大型风力发电机组偏航控制系统设计.doc

LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY毕业设计题 目 大型风力发电机组偏航控制系统设计 学生姓名 学 号 11230641 专业班级 电气六班 指导教师 王 晓 兰 学 院 电信学院 答辩日期 摘 要风能是绿色能源。我国在风力发电上的投入和研究也正进入一个快速发展的时期。偏航控制一直未能取得有效的发展。针对这方面的问题，本论文展开了相应的设计。在设计过程主控制器选用了ABB的软PLC，文中对其硬件模块的组态和编程环境Control Builder Plus以及现场通讯协议Modbus-DP做了详细介绍和设计说明。偏航电机的控制选用了ACS355变频器实现了变频调速，在恶劣环境下减小了偏航系统的振动。运用Control Builder Plus编程软件对偏航系统的四个部分：自动偏航、自动解缆、自动润滑、人工偏航的程序进行了编写。最后，在个人计算机进行了编译、下载和运行，在联机模式下，通过CP405实时可视化的画面对各种状态进行了模拟运行，该偏航系统在各种状态下呈现出很好的控制效果。关键词: 风力发电；偏航控制系统；ABB；ACS355 ；CP405Abstract Wind energy is a green energy. Wind power will fleetly develop in China,too. the technology for yaw system wasnt still developed for a long time.Therefore,aim at this subject,related research and design will be reported in this thesis.Master controller used the ABB soft PLC in the design process, Paper, the hardware modules to their configuration and programming environment Control Builder Plus and MODBUS-DP communication protocol site a detailed description and design specification. Electric motor control yaw selected ACS355 frequency converter frequency control in harsh environments reduces the yaw system vibration. Control Builder Plus programming software using the four parts of the yaw system: automatic yaw, automatic Cable release ,automatic lubrication, artificial yaw program was written. Finally, in the personal computer to compile, download and run, in online mode, real-time visualization by Control Builder Plus picture of the various state simulation run, the yaw system in various states shows good control effect.Key words: Wind Power Generation; Yaw Control System; ABB;ACS355目录第一章 绪论11.1 设计背景11.2 设计内容及思路31.3 预期成果及意义3第二章 系统整体方案设计52.1 系统工作原理52.2 系统工艺流程62.2.1控制模式介绍62.2.2控制各部分介绍72.3 系统总体设计方案8第三章 控制系统硬件设计113.1 PLC概述及选型113.1.1 PLC的发展历程113.1.2 PLC的工作原理113.1.3 PLC系统选型123.1.4 控制系统的I/O通道地址分配143.2 扩展模块选型143.2.1 模拟量输入输出模块AX561143.2.2 数字量输入输出模块DX561173.3 变频器选型203.4 传感器选型223.4.1 温度传感器223.4.2 风速风向传感器233.4.3解缆传感器253.4.4 压力传感器选型263.4.5 液位传感器选型263.5低压电器选型263.5.1 接触器选型263.5.2 断路器选型273.5.3 熔断器选型273.5.4 主令电器选型273.5.5 信号电器选型28第四章 控制系统软件设计294.1主程序流程图294.2自动偏航程序流程图304.3温度检测程序流程图304.4人工偏航程序流程图314.5自动偏航解缆程序流程图324.6风速测量子程序流程图334.7风向角测量子程序流程图344.8程序调试364.8.1模拟信号输入部分程序调试364.8.2风速判断部分程序调试364.8.3风向角判断部分程序调试374.8.4扭缆部分程序调试384.8.5电机测速部分程序调试384.8.6变频器部分程序调试39第五章 人机界面设计405.1触摸屏CP405简介405.2画面设置405.3标签名称及地址分配43参考文献45致谢46附录：外文资料翻译47第一章 绪论1.1 设计背景 由于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。煤炭等不可再生能源的迅速枯竭，致使我们不得不找到有效的取之不尽、用之不竭、与人类共存的替代能源。可再生能源就是这样的能源。它包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等。在这众多的可再生能源中，目前发展最快、商业化最广泛、经济上最适用的，当数风力发电。风能是一种干净的可再生能源。太阳辐射对地球表面的不均匀性加热是风的主要成因。空气从高气压区向低气压区流动就产生了风。地球自转、公转的影响和地形、地貌的差异，加剧了空气流量和流向的变化，造成风速和风向的变化。地球上大约有2%的太阳能被转化成风能。风力发电作为一种新的、安全可靠的洁净能源，其优越性为越来越多的人所认识。风力发电的优越性可归纳为五点:(1)风力发电是一种洁净的自然能源。风能在转换成电能的过程中，只降低了气流的速度，没有给大气造成任何污染。风电没有常规能源及核电对环境造成的污染问题。核电的放射性废料仍是一个较难解决的问题。(2)风力发电技术不断进步，单机容量逐步增大，产品质量得到改善，可用率达到98%以上，是一种安全可靠的能源。(3)由于技术进步和产品批量增加，风力发电的经济性日益提高，风电成本持续下降。从表1.1可以看出，风力发电的成本己接近煤电，低于油电和核电。若考虑煤电的环境污染和交通安全等问题，风电的经济性优于煤电。(4)风力发电场建设周期短。单台风力发电机组安装仅需几个星期，可多台同时安装，互不干扰。建设一个风力发电场，从土建、安装到投产，只需半年至一年时间；而煤电、核电的建设需要二至十年。(5)风力发电占地面积少。塔筒与监控、变电建筑仅占风电场约1%的土地，其余99%的场地可供农、林、牧使用。由此可见，风力发电具有较好的经济效益和社会效益，风力发电技术的发展受到世界各国政府的高度重视。自从20世纪80年代现代并网风力发电机组问世以来，随着桨叶空气动力学、计算机技术、控制技术、发电机技术和新材料的发展，风力发电技术的发展极为迅速，单机容量从最初的数十千瓦级发展到最近进入风电场的兆瓦级机组；功率控制方式从定桨距失速控制向全桨叶变距和变速控制发展;运行可靠性从20世纪80年代初的50%提高到98%以上;并且在风电场运行的风力发电机组全部可以实现集中控制和远程控制;风电场发展空间更加广阔，已从内陆移到海上。风电的迅猛发展已经形成了规模巨大的产业，因此它还可带动一批相关产业和产品的发展，对促进国民经济的发展具有重要的意义。随着计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展。目前的控制方法是：当风速变化时通过调节发电机电磁力矩或风力机浆距角使叶尖速比保持最佳值，实现风能的最大捕获。控制方法基于线性化模型实现最佳叶尖速比的跟踪，利用风速测量值进行反馈控制，或电功率反馈控制3。但在随机扰动大、不确定因素多、非线性严重的风电系统，传统的控制方法会产生较大误差。因此近些年国内外都开展了这方面的研究。一些新的控制理论开始应用于风电机组控制系统。如采用模糊逻辑控制、神经网络智能控制、鲁棒控制等。使风机控制向更加智能方向发展。 传统的风力发电控制方法存在诸多不足，引起较大的能量损失，基于PLC的控制系统，结构简单，通用性强，编程方便，抗干扰能力强，可靠性较高，并且维护起来比较方面，能够直观的反应现场信号的变化状态，通过编程工具可以直接观察系统的运行状态，极大的方面了维护人员查找故障，缩短了对系统维护的时间。随着新型控制算法的研究和应用，可以有效提高风能利用效率，对于提高风电机组的发电量，减小风电成本具有重要意义。风力发电机组结构如图1.1。图1.1 风力发电机组结构图1.2 设计内容及思路 本次设计要求是设计一个风力发电机组偏航控制系统，主控制器为ABB-PLC，主要完成的功能有风车具有手动和自动偏航能力，实时风速检测，并根据风速大小采取相应的措施，在风速超出允许值时，实行自动避风保护，具有自动解缆功能、能对风机运行条件进行监测，如温度检测等，并可通过人机界面对风机运行进行相应操作和监控等。（a）主要设计内容能满足测量要求的系统实现方案风向测量装置风速测量装置偏航驱动装置解缆、扭揽、失速保护装置报警装置触摸屏完成系统上位控制系统元器件参数计算及选型择软硬件调试满足监控和操作的人机界面（b）设计思路控制系统利用ABB-PM556型PLC通过对运行过程中输入信号的采集、传输、分析，来控制风力发电机组的转速，以求达到功率最优的目的；如果发生故障或其他异常情况能自动地检测并分析确定原因，自动调整排除故障或进入保护状态。系统包括控制和监测两部分。控制部分设置了手动和自动两种模式。监测部分将各种传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数。控制系统将风向通过风向传感器转换成0-24V电压信号，同时将风速信号通过风速传感器转换成4-20mA电流，送入PLC中，经过运算完成对实时信号的采集。软件程序主要完成比较和控制指令下达：当风速大于3m/s时，将风力机组切入；当风速大于25m/s，且持续时间超过10分钟时将风力机组切出；当风速大于30m/s时，且持续时间超过3秒钟时将风力机组切出；风力发电机组额定风速10.5m/s。而风向的测量信号能够决定风力机组叶片的偏转方向。1.3 预期成果及意义本设计主要依据风力发电机组的控制目标和控制策略，由于风的不稳定性和风力发电机单机容量的不断增大，使风力发电系统和电网的相互影响也越来越复杂，因此，对风力发电系统功率输出的稳定性提出了更高的要求。控制系统对提高风力发电系统功率输出的稳定性有很大的作用，所以有必要对控制系统和控制过程进行分析。控制系统利用ABB-PM556型PLC通过对运行过程中输入信号的采集、传输、分析，来控制风电机组的转速和功率；如发生故障或其他异常情况能自动地检测并分析确定原因，自动调整排除故障或进入保护状态。控制系统的主要任务就是自动控制风电机组运行，依据其特性自动检测故障并根据情况采取相应措施。控制系统包括控制和监测两部分。控制部分设置了手动和自动两种模式。监测部分将各种传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来，在机组控制器的触摸屏上可以查询。现场数据可通过网络或电信系统送到风电场中央控制室的电脑系统。根据风电机组的结构和载荷状况、风况、变桨变色特点及其他外部条件，将风电机组的运行情况主要分为以下几类：待机状态、发电状态、大风停机方式、故障停机方式、人工停机方式和紧急停机方式、维护状态。第二章 系统整体方案设计2.1 系统工作原理本设计针对的风力发电机机型是变速恒频双馈风力发电机，其控制系统结构示意图如图2.1所示。图2.1 结构示意图变速恒频双馈风力发电机一般由叶片、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、变桨距装置、塔架和控制系统等主要部分所组成。叶片：风轮的作用是将风能转换为机械能，它由气动性能优异的叶片(目前大型商用风电机组一般为23个)装在轮毂上组成。低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速，将动力传递给发电机12。上述这些部件都安装在机舱平面上，整个机舱由高大的搭架举起，由于风向经常变化，为了有效地利用风能，必须要有迎风装置，它根据风向标测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮啮合的小齿轮转动，使机舱始终对风。轮毂是风轮的枢纽，是叶片根部与主轴的连接部分，也是控制叶片变桨距的所在。 增速齿轮箱：齿轮箱连接低速轴和高速轴的变速装置，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的100倍。发电机：风力发电机将机械能转化为电能。风力发电机上的发电机与普通电网上的发电设备相比，有所不同：风力发电机需要在波动的机械能条件下运转。通常使用的风力发电机是感应电机或异步发电机，有的也使用永磁同步发电机。偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子叶片调整风向的最佳切入角度。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来探知风向。通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。变浆距装置：变浆距是指安装在轮毂上的叶片通过控制可以改变其桨距角的大小。在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。此时控制系统参与调节，形成闭环控制。塔架：风电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。600千瓦风电机的塔高为 40至60米，5兆瓦级别的塔高则超过100米。根据底座的不同，支撑塔可以为管状，也可以是格子状。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它重量轻，技术相对成熟（与海上石油钻井台原理相同）。控制系统：控制系统是风力发电机组的“大脑”，由它自动完成风力发电机组的所有工作过程，并提供人机接口和远方监控的接口。控制系统的性能优劣对风机运行的效率和使用寿命有至关重要的影响。其控制软件根据风力发电基础理论研究成果和机组实际运营过程中的数据，能够准确的实现风力发电机组的特殊控制要求，对机组的安全可靠性具有十分重要的意义。 2.2 系统工艺流程2.2.1控制模式介绍风力机控制模式主要有：初始化、待机、启动、运行、发电、停机、维护、几种模式间的转换、停机条件、维护条件。初始化：叶片角度设定值为0°，变化范围-5°+5°。待机：风机经过初始化完成，延时20s后；手动偏航系统激活；允许进行偏航解缆； 允许进行故障复位。启动：允许条件满足，按下启动按钮后，风机由待机模式转换到启动模式；进入启动模式时，控制程序对下列参数进行实时检测： 风速大小，风向角偏差，温度条件，扭缆角度等。运行：当风速小于3m/s时，风机不启动；当风速大于3m/s时，将风力机组切入；当风速大于25m/s，且持续时间超过10分钟时将风力机组切出；当风速大于30m/s时，且持续时间超过3秒钟时将风力机组切出； 发电：满足运行条件时 ，风机由运行模式转换到发电模式。进入发电模式时，风机以额定转速输出功率，通过PID控制将风力发电机组额定转速控制在风速为10.5m/s时转速；变频器启动；自动偏航系统激活：自动解缆系统激活。停机：风机处于启动、运行或发电模式，当系统发出停机信号，或在维护模式下将维护开关关闭，风机转换到停机模式。顺桨速度限值根据触发停机的故障级别不同，分为三种情况限制： 当系统存在一级故障时，风机正常停机。 当系统存在二级故障时，风机快速停机。 当系统存在三级故障（即安全链故障）时，风机紧急停机。风机进入停机模式后，35s内转速未降到10rpm以下或90s内转速未降到4rpm以下，系统将触发“停机程序出现故障”信号。 紧急停机时，转速 < 5rpm 后转子刹车机构激活。 维护：当控制面板上的维护开关打开时，风机转换到维护模式，进入维护模式时，控制程序对下列参数进行设定：变频器停止运行：允许手动偏航；允许手动解缆。停机条件：进入停机模式触发条件：全局故障；紧急停机按键、维护模式；偏航位置值大于650°；发电模式下风速大于25m/s维持10min，或风速大于30m/s维持3s，风速大于35m/s；运行模式下维持15min；环境温度低于-15或者高于55；油温>80；高速轴温(叶轮、发电机侧)>90。维护条件：维护开关动作。2.2.2控制各部分介绍 1、齿轮箱及冷却系统基本控制原理油温>50，水泵启动，直到<45，水泵停止；油温>60，水空风扇启动,直到<55，水空风扇停止；油温>60或轴温>70，空冷风扇（高速）启动，直到油温<50或轴温<65，空冷风扇停止；油温>80，风机进入正常停机模式；高速轴温(叶轮、发电机侧)>90，风机为正常停机模式。 2、发电机基本控制原理发电机绕组温度>80，空冷风扇启动，直到<70，空冷风扇停止；发电机绕组温度<机舱温度且机舱温度<10，发电机加热器启动，直到机舱温度>10或发电机绕组温度>机舱温度10分钟后停止加热； 3、液压站系统压力低于145bar启泵，高于160bar停泵。偏航解缆和迎风分别对应的阀置位，系统压力P4为150bar左右，偏航压力P1维持在25bar左右。系统进入停机模式并且为紧急停机模式（故障等级三安全链动作），保证叶轮速度降为小于5rpm，抱闸动作；油位开关：常开触点，达到指定高度开关闭合，数字量输入高电平。油温开关：常闭触点，未达到警戒温度70度时，输入高电平。4、偏航系统自动偏航：用风向的测量信号决定风力机组叶片的偏航方向：当风向角偏差在-5°+5°时，偏航电机不动作；当风向角偏差>5°且<=15°时，偏航电机正转对风10s；当风向角偏差>15°且<=180°时，偏航电机正转对风20s；当风向角偏差>180°且<=345°时，偏航电机反转对风20s；当风向角偏差>345°且<=355°时，偏航电机反转对风10s。自动解缆条件：风机处于待机状态和非维护模式，同时不出现偏航和液压故障；判断当位置大于450或小于-450时，向右或向左解缆动作。手动解缆条件：判断当位置大于650或小于-650时，停机等待人工解缆。解缆停止条件：情况1：偏航位置回到小于360度，对风角度小于15度；情况2：偏航位置小于40度。2.3 系统总体设计方案本次设计要求是设计一个风力发电机组主控系统，主控制器为PLC，主要完成的功能有:风车自动适应风向的功能、在风机转动超出设定角度值时，具有自动解缆功能、能对风力的大小进行监测，能对风机运行条件（温度压力等）进行监控，并根据需要采取相应的措施。根据设计的要求，主要设计内容拟包括风力发电机组控制系统中的自动偏航系统、手动偏航系统、自动解缆系统、手动解缆系统、温度控制等。本设计从工业实用角度出发，研究基于PLC的风力发电控制系统。这就要求既要掌握PLC相关知识和特定PLC的编程语言，也要有懂得一定的风力发电方面的知识。此外，还必须涉及硬件电路的设计，才能将PLC控制和风力发电电路成功连接。数据采集：利用传感器，风向标等检测装置对温度、压力、风速、风向等数据进行采集。偏航控制：根据风向变化进行偏航，解缆等。液压控制：制动机构压力保持；变桨系统压力保持等。液压系统主要为高速轴刹车和偏航刹车提供压力。温度控制：对系统各个运行机构的温度进行控制，确保风机正常运行。报警显示:根据系统运行时出现的故障类型分别进行报警。其他控制：照明、液压、温度、故障处理等控制。人机界面：输入命令，变更参数；显示系统运行状态各项数据参数和故障情况，并对风机进行控制。PLC:选用ABB系列PM556型PLC、AX561、DX561等扩展模块。人机界面：采用ABB公司的CP405触摸屏。系统原理框图如图2.2所示。PLC控制器人机交互界面风力发电机组报警控制电压变送器解缆控制扭揽控制偏航控制风向传感器风速传感器失速保护电流变送器图2.2控制系统原理框图控制系统结构图如图2.3。 图2.3 控制系统结构图第三章 控制系统硬件设计 3.1 PLC概述及选型3.1.1 PLC的发展历程可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC技术随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展，由最初的一位机发展为8位机。随着微处理器CPU和微型计算机技术在PLC中的应用，形成了现代意义上的PLC。进入20世纪80年代以来，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC得到了惊人得发展，事PLC在概念、设计、性能价格比以及应用等方面都有了新的突破。不仅控制功能增强，功耗、体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且远程I/0和通信网络、数据处理以及人机界面（HMI）也有了长足的发展16。现在PLC不仅能得心应手的应用于制造业自动化，而且还可以应用于连续生产的过程控制系统，所有这些已经使之成为自动化技术领域的三大支柱之一，即使在现场总线技术成为自动化技术应用热点的今天，PLC仍然是现场总线控制系统中不可缺少的控制器。3.1.2 PLC的工作原理PLC是一种工业控制计算机，它的工作原理是建立在计算机工作原理的基础之上，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的。CPU是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按程序顺序依次完成相应各电器的动作，所以它属于串行工作方式。PLC工作的整个过程可分为三部分：第一部分是上电处理。机器上电后对PLC系统进行一次初始化，包括硬件初始化，I/O模块配置检查，停电保持范围设定，系统通信参数配置及其他初始化处理等。第二部分是扫描过程。PLC上电处理阶段完成以后进入扫描工作过程。第三部分是出错处理。PLC每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常，如检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码；当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描便停止。概括而言，PLC是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。每一次扫描所用的时间称作扫描周期或工作周期。在一个扫描周期中，PLC一般将完成部分或全部的以下操作：读输入处理通信请求执行逻辑控制程序写输出执行CPU自诊断。当PLC上电后，处于正常运行时，它将不断重复扫描过程，并不断循环重复下去。分析上述扫描过程，如果对远程I/O、特殊模块、更新时钟和其他通信服务等枝叶的东西暂不考虑，这样扫描过程就只剩下“输入采样”、“程序执行”和“输出刷新”三个阶段了。这三个阶段是PLC工作过程的中心内容，也是PLC工作原理的实质所在。 (1) 输入采样阶段PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入相对应的输入映像寄存器中，此时输入映像寄存器被刷新17。接着系统进入程序执行阶段，在此阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的内容。所以，一般来说，输入信号的宽度要大于一个扫描周期，或者说输入信号的频率不能太高，否则很可能造成信号的丢失。(2) 程序执行阶段进入程序执行阶段后，一般来说（因为还有子程序和中断程序的情况），PLC按从左到右、从上到下的步骤顺序执行程序。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件（“软继电器”）的当前状态。然后进行相应的运算，最新的运算结果马上再存入到相应的元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件（“软继电器”）的状态会随着程序执行过程而刷新。 (3) 输出刷新阶段在用户程序执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通断开）在输出刷新阶段一起转存到输出锁存器中，通过一定方式集中输出，最后经过输出端子驱动外部负载。在下一个输出刷新阶段开始之前，输出锁存器的状态不会改变，从而相应输出端子的状态也不会改变。3.1.3 PLC系统选型从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。本设计选择了ABB的模块化中小型PLC-AC500系列PM556型PLC，它能满足中等性能要求的应用，应用领域相当广泛。该系列所具有的多种性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用附加的模块对PLC进行扩展。此外，AC500系列PLC还具有模块点数密度高，结构紧凑，性价比高，性能优越，装卸方便等优点。与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能控制PLC有条不紊的进行工作18。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。PM556数字量输入技术数据如表3.1所示。数字量晶体管输出的技术数据如表3.2。表3.1 PM556数字量输入技术数据模块通道数量8路晶体管输入组间电气隔离1组，分8个通道电气隔离有，每个组通道I0到I7的连接端子2到9通道I0到I7的参考电位端子1输入类型源型输入漏型输入输入电压范围-24V DC+24V DC0状态-15V.+3V-3V.+5V未定义信号-5V.-5V+5V.+15V1状态-30V.-15V+15V.+30V每个通道的输入电流输入电压+24V典型值5mA输入电压+5V1mA输入电压+15V>2.5mA输入电压+30V<6.5mA表3.2 数字量晶体管输出的技术数据每个模块的通道数量6个晶体管输出（24V DC，最大0.5A）通道的分组1组，分6个通道电气隔离有，每个组通道连接O0-O7端子13至18通道O0-O5的参考点位端子20公用电源电压端子19操作方式非锁存型信号1的最大输出电压最大电流损耗时20V DC输出继电器0至150µs1至0200µs额定保险熔丝3A快熔3.1.4 控制系统的I/O通道地址分配根据系统的控制要求，I/O通道地址分配如表3.3所示。表3.3 输入输出信号代码和地址编号名称代码地址启动按钮SB1%IX4000.0停止按钮SB2%IX4000.1自动偏航按钮SB3%IX4000.2手动偏航按钮SB4%IX4000.3偏航电机正转按钮SB5%QX4000.0偏航电机反转按钮SB6%QX4000.1解缆按钮SB7%IX4000.4急停按钮SB8%IX4000.5开始指示灯HL1%QX4000.2停止指示灯HL2%QX4000.7手动指示灯HL3%QX4000.4自动指示灯HL4%QX4000.3报警指示灯HL5%QX4000.5温度正常灯HL6%QX4000.63.2 扩展模块选型由于风力发电机组运行条件恶劣，为了实现更好地对机组的保护，需要对诸多模拟量进行实时监控，如：环境温度、机舱温度、风速风向等。3.2.1 模拟量输入输出模块AX561AX561模块（见图3.1）用于对模拟量输入输出:4AI/2AO：4路模拟量输入，2路模拟量输出；分辨率:11位+符号位或者12位；不带PCB接线端子；9位螺钉+11位螺钉。AX561各端口含义见表3.4 图3.1 AX561模块表3.4 AX561各端口含义端子信号含义1R0用于输入信号0进行电流测量的负载电阻2I0+输入信号0的正极3I0-输入信号0的负极4R1用于输入信号1进行电流测量的负载电阻5I1+输入信号1的正极6I1-输入信号1的负极7R2用于输入信号2进行电流测量的负载电阻8I2+输入信号2的正极9I2-输入信号2的负极10R3用于输入信号3进行电流测量的负载电阻11I3+输入信号3的正极12I3-输入信号3的负极13O0U+通道0的输出电压14O0U-通道0的输出电流15O1U+通道1的输出电压16O1U-通道1的输出电流17O01-通道O0和O1的负极18SG信号地19L+工作电压L+（24V DC）20M工作电压M（0V DC）模拟量传感器（电压）与模拟量输入/输出模块AX561的电气连接如图3.2。图3.2 传感器与AX561的电压电气连接图模拟量传感器（电流）与模拟量输入/输出模块AX561的电气连接如图3.3。图3.3 传感器与AX561的电流电气连接图AX561技术参数表3.5所示。表3.5 AX561技术参数表工作电压L+连接端子19是L+（+24V DC），端子20是M（0V）额定值24V DC通过L+端子的电流损耗0.14A+ 输出负载最大波动5%电压反向保护有保护电气隔离无隔离电压波动（最大）35V DC 持续0.5s冷却自然对流冷却模拟量输入技术数据如表3.6所示。3.6 模拟量输入的技术数据如下表每个模块的通道数量4个可以独立配置的电压电流输入通道的分组1组（4个通道）分辨率单极性电压：（0-5）V、（0-10）V：12位电流：（0-20）mA、（4-20）mA：12位双极性电压：（-2.5- +2.5）V、（-5- +5）V11位加符号位输入类型差分信号I0-到I3-的连接端子3,6,9,12信号I0+到I3+的连接端子2,5,8,11电气隔离输入和I/O总线间没有电气隔离通道输入电阻电压：>100k，电流：大约250输入滤波器时间常数电压：300µs，电流：300µs，端口定义及地址分配如表3.7所示。表3.7 模拟量输入输出信号代码和地址编号表序号功能信号序号功能信号%IW2温度传感器1输入%IW8扭缆传感器1输入%IW3温度传感器2输入%IW9位置传感器2输入%IW4温度传感器3输入%IW10风向传感器1输入%IW5温度传感器4输入%IW11风向传感器2输入%IW6温度传感器5输入%IW12风速传感器1输入%IW7温度传感器6输入%IW13压力传感器输入3.2.2 数字量输入输出模块DX561DX561模块用于对数字量量输入输出：数字量输入：8路（24V DC）输入I0-I7，可用作源型输入或漏型输入数字量输出：8路（晶体管输出24V DC，最大0.5A）输出O0-O7LED：用于显示信号状态内部电源：通过I/O总线提供外接电源：通过端子ZP和UP（工作电压24V DC）输入组与输出组之间电气隔离，模块的其他电子线路与输入电气隔离图3.4 DX561组件外形图数字量输入接线图: 共阳极电气连接如图3.5;共阴极电气连接如图3.6图3.5 DX561组件信号输入共阳极电气连接图图3.6 DX561组件信号输入共阳极电气连接图技术数据工作电压UP连接端子19是L+（+24V DC），端子20是M（0V）额定值24V DC通过L+端子的电流损耗5mA+ 每个输出最大0.5A最大波动5%电压反向保护有保护电气隔离无隔离电压波动（最大）35V DC 持续0.5s模块最大功率损耗2.3W冷却自然对流冷却数字量输出技术参数每个模块的通道数量8个晶体管输出（24V DC，最大0.5A）通道的分组1组，分8个通道通道连接O0-O7端子11至18通道O0-O5的参考点位端子20公用电源电压端子19操作方式非锁存型信号1的最大输出电压最大电流损耗时20V DC输出继电器0至150µs1至0200µs照明负载（最大）5W信号0的最大电流峰值0.5mA端口定义及地址分配见表3.3。表3.3 DX561输出信号定