太陽能單軸跟蹤系統(tǒng)的plc設(shè)計

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1、太陽能單軸跟蹤系統(tǒng)的PLC設(shè)計一、引言跟蹤式太陽能接收器或光伏模塊系統(tǒng)能增加對太陽能的接收,提高其日用功率和年輸出功率。據(jù)研究,單軸太陽能跟蹤系統(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%,跟蹤式太陽能系統(tǒng)比固定式系統(tǒng)復雜,價格昂貴。單軸太陽能跟蹤系統(tǒng)只能自東向西跟蹤太陽,雙軸太陽能跟蹤系統(tǒng)能在自東向西跟蹤太陽的同時,也能跟蹤太陽的高度變化。有人提出基于單片機和實時時鐘芯片的太陽能雙軸機械跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計,能有效地提高太陽能利用率。本文的設(shè)計是基于可編程邏輯控制器PLC的單軸機械跟蹤定位系統(tǒng),并借助VisuaBasic6.0開發(fā)的應用程序完成

2、控制操作、數(shù)據(jù)采集等功能。二、系統(tǒng)硬件設(shè)計（1）可編程邏輯控制器PLC可編程邏輯控制器PLC(ProgrammableLogicController)是太陽能跟蹤系統(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大的SIEMENS公司S7-200系列的PLC;用戶程序包括位邏輯、計數(shù)器、定時器等復雜的數(shù)學運算以及與其他智能模塊進行通訊等指令內(nèi)容,從而使S7-200能夠監(jiān)視輸入狀態(tài),改變輸出狀態(tài),以達到控制的目的。另外,選用S7-200不僅能用于獨立的太陽能設(shè)備跟蹤系統(tǒng)控制,特別是對于串、并聯(lián)的大型光伏太陽能陣列的跟蹤系統(tǒng)控制,能發(fā)揮PLC現(xiàn)場總線的控制優(yōu)勢進行集中控制。S7-200C

3、PU226的數(shù)字輸入/輸出口為24/16;可擴展7個模塊,248路數(shù)字I/O,35路模擬I/O;有PID控制器;有2個RS-485通信/編程模塊和16k用戶程序可在線編程。（2）傳感器和信號處理單元設(shè)計采用的是光敏電阻光強比較法。利用在光照時光敏電阻阻值發(fā)生變化的原理,將2個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。如果太陽光垂直照射太陽能電池板時,2個光敏電阻接收到的光照強度相同,它們的阻值完全相等,此時電動機不轉(zhuǎn)動;當太陽光方向與電池板垂直方向有夾角時,接收光強多的光敏電阻阻值減小,驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動,直至2個光敏電阻上的光照強度相同。光敏電阻光強比較法的優(yōu)點在于控制精確,

4、電路設(shè)計比較容易實現(xiàn)。當太陽輻射強度增加時,光電電阻阻值減小,1k可變電阻的壓降增加,從而產(chǎn)生與太陽光輻射強度有直接關(guān)系的電壓信號。2個傳感器的輸出信號與PLC模擬輸入端口連接,并對這2個模擬信號進行比較運算,從而輸出正確的信號,以驅(qū)動太陽追蹤系統(tǒng)的電磁和機械機構(gòu)。（3）光伏模塊和電磁機械運動原理光伏模塊采用新疆新能源股份有限公司的光伏產(chǎn)品REW385,在標準試驗條件下(太陽光強度為1000W/m3,太陽板溫度為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。系統(tǒng)有自動和手動2種控制方式,S1、S2為控制按鈕,用于手動操作,PLC輸出的Q0或Q1

5、分別連接到2個繼電器線圈,以控制太陽板的正反2個運動方向。在自動運行模式下,PLC首先比較來自信號處理單元的兩個模擬輸入的值,然后決定輸出Q0或者Q1。電源電路采用開關(guān)電源設(shè)計,具有高效率、低損耗的特點。采用的開關(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。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。三、系統(tǒng)軟件（1）PLC控制和監(jiān)控程序S7-200的編程軟件是STEP7-Micro/WIN,用于PLC的程序編輯,支持L

6、AD(梯形圖),FBD(功能模塊)和STL(語句表)3種編輯模式。監(jiān)控PLC輸入與輸出子程序是將PLC輸入與輸出狀態(tài)復制到內(nèi)存的特定位置,稱為標記區(qū)域,PC監(jiān)控程序能直接從內(nèi)存區(qū)域隨時讀取輸入和輸出狀態(tài)。采樣數(shù)據(jù)存儲是一個在線采集存儲過程,通過RAM數(shù)據(jù)存儲內(nèi)部的特殊矩陣,每隔1h讀取1次光敏電阻的值。數(shù)據(jù)采集在白天進行,晚上停止。采集的時間(小時和分鐘)存儲在不同的矩陣,然后在PC機的屏幕上顯示出來。當RAM內(nèi)存滿時,將不再存儲數(shù)據(jù),直到復位操作將存儲數(shù)據(jù)清除。（2）PC監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理程序采用面向?qū)ο蟮母呒壘幊陶Z言VisualBasic6.0實現(xiàn)以下功能:自動檢測PC機RS232串口

7、和PLC端口的連接狀態(tài);通過系統(tǒng)監(jiān)控,決定光伏模塊的實際位置和運動方向,顯示光敏電阻的讀數(shù)以及內(nèi)存溢出標記;通過程序界面發(fā)出強制性前向和反向運動指令,控制PLC操作。如果出現(xiàn)系統(tǒng)位置異常,可強迫太陽板按照操作要求恢復初始位置;顯示存儲在PLC內(nèi)存中的設(shè)置,如前向和反向運動極限、光線暗度極限、前向和反向停止極限,可直接對這些參數(shù)設(shè)置進行修改。四、結(jié)論本設(shè)計的PLC控制和監(jiān)控系統(tǒng)比獨立式固定發(fā)電設(shè)備昂貴和復雜,用于只供夜晚照明用電的場合,顯得不夠經(jīng)