太陽能基站光照跟隨PLC控制實(shí)訓(xùn)模型
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-PV26 太陽能基站光照跟隨plc控制實(shí)驗(yàn)模型
-PV26太陽能基站光照跟隨PLC控制實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ突A(chǔ)簡介
太陽能以其不竭性和環(huán)保優(yōu)勢已成為當(dāng)今國內(nèi)外最具發(fā)展前景的新能源之一。光伏(pv)發(fā)電技術(shù)在國外已得到深入研究和推廣，我國在技術(shù)上也已基礎(chǔ)成熟，并已進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。但太陽能存在著密度低、間歇性、光照方向和強(qiáng)度隨時(shí)間不斷改變的問題，這就對太陽能的收集和運(yùn)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(chǔ)上全部是固定的，不能充分運(yùn)用太陽能資源，發(fā)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(yùn)用豐富的太陽能資源。據(jù)實(shí)驗(yàn)，在太陽能發(fā)電中，相同條件下，應(yīng)用自動跟蹤發(fā)電設(shè)備要比固定發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量提升35%左右。因此，設(shè)計(jì)研發(fā)能自動追蹤太陽光照的控制系統(tǒng)，是非常有價(jià)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(tǒng)，不僅能自動按照太陽光方向來調(diào)節(jié)太陽能電池板的朝向，構(gòu)造簡便、而而且在跟蹤過程中能自動記憶和更正不一樣時(shí)間的坐標(biāo)位置，不必人工干預(yù)，特別適合天氣改變對比復(fù)雜和無人值守的現(xiàn)象，有效地提升了太陽能的運(yùn)用率，有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值和市場應(yīng)用前景。
一、-PV26太陽能基站光照跟隨PLC控制實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥詣痈櫹到y(tǒng)的構(gòu)成及作業(yè)原理
太陽能光照自動跟蹤控制系統(tǒng)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(jī)械動作控制模型塊和電源模型塊構(gòu)成。系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖
太陽能光伏發(fā)電設(shè)備自動跟蹤系統(tǒng)的光敏探測頭(傳感器)是用來檢驗(yàn)測試太陽光強(qiáng)的。當(dāng)有偏差發(fā)生時(shí)，偏差信號經(jīng)過跟蹤plc主控單元(控制器)，應(yīng)用模仿差壓對比原理，實(shí)行運(yùn)算、對比、發(fā)出指令，使電動執(zhí)行器動作，驅(qū)動機(jī)械部分轉(zhuǎn)動推動整個(gè)裝置旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)偏差，保證太陽能電池方陣正對太陽光，達(dá)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(fā)電，經(jīng)過控制器向蓄電池充電。系統(tǒng)配備有自動保護(hù)線路，當(dāng)風(fēng)力達(dá)到8級時(shí)自動啟動，切斷跟蹤太陽系統(tǒng)，使電池方陣快速收平，在風(fēng)力降下來時(shí)延時(shí)10分鐘，解除防風(fēng)系統(tǒng)，恢復(fù)跟蹤過程。固定光強(qiáng)、跟蹤光強(qiáng)、電瓶溫度（℃）和自然風(fēng)速等由微機(jī)實(shí)行數(shù)值收集，并對蓄電池充電和放電實(shí)行分級控制。
系統(tǒng)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(shí)操，plc輸出的q0或q1分別連接到兩個(gè)繼電器線圈，以控制太陽板的正反兩個(gè)動作方向。在自動運(yùn)行模式下，plc首先對比來自信號處置整理單元的兩個(gè)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(yīng)用可編程邏輯控制器plc，它是太陽能電池板跟蹤系統(tǒng)的控制核心，是系統(tǒng)研究作業(yè)的重點(diǎn)。系統(tǒng)應(yīng)用歐姆龍(omron)公司近年推出的α系列plc，該機(jī)型為介于大型機(jī)與小型機(jī)之間的中小型機(jī)，***大控制i/o點(diǎn)數(shù)為1184點(diǎn)。在應(yīng)用中，中央處置整理器單元(cpu)應(yīng)用c200hx-cpu43-e，它自帶一個(gè)編程口和一個(gè)rs232c口，該cpu設(shè)定有豐富的指令功能，編程便利；開關(guān)量寫入模型塊選用c200h-id212；開關(guān)量輸出模型塊選用c200h-oc225；與上位機(jī)的通訊，經(jīng)過在cpu中插入通訊板c200hw-com06-e(該板設(shè)定有一個(gè)rs232c和一個(gè)rs-422/485)完成遠(yuǎn)程通訊，由于應(yīng)用了rs-422連接口，采取平衡式發(fā)送，因此數(shù)值傳輸率高，而而且串?dāng)_小，傳輸距離可達(dá)500m。特別對串并聯(lián)的并網(wǎng)光伏太陽能電池陣列的跟蹤系統(tǒng)控制，能發(fā)揮plc現(xiàn)場總線控制的優(yōu)勢，實(shí)行集中控制。經(jīng)過研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)用包括標(biāo)準(zhǔn)線路，應(yīng)用模仿差壓對比原理，控制器設(shè)定有跟蹤精確度高、界限寬、自動返回功能。限位裝置設(shè)定有東、西、上、下四個(gè)方位的極限限位功能。應(yīng)用雙重限位控制構(gòu)造，即控制信號限位和驅(qū)動電機(jī)限位，保證了設(shè)備可靠地作業(yè)。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(yàn)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(shí)間的不一樣而不一樣，因此，欲跟蹤太陽就必須先對太陽實(shí)行檢驗(yàn)測試定位。檢驗(yàn)測試太陽光光強(qiáng)的方法有定時(shí)法、坐標(biāo)法、太陽能電池板光強(qiáng)對比法和光敏電阻光強(qiáng)對比法。對這4種控制方法實(shí)行了對比篩選后認(rèn)為：定時(shí)法電子回路雖然簡便，但由于季節(jié)的影響，系統(tǒng)的控制精確度較差；坐標(biāo)法控制精確度較高，但控制電子回路復(fù)雜；光強(qiáng)對比法使系統(tǒng)的太陽能運(yùn)用率不能達(dá)到***佳；光敏電阻對比法電子回路完成***簡便，對太陽能的運(yùn)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(qiáng)對比法作為本研究系統(tǒng)的檢驗(yàn)測試方案。光敏探測頭(傳感器)是太陽能電池板跟蹤系統(tǒng)的光信號接收器，它是運(yùn)用光敏電阻在光照時(shí)阻值發(fā)生改變的原理，將兩個(gè)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(shí)，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(shí)，兩個(gè)光敏電阻接收到的光照強(qiáng)度相同，所以它們的阻值完全相等，此時(shí)電機(jī)不轉(zhuǎn)動。當(dāng)太陽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)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，直至兩個(gè)光敏電阻上的光照強(qiáng)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(qiáng)對比法的優(yōu)點(diǎn)在于控制精確，電子回路設(shè)計(jì)對比容易完成。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究，選用重量輕、美觀、耐腐蝕的鋁制材料，光電接收管經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算、定位，以保證其檢驗(yàn)測試感知度。
圖3所示是太陽光電定位裝置中光電檢驗(yàn)測試電子回路的俯視圖，共由9個(gè)光電三極管構(gòu)成。正中央1個(gè)，旁邊8個(gè)圍成一圈。將此檢驗(yàn)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(yàn)測試板的外圓。圓柱體的上方中央開一個(gè)與檢驗(yàn)測試用的光電二極管直徑相同的洞，以便光線經(jīng)過。將整個(gè)光電檢驗(yàn)測試裝置裝配在太陽能光電池板上，光電二極管的檢驗(yàn)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(gè)光電二極管，其朝向與圓柱體內(nèi)的光電二極管朝向相同，用來檢驗(yàn)測試環(huán)境亮度，并與圓柱體內(nèi)的每個(gè)光電二級管及運(yùn)放(可用lm324包括電子回路中的一個(gè))包括一個(gè)對比電子回路。這樣當(dāng)圓柱體內(nèi)的光電二極管沒有受光線照射時(shí)，運(yùn)放將輸出低電平，此電平可接到的輸人端實(shí)行檢驗(yàn)測試，圓柱體內(nèi)的每個(gè)光電二級管各用一個(gè)plc的寫入端，共9個(gè)。這樣就可以檢驗(yàn)測試太陽光線的朝向，來決定哪個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動，向哪個(gè)方向轉(zhuǎn)動。另外，為了增大光電二極管的檢驗(yàn)測試界限，視實(shí)際現(xiàn)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(nèi)圈的相應(yīng)位置的光電二極管并聯(lián)。
圖3 光電檢驗(yàn)測試排列
圖4所示為信號處置整理單元電子回路，當(dāng)太陽輻射強(qiáng)度多加時(shí)，光電電阻阻值減小，1k可變電阻的壓降多加，從而產(chǎn)生與太陽光輻射強(qiáng)度有直接關(guān)系的電壓（V）信號。兩個(gè)傳感器的輸出信號與plc模仿寫入端口連接，并對這兩個(gè)模仿信號實(shí)行對比運(yùn)算，從而輸出正確的信號，以驅(qū)動太陽能電池板跟蹤系統(tǒng)的電磁機(jī)構(gòu)。
圖4 信號處置整理單元
1.3光照度傳感器
檢驗(yàn)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(qiáng)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(jì)通常是由硒光電池或硅光電池和微安表構(gòu)成。
圖5 照度計(jì)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(zhǔn)確度 |
±3%rdg ± 0.5% f.s (大于10KLux檔準(zhǔn)確度為 ±4%rdg ±10dgts, 以色溫2856K標(biāo)準(zhǔn)平面燈校正 |
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光譜準(zhǔn)確性 |
f 1 < 6% |
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溫度（℃）特性 |
±0.1% 1℃ |
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取樣率 |
數(shù)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(shù) |
***多255組 |
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實(shí)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(xù)使用約400小時(shí) (碳鋅電池) |
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光檢驗(yàn)測試器引線長度 |
150cm |
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光檢驗(yàn)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(yīng)用三菱光伏智能功率（W）模型塊pv-ipm(pm50b4la060)，其技術(shù)功能數(shù)值主要有峰值功率（W）pmax＝85w，***佳作業(yè)電壓（V）17.5v，這些功能數(shù)值是在標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)條件下測量試驗(yàn)的(太陽光強(qiáng)度1000w/m3，太陽板溫度（℃）25℃，空氣重量1.5)。
1.5系統(tǒng)電源模型塊
電源電子回路應(yīng)用開關(guān)電源設(shè)計(jì)，設(shè)定有高效率、低損耗的特別點(diǎn)。應(yīng)用開關(guān)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(jīng)過調(diào)節(jié)兩個(gè)電阻r3和r4，以產(chǎn)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(cè)供給直線DC電機(jī)。如果用來光伏逆變系統(tǒng)的跟蹤系統(tǒng)，220v(ac)可以直接取自光伏逆變電源。
圖5 開關(guān)電源設(shè)計(jì)
二、MY-JZG太陽能基站光照跟隨PLC控制實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸夥到y(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)控制系統(tǒng)應(yīng)用模型塊化設(shè)計(jì)，含有概括plc控制和監(jiān)控程序、pc監(jiān)控和數(shù)值處置整理程序兩個(gè)主要部分。
2.1 plc控制和監(jiān)控程序
plc控制語句是整個(gè)太陽能電池板跟蹤系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，系統(tǒng)編程應(yīng)用歐姆龍公司的cx-programmer 7.1，cx-p梯形圖編程支持系統(tǒng)為使用者提供了從實(shí)操界面到程序注釋的全中文實(shí)操環(huán)境，支持windows的拖拉及粘貼實(shí)操，以及完備的檢索功能和常用標(biāo)準(zhǔn)位簡易寫入功能，為使用者創(chuàng)造了一個(gè)高效的編程實(shí)操環(huán)境。經(jīng)過計(jì)算機(jī)數(shù)值的rs-232c口與plc的rs-232c口連接，對plc實(shí)行數(shù)值就地實(shí)時(shí)監(jiān)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(shù)值。plc主要完成如下作業(yè)：
(1) 控制跟蹤系統(tǒng)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(tài)復(fù)制到內(nèi)部存儲的特定位置，稱為標(biāo)記區(qū)域，pc監(jiān)控程序能隨時(shí)直接從內(nèi)部存儲區(qū)域讀取寫入和輸出狀態(tài)。
(3) 采樣數(shù)值存儲。這是一個(gè)在線收集存儲過程，經(jīng)過ram數(shù)值存儲內(nèi)部的特殊矩陣，每一小時(shí)讀取光敏電阻的值。數(shù)值收集白天實(shí)行，晚上停止，直到第二天日出。收集的時(shí)間(小時(shí)和分鐘)存儲在不一樣的矩陣，然后在pc機(jī)的屏幕上顯露出來。當(dāng)ram內(nèi)部存儲滿時(shí)，將不再存儲數(shù)值，直到復(fù)位實(shí)操將存儲數(shù)值清除。這部分程序應(yīng)用順序功能圖表(sequential functioning chart，sfc)實(shí)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(jiān)控和數(shù)值處置整理程序
應(yīng)用面向?qū)ο蟮母呒壘幊陶Z言visual basic 6.0完成以下功能：
(1) 自動檢驗(yàn)測試pc機(jī)rs232串行口和plc端口的連接狀態(tài)。
(2) 系統(tǒng)監(jiān)控。決定光伏模型塊的實(shí)際位置和動作方向，顯露光敏電阻的讀數(shù)，以及內(nèi)部存儲溢出標(biāo)記。
(3) 模型塊的強(qiáng)制性前向和反向動作。經(jīng)過程序界面，發(fā)出指令控制plc實(shí)操。如果出現(xiàn)系統(tǒng)位置異常，可強(qiáng)迫太陽板按照實(shí)操要求恢復(fù)初始位置。
(4) 顯露系統(tǒng)設(shè)定。顯露存儲在plc內(nèi)部存儲中的太陽跟蹤系統(tǒng)的設(shè)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(shù)值設(shè)定可直接實(shí)行修改。
4 結(jié)束語
本研究基于歐姆龍plc，應(yīng)用光敏電阻對比法，組建了自動跟蹤系統(tǒng)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(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究，有效地提升了太陽能的運(yùn)用率和光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率，多加了全年的發(fā)電功率（W）輸出，從整體上降低了光伏并網(wǎng)發(fā)電的成本，符合組建環(huán)保型和節(jié)能型社會發(fā)展的要求，設(shè)定有很高的經(jīng)濟(jì)效益，并能產(chǎn)生良好的社會影響，設(shè)定有課程理論研究意義和應(yīng)用推廣前景?；趐lc的太陽能電池板跟蹤系統(tǒng)能用來單獨(dú)的太陽能光伏發(fā)電，也能應(yīng)用來串/并聯(lián)的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)場總線控制，設(shè)定有良好的應(yīng)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(shí)訓(xùn)模型，是否有安裝、培訓(xùn)服務(wù)呢？
答：我們的設(shè)備如果沒有特別注明“不含安裝”“裸機(jī)價(jià)”“出廠”等字樣的，都是提供安裝、培訓(xùn)服務(wù)的。
2、你們的太陽能基站光照跟隨PLC控制實(shí)訓(xùn)模型是否能開增值稅專用發(fā)票？
答：可以的，我們是正規(guī)企業(yè)，并且已經(jīng)升級到一般納稅人，可以開具增值稅專用發(fā)票，如果您需要開太陽能基站光照跟隨PLC控制實(shí)訓(xùn)模型的發(fā)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(shí)訓(xùn)模型都是自己生產(chǎn)的嗎？都有什么產(chǎn)品資質(zhì)？
答：我們公司是專業(yè)生產(chǎn)教學(xué)設(shè)備的企業(yè)，完全自主生產(chǎn)，并通過了最新版ISO9001認(rèn)證，擁有多項(xiàng)專利與著作權(quán)。
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