基于S7?200 PLC的太陽能電池自動跟蹤實訓系統

摘 要： 根據太陽能電池自動跟蹤系統的工作原理，研究了一種基于西門子S7?200可編程序控制器（PLC）的太陽能電池自動跟蹤實訓系統。系統采用雙軸跟蹤，通過光學傳感器采集模擬太陽光位置信息，控制兩維運動機構，使太陽能電池板始終正對著模擬太陽光源，從而獲得最大的太陽能，該系統能夠滿足高職院校光伏新能源專業學生的實訓教學，也可應用于工程實際中。

關鍵詞： 太陽能電池； PLC； 自動跟蹤； 光電傳感器

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）21?0165?03

0 引 言

目前在太陽能發電利用中基本上都采用自動跟蹤技術提高太陽能的利用率，跟蹤技術分單軸跟蹤和雙軸跟蹤，單軸跟蹤系統比固定式系統能增加20%的功率輸出，而雙軸跟蹤系統比固定式系統能增加40%的功率輸出，雙軸跟蹤系統采用水平方向電機和俯仰方向電機來追蹤太陽的方位角和高度角，從而可以實時精確追蹤太陽的位置。

跟蹤太陽的方法目前多采用光電跟蹤方式，由光電傳感器件根據入射光線的強弱變化產生反饋信號到計算機，計算機運行程序調整太陽能電池板的角度實現對太陽的跟蹤。

基于高職院校光伏新能源專業學生的實訓教學需要，設計了基于西門子S7?200 PLC的太陽能電池自動跟蹤實訓系統和實訓操作模式。

1 系統構成

太陽能電池自動跟蹤實訓系統由追日裝置和追日控制系統組成，追日裝置如圖1所示。該系統由太陽能電池方陣、模擬太陽光燈、追日跟蹤光學傳感器、雙軸運動重型云臺等構成。

追日控制系統由西門子S7?200 PLC及外圍低壓電器組成，CPU型號：CPUI224XTCN，輸入14個點，輸出10個點，追日控制系統控制追日裝置上的步進電機，步進電機帶動同步帶上的金屬鹵燈（模擬太陽）自東向西運動，模擬太陽在白天的運行軌跡。然后又自西向東運動，模擬太陽在夜間的運行軌跡。PLC通過太陽能電池板上的追日跟蹤光學傳感器采集模擬太陽的位置信息，光學傳感器使用4個光電池組成橋式電路，外面有個濾光罩，沒有一定光強，光學傳感器沒有輸出。PLC根據光學傳感器的位置信息進行分析判斷，控制太陽能電池板下方的雙軸運動云臺執行追日的動作，使太陽能電池板始終正對著模擬太陽光源，以提高太陽能電池的發電效率，控制系統工作原理如圖2所示。

2 控制過程

太陽能電池自動跟蹤實訓系統設計了兩種操作模式，手動操作和自動操作。通過控制面板進行選擇，如圖3所示。

手動操作模式通過控制面板進行模擬光源、模擬太陽移動和追日跟蹤等3個按鈕的操作，自動操作模式下通過觸摸屏進行模擬光源、模擬太陽移動、追日跟蹤、手動操作云臺等4按鈕的操作，如圖4所示。

步進電機從同步帶右限位開關處帶動同步帶上的模擬光源（開燈）自東向西運動，模擬太陽日出、日落運行軌跡，碰到同步帶左限位開關后（關燈）自西向東運動返回起點，追日跟蹤在模擬光源（開燈）自東向西運動過程中動作。模擬光源移動流程如圖5所示。

光學傳感器在模擬光源（開燈）自東向西運動過程中不斷檢測，向PLC發出上、下、左、右四路檢測信號，PLC控制云臺雙軸電機分別運動，從而控制云臺的上、下、左、右運動，使太陽能電池板始終正對著模擬太陽光源。

跟據控制要求進行PLC 輸入輸出端口分配見表1。

3 軟件設計

手動操作和自動操作模式的選擇指令如圖6所示。

正向脈沖輸出指令如圖7所示，反向脈沖輸出指令和正向脈沖輸出指令類似。

傳感器信號輸出指令如圖8所示，計數器C1和C2是為了防止云臺失控，在模擬光源沒有移動狀態下，云臺可能會出現失控抖動的現象，原因是由于云臺電機反映速度和探測器反映速度不一致，可能云臺往一個方向運動過頭，探測器信號又反轉，導致云臺抖動，這時靠自身程序無法走出死循環，需停機再啟動。C1和C2分別計數云臺電機連續向左或向下運動3次。

云臺電機動作指令如圖9所示，計時器 T39、T40是設置當模擬碰到左限位開關后云臺電機自動回到啟始點。

4 結 論

該系統即可以訓練高職院校光伏新能源專業的學生掌握太陽能電池自動跟蹤系統的工作原理，也可應用于工程實際中，具有較高的實際應用價值。

參考文獻

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