PLC技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘 要】隨著科技的大力發(fā)展以及人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，如何更好的利用風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。為了使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)長(zhǎng)期、可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行。本文提出了利用可縭程邏輯控制器（簡(jiǎn)稱PLC）控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，甚至在此前提下提出了雙CPU的PLC軟冗余控制措施，事實(shí)證明，通過(guò)這種方式大大提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】PLC；風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；可靠性；軟冗余

在目前在很多風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中還是采用主機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架及遠(yuǎn)程通信模塊和單個(gè)CPU所組成的主從站來(lái)控制的，這樣的話一旦發(fā)生系統(tǒng)故障，PLC控制器會(huì)根據(jù)固有的工作方式自動(dòng)停機(jī)，大大降低了系統(tǒng)的可靠度和安全性。為解決這個(gè)問(wèn)題，本系統(tǒng)采用了一種雙CPU模塊來(lái)提高PLC的穩(wěn)定性和可靠性，也就是采用冗余通信接口模塊連接兩個(gè)CPU，如果某一個(gè)CPU出現(xiàn)故障的情況下，可自動(dòng)切換到另一個(gè)CPU上，使其不會(huì)出現(xiàn)突然停機(jī)，而是繼續(xù)執(zhí)行控制任務(wù)。

一、PLC軟冗余系統(tǒng)的工作原理

它的具體實(shí)施方案是，在機(jī)塔柜和機(jī)艙柜內(nèi)分別安裝一個(gè)CPU模塊，兩個(gè)CPU模塊之間相互通信（通過(guò)PROFIBuS—DP總線），值得注意的是，兩CPU之間是主從關(guān)系，通常而言都是將機(jī)艙柜的CPU設(shè)為主站模式，機(jī)塔柜內(nèi)的CPU設(shè)為從站模式，其中機(jī)塔柜內(nèi)的CPU主要負(fù)責(zé)接收機(jī)艙柜CPU的相關(guān)數(shù)據(jù)，與此同時(shí)與遠(yuǎn)程控制中心保持通信，并且發(fā)出逆變器并入電網(wǎng)動(dòng)作的命令。機(jī)艙柜內(nèi)的CPU則主要負(fù)責(zé)從站CPU的相關(guān)數(shù)據(jù)的接收，并控制變槳伺服電機(jī)、偏航電機(jī)、發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。一旦發(fā)現(xiàn)在正常工作時(shí)檢測(cè)到通信故障，主站CPU會(huì)向逆變器發(fā)出脫離電網(wǎng)的命令，這時(shí)從站CPU得出通信故障結(jié)論后，向伺服電機(jī)發(fā)出偏航停止命令、順槳命令來(lái)保護(hù)設(shè)備，然后CPU會(huì)繼續(xù)檢測(cè)通信信號(hào)，直到通信恢復(fù)正常為止。

值得注意的是，在軟冗余系統(tǒng)工作過(guò)程中，主CPU模塊和從CPU模塊之間是獨(dú)立運(yùn)行的，由主CPU模塊控制分布式I/O模塊

二、軟件實(shí)現(xiàn)

（一）雙CPU模塊的同步控制。

如果主CPU一旦故障，熱備CPU就會(huì)立即獲取主控制權(quán)而立即成為主控CPU。換言之，就是主CPU會(huì)隨時(shí)將自己的信息傳遞給熱備CPU，而熱備CPU也會(huì)實(shí)時(shí)跟蹤主CPU的變化并且與主CPU保持同步，這樣一來(lái)當(dāng)兩個(gè)CPU模塊轉(zhuǎn)移控制權(quán)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換。

（二）主控權(quán)的轉(zhuǎn)移和裁決。

兩個(gè)CPU同時(shí)運(yùn)行的時(shí)候，擁有主控制權(quán)的CPU具有輸出控制權(quán)，同時(shí)禁止熱備CPU輸出，只能保持通訊連接和采集數(shù)據(jù)和。除此之外，兩個(gè)CPU模塊之間會(huì)互相監(jiān)視對(duì)方的通訊情況和運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)對(duì)方故障，便會(huì)在第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警。

（三）監(jiān)控系統(tǒng)與上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)。

一般地說(shuō)，為穩(wěn)定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行都會(huì)安裝上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。而安裝監(jiān)控系統(tǒng)的主要目是可以顯示現(xiàn)場(chǎng)儀表采集的參數(shù)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、風(fēng)機(jī)的振動(dòng)、電機(jī)狀態(tài)等。通常在設(shè)計(jì)中都會(huì)采用WINCC系列的組態(tài)軟件，因?yàn)檫@類軟件具有高時(shí)效性、先進(jìn)性的操作監(jiān)視系統(tǒng)。它能即時(shí)顯示控制系統(tǒng)的相關(guān)運(yùn)行信息，還可以設(shè)置報(bào)警功能、修改運(yùn)行參數(shù)。另外，可以通過(guò)讀取兩個(gè)CPU模塊中的相關(guān)狀態(tài)字來(lái)判斷出哪個(gè)CPU模塊在運(yùn)行，同時(shí)將組態(tài)的外部變量自動(dòng)連接到正在運(yùn)行的CPU模塊上。

（四）下位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)。

相關(guān)工作熱源往往都是通過(guò)編程的方式實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備，在組織塊OBl00和OB35中，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置相對(duì)應(yīng)的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)CPU的自動(dòng)切換，這樣就可以保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。而系統(tǒng)的編程主要包括建立相應(yīng)的DB數(shù)據(jù)塊和FC功能塊、信號(hào)的獲取與處理、通過(guò)FB調(diào)用FC來(lái)實(shí)現(xiàn)具體的控制功能，與此同時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到指定的DB數(shù)據(jù)塊中。事實(shí)證明，應(yīng)用這種功能之后可以大大的節(jié)約故障查詢時(shí)間和程序空間，同時(shí)在很大程度上讓編寫(xiě)程序變得簡(jiǎn)單，使程序結(jié)構(gòu)條理更清晰。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中越來(lái)越多的應(yīng)用雙CPU結(jié)構(gòu)的PLC控制方案，具有以下兩大優(yōu)點(diǎn)：（1）系統(tǒng)可靠性與安全性提高：一旦檢測(cè)通信故障會(huì)立即報(bào)警，并在發(fā)生通信故障后發(fā)出停機(jī)復(fù)位動(dòng)作（按照設(shè)置的參數(shù)操作），起到保護(hù)系統(tǒng)硬件設(shè)備的目的。經(jīng)大量實(shí)踐結(jié)果表明，雖然該控制系統(tǒng)成本低，但卻能在很大程度上提高系統(tǒng)的可靠性，既節(jié)約了成本，又起到了想要的效果。除此之外，系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了冗余切換，從而成功應(yīng)用于PLC軟冗余系統(tǒng)；（2）系統(tǒng)工作效率提高：由于采用的是雙CPU控制，兩主站具有相對(duì)獨(dú)立的執(zhí)行能力，并且二者之間通過(guò)數(shù)據(jù)交換進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的高效率運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟彥京、金璐 .PLC軟冗余技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].化工自動(dòng)化及儀表.2010，（10）.

[2]申超、易靈芝、龍辛、黃波、龐偉、詹俊.光纖通信在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化.2013，（05）.

[3]盧善云.PLC在風(fēng)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科學(xué)時(shí)代.2012，（02）.科學(xué)時(shí)代》