PLC在風(fēng)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

一、概述

近年來隨著國(guó)家對(duì)可再生能源扶持政策的進(jìn)一步出臺(tái)，可再生能源特別是風(fēng)力發(fā)電呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)眾多廠家正通過自主研發(fā)和技術(shù)引進(jìn)等形式進(jìn)行風(fēng)電設(shè)備的成套工作。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家對(duì)高速齒輪箱、電機(jī)和葉片等已具有了獨(dú)立生產(chǎn)能力，但作為風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的大腦——風(fēng)電控制器，一直以來主要依靠國(guó)外技術(shù)引進(jìn)。通過對(duì)國(guó)內(nèi)主流風(fēng)電設(shè)備生產(chǎn)廠家的控制系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)廠家的控制系統(tǒng)是和主機(jī)一起成套技術(shù)引進(jìn)而來，如MITA和WINDTEC公司的產(chǎn)品。由于風(fēng)電設(shè)備運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，安裝空間有所限制，并且要求有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，因此現(xiàn)有的通用可編程控制器很難達(dá)到其技術(shù)要求。一是高低溫要求，通用PLC運(yùn)行溫度一般為0℃～50℃，但風(fēng)電設(shè)備要求運(yùn)行在-25℃～60℃的環(huán)境中。雖然有國(guó)內(nèi)廠家采用了通用PLC作為主控器，但在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需在機(jī)柜增加加熱器，以保證在低溫環(huán)境下的可靠運(yùn)行，這種處理方式雖然能滿足運(yùn)行要求，但可能會(huì)造成在超低溫環(huán)境下PLC上電后不能立即運(yùn)行，并且加裝了加熱器導(dǎo)致PLC安裝空間更加狹窄。二是數(shù)據(jù)處理能力，現(xiàn)有的通用可編程控制器因本身設(shè)計(jì)思想的不足導(dǎo)致在功能上無法滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需要。對(duì)國(guó)外引進(jìn)控制系統(tǒng)的研究表明，國(guó)外控制系統(tǒng)多采用嵌入式PC（如Bachmann、BeckHoff等）作為主控制器來適應(yīng)風(fēng)電控制系統(tǒng)的需求。

本方案以NA400系列可編程控制器為基礎(chǔ)，針對(duì)某電站3MW（可適用于2.5MW和1.5MW機(jī)組）風(fēng)機(jī)控制器的技術(shù)要求，在廣泛吸收國(guó)外同類產(chǎn)品控制系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出的。

由于變流器和變漿系統(tǒng)采用成熟系統(tǒng)配套，因此本方案僅涉及3MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控柜（主站）和機(jī)艙柜（機(jī)艙站）的控制。

二、技術(shù)需求

（1）編程軟件符合IEC61131-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；

（2）軟件支持多任務(wù)；

（3）對(duì)CPU速度及處理能力、存儲(chǔ)空間等有較高要求（要求具有100M的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力）；

（4）I/O要求：輸入光電隔離、輸出繼電器（總點(diǎn)數(shù)在100點(diǎn)以內(nèi)）；

（5）運(yùn)行環(huán)境惡劣，要求具有較高的可靠性：

運(yùn)行溫度：-20℃~50℃

儲(chǔ)存溫度：-40℃~70℃

較高的濕熱要求，要求防濕抗凝露

（6）通信要求：

?以太網(wǎng)接口，支持TCP/IP、UDP等

?Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線

?CANOpen現(xiàn)場(chǎng)總線

（7）人機(jī)界面采用具備按鍵操作的平板電腦，支持WinXP 嵌入式操作系統(tǒng)，不采用常規(guī)的觸摸屏；

（8）信號(hào)類型：DI、DO、AI（0~10V和4~20mA）、Pt100熱電阻、AO、SSI、高速計(jì)數(shù)器模塊；

（9）結(jié)構(gòu)要求：安裝方便，所有螺釘應(yīng)防銹。

三、技術(shù)方案

針對(duì)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行環(huán)境嚴(yán)酷、技術(shù)要求高的特點(diǎn)，現(xiàn)有通用PLC很難適應(yīng)其應(yīng)用需求。我公司NA400型可編程控制器采用一系列計(jì)算機(jī)領(lǐng)域和工業(yè)控制領(lǐng)域的最新技術(shù)研制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)先進(jìn)、功能強(qiáng)大、具有多任務(wù)、趨勢(shì)曲線、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，適合風(fēng)電行業(yè)的特點(diǎn)。

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

采用LAN/FieldBus系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主控站控制器對(duì)外提供百兆以太網(wǎng)接口，利用現(xiàn)場(chǎng)總線完成機(jī)艙擴(kuò)展站控制器或其它現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備（變頻器等）的連接。主控站以太網(wǎng)接口支持標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS TCP/IP規(guī)約，并支持UDP協(xié)議。

現(xiàn)場(chǎng)總線支持ProfiBus-DP或CANOpen?？梢苑奖愕乩矛F(xiàn)場(chǎng)總線完成遠(yuǎn)程I/O站的擴(kuò)展，并能與其它智能設(shè)備通信。本方案中擬采用CAN總線，CAN總線的短信文結(jié)構(gòu)及完備的底層校驗(yàn)和錯(cuò)誤處理機(jī)制使得CAN總線具有優(yōu)越的抗干擾性。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的不同可選用光通信介質(zhì)以提高可靠性。

3.2人機(jī)界面

3.2.1平板電腦

人機(jī)界面（面板）硬件采用工業(yè)級(jí)平板電腦，可以采用以太網(wǎng)、串口、Profibus- DP等進(jìn)行面板和控制器的組網(wǎng)連接。

采用我公司的NAControl組態(tài)軟件開發(fā)界面，NAControl組態(tài)軟件與控制器之間通過我公司開發(fā)的NA-PLC OPC服務(wù)器（OPC2.0規(guī)范）或者專用驅(qū)動(dòng)程序通訊，底層協(xié)議不產(chǎn)生額外費(fèi)用。NA-PLC OPC服務(wù)器可以方便地接入支持OPC接口的組態(tài)軟件中（如iFix,WinCC等），因此如果不采用我方提供的面板，也可以方便地進(jìn)行其他廠家面板與我方控制器之間的通訊。

NAControl組態(tài)軟件特點(diǎn)：

基于Windows平臺(tái)，采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)和方法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)。遵循TCP/IP、SQL、ODBC、COM/DCOM、ActiveX、C++、Office、IEC61131-3、OPC等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)功能齊全，操作簡(jiǎn)便，維護(hù)量小。具有良好的開放性、方便的擴(kuò)展能力、完善的在線幫助及可不斷融入新技術(shù)的特征。它具有數(shù)據(jù)采集和處理、控制與調(diào)節(jié)、畫面、智能報(bào)警、報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和查詢、可視化順控流程組態(tài)與執(zhí)行、ONCALL、AGC/AVC高級(jí)應(yīng)用軟件、Web服務(wù)、與外系統(tǒng)通訊等功能。