风力发电风车故障监测系统设计

1、中文题目：风力发电风车故障监测系统设计外文题目：DESIGN OF WIND POWER WINDMILL FAULTMONITORING SYSTEM毕业设计（论文）共夜页（其中：外文文献及译文山页）图纸共L张完成日期2015年6月答辩日期2015年6月辽宁工程技术大学本科毕业设计（论文）学生诚信承诺保证书本人郑重承诺：毕业设计（论文）的内容真实、可靠，系本人在 指导教师的指导下，独立完成。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人承担全部责任。学生签名：年 月 日辽宁工程技术大学本科毕业设计（论文）指导教师诚信承诺保证书本人郑重承诺：我已按学校相关规定对 同学的毕业设计（论文）的选题与内容进行了指导和审核，确认由该生独立完成。如果存 在弄虚作假、抄袭的情况，本人承担指导教师相关责任。指导教师签名：年 月 日摘要全球人口增长和发展中国家的经济扩张，到2050年，世界能源需求可能翻番甚至增 加两倍。地球上的全部生命都依赖于能源和碳循环。能源对经济级社会发展都至关重要， 但这也带来了环境方面的挑战。我们必须探索能源生产与消费的各个方面，包括提高能效、 清洁能源、全球碳循环、碳资源、废弃物和生物质

2、，还要关注它们与气候和自然资源问题 之间的关系。风力发电的发展是时代的需要。在风力发电控制系统中，基于PLC为主控制器的设计是未来的发展方向。本设计基于 PLC的风力发电控制系统，旨在保证风力发电机组的各类轴承、齿轮箱、风轮、发电机正 常工作；通过选择合适的控制方法，使系统能更加稳定的运行，进而可以有效提高风力利 用率。设计中主要对发电机控制电路、偏航控制电路、风轮和齿轮箱及液压站的运行和工作 情况进行了设计，并绘制了相应的电气原理图。在控制电路中还说明了 PLC、电动机及相 应低压器件的型号选择，绘制了 I/O接线图；在发电机控制电路中，设计了发电机的转速 控制方面；偏航电路中，设计了对风、解缆功能；在齿轮箱系统中，设计了油位控制功能。同时在设计中还详细编写了各部分的控制程序，并进行了相关调试，另外利用S7-200 仿真软件进行了系统仿真验证，仿真结果满足设计要求。关键词：可编程控制器；故障监测；控制系统；传感器；风力发电AbstractGlobal population growth and economic expansion in developing countries, b

3、y 2050, world energy demand is likely to double or even triple. All life on Earth is dependent on energy and the carbon cycle. Energy level of economic and social development are essential, but it also brings environmental challenges. We must explore all aspects of energy production and consumption, including energy efficiency, clean energy, global carbon cycle, carbon resources, waste and biomass, but also concerned about their relationship to climate and natural resource issues. Development of

4、 wind power is the need of the times.In the wind power generation control system, PLC based controller design is based on the future direction of development. The design is based wind power PLC control system designed to ensure all kinds of bearings of the wind turbine, gearbox, wind turbine, generator work; by choosing the appropriate method of controlling the operation of the system can be more stable, and thus can be effectively improve the utilization of wind power.Design of the main control

5、 circuit of the generator, yaw control circuit, and operation of the wind wheel and the work gear boxes and hydraulic stations were designed, and draw the appropriate electrical schematics. In the control circuit also described model selection PLC, low-voltage motors and corresponding devices, draws I/O wiring diagram; the generator control circuit, the design of the generator speed control; yaw circuit, designed for wind, untwisting functions; the gear box system designed oil level control func

6、tions.At the same time in the design of the control program also details the preparation of each part, and for the relevant commissioning, another advantage of the system S7-200 simulation software simulation, the simulation results meet the design requirements.Keywords: PLC; fault monitoring; control system;sensor; wind power目录1前言11.1风力发电的发展现状和意义11.2设计的主要内容及目的12风力发电系统以及故障监测系统简介32.1风力发电系统的组成32.2风力发电风车故障监测系统组成42.3风电诊断系统主要实现功能52.4风力发电风车主要故障62.4.1风力发电机组故障62.4.2风力发电风车叶片故障72.4.3风力发电风车轴承主要故障73风电故障监测系统

7、总体设计方案93.1机组状态特征参数监测93.1.1气象参数监测93.1.2振动监测103.1.3转速监测103.1.4温度监测113.2其他参数监测113.3控制系统总体方案设计124风力发电风车故障监测系统硬件选型设计134.1故障监测系统传感器134.1.1转速传感器134.1.2温度传感器174.1.3振动传感器204.2系统传感器与系统控制模块的选型设计224.2.1风速风向传感器的选型224.2.2温度传感器的选型224.3 PLC 概述274.3.1 PLC的发展历程274.3.2 PLC的工作原理274.3.3 PLC控制系统接线设计314.3.4 PLC扩展模块选择325系统软件设计365.1主程序365.2硬件中断程序365.3梯形图和指令375.3.1系统启动停止和维护急停375.4软件安全设计375.4.1容错性设计375.4.2软件权限设计386经济性分析397总结40致谢41参考文献42附录A外文翻译44附录B外文文献491前言1.1风力发电的发展现状和意义随着投入运行的大规模风电场越来越多，运行故障也出现了很多，因此所需 要的运行维护成本就越来越高，对风电

8、场的经济效益造成了很大的影响。由于大 部分的风电场所处地区都太过偏远，工作环境既复杂又恶劣，导致风力发电机组 发生故障的概率更加大,一旦机组的关键零部件发生故障，设备将会损坏，甚至导 致机组停机，造成非常大的经济损失。对于工作寿命为20年的机组,要用整个风电 场总投入的10%15%来作为运行维护的成本，而对于海上风电场来说，整个比 例更是达到整个风电场总投入的20%25%之高。因此，建立风力发电风车故障监 测系统对风电机组运行风险的降低，对机组安全经济运行的维护有非常重要的意 义。近年来，风能作为一种绿色能源在世界能源结构中发挥着愈来愈重要的作用, 风电装备也因此得到迅猛发展。根据世界风能协会(WWEA)的报告，截止2009年 底，全球风力发电机组发电量占全球电力消耗量的2%,根据目前的增长趋势，预计 到2020年底,全球装机容量至少为1.9X106MW,是2009年的10倍。在“九五冶期间, 我国风力发电场的建设快速发展，过去十年中，我国的风力发电装机容量以年平均 55%的速度高速增长,2010年已达1000万kW。状态监测和故障诊断可以有效监测出传动系统、发电机系统等的内部故障,

9、优化维修策略、减少非计划停机次数和降低机组的运行维护费用等。风力发电机 组的状态监测和故障诊断系统集合了信号采集、在线监测以及信号分析等功能; 能对系统的各种机械参数和电气参数等进行监测，并将采集到的数据进行分析处 理，从而正确定位各系统的故障。1.2设计的主要内容及目的在对风力发电机工作原理的分析以后，结合实际工作条件，选择出需要监测 和诊断部件，设计安装传感器位置，建立在线监测和故障诊断的硬件平台。结合工程实际研究傅里叶变换、小波理论在风力发电机组传动链的振动监测 中的优势。将从风力发电机采集到的实际振动数据，经过一定处理，再将其导入 分析软件中的进行一定变换和处理，得到相应的振动波形图。在各种波形图分析 中，获得风力发电机组的相应工作状态，以达到在线监测和故障诊断的目的。主要内容包括：（1）首先介绍本文的研究背景和意义，其次分析国内、外的研究现状，最 后给出；（2）了本文的研究内容、研究方法和结构组织。主要介绍风力发电故障监 测系统的控制及要求；（3）从总体上介绍风力发电故障监测系统总体方案选型设计，并对各部分 的选型比较进行了阐述；（4）详细介绍风力发电故障监测系统的设计；（5）对本文的工作进行总结，并在总结的基础上对下一步工作进行展望。2风力发电系统以及故障监测系统简介2.1风力发电系统的组成风力发电厂通常处于高山、荒原和海岸等气候变化明显，特别是风速和风向 变化明显的地带，而装有发电设备的狭小机舱又安装在高高的塔架上，由于风速 和风向不断的变化，甚至有时会发生特别激烈的变化，使得各个部件随时承受着 严重的载荷作用，导致故障的概率就高出地面设备几倍之多。而且在机舱内对故 障进行处理也非常困难，大多数情况下需要动用大型起重机械，花费大量的时间 和精力。因此风力发电机组对其零部件要求

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