基于PLC风机偏航系统解缆控制 23
z1为偏航轴承的齿数。
取减速器输出部分与偏航轴承的齿数比为16: 126，代入式（4-3）得解缆转速为：
z139016n1?n2?2???1.368r/minz1129126
（4-5）
可见解缆时间在1~2分钟内，符合先前预定的范围。 4.3.2 解缆角度计算
当风力发电机电缆缠绕达到设定值时，解缆控制系统根据限位开关发出的信号控制解缆驱动器回转相同转数进行电缆解绕。这次设计的解缆方式，是利用位置传感器检测风力发电机绕缆达到两圈时进行解绕。偏航齿轮有126个齿，则位置传感器的精度计算可得：
360??2.857?126（4-6）
解缆系统对于位置传感器精度看似要求不高，精度2.857°对于解缆系统来说还算可以，解缆一圈产生的误差值几乎可以忽略不计，但是当风力机在长期的运行中经过多次解缆动作之后，误差值不断相加，它们和的绝对值对于风力机来说是个就是一个不容忽视的误差值。以此造成的误差可能导致风机运行不正常，增加人为维修的可能性。所以增加一定的精度对于解缆系统来说也同样重要。
利用两个位置传感器错开安装的方式，安装示意图如图4-2所示。
图4-2 位置传感器的安装示意图
图中D是两个接近开关中心位置的距离。
如图所示，当位置传感器A对准偏航齿轮一个齿的齿顶，位置传感器B对准同一个
基于PLC风机偏航系统解缆控制 24
齿的齿底，此时位置传感器A输出为高电平，位置传感器B输出为低电平，将一个齿分为四种状态，则偏航齿轮的状态数计算可得：
126?4?504个（4-7）
位置传感器精度为：
360??0.714?504（4-8）
通过两个位置传感器的错位安装，可得此时精度小于1°，对于解缆系统来说，这样的精度已经足够。
状态表如表4-1所示。
表4-1 位置传感器A、B输出状态
A 0 1 1 0 B 0 0 1 1 假设设定初始状态A=0，B=0.当下一状态变为A=1，B=0时，则风力发电机正在向顺时针偏航。同理当下一状态变为A=0，B=1时，风力发电机正在向逆时针偏航。顺、逆时针的状态顺序图如图4-3所示。
A01100B00110顺时针A00110B01100逆时针
图4-3 顺、逆时针方向位置传感器A、B状态顺序图
确定了如何判断绕缆方向后，利用公式（4-9）计算纽缆角度：
360????504式中，α为纽缆的角度；
β为公式（4-8）所算得的传感器精度。
（4-9）
当A、B传感器状态由状态00变为10时，风机为顺时针偏航，此时β自动加1，反之β自动减1。以此类推，这样就可以得到当前已纽缆的角度。这方法同时用于
基于PLC风机偏航系统解缆控制 25
计算解缆时电机需要回转的角度。 4.3.3 凸轮及驱动角计算
根据这次解缆方式的设计，利用限位开关检测风力发电机绕缆达到3圈或是因为故障绕缆达到4圈并启动解缆程序。
根据风机解缆方式的要求，需要使用4个凸轮，两个凸轮一组，其中一组凸轮用于绕缆3圈时进行解缆，另一组凸轮用于绕缆4圈进行强制停机。根据传动比公式：
z（4-10） i12??2z1式中；Z2为限位开关外部齿轮数；
Z1为偏航齿轮数。 根据公式代入计算得：
i12?15?1:8.4126（4-11）
即偏航齿轮转1圈带动限位开关外部齿轮转8.4圈。
现在解缆方法要求风力发电机偏航达3圈或是4圈时，限位开关动作，即凸轮接触到动作触点。由于凸轮的起始位置设定一般不超过180°，所以当风力发电机偏航达3圈或4圈时，限位开关凸轮旋转0.5圈。为了计算方便，将偏航齿轮与限位开关凸轮转速比定义为1:6和1:8。
纽缆3圈时，偏航齿轮与限位开关外部齿轮转速比：
（4-12）
纽缆4圈时，偏航齿轮与限位开关外部齿轮转速比：
（4-13）
8.4?6:1?50.4:18.4?8:1?67.2:1选择最接近于上式较大比例的转速比，所以限位开关外部齿轮与限位开关凸轮转速比应该选75:1。
由此可以计算得：
50.4?180?120.967567.2?180?161.2875（4-14） （4-15）
经过上述的运算，纽缆3圈时，凸轮头与动作触点的夹角为120.96°，纽缆3圈时，凸轮头与动作触点的夹角为161.28°。图4-4为两个凸轮的起始位置安装示意图。
基于PLC风机偏航系统解缆控制 26
图4-4 凸轮的起始位置安装示意图
驱动角的选择可有计算得到：
360?161.28?2?37.44
（4-16）
由上式计算可得，驱动角只要小于37.44°即可，所以驱动角选择为20°，图4-5为凸轮的驱动角。
图4-5 凸轮及驱动角
在安装凸轮时，可用粗调和微调两种方式，从而将凸轮调整到理想的起始位置。 如图4-6所示，通过拧松十字螺丝可以更换凸轮并将凸轮调整到所需位置（粗调）。
图4-6 凸轮起始位置粗调
如图4-7所示，通过拧松所示一字螺丝能够左右调整凸轮位置（微调）。
基于PLC风机偏航系统解缆控制 27
图4-7 凸轮位置微调
4.3.4 风速仪A/D转换
风速仪输出信号为4~20mA的模拟量信号。此时需要一个模拟量输入模块。利用模拟量输入模块将模拟信号输入PLC，再由PLC进行数字量变换。本次使用的模拟量输入模块型号是R-IB IL AI 2/SF。主要技术参数见表4-2所示。
表4-2 模拟量输入模块R-IB IL AI 2/SF 技术参数
模拟量输入通道 数字滤波 A/D转换时间 模拟量电流输入 输入阻抗 测量范围 输入滤波的极限频率（-3dB） 数据更新 最大允许电流 分辨率 传感器连接类型 模拟量电压输入 测量范围 输入阻抗 数据更新 如图3-5所示，电流与风速的关系式为： 2通道 平均16个测量值 120?s 50? 0~20mA，?/?20mA，4~20mA 40Hz ?1.5ms ±100mA 16bit 2线制、3线制 ±0~10V ?220k? ?1.5ms 8I?V?425
（4-17）