基于S7?200 PLC的太阳能电池自动跟踪实训系统

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摘 要： 根据太阳能电池自动跟踪系统的工作原理，研究了一种基于西门子s7?200可编程序控制器（plc）的太阳能电池自动跟踪实训系统。系统采用双轴跟踪，通过光学传感器采集模拟太阳光位置信息，控制两维运动机构，使太阳能电池板始终正对着模拟太阳光源，从而获得最大的太阳能，该系统能够满足高职院校光伏新能源专业学生的实训教学，也可应用于工程实际中。

关键词： 太阳能电池； PLC； 自动跟踪； 光电传感器

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）21?0165?03

0 引 言

目前在太阳能发电利用中基本上都采用自动跟踪技术提高太阳能的利用率，跟踪技术分单轴跟踪和双轴跟踪，单轴跟踪系统比固定式系统能增加20%的功率输出，而双轴跟踪系统比固定式系统能增加40%的功率输出，双轴跟踪系统采用水平方向电机和俯仰方向电机来追踪太阳的方位角和高度角，从而可以实时精确追踪太阳的位置。

跟踪太阳的方法目前多采用光电跟踪方式，由光电传感器件根据入射光线的强弱变化产生反馈信号到计算机，计算机运行程序调整太阳能电池板的角度实现对太阳的跟踪。

基于高职院校光伏新能源专业学生的实训教学需要，设计了基于西门子S7?200 PLC的太阳能电池自动跟踪实训系统和实训操作模式。

1 系统构成

太阳能电池自动跟踪实训系统由追日装置和追日控制系统组成，追日装置如图1所示。该系统由太阳能电池方阵、模拟太阳光灯、追日跟踪光学传感器、双轴运动重型云台等构成。

追日控制系统由西门子S7?200 PLC及低压电器组成，CPU型号：CPUI224XTCN，输入14个点，输出10个点，追日控制系统控制追日装置上的步进电机，步进电机带动同步带上的金属卤灯（模拟太阳）自东向西运动，模拟太阳在白天的运行轨迹。然后又自西向东运动，模拟太阳在夜间的运行轨迹。PLC通过太阳能电池板上的追日跟踪光学传感器采集模拟太阳的位置信息，光学传感器使用4个光电池组成桥式电路，外面有个滤光罩，没有一定光强，光学传感器没有输出。PLC根据光学传感器的位置信息进行分析判断，控制太阳能电池板下方的双轴运动云台执行追日的动作，使太阳能电池板始终正对着模拟太阳光源，以提高太阳能电池的发电效率，控制系统工作原理如图2所示。

2 控制过程

太阳能电池自动跟踪实训系统设计了两种操作模式，手动操作和自动操作。通过控制面板进行选择，如图3所示。

手动操作模式通过控制面板进行模拟光源、模拟太阳移动和追日跟踪等3个按钮的操作，自动操作模式下通过触摸屏进行模拟光源、模拟太阳移动、追日跟踪、手动操作云台等4按钮的操作，如图4所示。

步进电机从同步带右限位开关处带动同步带上的模拟光源（开灯）自东向西运动，模拟太阳日出、日落运行轨迹，碰到同步带左限位开关后（关灯）自西向东运动返回起点，追日跟踪在模拟光源（开灯）自东向西运动过程中动作。模拟光源移动流程如图5所示。

光学传感器在模拟光源（开灯）自东向西运动过程中不断检测，向PLC发出上、下、左、右四路检测信号，PLC控制云台双轴电机分别运动，从而控制云台的上、下、左、右运动，使太阳能电池板始终正对着模拟太阳光源。

跟据控制要求进行PLC 输入输出端口分配见表1。

3 软件设计

手动操作和自动操作模式的选择指令如图6所示。

正向脉冲输出指令如图7所示，反向脉冲输出指令和正向脉冲输出指令类似。

传感器信号输出指令如图8所示，计数器C1和C2是为了防止云台失控，在模拟光源没有移动状态下，云台可能会出现失控抖动的现象，原因是由于云台电机反映速度和探测器反映速度不一致，可能云台往一个方向运动过头，探测器信号又反转，导致云台抖动，这时靠自身程序无法走出死循环，需停机再启动。C1和C2分别计数云台电机连续向左或向下运动3次。

云台电机动作指令如图9所示，计时器 T39、T40是设置当模拟碰到左限位开关后云台电机自动回到启始点。

4 结 论

该系统即可以训练高职院校光伏新能源专业的学生掌握太阳能电池自动跟踪系统的工作原理，也可应用于工程实际中，具有较高的实际应用价值。

参考文献

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