近年来，风力发电已经成为全球新能源发展中的重要组成部分，它在清洁能源领域占据着重要地位。风力发电的工作原理是通过风轮旋转带动发电机进行发电。由于气候和地形等因素的影响，风速和方向常常会发生变化，因此需要一个智能化的控制系统来协调发电机的输出功率。在风力发电控制系统中，PLC 控制器以其稳定、高效和易于维护的特点成为主要的控制手段。

PLC主要应用于风机的机舱里和机座下，分别起变浆和偏航控制，隶属于一套控制系统。两台PLC之间通过现场总线进行通信。以PLC组成的风机主控系统硬件由模块构成，控制室有足够的空间保证测量和操作的安全性，PLC控制器之间通过光缆链接，以网络协议方式进行通讯，设置上位机控制、检测和管理。以数据库程序编写界面。

风电行业的控制器主要用于各个风电机组，用来采集机组数据及状态，通过计算、分析、通过计算、分析、判断而控制机组的启动、停机、调向、刹车和开启油泵等一系列控制和保护动作，能使单台风力发电机组实现全部自动控制，无需人为干预。除此外，控制器还具有与上位机进行数据交换的功能，使上位机能随时了解下位机的运行状态并对其进行常规的管理性控制，为风电场的管理提供方便。

1.PLC 系统的工作原理

PLC 的工作原理是基于输入和输出倍号的逻辑运算。它接收来自传感器和其他输入设备的信号，经过内部的逻辑运算和处理，然后通过输出模块控制执行器和其他输出设备。这种信号的输入和输出过程可以通过编程进行灵活的控制和调整。

PLC 的工作原理主要包括以下几个方面：

1.程序：PLC 的程序通常使用基于图形化编程语言(如梯形图)的编程软件进行编写。程序中包含了各种逻辑运算、条件判断和控制指令，用于控制和监控生产过程中的各个设备。

2.中央处理单元(CPU):CPU 是 PLC 的核心部件，负责接收和处理输入信号，执行编程逻辑，并控制输出信号。它包含一个微处理器和内存单元，用于存储和执行用户编写的程序。

3.输入模块：PLC 通过输入模块接收来自传感器、开关和其他输入设备的信号，这些输入信号可以是数字信号(如开关状态)或模拟信号(如温度、压力等),输入模块将这些信号转换为数字信号，然后传递给 PLC 的中央处理单元(CPU)进行处理，

4.输出模块：PLC 通过输出模块控制执行器、电机和其他输出设备的操作。输出模块接收 CPU发送的控制信号，并将其转换为适合输出设备的倍号类型，如电压、电流等。这些信号将被传递给输出设备，从而实现对生产过程的控制。

5.通讯：PLC 通信的原理包括故据的传输和处理。在数据传输方面，PLC 通过通信接口发送和接收数据。发送数据时，PLC 将数据封装成数据帧，并通过通信接口发送出去。接收数据时，PLC 通过通信接口接收到数据帧，并将其解析成数据。在数据处理方面，PLC 通过编程来处理接收到的数据，进行数据解析和转换。这样，PLC 就可以实现对数据的处理，以满足自动化控制的需求，

2.PLC 的在风力发电机组中的应用

（1）PLC可以用于控制风力发电机组的运行和调节。通过连接传感器，如风速传感器、转速传感器等，PLC可以实时监测风速和转速，并根据设定的控制逻辑，控制风机的启停、变桨角度调整、变频器控制等。

（2）PLC可以用于控制风力发电机组与电网的连接和断开。通过监测电网的电压、频率等参数，PLC可以实现对电网连接开关的控制，确保风力发电机组与电网的稳定连接。

（3）PLC可以用于监测风力发电系统的运行状态，并实时检测故障情况。通过连接传感器和监测设备，PLC可以监测风机的温度、振动、电流等参数，并根据设定的故障诊断逻辑，及时报警并采取相应的措施。

（4）PLC可以用于采集风力发电系统的运行数据，如风速、转速、发电量等。通过网络通信模块，PLC可以将数据传输到监控中心或云平台，实现远程监控和数据分析，以优化风力发电系统的运行效率。

（5）PLC可以用于风力发电系统的安全保护功能。

3.PLC 的优点

PLC 通过与风机的各个设备连接,运用 PLC 的高速数据采集功能和精确的测量模块，可以对风力发电系统进行精确的监测和分析，以优化系统运行。针对风力发电系统中的各个关键设备，PLC 可以实现自动控制和调节，以实现最佳的发电效率和系统运行稳定,PLC 在风力发电系统中承担着重要的保护功能。当系统中出现异常情况，如过载、电网故障等，PLC 能够快速响应并采取相应措施，保护设备的安全运行。此外，PLC 还可以实施对风力发电机组的远程故障排除和诊断，提高系统的可靠性和保护效率。PLC 通过与远程监控系统的连接，可以实现对风力发电系统的远程监控和管理。监控中心可以通过 PLC 获取发电机组的运行状杰、功率输出等信息，实时监测系统的运行情况，并可对系统进行远程控制和调节，提高系统的运行效率和管理水平。

4.PLC 软冗余系统的工作原理

风力发电 PLC 软冗余系统通常由两个或多个相同的 PLC 控制器组成，采用主站和从站的组合的方式，这些控制器通过网络连接在一起，并共享输入输出（I/O）设备和传感器。 其次，主控制器负责实时监测风力发电机组的状态和环境参数，并执行控制算法来调整运行参数。同时，主控制器将采集到的数据和控制指令发送给备用控制器。 在正常运行情况下，备用控制器处于待命状态，即不进行任何操作。然而，如果主控制器出现故障或失效，备用控制器会立即接管控制权，并继续执行之前的任务。这种切换过程通常是无缝的，以确保系统的连续性和稳定性。 此外，风力发电 PLC 软冗余系统还会对主控制器和备用控制器进行周期性的状态检测和通信测试。如果检测到主控制器故障或通信中断，备用控制器将发出警报并采取相应的措施，如重新启动主控制器或切换到其他备用控制器。 总之，风力发电 PLC软冗余系统通过使用多个 PLC 控制器并实现自动切换，提高了系统的可靠性和稳定性。当主控制器出现故障时，备用控制器能够立即接管控制权，确保风力发电机组的正常运行。这种软冗余系统的工作原理为风力发电行业提供了更高水平的安全性和可靠性。

5.PLC市场竞争格局

近年来，国家大力扶植风电、垃圾处理、环保等新兴行业，PLC市场的新应用领域不断扩大，控制器（PLC）行业市场规模保持持续增长。2020年我国控制器（PLC）行业市场规模从2015年的68.3亿元增长至121.5亿元，预计2023年我国控制器（PLC）行业市场规模将达到171.40亿元。

我国PLC行业市场集中度较高，欧日系占比较高。国内PLC市场整体由国外龙头企业主导，我国企业在小型PLC市场中逐渐展现竞争力，企业不断发展壮大，产能不断增长。目前，我国控制器（PLC）重点企业有深圳市汇川技术股份有限公司、北京和利时集团、傲拓科技股份有限公司、深圳市英威腾电气股份有限公司、深圳麦格米特电气股份有限公司、深圳市合信自动化技术有限公司等。

专注于工业自动化和能源电力两大领域，其产品线涵盖变频器、PLC、伺服系统、电梯智能控制、UPS电源、电动汽车控制系统等，并在钢铁、有色、化工、水泥、港口、起重、机床、纺机、电梯、市政等领域建立了领先地位。作为国内产品线最丰富的领军企业之一。

近年来，英威腾电气工业自动化营业收入呈逐年增长趋势，2022年，英威腾电气工业自动化营业收入为22.97亿元，较2021年增长2.43亿元，占总营收的56.06%。

综上所述，PLC 在风力发电系统中扮演着至关重要的角色，为系统的实时监测、控制和保护提供了可靠的解决方案。通过 PLC 的应用，可以实现对风力发电机组各个部件的智能化控制，提高发电效率和运行稳定性，随着风力发电技术的不断发展和应用范围的扩大，PLC的作用将会更加突出，对风力发电行业的发展产生深远的影响。

文章来源： 北极星风力发电网，广成工控，智研咨询