基于plc的太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于plc的太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

0雙軸太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)跟蹤式太陽(yáng)能發(fā)射器或照明設(shè)備模塊系統(tǒng)可以提高對(duì)太陽(yáng)能的接收，提高日常功率和年輸出。據(jù)研究,單軸太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)比固定式系統(tǒng)的功率輸出可增加25%;雙軸太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)比固定式系統(tǒng)的功率輸出可增加41%,跟蹤式太陽(yáng)能系統(tǒng)比固定式系統(tǒng)復(fù)雜,價(jià)格昂貴。單軸太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)只能自東向西跟蹤太陽(yáng),雙軸太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)能在自東向西跟蹤太陽(yáng)的同時(shí),也能跟蹤太陽(yáng)的高度變化。有人提出基于單片機(jī)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的太陽(yáng)能雙軸機(jī)械跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì),能有效地提高太陽(yáng)能利用率。本文的設(shè)計(jì)是基于可編程邏輯控制器PLC的單軸機(jī)械跟蹤定位系統(tǒng),并借助VisuaBasic6.0開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序完成控制操作、數(shù)據(jù)采集等功能。1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1.1監(jiān)控操作模塊s1-200在不同用戶基可編程邏輯控制器PLC(ProgrammableLogicController)是太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的核心部件,系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)緊湊、配置靈活和指令集強(qiáng)大的SIEMENS公司S7-200系列的PLC;用戶程序包括位邏輯、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器等復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算以及與其他智能模塊進(jìn)行通訊等指令內(nèi)容,從而使S7-200能夠監(jiān)視輸入狀態(tài),改變輸出狀態(tài),以達(dá)到控制的目的。另外,選用S7-200不僅能用于獨(dú)立的太陽(yáng)能設(shè)備跟蹤系統(tǒng)控制,特別是對(duì)于串、并聯(lián)的大型光伏太陽(yáng)能陣列的跟蹤系統(tǒng)控制,能發(fā)揮PLC現(xiàn)場(chǎng)總線的控制優(yōu)勢(shì)進(jìn)行集中控制。S7-200CPU226的數(shù)字輸入/輸出口為24/16;可擴(kuò)展7個(gè)模塊,248路數(shù)字I/O,35路模擬I/O;有PID控制器;有2個(gè)RS-485通信/編程模塊和16k用戶程序可在線編程。圖1所示為PLC輸入/輸出硬件配置。1.2光敏電阻光強(qiáng)分析方法設(shè)計(jì)采用的是光敏電阻光強(qiáng)比較法。利用在光照時(shí)光敏電阻阻值發(fā)生變化的原理,將2個(gè)完全相同的光敏電阻分別置于一塊電池板東西邊沿處的下方。如果太陽(yáng)光垂直照射太陽(yáng)能電池板時(shí),2個(gè)光敏電阻接收到的光照強(qiáng)度相同,它們的阻值完全相等,此時(shí)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)太陽(yáng)光方向與電池板垂直方向有夾角時(shí),接收光強(qiáng)多的光敏電阻阻值減小,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),直至2個(gè)光敏電阻上的光照強(qiáng)度相同。光敏電阻光強(qiáng)比較法的優(yōu)點(diǎn)在于控制精確,電路設(shè)計(jì)比較容易實(shí)現(xiàn)。圖2為信號(hào)處理單元電路。當(dāng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度增加時(shí),光電電阻阻值減小,1k可變電阻的壓降增加,從而產(chǎn)生與太陽(yáng)光輻射強(qiáng)度有直接關(guān)系的電壓信號(hào)。2個(gè)傳感器的輸出信號(hào)與PLC模擬輸入端口連接,并對(duì)這2個(gè)模擬信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算,從而輸出正確的信號(hào),以驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)追蹤系統(tǒng)的電磁和機(jī)械機(jī)構(gòu)。1.3系統(tǒng)的基本技術(shù)參數(shù)光伏模塊采用新疆新能源股份有限公司的光伏產(chǎn)品REW385,在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下(太陽(yáng)光強(qiáng)度為1000W/m3,太陽(yáng)板溫度為25℃,空氣質(zhì)量為1.5)的技術(shù)參數(shù)為:峰值功率Pmax為85W,最佳工作電壓為7.5V。圖3為系統(tǒng)的整體框圖。系統(tǒng)有自動(dòng)和手動(dòng)2種控制方式,S1、S2為控制按鈕,用于手動(dòng)操作,PLC輸出的Q0或Q1分別連接到2個(gè)繼電器線圈,以控制太陽(yáng)板的正反2個(gè)運(yùn)動(dòng)方向。在自動(dòng)運(yùn)行模式下,PLC首先比較來(lái)自信號(hào)處理單元的兩個(gè)模擬輸入的值,然后決定輸出Q0或者Q1。1.4plc電源和電源系統(tǒng)電源電路如圖4。電源電路采用開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì),具有高效率、低損耗的特點(diǎn)。采用的開(kāi)關(guān)控制芯片L4960,能提供5.1~40V的輸出電壓和2.5A輸出電流。通過(guò)調(diào)整電阻R3和R4,產(chǎn)生12~24V直流電壓,24VDC用于PLC電源,44VDC直接取自整流橋側(cè)供給直流電機(jī)。如果用于光伏逆變系統(tǒng)的跟蹤系統(tǒng),220VAC可以直接取自光伏逆變電源。2軟件系統(tǒng)2.1控制部分程序S7-200的編程軟件是STEP7-Micro/WIN,用于PLC的程序編輯,支持LAD(梯形圖),FBD(功能模塊)和STL(語(yǔ)句表)3種編輯模式。控制跟蹤系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的控制邏輯如圖5所示。監(jiān)控PLC輸入與輸出子程序是將PLC輸入與輸出狀態(tài)復(fù)制到內(nèi)存的特定位置,稱(chēng)為標(biāo)記區(qū)域,PC監(jiān)控程序能直接從內(nèi)存區(qū)域隨時(shí)讀取輸入和輸出狀態(tài)。采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是一個(gè)在線采集存儲(chǔ)過(guò)程,通過(guò)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)內(nèi)部的特殊矩陣,每隔1h讀取1次光敏電阻的值。這部分程序采用順序功能圖表進(jìn)行編程,狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖6所示。數(shù)據(jù)采集在白天進(jìn)行,晚上停止。采集的時(shí)間(小時(shí)和分鐘)存儲(chǔ)在不同的矩陣,然后在PC機(jī)的屏幕上顯示出來(lái)。當(dāng)RAM內(nèi)存滿時(shí),將不再存儲(chǔ)數(shù)據(jù),直到復(fù)位操作將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)清除。2.2光伏模塊的控制裝置采用面向?qū)ο蟮母呒?jí)編程語(yǔ)言VisualBasic6.0實(shí)現(xiàn)以下功能:①自動(dòng)檢測(cè)PC機(jī)RS232串口和PLC端口的連接狀態(tài);②通過(guò)系統(tǒng)監(jiān)控,決定光伏模塊的實(shí)際位置和運(yùn)動(dòng)方向,顯示光敏電阻的讀數(shù)以及內(nèi)存溢出標(biāo)記;③通過(guò)程序界面發(fā)出強(qiáng)制性前向和反向運(yùn)動(dòng)指令,控制PLC操作。如果出現(xiàn)系統(tǒng)位置異常,可強(qiáng)迫太陽(yáng)板按照操作要求恢復(fù)初始位置;④顯示存儲(chǔ)在PLC內(nèi)存中的設(shè)置,如前向和反向運(yùn)動(dòng)極限、光線暗度極限、前向和反向停止極限,可直接對(duì)這些參數(shù)設(shè)置進(jìn)行修改。3大型光伏發(fā)電系統(tǒng)本設(shè)計(jì)的PLC控制和監(jiān)控系統(tǒng)比獨(dú)立式固定發(fā)電設(shè)備昂貴和復(fù)雜,用于只供夜晚照明用電的場(chǎng)合,顯得不夠