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摘要 主要是根据风力发电的原理、组成和运行过程，提出风向跟踪风力发电教学实训设备的设计方案，为高职院校风电类实训设备的开发提供参考。
关键词 风力发电；风向跟踪；实训装置
中图分类号：G712 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2011)15-0097-05
Designing of Wind Turbine of Wind Tracking Practical Training Equipment//Zhang Junyan, Xue Yangquan, Pei Xinglin, Cheng Mingjie
Abstract Based on the principle, organization and the operational process of the wind turbine, this text proposes the designing of the wind tracking and wind turbine practical training equipment, it also supplies a reference for the species of wind and electricity professional training equipment in vocational colleges.
Key words wind turbine; wind tracking; practical training equipment
Author’s address Jiuquan Vocational and Technical College, Jiuquan, Gansu, China 735000
目前，随着风电产业在国内逐渐兴起，高职院校也随之调整专业，开办了风电类专业。加之高职院校又倡导工学结合、理实一体化的教学模式，但迫于风力发电机是一个庞大的、价格高昂的产品，无法在校内建立生产型实训基地，介于此，根据教学需要，对风力发电机组进行创新性设计，设计风向跟踪风力发电教学实训装置。
1 系统组成
本系统分为控制桌和被控对象两部分。信息的处理、控制信号的发出、控制参数的变更全部由控制桌部分完成，系统各个动作的完成、信息的采集由被控对象完成。组成示意图如图1所示。
控制桌主要由PLC、变频器（3个）、触摸屏、电压表组成（图2）。
1.1 风速方向指示——触摸屏
SIMATIC HMI精简系列面板专用于简单应用，可以满足可视化要求：提供最佳性能和功能。SIMATIC KTP600完美集成SIMATIC HMI精简系列面板，为紧凑型自动化应用提供一种简单的可视化和控制解决方案。由于控制器无缝集成HMI工程组态软件SIMATIC STEP 7 Basic和SIMATIC Win CC Basic，这个一流的解决方案能够在最短的时间内脱颖而出。
300系列PLC功能最强的CPU的RAM为512 KB，最大8 192个存储器位，512个定时器和512个计数器，数字量最大为65 536，模拟量通道最大为4 096；有350多条指令；计数器的计数范围为1～999，定时器的定时范围为10 ms～9 990 s。
本实验系统中选用的CPU型号是314C-2DP，带MPI和PROFIBUS接口，可以灵活地组成MPI网络或者PROFIBUS网络进行通信。
1.5 西门子M420变频器
1）变频器面板，如表1所示，主要的8个按键以及LED显示区和一个多位的电子发光管显示组成。
2）设置参数流程（图11）。
3）被控对象。被控对象主要由风机、风车与随动系统组成。
风机主要部分为JGF低噪音风机，采用220 V供电，通过变频器调节其转速，额定转速为1420 rpm，风量为5 300 m3/m。
风车主要由底部装有可改变风向的电机以及支持风机的支架组成，电机驱动3个万向轮带动风机转动，可自由改变风的风向。
随动系统上装有发电机组、随动电机、风速风向标、液压刹车系统、限位保护系统等。
发电机组主要由迎风叶片和发电机组成，风吹动叶片带动发电机发电。随动系统由随动电机驱动，来跟踪风向的变化，随动电机为200 V带减速箱电机，由变频器调节其转速。风速风向表用来采集信息，并转化为电信号，传到风速风向仪中和PLC中。液压刹车系统主要由油箱、液压泵、电磁阀、油管和油缸组成。限位保护系统由4个电磁限位开关组成，防止风车和随动系统动作过限。
2 系统原理
本系统主要实现风力发电、风向跟踪、液压刹车，涵盖了PLC控制、变频控制、PLC与变频器通信、A/D与D/A转换、液压传动技术、PLC在液压传动中的应用等技术，实训内容丰富。
所谓风力发电就是把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能。风力发电所需要的装置就称作风力发电机组。风力发电机组，大体上可分为叶轮、发电机、机舱和塔筒4部分。
叶轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由2只（或更多只）叶片组成。当风吹向叶片时，叶片上产生空气动力驱动叶轮转动。再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
在风向上装有同轴的光电编码器，能够准确检测风向并转化为电信号传送到PLC中，PLC根据风向确定随动系统的移动方向和速度，以使发电机叶片的迎风面正对风车，最大限度地利用风能。系统原理图与组成示意图如图12、图1所示。
6）回油管路及油滤油器：应检查它们的泄漏情况，过滤器必须检查，如没有污染指示，需将过滤器取出，检查是否需要清洗或更换。
7）执行元件（油缸）：需定期检查泄漏情况。
5.2 风向跟踪风力发电系统
风向跟踪风力发电系统的走线方式使用了电缆线。电缆线穿过随动系统的立柱，当随动系统做圆周运动时可能会将内部线路缠绕断，故随动系统不能做整圈或多圈圆周运动，随动系统可做270°往返运动。
本装置可实现制动控制、风机运行风速控制、带制动的随动系统控制、风向跟踪风力发电自动运行控制。
参考文献
[1]王雪,王晟.现代智能信息处理实践方法[M].北京:清华大学出版社,2009
[2]刘万琨,等.风能与风力发电技术[M].北京:化学工业出版社,2007
[3]陈云程,等.风力机设计与应用[M].上海:上海科技出版社,1990
[4]叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M].2版.北京:机械工业出版社,2006
关键词 风力发电；风向跟踪；实训装置
中图分类号：G712 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2011)15-0097-05
Designing of Wind Turbine of Wind Tracking Practical Training Equipment//Zhang Junyan, Xue Yangquan, Pei Xinglin, Cheng Mingjie
Abstract Based on the principle, organization and the operational process of the wind turbine, this text proposes the designing of the wind tracking and wind turbine practical training equipment, it also supplies a reference for the species of wind and electricity professional training equipment in vocational colleges.
Key words wind turbine; wind tracking; practical training equipment
Author’s address Jiuquan Vocational and Technical College, Jiuquan, Gansu, China 735000
目前，随着风电产业在国内逐渐兴起，高职院校也随之调整专业，开办了风电类专业。加之高职院校又倡导工学结合、理实一体化的教学模式，但迫于风力发电机是一个庞大的、价格高昂的产品，无法在校内建立生产型实训基地，介于此，根据教学需要，对风力发电机组进行创新性设计，设计风向跟踪风力发电教学实训装置。
1 系统组成
本系统分为控制桌和被控对象两部分。信息的处理、控制信号的发出、控制参数的变更全部由控制桌部分完成，系统各个动作的完成、信息的采集由被控对象完成。组成示意图如图1所示。
控制桌主要由PLC、变频器（3个）、触摸屏、电压表组成（图2）。
1.1 风速方向指示——触摸屏
SIMATIC HMI精简系列面板专用于简单应用，可以满足可视化要求：提供最佳性能和功能。SIMATIC KTP600完美集成SIMATIC HMI精简系列面板，为紧凑型自动化应用提供一种简单的可视化和控制解决方案。由于控制器无缝集成HMI工程组态软件SIMATIC STEP 7 Basic和SIMATIC Win CC Basic，这个一流的解决方案能够在最短的时间内脱颖而出。
300系列PLC功能最强的CPU的RAM为512 KB，最大8 192个存储器位，512个定时器和512个计数器，数字量最大为65 536，模拟量通道最大为4 096；有350多条指令；计数器的计数范围为1～999，定时器的定时范围为10 ms～9 990 s。
本实验系统中选用的CPU型号是314C-2DP，带MPI和PROFIBUS接口，可以灵活地组成MPI网络或者PROFIBUS网络进行通信。
1.5 西门子M420变频器
1）变频器面板，如表1所示，主要的8个按键以及LED显示区和一个多位的电子发光管显示组成。
2）设置参数流程（图11）。
3）被控对象。被控对象主要由风机、风车与随动系统组成。
风机主要部分为JGF低噪音风机，采用220 V供电，通过变频器调节其转速，额定转速为1420 rpm，风量为5 300 m3/m。
风车主要由底部装有可改变风向的电机以及支持风机的支架组成，电机驱动3个万向轮带动风机转动，可自由改变风的风向。
随动系统上装有发电机组、随动电机、风速风向标、液压刹车系统、限位保护系统等。
发电机组主要由迎风叶片和发电机组成，风吹动叶片带动发电机发电。随动系统由随动电机驱动，来跟踪风向的变化，随动电机为200 V带减速箱电机，由变频器调节其转速。风速风向表用来采集信息，并转化为电信号，传到风速风向仪中和PLC中。液压刹车系统主要由油箱、液压泵、电磁阀、油管和油缸组成。限位保护系统由4个电磁限位开关组成，防止风车和随动系统动作过限。
2 系统原理
本系统主要实现风力发电、风向跟踪、液压刹车，涵盖了PLC控制、变频控制、PLC与变频器通信、A/D与D/A转换、液压传动技术、PLC在液压传动中的应用等技术，实训内容丰富。
所谓风力发电就是把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能。风力发电所需要的装置就称作风力发电机组。风力发电机组，大体上可分为叶轮、发电机、机舱和塔筒4部分。
叶轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由2只（或更多只）叶片组成。当风吹向叶片时，叶片上产生空气动力驱动叶轮转动。再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
在风向上装有同轴的光电编码器，能够准确检测风向并转化为电信号传送到PLC中，PLC根据风向确定随动系统的移动方向和速度，以使发电机叶片的迎风面正对风车，最大限度地利用风能。系统原理图与组成示意图如图12、图1所示。
6）回油管路及油滤油器：应检查它们的泄漏情况，过滤器必须检查，如没有污染指示，需将过滤器取出，检查是否需要清洗或更换。
7）执行元件（油缸）：需定期检查泄漏情况。
5.2 风向跟踪风力发电系统
风向跟踪风力发电系统的走线方式使用了电缆线。电缆线穿过随动系统的立柱，当随动系统做圆周运动时可能会将内部线路缠绕断，故随动系统不能做整圈或多圈圆周运动，随动系统可做270°往返运动。
本装置可实现制动控制、风机运行风速控制、带制动的随动系统控制、风向跟踪风力发电自动运行控制。
参考文献
[1]王雪,王晟.现代智能信息处理实践方法[M].北京:清华大学出版社,2009
[2]刘万琨,等.风能与风力发电技术[M].北京:化学工业出版社,2007
[3]陈云程,等.风力机设计与应用[M].上海:上海科技出版社,1990
[4]叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M].2版.北京:机械工业出版社,2006