系统控制界面59
• 5.4.6 系统参数设置界面59-60
• 5.4.7 报表曲线界面60-61
• 5.4.8 系统配置61
• 5.5 本章小结61-62
• 第六章 系统调试62-71
• 6.1 调试问题分析与解决62-70
• 6.1.1 程序调试62-66
• 6.1.2 人机界面调试66-69
• 6.1.3 系统控制柜调试69-70
• 6.2 本章小结70-71
• 第七章 总结与展望71-72
• 参考文献72-75
• 图表清单75-78
• 致谢78

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本文编号：687232