太陽能基站光照跟隨PLC控制實訓模型
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-PV26 太陽能基站光照跟隨plc控制實驗模型
-PV26太陽能基站光照跟隨PLC控制實驗模型基礎簡介
太陽能以其不竭性和環保優勢已成為當今國內外最具發展前景的新能源之一。光伏(pv)發電技術在國外已得到深入研究和推廣，我國在技術上也已基礎成熟，并已進入推廣應用階段。但太陽能存在著密度低、間歇性、光照方向和強度隨時間不斷改變的問題，這就對太陽能的收集和運用裝置提出了更高的要求。目前很多太陽能電池板陣列基礎上全部是固定的，不能充分運用太陽能資源，發電效率低下。如果能始終保持太陽能電池板和光照的垂直，使其最大化地接收太陽能，則能充分運用豐富的太陽能資源。據實驗，在太陽能發電中，相同條件下，應用自動跟蹤發電設備要比固定發電設備的發電量提升35%左右。因此，設計研發能自動追蹤太陽光照的控制系統，是非常有價值的研究課題。
一種新型的可編程邏輯控制器plc(programmable logic controller)的太陽光自動跟蹤系統，不僅能自動按照太陽光方向來調節太陽能電池板的朝向，構造簡便、而而且在跟蹤過程中能自動記憶和更正不一樣時間的坐標位置，不必人工干預，特別適合天氣改變對比復雜和無人值守的現象，有效地提升了太陽能的運用率，有良好的推廣應用價值和市場應用前景。
一、-PV26太陽能基站光照跟隨PLC控制實驗模型自動跟蹤系統的構成及作業原理
太陽能光照自動跟蹤控制系統由plc主控單元、光照度傳感器、方位傳感器和信號處置整理單元、光伏模型塊、電磁機械動作控制模型塊和電源模型塊構成。系統的構成框圖如圖1所示。
圖1 系統構成框圖
太陽能光伏發電設備自動跟蹤系統的光敏探測頭(傳感器)是用來檢驗測試太陽光強的。當有偏差發生時，偏差信號經過跟蹤plc主控單元(控制器)，應用模仿差壓對比原理，實行運算、對比、發出指令，使電動執行器動作，驅動機械部分轉動推動整個裝置旋轉，調節偏差，保證太陽能電池方陣正對太陽光，達到自動跟蹤太陽的目的。太陽能電池方陣在陽光的照射下光伏發電，經過控制器向蓄電池充電。系統配備有自動保護線路，當風力達到8級時自動啟動，切斷跟蹤太陽系統，使電池方陣快速收平，在風力降下來時延時10分鐘，解除防風系統，恢復跟蹤過程。固定光強、跟蹤光強、電瓶溫度（℃）和自然風速等由微機實行數值收集，并對蓄電池充電和放電實行分級控制。
系統有自動和手動兩種控制方法，sb1和sb2為控制按鈕，用來手動實操，plc輸出的q0或q1分別連接到兩個繼電器線圈，以控制太陽板的正反兩個動作方向。在自動運行模式下，plc首先對比來自信號處置整理單元的兩個模仿寫入的值，然后決定輸出q0或者q1。
1.1可編程邏輯控制器plc單元
跟蹤控制器應用可編程邏輯控制器plc，它是太陽能電池板跟蹤系統的控制核心，是系統研究作業的重點。系統應用歐姆龍(omron)公司近年推出的α系列plc，該機型為介于大型機與小型機之間的中小型機，***大控制i/o點數為1184點。在應用中，中央處置整理器單元(cpu)應用c200hx-cpu43-e，它自帶一個編程口和一個rs232c口，該cpu設定有豐富的指令功能，編程便利；開關量寫入模型塊選用c200h-id212；開關量輸出模型塊選用c200h-oc225；與上位機的通訊，經過在cpu中插入通訊板c200hw-com06-e(該板設定有一個rs232c和一個rs-422/485)完成遠程通訊，由于應用了rs-422連接口，采取平衡式發送，因此數值傳輸率高，而而且串擾小，傳輸距離可達500m。特別對串并聯的并網光伏太陽能電池陣列的跟蹤系統控制，能發揮plc現場總線控制的優勢，實行集中控制。經過研究和優化設計，應用包括標準線路，應用模仿差壓對比原理，控制器設定有跟蹤精確度高、界限寬、自動返回功能。限位裝置設定有東、西、上、下四個方位的極限限位功能。應用雙重限位控制構造，即控制信號限位和驅動電機限位，保證了設備可靠地作業。圖2所示為plc寫入/輸出硬件配備圖。
圖2 plc寫入輸出硬件配備圖
1.2傳感器檢驗測試和信號處置整理單元
太陽的方位隨著查看位置和查看時間的不一樣而不一樣，因此，欲跟蹤太陽就必須先對太陽實行檢驗測試定位。檢驗測試太陽光光強的方法有定時法、坐標法、太陽能電池板光強對比法和光敏電阻光強對比法。對這4種控制方法實行了對比篩選后認為：定時法電子回路雖然簡便，但由于季節的影響，系統的控制精確度較差；坐標法控制精確度較高，但控制電子回路復雜；光強對比法使系統的太陽能運用率不能達到***佳；光敏電阻對比法電子回路完成***簡便，對太陽能的運用率***大。
基于此，選用控制精確度高和電子回路易于完成的光敏電阻光強對比法作為本研究系統的檢驗測試方案。光敏探測頭(傳感器)是太陽能電池板跟蹤系統的光信號接收器，它是運用光敏電阻在光照時阻值發生改變的原理，將兩個完全相同的光敏電阻分別放放置于一塊電池板東西方向邊沿處的下方(光與電池板垂直時，一半可接收光，一半在下邊)。如果太陽光垂直照射太陽能電池板時，兩個光敏電阻接收到的光照強度相同，所以它們的阻值完全相等，此時電機不轉動。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，驅動電機轉動，直至兩個光敏電阻上的光照強度相同。控制感知度的高低直接影響跟蹤精確度，光敏電阻光強對比法的優點在于控制精確，電子回路設計對比容易完成。經過實驗研究，選用重量輕、美觀、耐腐蝕的鋁制材料，光電接收管經過嚴格的計算、定位，以保證其檢驗測試感知度。
圖3所示是太陽光電定位裝置中光電檢驗測試電子回路的俯視圖，共由9個光電三極管構成。正中央1個，旁邊8個圍成一圈。將此檢驗測試板用一不透光的下方開口的圓柱體蓋住，圓柱體的直徑略大于檢驗測試板的外圓。圓柱體的上方中央開一個與檢驗測試用的光電二極管直徑相同的洞，以便光線經過。將整個光電檢驗測試裝置裝配在太陽能光電池板上，光電二極管的檢驗測試面與電池板平行。在圓柱體的外面不受圓柱體遮擋的地方(保證會受到光線的照射)也裝配一個光電二極管，其朝向與圓柱體內的光電二極管朝向相同，用來檢驗測試環境亮度，并與圓柱體內的每個光電二級管及運放(可用lm324包括電子回路中的一個)包括一個對比電子回路。這樣當圓柱體內的光電二極管沒有受光線照射時，運放將輸出低電平，此電平可接到的輸人端實行檢驗測試，圓柱體內的每個光電二級管各用一個plc的寫入端，共9個。這樣就可以檢驗測試太陽光線的朝向，來決定哪個電機轉動，向哪個方向轉動。另外，為了增大光電二極管的檢驗測試界限，視實際現象需要，也可再多加一圈緊密排列的光電二極管，外圈的光電二極管與內圈的相應位置的光電二極管并聯。
圖3 光電檢驗測試排列
圖4所示為信號處置整理單元電子回路，當太陽輻射強度多加時，光電電阻阻值減小，1k可變電阻的壓降多加，從而產生與太陽光輻射強度有直接關系的電壓（V）信號。兩個傳感器的輸出信號與plc模仿寫入端口連接，并對這兩個模仿信號實行對比運算，從而輸出正確的信號，以驅動太陽能電池板跟蹤系統的電磁機構。
圖4 信號處置整理單元
1.3光照度傳感器
檢驗測試太陽能光譜界限，是一種專門測量光度、亮度的儀表器具儀表。就是測量光照強度（照度）是物體被照明的程度，也即物體表面所得到的光通量與被照面積之比。照度計通常是由硒光電池或硅光電池和微安表構成。
圖5 照度計傳感器圖
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顯露 |
3-1/2位液晶顯露及模仿條形碼指示 |
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測量檔位 |
20.00 Lux, 200.0 Lux, 2000 Lux, 20.00 Klux
20.00 fc, 200.0 fc, 2000 fc, 20.00 Kfc
(1 fc = 10.76 Lux) |
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過載顯露 |
顯露"OL" |
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分辨率 |
0.01 Lux (0.01fc) |
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準確度 |
±3%rdg ± 0.5% f.s (大于10KLux檔準確度為 ±4%rdg ±10dgts, 以色溫2856K標準平面燈校正 |
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光譜準確性 |
f 1 < 6% |
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溫度（℃）特性 |
±0.1% 1℃ |
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取樣率 |
數字顯露每秒2.5次,模仿顯露每秒13.3次 |
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感光體 |
硅制光二極管及瀘光鏡片 |
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記錄組數 |
***多255組 |
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實操溫濕度 |
0℃ ~ 40℃,80%R.H.以下 |
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儲物溫濕度 |
-10℃ ~ 50℃,70%R.H.以下 |
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電 源 |
6顆1.5V AAA電池 |
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電池壽命 |
連續使用約400小時 (碳鋅電池) |
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光檢驗測試器引線長度 |
150cm |
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光檢驗測試器尺寸 |
150公分及92(長) × 60(寬) × 29mm(高) |
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電表尺寸 |
150(長) × 72(寬) × 35 mm (高) |
1.4光伏模型塊
光伏模型塊應用三菱光伏智能功率（W）模型塊pv-ipm(pm50b4la060)，其技術功能數值主要有峰值功率（W）pmax＝85w，***佳作業電壓（V）17.5v，這些功能數值是在標準的試驗條件下測量試驗的(太陽光強度1000w/m3，太陽板溫度（℃）25℃，空氣重量1.5)。
1.5系統電源模型塊
電源電子回路應用開關電源設計，設定有高效率、低損耗的特別點。應用開關控制芯片l4960，能提供5.1～40v的輸出電壓（V）和2.5A的輸出電流（A）。電源電子回路如圖5所示，經過調節兩個電阻r3和r4，以產生12-24v直線DC電壓（V），24v(dc)用來plc電源，44v(dc)直接取自整流橋側供給直線DC電機。如果用來光伏逆變系統的跟蹤系統，220v(ac)可以直接取自光伏逆變電源。
圖5 開關電源設計
二、MY-JZG太陽能基站光照跟隨PLC控制實驗模型光伏系統系統設計
并網光伏發電系統控制系統應用模型塊化設計，含有概括plc控制和監控程序、pc監控和數值處置整理程序兩個主要部分。
2.1 plc控制和監控程序
plc控制語句是整個太陽能電池板跟蹤系統的重要構成部分，系統編程應用歐姆龍公司的cx-programmer 7.1，cx-p梯形圖編程支持系統為使用者提供了從實操界面到程序注釋的全中文實操環境，支持windows的拖拉及粘貼實操，以及完備的檢索功能和常用標準位簡易寫入功能，為使用者創造了一個高效的編程實操環境。經過計算機數值的rs-232c口與plc的rs-232c口連接，對plc實行數值就地實時監控、修改和在線編輯等，便利地把程序傳遞到plc中或從plc中讀出數值。plc主要完成如下作業：
(1) 控制跟蹤系統的動作，控制邏輯如圖6所示。
圖6 控制過程的邏輯順序
(2) 此子程序是將plc寫入與輸出狀態復制到內部存儲的特定位置，稱為標記區域，pc監控程序能隨時直接從內部存儲區域讀取寫入和輸出狀態。
(3) 采樣數值存儲。這是一個在線收集存儲過程，經過ram數值存儲內部的特殊矩陣，每一小時讀取光敏電阻的值。數值收集白天實行，晚上停止，直到第二天日出。收集的時間(小時和分鐘)存儲在不一樣的矩陣，然后在pc機的屏幕上顯露出來。當ram內部存儲滿時，將不再存儲數值，直到復位實操將存儲數值清除。這部分程序應用順序功能圖表(sequential functioning chart，sfc)實行編程，算法如圖7所示。
圖7 存儲過程順序功能圖
2.2 pc監控和數值處置整理程序
應用面向對象的高級編程語言visual basic 6.0完成以下功能：
(1) 自動檢驗測試pc機rs232串行口和plc端口的連接狀態。
(2) 系統監控。決定光伏模型塊的實際位置和動作方向，顯露光敏電阻的讀數，以及內部存儲溢出標記。
(3) 模型塊的強制性前向和反向動作。經過程序界面，發出指令控制plc實操。如果出現系統位置異常，可強迫太陽板按照實操要求恢復初始位置。
(4) 顯露系統設定。顯露存儲在plc內部存儲中的太陽跟蹤系統的設定，如前向和反向動作極限，光線暗度極限，前向和反向停止極限，以及對這些功能數值設定可直接實行修改。
4 結束語
本研究基于歐姆龍plc，應用光敏電阻對比法，組建了自動跟蹤系統模型，使太陽能電池板自動保持與太陽光垂直。太陽能電池板自動跟蹤太陽光并網發電系統的研究，有效地提升了太陽能的運用率和光伏發電系統的效率，多加了全年的發電功率（W）輸出，從整體上降低了光伏并網發電的成本，符合組建環保型和節能型社會發展的要求，設定有很高的經濟效益，并能產生良好的社會影響，設定有課程理論研究意義和應用推廣前景。基于plc的太陽能電池板跟蹤系統能用來單獨的太陽能光伏發電，也能應用來串/并聯的并網光伏發電系統的現場總線控制，設定有良好的應用前景。
常見問題：
1、如果我要購買太陽能基站光照跟隨PLC控制實訓模型，是否有安裝、培訓服務呢？
答：我們的設備如果沒有特別注明“不含安裝”“裸機價”“出廠”等字樣的，都是提供安裝、培訓服務的。
2、你們的太陽能基站光照跟隨PLC控制實訓模型是否能開增值稅專用發票？
答：可以的，我們是正規企業，并且已經升級到一般納稅人，可以開具增值稅專用發票，如果您需要開太陽能基站光照跟隨PLC控制實訓模型的發票，您需要提供開票資料。
3、你們的太陽能基站光照跟隨PLC控制實訓模型都是自己生產的嗎？都有什么產品資質？
答：我們公司是專業生產教學設備的企業，完全自主生產，并通過了最新版ISO9001認證，擁有多項專利與著作權。
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