CN207212595U - 一种基于opc技术的小型风力发电机变桨控制实验平台 - Google Patents
一种基于opc技术的小型风力发电机变桨控制实验平台 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于OPC技术的小型风力发电机变桨控制实验平台，包括：供风装置、小型实验用风力发电机、风速传感器、电机编码器、电荷放大器、滤波器、电机驱动器、S7‑200PLC以及装有MATLAB软件和组态软件的电脑。风力发电机包括风轮、伺服电动机、传动装置和发电机。风速传感器位于机舱顶部；伺服电动机上带有电机编码器。传感器采集的模拟量信号经电荷放大器、滤波器后传入模拟量输入模块中，变桨控制程序在PLC中完成，通过PLC对风力发电机进行控制。控制实验平台通过OPC技术实现PLC、MATLAB、组态软件之间的通讯，可以发挥各自的长处，具有很高的控制精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及过程控制实验技术领域，具体涉及一种基于OPC技术的小型风力发电机变桨控制实验平台。
背景技术
由于风力发电机通常体积庞大，很难在现场对其进行实验。通常在实验室中对其模拟实验，教学和科研中现有实验室中的风力机控制平台往往单纯通过工业控制器进行控制，很少采用高级的控制算法，控制精度不高，无法达到良好的控制效果。在工业控制领域，PLC具有高可靠性、通用性强和抗干扰能力强的优点，然而通过PLC实现智能算法比较困难。MATLAB具有强大的计算能力，在MATLAB中编程可以实现复杂的控制算法，但是人机交互能力差，限制了MATLAB的应用。组态软件可以使人机交互界面显示出来，不仅更直观地反映系统的运行状况，而且可以实现对系统的监控。通过OPC技术可以实现三者之间的通讯，从而实现优势互补。因此，本实用新型提出了一种基于OPC技术实现PLC、MATLAB与组态软件的通讯，从而实现对风力发电机变桨进行控制的实验平台，应用于教学和科研中。
实用新型内容
针对现有技术存在的缺陷和不足，本实用新型提出了一种基于OPC技术的小型风力发电机变桨实验平台，本实验平台结构简单，能很好地对风力发电机变桨过程进行模拟控制，能够有效地满足教学和科研的双重要求。
本实用新型的技术方案为：一种基于OPC技术的小型风力发电机变桨控制实验平台，包括：供风装置、小型实验用风力发电机、风速传感器、电机编码器、电荷放大器、滤波器、电机驱动器、电力输出端、S7-200PLC以及装有MATLAB软件和组态软件的计算机。所述风力发电机包括风轮、伺服电动机、传动装置和发电机，所述伺服电动机、传动装置、发电机位于机舱内。所述电动机与传动装置连接，所述传动装置与发电机连接，所述发电机连接电力输出端。所述风速传感器位于机舱顶部；所述伺服电动机上带有电机编码器。所述S7-200PLC通过USB/PPI连接线连接计算机。所述S7-200PLC中带有EM231模拟量输入模块和EM232模拟量输出模块。所述计算机中带有PLC编程软件、PC Access软件、MATLAB软件和组态软件。
优选的是：所述供风装置可以是一台或几台不同大小的风扇或鼓风机。
优选的是：所述MATLAB软件中的SIMULINK算法模型中实现复杂控制算法，控制算法为模糊PID控制或RBFNN神经网络控制。
优选的是：所述PLC通过OPC技术与MATLAB通讯，OPC服务器为PC Access软件；所述MATLAB软件中的SIMULINK算法模型中带有分别能与PLC与组态软件通讯的OPC模块；所述组态软件通过OPC技术与PLC通讯。
优选的是：所述风速传感器、电机编码器均与电荷放大器相连，电荷放大器与滤波器相连，滤波器与模拟量输入模块EM231相连；所述模拟量输出模块EM232与电机驱动器相连，电机驱动器与电动机相连。
本实用新型的工作原理为：在风力发电机中安装传感器，风速传感器、电机编码器采集的信号经电荷放大器将信号放大、滤波器将信号过滤后，传入模拟量输入模块中，进行模拟量到数字量的转换。PLC接受模拟量输入模块传入的信号，变桨控制程序在PLC编程软件Micro/Win中完成，通过PLC对风力发电机进行控制。通过OPC技术实现PLC与MATLAB之间的通讯，OPC服务器为PC Access。将处理后的信号传递到MATLAB软件的SIMULINK算法模型中，控制算法在SIMULINK中实现，可以发挥MATLAB计算能力强的优势，控制算法采用模糊PID或RBFNN神经网络控制精度高，可以达到很好的效果。经过计算处理的信号通过OPC通讯传回PLC中，经PLC控制程序处理后，信号经过模拟量输出模块送入电机驱动器，电机驱动器作用于电机，控制电机带动桨叶旋转，从而改变桨距角；信号同时通过OPC通讯传入组态软件中，通过组态软件可以实时显示桨距角的变化情况和系统的运行情况，并对整个系统进行监控。
本实用新型的有益效果为：本实验平台结构简单，可以实时模拟风力机的工作状况，达到良好的控制效果，非常适合用于科研和教学。通过OPC技术实现PLC、MATLAB与组态软件之间的通讯，可以发挥各自的长处，更好的利用现有资源。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。
图1为本实用新型的系统连接示意图。
图2为本实用新型的工作原理结构示意图。
其中：1—供风装置，2—小型实验用风力发电机，21—风轮，22—伺服电动机，23—传动装置，24—发电机，3—PLC，31—模拟量输入模块，32—模拟量输出模块，4—计算机，5—风速传感器，6—电机编码器，7—电荷放大器，8—滤波器，9—电机驱动器，10—电力输出端。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定实用新型。
如图1所示，本实用新型包括：供风装置1、小型实验用风力发电机2、风速传感器5、电机编码器6、电荷放大器7、滤波器8、电机驱动器9、电力输出端10、PLC 3以及装有MATLAB软件和组态软件的计算机4。所述风力发电机包括风轮21、伺服电动机22、传动装置23和发电机24。所述伺服电动机22、传动装置23、发电机24位于机舱内。所述电动机与传动装置连接，所述传动装置与发电机相连，所述发电机与电力输出端相连。所述风速传感器5位于机舱顶部；所述电动机上带有电机编码器6。所述PLC 3的型号为西门子S7-200。所述PLC 3通过USB/PPI连接线连接电脑4。所述风速传感器5、电机编码器6、功率传感器和转速传感器均与电荷放大器7相连，电荷放大器7与滤波器8相连，滤波器8与模拟量输入模块EM231相连；所述模拟量输出模块EM232与电机驱动器9相连，电机驱动器9与伺服电动机22相连。计算机4中带有S7-200PLC编程软件、PC Access软件、MATLAB软件和组态软件。
如图2所示，本实用新型的工作原理为：在风力发电机中安装传感器，风速传感器、电机编码器采集的信号传入模拟量输入模块中，经电荷放大器将信号放大、滤波器将信号过滤后，传入模拟量输入模块中，进行模拟量到数字量的转换。PLC接受模拟量输入模块传入的信号，变桨控制程序在PLC编程软件Micro/Win中完成，通过PLC对风力发电机进行控制。PLC与MATLAB之间通过OPC技术进行通讯，OPC服务器为PC Access软件。将信号传递到MATLAB软件的算法模型中，控制算法在MATLAB的SIMULINK算法模型中实现，可以发挥MATLAB计算能力强的优势，采用模糊PID或RBFNN神经网络控制算法控制精度高，可以达到很好的效果。SIMULINK模型中带有分别能与PLC和组态软件通讯的OPC模块。经过计算处理的信号通过OPC通讯传回PLC中，经PLC变桨控制程序处理后，信号经过模拟量输出模块送入电机驱动器，电机驱动器作用于电机，控制电机带动桨叶旋转，从而改变桨距角，达到控制风力发电机目的，实现闭环反馈；同时该信号也会通过OPC通讯传入组态软件中，通过组态软件可以实时显示桨距角的变化情况和系统的运行情况，并对系统进行监控。
尽管上面结合图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。
Claims (5)
1.一种基于OPC技术的小型风力发电机变桨控制实验平台，其特征在于：包括供风装置、小型实验用风力发电机、风速传感器、电机编码器、电荷放大器、滤波器、电机驱动器、电力输出端、S7-200PLC以及装有MATLAB软件和组态软件的计算机；所述风力发电机包括风轮、电动机、传动装置和发电机，所述电动机、传动装置、发电机位于机舱内，所述发电机连接电力输出端；所述风速传感器位于机舱顶部；所述电动机上带有电机编码器；所述S7-200PLC通过USB/PPI连接线连接计算机；所述S7-200PLC中带有EM231模拟量输入模块和EM232模拟量输出模块；所述计算机中带有S7-200编程软件、PC Access软件、MATLAB软件和组态软件。
2.根据权利要求1所述的小型风力发电机变桨控制实验平台，其特征在于：所述供风装置可以是一台或几台不同大小的风扇或鼓风机。
3.根据权利要求1所述的小型风力发电机变桨控制实验平台，其特征在于：所述MATLAB软件的SIMULINK模型中实现复杂控制算法，控制算法为模糊PID控制或RBFNN神经网络控制。
4.根据权利要求1所述的小型风力发电机变桨控制实验平台，其特征在于：所述S7-200PLC通过OPC技术与MATLAB通讯，OPC服务器为PC Access软件；所述MATLAB软件的SIMULINK算法模型中带有分别能与PLC与组态软件通讯的OPC模块；所述组态软件通过OPC技术与S7-200PLC通讯。
5.根据权利要求1所述的小型风力发电机变桨控制实验平台，其特征在于：所述风速传感器、电机编码器均与电荷放大器相连，电荷放大器与滤波器相连，滤波器与模拟量输入模块EM231相连；所述模拟量输出模块EM232与电机驱动器相连，电机驱动器与电动机相连。
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