基于PLC风机偏航系统解缆控制毕业设计.docx
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基于PLC风机偏航系统解缆控制毕业设计.docx
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基于PLC风机偏航系统解缆控制毕业设计
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注意事项
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2.论文字数要求:
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任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
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2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画
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4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
摘要
风能作为可再生能源中发展最快的清洁能源,其具有清洁,无污染,安全,储量丰富的特点,受到世界各国的普遍重视,是最具有大规模开发和商业发展前景的可再生能源。
当前,中国风电市场蓬勃发展,由此带动中国风机制造产业呈现欣欣向荣的发展势态。
然而,风电的超速发展可能造成很多隐患。
其中设备故障而浪费大量人力资源维护的隐患应引起我们足够的重视。
本文以风力发电模型机的解缆系统解缆控制为研究对象,采用PLC控制器作为上位机控制解缆装置,根据限位开关的信号确定解缆的方向,启动执行相应的顺时针方向或逆时针方向机舱解缆程序。
解决风力发电机组存在的累计纽缆次数较多、因纽缆造成的偏航时间较长、导致风力发电机组发电的停机解缆的技术问题。
关键词:
风力发电,PLC控制器,解缆驱动器,解缆
ABSTRACT
Windpowerasthefastestgrowingrenewableenergyandcleanenergy,whichhasaclean,pollution-free,safe,abundantfeatures,hasgottengreatattentionbythecountriesintheworld.Windpoweristhemostlarge-scaledevelopmentandcommercialprospectsfordevelopmentofrenewableenergy.Atpresent,ChinesewindpowermarketledtheChinesemanufacturingindustryexplosiondevelopment.However,windpoweroverspeeddevelopingmaycausealotofhiddendangers.Becauseofequipmentfailurewastehumanresourcestomaintainalargenumberofhiddendangersshouldarouseourattention.Thisarticleisbasedonthemodelofwindpoweruntwistsystemastheresearchobject.AdoptPLCcontrollertountwist,Accordingthelimitswitchsignalstodeterminetheuntwistdirection.StartthecorrespondingcompilertosolvetheproblemsasexistingwindturbinetwistandYawtimetoomuch.
Keywords:
windpower,PLC,yawmotor,untwist
1绪论
风力机作为大型机电设备,为使其稳定运行,关键在于合理的控制系统。
本课题采用PLC控制器作为上位机控制解缆装置,解缆电机按照模拟风力发电机的需要进行,带动风力发电模型机的解缆驱动器转动,仿真风机的运行状况。
风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视。
其蕴量巨大,全球的风能约为2.74×109兆瓦,其中可利用的风能为2×107兆瓦,比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
随着全球经济的发展,风能市场也迅速发展起来。
自2004年以来,全球风力发电能力翻了一番,2006年至2007年间,全球风能发电装机容量扩大27%。
2007年已有9万兆瓦,这一数字到2010年将是16万兆瓦。
预计未来20-25年内,世界风能市场每年将递增25%。
随着技术进步和环保事业的发展,风能发电在商业上将完全可以与燃煤发电竞争[1]。
风电发展到目前阶段,其性价比正在形成与煤电、水电的竞争优势。
风电的优势在于:
能力每增加一倍,成本就下降15%,近几年世界风电增长一直保持在30%以上。
随着中国风电装机的国产化和发电的规模化,风电成本有望再降。
因此风电开始成为越来越多投资者的逐金之地。
目前,中国风电市场蓬勃发展,由此带动中国风机制造产业呈现欣欣向荣的发展势态。
然而,风电的超速发展可能造成很多隐患。
其中设备故障而浪费大量人力资源维护的隐患应引起我们足够的重视。
由于风力发电机偏航引起电缆纽缆次数过多,纽缆时间过长是导致风电设备故障的一大原因。
风力发电机解缆装置能很好的保护连接电缆的安全,带动风力发电机的解缆驱动器回转同转数,解开缠绕的电缆,确保电缆安全送电和信号电缆正常工作。
可见其对于风力机组的重要意义。
1.1风力发电的介绍
人类早在中世纪就开始利用风能,起初只是将风力转化为机械能,比如利用风车提水、碾米、磨面,借风帆为船助航等。
而今电力资源的缺乏日益严重,利用风能发电的构想应运而生,风力发电就是将风能转换为机械能,再将机械能转化为电能。
如今风力发电已成为各个国家重要的发展项目之一。
1.2风力发电的发展历史、现状及趋势
风能是一种清洁的永续能源,与传统能源相比.风力发电不依赖外部能源,没有燃料价格风险,发电成本稳定。
也没有碳排放等环境成本,此外可利用的风能在全球范围内分布都很广泛。
正是因为有这些独特的优势,风力发电逐渐成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分,发展迅速[2]。
第一台风力发电机建造于1887-1888年,位于美国俄亥俄州的Claveland。
它的建造者CharlesF.Brush(1849-1929)不仅是风力发电技术的先驱,更大意义上是美国电气工业的奠基人之一,有着杰出的成就。
他发明的一种高效直流发电机被用于当时的公共电网,他开发了第一款商品化的弧光灯;他还发明了高效的制造铅酸蓄电池的方法。
他所创立的公司在1892年并入了爱迪生通用电气公司,也就是现在通用电气的前身。
在能源紧张和气候变化的强大压力下,人们对风电的发展给予厚望,在欧洲风能协会和绿色和平组织编写的《风力12》[3]中,计划到2020年将全球风力发电量占到世界电力总量的12%,而2006年前该数值刚刚超过1%。
经过了近百年的技术和经验的积累,加上市场应用的出现,大型风力发电机的商业化阶段在上世纪八十年代后开始逐渐来临。
大规模的商业应用首先出现在北欧,(这与该地区的其它能源相对缺乏有关,以丹麦为代表),各种不同的风机概念相继出现,各种商业公司纷纷推出相应的产品,整个市场在群雄逐鹿的过程中成熟起来。
伴随着各种优势资源的整合,许多著名的风电厂商如Vestas,NEGMicon,Bonus,Enercon等在竞争和优胜劣汰中逐渐胜出,水平轴三叶片风力发电机更是成为了商业应用的绝对主流。
至今,各种技术路线还在不断的互相借鉴并不断的改进和完善,各种新的概念和技术仍在不断的推出并应用于风电领域。
如德国Aerodyn公司借鉴市场上直驱机型和非直驱机型的优点,推出半直驱的设计概念,这种设计概念在Multibrid5MW风机上得到成功的实践应用。
德国的EUEnergy公司在其DewindD8机型上最新引入了Voith公司的液压无级变速技术以避免齿轮箱故障。
德国Enercon公司将其同步电机绕组采用独立模块设计(将一个发电机分为4部分,各部分可以独立工作),使其产品可以在部分故障状态下正常发电。
可以说风电技术在成熟、淘汰、创新和完善中正走在快速发展的时代。
对我国来讲,在学习和吸收国际先进技术的同时尽快建立自己核心技术力量,提高技术创新能力是当务之急。
中国风能利用的历史相当久远,可上述千年,但现代风力发电技术的发展起步却很晚,还和国外有着很大的差距,技术和经验积累都还显得远远不足。
目前中国风电迎来了突破式的发展,许多风电界的老前辈对此都欣喜不已,但同时他们又对发展的质量和风险有着一定的忧虑和担心。
在我国风电产业努力追赶的同时,风电发电技术已经曲曲折折的发展了一百多年,在这一百多年里,充满了各式各样的尝试、创新、成功和失败。
经过了百年的洗礼,风电技术才逐渐成熟应用起来。
我们的风电产业要迅速发展,引进和借鉴国外先进的技术是快速有效可行的路径。
但时间可以节省,过程却很难跨越,我们对引进技术的理解和认识还不够充分,对技术的历史发展也不够了解。
了解历史,积极的吸取风电技术发展过程中的经验和教训,避免多走弯路,就显得相当的重要。
根据全球风能理事会的统计,全球的风力发电产业正以惊人的速度增长。
在过去10年平均年增长率达到28%,2007年年底,全球装机总量达到了9400万千瓦,每年新增2000万千瓦,意味着每年在该领域的投资额达到了200亿欧元。
2007年,全球风电资金中15%投向了中国,总额达340亿人民币即34亿欧元左右。
中国真正成为全球最大的风电市场。
我国具有丰富的风力资源风电产业的发展有良好的资源基础。
据估计,内地及近海风能资源技术可开发量约为10亿千瓦,主要分布在东南沿海及附近岛屿。
内蒙古、新疆和甘肃河西走廊,以及华北和青藏高原的部分地区。
我国政府将风力发电作为改善能源结构、应对气候变化和能源安全问题的主要替代能源技术之一,给予了有力的扶持。
如设立了2010年和2020年风电装机容量分别达到1000万千瓦和3000万千瓦的目标,制定了风电设备国产化相关政策,并辅以“风电特许权招标“等措施推动技术创新、市场培育和产业化发展。
截至2007年年底,我国累计风电装机容量达到604万千瓦过去10年的年均增长速度达到50%以上,我国在风电装机容量的世界排名中。
2004年居第10位,2007年跃居第5位,并有望建立起世界最大的风电市场。
根据目前的发展势头,政府设立的2010年的发展目标有望于2008年提前完成。
风电已经在节约能源、缓解我国电力供应紧张的形势、降低长期发电成本、减少能源利用造成的大气污染。
以及温室气体减排等方面崭露头角,开始有所作为。
我国风电市场的扩大,直接促进了国产风电产业的发展。
据不完全统计。
2007年年底.我国风电制造及相关零部件企业l00多家,在2007年风电的新增市场份额中国内产品占55%。
比2006年又提高了10个百分点国产风电机组装备制造能力得到大幅提高,在风电开发建设方面。
我国已经建成了200多个风电场掌握了风电场运行管理的技术和经验,培养和锻炼了一批风电设计和施工的技术人才,为风电的大规模开发和利用奠定了良好的基础。
经过多年努力。
当前我国并网风电已经开始步入规模化发展的新阶段。
此外,我国还形成了世界上最大的小风机产业和市场,有利推动了农村电气化建设的开展。
1.2.1世界风力发电发展近况
现状,2001年以来,全球每年风电装机容量增长速度为20%~30%,仅2007年就增加了20GW的风电装机容量,约合310亿美元。
2007年,全球风电装机容量达到94GW,且主要为陆上风电。
风电装机容量的增加有3/4主要来自参加IEA风能合作协议的20个IEA国家。
图1-11983~2007年全球风电装机容量
图1-2各国风电装机容量占有率
表1-1全球风力发电量前十位国家
Country
MW
%
德国
22247
23.6
美国
16818
17.9
西班牙
15145
16.1
印度
8000
8.5
中国
6050
6.4
丹麦
3125
3.3
意大利
2726
2.9
法国
2454
2.6
英国
2389
2.5
葡萄牙
2150
2.3
其他国家
13018
13.8
前十国家总计
81104
86.2
全球总计
94122
欧洲式全球风电装机容量最多的国家,达到57GW。
北美和亚洲风电发展速度也比较快。
据报道,美国2007年新增风电装机容量5244MW,是2006年的2倍还要多。
印度是全球第四大风电市场,2007年新增风电装机容量1730MW。
中国2007年新增风电装机容量3449MW。
图1-3全球风力发电分布情况
预计到2050年,全球风电装机容量在ACT系列(让全球的二氧化碳排放量在2050年之前恢复到现在的水平)情景下会达到1360GW,在BLUE系列(2050年二氧化碳排放量减少50%作为目标)情景下达到2010GW,在ACT系列情景下,2030年,全球风力发电每年增加2712TWh,2050年每年增加3607TWh。
在BLUE系列情景下,2030年,全球风力发电每年增加2663TWh,2050年每年增加5174TWh,全球风力发电占总发电量的12%。
在基准情景下,全球风力发电占总发电量的2%,每年能够减少2.14Gt的CO2排放。
届时,在BLUE系列情景下需要4MW以上风力发电机700000台,在基准情景下需要146000台。
在OECD(经济合作与发展组织)国家和中国、印度等新兴国家,风力发电增长也比较显著。
在BLUE系列情景下,中国风力发电居世界第一[4]。
图1-4不同情景下全球风机装机容量
1.2.2中国风力发电的发展现状
由以上的图表可见,中国在国家相关政策的大力支持下,风电行业得到了迅猛的发展。
截止到2008年10月1日,中国境内的风电机组整机生产商已经达到76家,另外,还有一些整机的项目处于调研阶段。
中国风电机组整机单机容量、产品型号、生产能力、产品布局、产品开发能力等都有了一个新的飞跃。
预计到2008年底,中国风电机组整机市场将出现2.5MW、2.7MW和3.0MW等机型,中国风电企业将可以生产600KW~3000KW全系列风电整机。
到目前为止,中国风电机组新增装机容量将达到745.0万千瓦,累计装机容量将达到1335.6万千瓦,新增装机容量增长率预计将达到111.71%。
至此,中国将在25个省份、直辖市、自治区具有风电装机,其中在云南、江西和重庆三个省市实现风电装机零的突破[5]。
图1-52001-2008年中国风电装机容量及其同比增长趋势图
图1-62001-2008年中国风电新增装机容量及其同比增长趋势图
1.3毕业论文的工作及结构
通过上述的介绍与分析,本文的主要研究内容为利用PLC对解缆驱动器进行解缆控制系统的设计。
全文的研究内容包括以下几个方面:
第1章:
主要介绍了世界风力发电的发展历史、现状和趋势及论文研究的目的及意义。
第2章:
介绍风力发电机原理及解缆原理。
第3章:
简单介绍了风机解缆硬件及硬件的选型,包括限位开关、位置传感器、电动机等。
对解缆控制方法进行研究。
第4章:
总体的系统设计,包括PLC的使用方法及程序编写、硬件线路连接、控制系统的调试及最后达到的效果。
第5章:
对论文研究内容进行了总结。
2风力发电机原理及解缆原理
2.1风力机的种类
目前,风力机的结构有很多种,可以从不同角度分为很多种。
(1)根据主轴与地面之间的相对位置,可以分为垂直轴和水平轴风电机。
(2)根据叶片的工作原理,可分为阻力型和升力型风电机。
(3)由叶片的数量分类,一般风力发电机叶片数量取1~4片,其中3片式风力发电机居多。
(4)按照风力机的用途,可分为风力发电机、风力提水机、风力碾磨机等[6]。
本文研究的是三叶片水平轴发电机。
2.2风力发电机的基本原理
风力机是利用风轮接收风能,并将风能转化为机械能使得轮轴转动,再由风轮带动发电机轴承转动,通过电网传输出去。
风轮主要由螺旋桨式的叶片组成。
当气流流经翼型叶片时,叶片上面气流速度增高,压力下降,叶片下面几乎保持原来的气流压力,于是叶片受到了向上的作用力。
此力可分解成与气流方向平行的力FX(称为阻力)和与气流方向垂直的力FY(称为升力)。
风从左方吹来,叶片产生的升力FY和阻力FX。
阻力是风对风轮的正面压力,由风力机的塔架承受;升力是推动风轮旋转的动力。
图2-1气体流经叶片的受力示意图
现代风力发电机的叶片都制成螺旋桨式的,其原因如下所述。
风以V的速度吹向风轮旋转平面,风轮以ω角速度旋转,风相对翼型的风速为
(2-1)
假如相对风速Vr与翼型的弦的夹角а是最佳攻角值,此时的升力系数为CYmax(约为12~14˚),这是我们所希望的。
然而,由于叶片各截面的旋转半径r不同,因此,各截面的相对风速Vr也不同,甚至在某些截面上升力系数为负值。
所以,要把叶片制成沿叶片长度方向呈扭曲的螺旋状,让整个叶片由根部到尖部各截面翼型的弦与对应处的相对风速Vr大致相同,并应使其在最佳攻角值附近。
使风力尽可能多的转换成叶片的升力。
此升力由叶柄传给风轮轴,再由风轮轴将机械能输送出去[7]。
图2-2风力发电原理图
2.3风力发电机结构
风力发电机的样式虽然很多,但其原理和结构总的说来还是大同小异的。
在目前主要是以水平轴、上风向、三叶片的机组为主。
其中又有定桨距和变桨距风轮,定转速和变转速发电机[8]。
一般风力发电机主要由以下几部分组成:
风轮、传动机构(增速箱)、发电机、机座、塔架
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