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第二进行整定积分环节。在比例控制下稳态误差不能满足要求时，则需要加入积分控制。将第一个步骤中选择的比例系数减少到原来的50%-80%，再将积分时间置一个较大值，观测响应曲线。然后减小积分时间，加大积分作用，并且相应调整比例系数，反复凑试至得到较满意的响应，确定比例和积分的参数。
第三进行是微分环节。经过步骤二，PI控制只能消除稳态误差，而动态过程不能令人满意，此时应该加入微分控制，构成PID控制。首先置微分时间TD=0，逐渐加大TD，同时相应地改变比例系数和积分时间，反复凑试直至获得满意的控制效果。
P(k) KC*E Td*E
P(k) t=0 积分时间
t(0.1s) t=0 微分时间
t(0.1s) (a)积分整定作用 (b)微分整定作用
图 3-7 偏差阶跃变化分别经积分、微分整定图
P(k) t=0 t(0.1s) 图 3-8 偏差阶跃变化经比例、积分和微分综合整定图
根据上述实验凑试法，对这个温控系统进行分析，分别反复凑试各个参数，得到最满意的响应曲线，图3-9为系统经PID各系数整定后的阶跃响应曲线。
在测试比例系数Kc时，发现当系数越小，响应曲线反应越快，超调量越小，过渡过程越平稳，但余差变大。系数越大，偏差也随之变大，过渡过程容易震荡。反复凑试确认系统的比例系数为0.01，但余差比较大。
测试积分系数TI时，将比例系数0.01减小到原来的一半，首先置积分系数为10.0，发现不能很好地消除由比例系数整定后产生的余差。逐步减小积分时间，积分作用由弱变强，消除余差的能力由弱变强。在凑试积分系数为3.0时，发现系统能够较好地将余差消除，。消除了偏差，输出停止变化。
因为该温控系统的特点具有大惯性、大滞后性，所以使用微分系数调节没有效果。通常使用PI控制方式。因此，设定微分系数为0.0。设定系统采样时间为0.1s。
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图 3-9 温控PID参数整定阶跃响应图
在这个温度控制系统中，机舱和塔架内部的温度设定值、增益、采样时间、积分时间和微分时间都已在程序中设定，温度设定值为0.616，增益为0.01，采样时间为0.1，积分时间为3.0，微分时间为0.0。温度PID机舱PID设定参数和塔架内部PID设定参数一样。温度设定值0.616表示实际温度为25℃。计算25℃由公式3.1带入各系数具体值得到的。只要启动温控系统，进气阀就会放冷气流进入降温，检测室温，过程变量高于温度设定值，继续进气，若过程变量低于温度设定值，立即停止进气。机舱和塔架温度闭环控制流程图如下：
图 3-10 机舱温度闭环控制流程图
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温度控制模块的设计思想主要是假设温升过快超过额定值时，控制器启动冷却机进行降温，使温度降至稳定范围。
机舱是风力发电系统中很重要的组成部分，假若温度过高将会影响发电机、主轴、齿轮箱等重要元器件的运行状态，严重的甚至烧坏电缆，毁坏电机。所以将机舱温度控制在一定范围内是很重要的。塔架内部配置控制器，还必须放置变压器和线缆将发电机运作得到的电能输送至蓄电池或者变压器传输至电网。塔架内部空间大，常有人员在其内部操作、维护。因为存在控制器、计算机系统、变压器等各类重要的电力设备，所以控制塔架内温度是十分必要的。
机舱风机M机舱排气阀塔架内风机M总排气阀塔架排气阀机 舱塔架内部机舱排气阀塔架排气阀总进气阀图 3-11 温控系统结构图
整个系统具有机舱和塔架内两个温度控制单元，要对两个棚内温度进行控制。具体流程是：启动送风电动机循环冷气流，开启进气阀给室内降温，经过一段时间关闭闸门；控制室内温度时满1小时后进行排气；按下停止按钮后，关闭送分电动机和排气闸门。这样连锁的控制，使室内温度保持恒定[11]。
在这个温控系统中，我们需要两个测温模拟量输入点，两个需要冷却机工作输送冷气流的模拟量输入点，两个需要排气阀排出气流的模拟量输出点。两个开关量进行启动和开启送风电动机。进气阀有三个按钮，分别为启动按钮、停止按钮和急停按钮。需要用到模拟量输入模块EM231和模拟量输出模块EM232。 （4）变压器控制模块
在变压器控制系统中，将发电机产生的电压转为标准的高压（此电压为传输到高压输电线路的高电压）。这有利于电压的传输与利用，电压过低或过高会引起线路的负载过大，损耗过大。变压器运作的条件是在变压器启动按钮按下时此时发电机正在运作状态，若无第二个条件存在，发电机无电压进行耦合，所以在发电机运行的条件下按下启动按钮，变压器则会工作。变压器停止运行则需要在发电机停止转动的状态下按下停止按钮才能实现。所以在这一模块中，变压器的运行和停止分别需要两个开关条件的实现。
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变压器控制流程图如下：
发电机停运发电机运转变压器停止按钮按下变压器启动按钮按下变压器停运
变压器运行图 3-12 变压器控制流程图
在这个变压器控制系统中，我们需要2个开关量输入点，2个开关量输出点。 3.2 I/O地址分配与电气元件选型 3.2.1 I/0地址分配
根据风力发电控制系统的硬件电路设计和控制流程图的要求，可以设计控制系统的开关量输入点数为11个，开关量输出点数为11个，扩展模拟量输入模块EM231模拟量输入点数为4个，扩展模拟量输出模块EM232模拟量输出点数为2个。
表3-1是基于PLC的风力发电控制系统的I/O地址分配。 表3-2是与风力发电控制程序相关的存储器注释内容。 3.2.2 PLC的选型
西门子S7-200是一种小型可编程逻辑控制器，它不仅可以单机控制，还可以有功能模块与I/O口的扩展。整体式PLC将CPU、输入/输出口与电源装备在一个箱型机壳内。S7-200具有很多优点，指令集丰富，编辑语言简单，集成功能极高，性价比很高，使用便捷安全等。根据控制规模的大小，即输入/输出点的多少，选择相应的CPU型号。在本文中，系统所需开关量输入点数为11个，开关量输出点数为11个，模拟量输入点数为4个，模拟量输出点数为2个。选择西门子S7-200CPU226型号，有24点开关量输入，16点开关量输出，6个计数器，扩展输入/输出模板数量为7个。提供给扩展单元5VDC[10]。西门子S7-200提供外接扩展模拟量输入输出模块。在本文中使用模拟量扩展模块EM231CN和EM232CN。模拟量输入模块EM231CN具有4路模拟量输入通道，为24V DC状态。模拟量输出模块EM232CN具有2路模拟量输出通道，也为24V DC状态[11]。
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3.2.3 其他器件的选型
风力发电控制系统中所需用到了一些电气元件有发电机、电动机、变压器、传感器、
分类
输入
表3-1 I/O地址分配表 名称 数据类型
BOOL 系统总启动
BOOL 变压器启动
BOOL 变压器停止
BOOL 机舱温控系统启动
BOOL 机舱温控系统停止
BOOL 机舱温控系统急停
BOOL 塔架内部温控系统启动
BOOL 塔架内部温控系统停止
BOOL 塔架内部温控系统急停
BOOL 温度控制系统总启动
BOOL 温度控制系统总停止
BOOL 系统启动显示灯
BOOL 发电机启动
BOOL 向左偏航
BOOL 向右偏航
BOOL 合适风向显示灯
BOOL 风速过大警报显示灯
BOOL 机舱电动机
BOOL 塔架内部电动机
BOOL 温控进气阀进气
BOOL 变压器运行
BOOL 变压器停运
WORD 风速
WORD 风向
WORD 机舱温度
WORD 塔架内部温度
WORD 机舱进气阀进气
WORD 塔架内部进气阀进气
I/O口地址
I0.0 I0.1 I0.2 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q2.0 Q2.1 AIW0 AIW2 AIW4 AIW6 AQW0 AQW2
输出
EM231 EM232
继电器、接触器和熔断器等。 （1）电机的选择：
风力发电机选用双馈异步发电机。型号：YRKF500-4（空-空冷式双馈异步发电机）。 偏航控制电机选用带电磁制动的三相异步电动机。型号：MQAEJ系列电磁制动三相异步电动机。
温度控制送风电动机选用三相异步电动机。型号：YLJW系列力矩三相异步电动机。 （2）变压器的选择：
变压器选用干式自冷变压器SCB10-M-630/10，低压侧为380V，高压侧则在3000V以上。
（3）传感器、继电器的选择：
风速风向传感器使用PH100SX型号[12]。 温度传感器选用PT100风管式温度传感器。
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