基于PLC的太阳能单轴跟踪控制系统
基于PLC的太阳能板自动跟踪控制系统的设计
基于PLC的太阳能板自动跟踪控制系统的设计作者：何燕阳来源：《智能计算机与应用》2015年第04期摘要：太阳能电池板若采用自动跟踪太阳，能大大提高发电量，降低发电成本。
首先，本文根据晴天、多云和阴雨三种不同天气进行了追日自动跟踪方案的设计，而后根据系统功能，对跟踪控制系统的主要硬件和软件进行了设计。
硬件部分包括光强检测与转换电路、太阳方位检测与转换电路、PLC控制等模块；而软件部分设计了太阳能电池板追日自动跟踪系统的主程序、追日自动跟踪子程序、数据采集子程序、光电跟踪子程序、太阳运动轨迹跟踪子程序，实现了各个硬件模块的功能。
关键词：太阳能板；自动跟踪；PLC；硬软件设计中图分类号：TP391 文献标识号：ADesign of Automatic Tracking Control System For Solar Panels based On PLCHE Yanyang（Quanzhou Institute of Information Engineering. Quanzhou Fujian 362000， China ）abstract： The use of solar panels to automatically track the sun， can greatly increase the power output and reduce electricity costs. Firstly， Based on the sunny， cloudy and rainy weather has been designed in three different automatic tracking program， then according to the system function， the major hardware and software tracking control system is designed. Hardware includes light intensity detection and switching circuit， solar orientation detection and switching circuit， PLC control modules； and the software part of the design of the main solar panel-tracking automatic tracking system， automatic tracking routine DAY， data collection routines， optical tracking subroutines，sun trajectory tracking routines to achieve the function of each hardware module.Key words： Solar Panels； Automatic Tracking； PLC；Hardware and Software Design0引言目前，人类最为普遍使用的化石能源即将枯竭，同时，化石燃料的大量使用又严重污染了人类生存环境[1]。
基于PLC的太阳自动跟踪系统的设计与实现
第32卷第3期2010-3【127】基于PLC 的太阳自动跟踪系统的设计与实现Design of solar tracking system based on PLC张文涛ZHANG Wen-tao（北京电子科技职业学院 自动化工程学院，北京 100176）摘 要：太阳跟踪系统在光伏发电系统中应用广泛，本文作者通过设计基于ＰＬＣ控制技术的驱动系统，自动跟踪太阳光直射方向，提高光伏电池的运行效率。
本设计以北京地区为例，充分利用地理和气象原理，通过自动控制技术设计太阳跟踪系统。
该系统以ＰＬＣ为控制器为核心控制器，通过利用ＰＬＣ技术、变频调速技术、人机界面、工业网络等高新技术实施太阳跟踪，并具体论述了太阳跟踪系统的组成、原理、数学模型、应用经验等。
关键词：太阳追踪系统；ＰＬＣ；太阳能发电；数学模型；应用经验中图分类号：ＴＰ２７３．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－０１３４（２０１０）０３－０１２７－０３收稿日期：２００９－１２－０３作者简介：张文涛（１９７６－），男，北京人，主任，硕士，研究方向为机电一体化。
0 引言太阳追踪系统的主要功能是实现最大限度地获得输出功率，通过跟踪太阳光直射方向来提高光伏电池的效率，并采用一定算法来寻找光伏电池的最大功率点。
系统在不同时间、地点能够自动控制光伏电池方向，获得最大输出功率。
实践证明，通过实施自动跟踪太阳，可以提高光伏电池的发电效率达30%以上。
1 系统概述1.1 太阳追踪系统现状太阳追踪系统通常分为单轴太阳能追踪系统和双轴太阳能追踪系统两种。
单轴太阳能自动跟踪系统通过自动控制系统自动跟踪太阳方位角，高度角可手动进行调整，使太阳能电池保持较大的发电功率。
双轴太阳能追踪系统通过自动控制系统自动跟踪太阳方位角和高度角，方位角和高度角均依靠不同原理自动实施调整。
目前太阳追踪系统依据控制原理划分，分为带传感器闭环控制系统和不带传感器开环控制系统。
两种系统各有优缺点，闭环系统理论上精度更高，获得效率最大，但受到天气、温度、环境因素影响大，特殊环境会导致系统运行不正常。
基于plc的太阳能电池板追踪器
国家职业资格全国统一鉴定维修电工论文国家职业资格一级论文题目：用PLC控制器控制太阳能电池板与太阳光同步设计方案姓名：陈文龙身份证号：440520************所在省市：广东省潮州市所在单位：潮州市高级技工学校用PLC控制器控制太阳能电池板与太阳光同步设计方案姓名：陈文龙单位：潮州市高级技工学校摘要：利用PLC控制步进电机进行工作，带动太阳能电池板与太阳光同步，予设步进电机正反转工作时间及停止时间，根据自动控制工作原理从而达到自动跟踪太阳光的目的。
关键词：太阳能电池板、PLC控制器、步进电机。
1 引言太阳能电池是一组对光有响应并能将光能转换成电力的器件。
当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N 结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。
这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。
现在的太阳能电池板是固定在于建筑物或其他旷野物的表面上，对太阳光的吸收转换能量的效率特别低下。
根据光学的基本原理，当光线直接照射于物体时，光线被物体吸收的效率较好，只有较少的光线出现反射现象；如果光线侧面照射于物体时，光线被物体的吸收效率较差，只有较少的光线被物体吸收，且大部分光线被折射。
为了解决大部分光线的折射，所以本人利用PLC控制器及步进电机原理对太阳能电池板的安装进行改造，确保太阳光的光线对太阳能电池板构成直射关系，从而提高光电能量转换的效率。
PLC（可编程序控制器）及步进电机体积小重量轻、工作能源消耗低，且一个控制器可同时控制多台太阳能电池板工作，安装方便快捷。
一经安装使用，整体部件全部进入自动跟踪工作，调试简单，维护方便，可以进行全面推广，达到高效无污染的理想能源。
2 太阳能电池板自动跟踪太阳光工作原理地球每天都有白天和黑夜，当阳光普照大地时太阳能电池板才有蓄贮电能，所以说太阳能电池板实际工作时间只有约12个小时。
基于单片机的太阳能电池自动跟踪系统的设计
阳能自动跟踪系统设计作者:admin 来源:太阳能自动跟踪系统设计太阳能自动跟踪系统设计1 视日运动跟踪法视日运动跟踪法是根据地日运行轨迹，采用赤道坐标系或地平坐标系描述太阳相对地球的位置。
一般在双轴跟踪中极轴式跟踪采用赤道坐标系，高度角-方位角式跟踪采用地平坐标系。
1.1 极轴式跟踪赤道坐标系是人在地球以外的宇宙空间里，观测太阳相对于地球的位置。
这时太阳位置是相对于赤道平面而言，用赤纬角和时角这两个坐标表示。
太阳中心与地球中心的连线，即太阳光线在地球表面直射点与地球中心的连线与在赤道平面上的投影的夹角称为太阳赤纬角。
它描述地球以一定的倾斜度绕太阳公转而引起二者相对位置的变化。
一年中，太阳光线在地球表面上的垂直照射点的位置在南回归线、赤道和北回归线之间往复运动，使该直射点与地心连线在赤道面上的夹角也随之重复变化。
赤纬角在一年中的变化用式(1)计算：式中：δ为一年中第n天的赤纬角，单位：(°);n为一年中的日期序号，单位：日。
时角是描述地球自转而引起的日地相对位置的变化。
地球自转一周为360°，对应的时间为24 h，故每小时对应的时角为15°。
日出、日落时间的时角最大，正午时角为零。
计算公式如下：式中：ω为时角，单位：(°);T为当地时间，单位：h。
根据上述方法可以计算出地球上任意地点和时刻的太阳的赤纬角和时角，由此可建立极轴式跟踪，对于太阳跟踪系统来说，采光板的一轴与地球自转轴相平行，称为极轴，另外一轴与其垂直。
工作时采光板绕地球自转轴旋转，其转速的设定为与地球的自转速度相同，方向相反。
为了适应太阳赤纬角的变化，采光板围绕与地球自转轴垂直的轴做俯仰运动。
此种跟踪方式原理简单，但是由于采光板的重量不通过极轴轴线，极轴支撑结构的设计比较困难，因此本设计没有选用极轴式跟踪。
1.2 地平坐标系地平坐标系用高度角和方位角来描述太阳的位置，已知太阳赤道坐标系中的赤纬角和时角，可以通过球面三角形的变换关系得到地平坐标系的太阳的高度角和方位角。
基于PLC的太阳能电池板自动跟踪系统的研究
基于PLC的太阳能电池板自动跟踪系统的研究本文研究的是一种新型的可编程逻辑控制器PLC的太阳光自动跟踪系统，不仅能自动根据太阳光方向来调整太阳能电池板的朝向，结构简单、成本低，而且在跟踪过程中能自动记忆和更正不同时间的坐标位置，不必人工干预，特别适合天气变化比较复杂和无人值守的情况，有效地提高了太阳能的利用率，有较好的推广应用价值和市场应用前景。
太阳能以其不竭性和环保优势已成为当今国内外最具发展前景的新能源之一。
光伏（PV）发电技术在国外已得到深入研究和推广,我国在技术上也已基本成熟，并已进入推广应用阶段[1]。
但太阳能存在着密度低、间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题，这对太阳能的收集和利用装置提出了更高的要求。
目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的，不能充分利用太阳能资源，发电效率低下[2]。
如果能始终保持太阳能电池板和光照的垂直，使其最大化地接收太阳能，则能充分利用丰富的太阳能资源。
根据据实验，在太阳能发电中，相同条件下，采用自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35 %左右[3]。
因此，设计开发能自动追踪太阳光照的控制系统，是非常有价值的研究课题。
1 自动跟踪系统的组成及工作原理太阳能电池板自动跟踪控制系统由PLC主控单元、传感器和信号处理单元、光伏模块、电磁机械运动控制模块和电源模块组成。
系统的组成框图如图1所示。
太阳能光伏发电设备自动跟踪系统的光敏探测头（传感器）是用来检测太阳光强的。
当有偏差发生时，偏差信号经过跟踪PLC主控单元（控制器）,采用模拟差压比较原理进行运算、比较和发出指令，使电动执行器动作，驱动机械部分转动推动整个装置旋转，调整偏差，保证太阳能电池方阵正对太阳光，达到自动跟踪太阳的目的。
太阳能电池方阵在阳光的照射下光伏发电，通过控制器向蓄电池充电。
系统配有自动保护线路，当风力达到8级时自动启动，切断跟踪太阳系统，使电池方阵快速收平，在风力降下来时延时10 min，解除防风系统，恢复跟踪过程。
基于LM PLC控制的太阳能自动跟踪系统
基于L M P L C控制的太阳能自动跟踪系统2011年08月24日 10:25 本站整理作者：网络用户评论（0）关键字：太阳能(237)PLC(516)LM(78)跟踪系统(9)摘要为了更好的利用太阳能，自动跟踪系统越来越多的应用于太阳能行业中。
基于可编程逻辑控制器(PLC)的太阳能电池板自动跟踪系统，包括硬件和软件两部分，其中硬件包括PLC输入输出端口、信号处理单元、驱动部分;软件包括PLC的控制和监控程序两部分。
太阳能电池板自动跟踪系统使光伏电池板能实时跟踪太阳关照，从而最大限度的获得太阳能，有效地提高太阳能的利用率和光伏发电系统的效率，降低了光伏并网发电成本，具有理论研究意义和应用推广价值。
1 引言据测试，在太阳能电池板阵列中，相同条件下采用自动跟踪系统发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%左右。
所谓太阳能跟踪系统是能让太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，能显着提高太阳能光伏组件的发电效率。
目前市场上所使用的跟踪系统按照驱动装置分为单轴太阳能自动跟踪系统和双轴太阳能自动跟踪系统。
从制手段上系统可分为传感器跟踪和视日运动轨迹跟踪(程序跟踪)。
传感器跟踪是利用光电传感器检测太阳光线是否偏离电池板法线，当太阳光线偏离电池板法线时，传感器发出偏差信号，经放大运算后控制执行机构，使跟踪装置从新对准太阳。
这种跟踪装置，灵敏度高，但是遇到长时间乌云遮日则会影响运行。
视日运动轨迹跟踪，是根据太阳的实际运行轨迹，按照预定的程序调整跟踪装置。
这种跟踪方式能够全天候实时跟踪，其精度不是很高，但是符合运行情况，应用较广泛。
从主控单元类型上可以分为PLC控制和单片机控制。
单片机控制程序在出厂时由专业人员编写开发，一般设备厂家不易再次进行开发和参数设定。
而学习使用PLC比较容易，通过PLC厂家技术人员的培训，设备使用厂家的技术人员可以很方便的学会简单的调试和编写，并且PLC能够提供多种通讯接口，通讯组网也比较方便简单。
基于PLC的太阳能跟踪控制系统的设计
0 引 言
太阳能作为一种清洁无污染的能源 ,发展前 景非常广阔 ,已经和风能成为各国竞相开发的绿 色能源 。但太阳能存在着密度低 、间歇性 、光照方 向和强度随时间不断变化的问题 ,如果能始终保 持太阳板和光照的垂直 ,使其最大化地接收太阳 能 ,则能充分利用丰富的太阳能资源 。因此 ,设计 开发能自动追踪太阳光照的电磁机械系统 ,是非 常有价值的研究课题 。
图 2 信号处理单元
1. 3 光伏模块和电磁机械运动原理 光伏模块拟采用新疆能源股份有限公司的光
伏产品 REW 385, 其 技 术 参 数 主 要 有 峰 值 功 率 Pmax = 85 W ,最佳工作电压 17. 5 V ,这些参数是在 标准的试验条件测试的 (太阳光强度 1 000 W / m3 ,太阳板温度 25℃,空气质量 1. 5) 。
- νω -
新能源及工艺
图 7 系统控制和监控界面
3 结 论
虽然 ,本设计的 PLC控制和监控系统比独立 式固定发电设备昂贵和复杂 ,尤其是边疆偏远牧 民夜晚的照明用电 ,显得更加不符合经济性 ,但如 果能成功地用于控制大量串并联连接的光伏模块
的发电系统 ,由于能有效地增加全年的功率输出 , 从而能从整体上降低成本 。
上停止 ,直到第二天日出 。采集的时间 (小时和 分钟 )存储在不同的矩阵 ,然后在 PC机的屏幕上 显示出来 。当 RAM 内存满时 ,将不再存储数据 , 直到复位操作将存储数据清除 。这部分程序采用 顺 序 功 能 图 表 ( Sequential Functioning Chart, SFC)进行编程 ,算法如图 6所示 。
图 3 系统整体框图
系统有自动和手动两种控制方式 , S1 、S2 为 控制按钮 ,用于手动操作 , PLC输出的 Q0 或 Q1 分 别连接到两个继电器线圈 ,以控制太阳板的正反 两个运动方向 。在自动运行模式下 , PLC 首先比 较来自信号处理单元的两个模拟输入的值 ,然后 决定输出 Q0 或者 Q1 。 1. 4 系统电源设计
基于PLC的光伏控制系统
基于P L C的光伏控制系统LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】编号河南机电高等专科学校毕业设计（论文）基于PLC的光伏控制系统系部: 自动控制系专业: 电气自动化技术班级: 自104班**: ***学号:****: **二零一三年四月二十五日摘要随着能源和环境问题的日益严重，太阳能等新能源的开发、利用越来越受到社会的关注，太阳能是一种理想的清洁绿色能源，但转换和利用率不高，造成了太阳能利用的局限性很大。
如何提高太阳能的转换和利用率、降低发电系统建造成本是研究太阳能发电系统的两大难题。
本系统基于西门子PLC等自动化产品设计一种结构简单、成本低廉且精度高的太阳能自动追踪系统，以提高太阳能的利用率。
本系统利用安装在太阳能电池组件的不同方位光敏传感器检测太阳与电池组件相对位置，检测结果传输给PLC，PLC通过变频器驱动三相低速同步电机动作，实现水平角控制。
系统首先通过雨水传感器检测天气情况，如是雨天则自动停止在原位不工作；非雨天情况下系统自动追踪太阳，以使太阳能电池组件的辐照最大化。
由于时间及作者目前的知识限制，跟踪系统只是进行粗略的角度跟踪，有较大误差，今后如有机会再进行改进。
关键词：PLC ；变频器；太阳能；追踪ABSTRACTAs the increasingly serious energy and environmental problems, solar and other new energy development and utilization of more and more get the attention of society, is a kind of ideal clean green energy, solar energy conversion and utilization is not high, cause the limitations of the solar energy utilization is very large. How to improve the solar energy conversion and utilization, reduce construction cost power generation system are two big problem in the study of solar power generation system. This system based on Siemens PLC and other automation products, design a simple structure, low cost and high precision automatic solar tracking system, in order to improve the utilization of solar energy.Using this system installed in different position of the solar energy battery components solar battery components and relative positions, photosensitive sensor detection results transmitted to PLC, PLC by the movements of the inverter drive three-phase synchronous motor at low speed, Angle control implementation level. System first by weather conditions, rain sensor, rainy days don't work automatically stop in situ; Is not the rainy day, system automatically identify further and cloudy weather, the cloudy system automatically track the sun, to maximize the solar cell component of irradiation. Manual mode, the user can be manually adjusted according to demand level Angle and elevation Angle of the solar cell component. System has a bad weather self protection function at the same time, such as strong wind weather, system will automatically keep the solar cell component level, to reduce the windward side.Due to time limit and the author's current knowledge, Angle tracking system is only for rough tracking, a greater error, if there is any chance to improve in the future.Key words: PLC; Frequency converter; Servo; Solar energy; trackin目录第1章绪论......................................................能源与环保..................................................能源紧缺................................................环境污染................................................系统研究背景................................................系统研究目的.............................................系统研究现状.............................................系统拟研究内容...........................................本章总结..................................................... 第2章跟踪系统的要求及方案......................................跟踪系统的要求...............................................跟踪系统的方案..............................................本章小结..................................................... 第3章跟踪系统的硬件组成.....................................跟踪系统机械组成.............................................机械传动机构工作原理....................................跟踪系统电气系统硬件........................................光伏模块................................................信号采集模块和处理模块...................................驱动模块...............................................控制器单元..............................................储存装置.....................................................计时模块.....................................................硬件之间的连接...............................................本章小结..................................................... 第4章跟踪系统的软件设计........................................PLC的编程 ..................................................模拟量编程..................................................本章小结..................................................... 第5章电气控制技术..............................................光伏跟踪系统最大功率跟踪概述.................................MPPT控制基本原理 ...........................................扰动观察法(Perturbation and Observation—P&0)...........MPPT技术的硬件电路支持 .................................电流采样电路.................................................电压采样电路................................................本章小结..................................................... 第6章总结及展望................................................总结........................................................6. 2展望 .................................................... 参考文献......................................................... 致谢.............................................................第1章绪论能源与环保随着时代的前进，人类社会和经济的发展速度日益增加，人类对能源的需求就越大，利用能源时可能对环境造成较大程度的破坏。
基于PLC的槽式抛物面太阳能集热器单轴跟踪系统设计
作者 简介 ： 鲁砚青（ １ ９ ８ ９ 一） ， 女， 天 津人 ， 北 方 民 族 大 学 电路 与 系 统 学 院 ， 硕 士研 究生 ， 研 究 方向 ： 计 算机 控 制 ； 虎 恩 典
（ １ ９ ５ ６ 一） ， 男， 宁夏 银 川 人 ， 北 方 民族 大 学 电路 与 系统 学 院教 授 ， 研 究生导师 ， 研究方向 ： 计 算机 技 术 。
研究 提供 了一些新 的思路 。
踪 。设计 的集 热器跟 踪 系统主要 是在 宁夏 的 ６ —９月 期 间使用 ， 集热 的 目的在 于为 太 阳能 吸 附制 冷／ 空 调 系统 提供 充足 的热 量 。在 夏 至 时南 北 水 平 的跟 踪 具 有极 高 的工作 效率 如表 １所示 。宁夏气候 干燥 少雨 ， 太 阳照射 时 间长 ， 照射 强 度 大 等 特点 采 用 方 法 简单 ，
南 北 水 平 式
１ ０ ０％
９ ５ ． ４
９ １ ． ８
９ ６ ． ５
东 西 水 平 式
７ ４ ． ９
７ ５ ． １
能传感器反馈
１ ２ ８
基于 Ｐ Ｌ Ｃ的 槽 式 抛 物 面太 阳 能 集 热 器 单 轴 跟 踪 系 统 设 计
时垂 直 于太 阳光 线 即正 午高 度 角为 ９ Ｏ度 。
表１ 几 种 跟 踪 方 式 太 阳 能 利 用 率
春 分
两 轴 跟 踪 式 ｉ ０ ０
夏 至
１ ０ ０
南北 地 辆 式
况 。
关键词 ： 太 阳 能 集热 器 ； Ｐ Ｌ Ｃ ； 单轴 ； 宁夏 ； 传 感 器
中 图分 类 号 ： ＴＫ ５ １ ５ 文 献标 志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ —１ ８ ０ ７ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ５ —０ １ ２ ８ —０ ５
基于PLC太阳能光热发电控制系统的设计(毕业设计)
基于PLC太阳能光热发电控制系统的设计（毕业设计）摘要本文介绍了基于PLC（可编程逻辑控制器）的太阳能光热发电控制系统的设计。
该系统旨在将太阳能转化为可用的电能，以满足家庭或工业使用的需求。
通过使用PLC，我们可以实现对太阳能发电系统的监测和控制，确保系统的稳定运行和高效能输出。
引言近年来，太阳能作为一种可再生能源受到了广泛关注。
太阳能发电系统通过利用太阳能将其转化为电能，为人们提供了一种清洁、可持续的能源选择。
然而，由于太阳能的天气依赖性，系统的控制和监测变得至关重要。
PLC作为一种灵活可编程的控制器，被广泛应用于各种自动化系统中。
本文旨在设计一个基于PLC的太阳能光热发电控制系统，以优化系统的性能和运行。
系统设计1. 太阳能光热发电原理首先，我们需要了解太阳能光热发电的基本原理。
太阳能光热发电使用光学反射镜或聚光镜将太阳光聚焦在一个集热器上，集热器中的液体受热后会产生蒸汽，该蒸汽则驱动涡轮发电机产生电能。
2. PLC的选择和配置选择适当的PLC控制器对于系统的稳定性和效率至关重要。
我们将根据系统需求选择合适的PLC型号，并进行必要的配置，如输入/输出模块、通信接口等。
3. 系统监测与控制通过PLC控制器，我们可以设计合适的算法和逻辑来监测和控制太阳能光热发电系统。
例如，通过传感器监测太阳能的辐射和温度，根据设定的阈值来调整反射镜或聚光镜的角度，以保证最佳的光照强度和温度。
4. 安全保护与故障检测为了保障系统的安全运行，我们需要设计安全保护机制和故障检测系统。
这包括电压监测、电流保护、过热保护等功能，以及故障诊断和报警装置。
5. 数据采集和远程监控为了实现对太阳能光热发电控制系统的远程监控和数据采集，我们可以使用PLC控制器的通信接口，将系统的状态信息传输到上位机或云平台上，实现远程数据分析和故障诊断。
结论通过基于PLC的太阳能光热发电控制系统的设计，我们可以实现对太阳能发电系统的监测、控制和故障诊断。
基于S71200PLC的太阳自动跟踪光伏发电系统设计
2019.02瀾试工具与解决方案基于S7-1200PLC的太阳自动跟踪光伏发电系统设计李龙(辽宁轨道交通职业学院，辽宁沈阳，110〇23)摘要：设计了一种太阳自动跟踪光伏发电装置，可以运行在传感器控制和时间控制模式下，在气象条件好时采用光控模 式，在多云天气采用时控模式,根据不同时刻确定双轴追日支架的倾角和东西旋转角度，保证光伏组件始终垂直太阳，达到最大发电功率。
主要进行了控制系统的硬件和软件的设计。
经过实验验证，双轴追日光伏发电系统的发电效率较传 统固定角度的发电系统的发电效率高30%左右。
关键词：光伏发电；太阳追踪；控制器设计Design of Sun-tracking photovoltaic power system based on S7-1200PLCLi Long(Guidao jiaotong Polytechnic Institute,Shenyang Liaoning,110023) Absrtact:A solar automatic tracking photovoltaic power generation device is designed,which can run under sensor control and time control mode,light control mode in good weather conditions,time control mode in cloudy weather.The inclination angle and east-west rotation angle of the two- axis sun-pursuing bracket are determined according to different times,so as to ensure that the photovoltaic module is always vertical to the sun and achieve maximum power generation.The hardware and software of the control system are designed.The experimental results show that the power generation efficiency of the two-axis sun-tracing photovoltaic system is about 30% higher than that of the traditional fixed-angle power generation system.K e y w o r d s:photovoltaic power generation;solar tracking;controller design〇引言随着石油能源等传统能源的枯竭[i]及环保的压力，新能 源的快速发展提上了日程，中国已经成为光伏应用和生产的 第一大国。
基于PLC的太阳能控制系统的设计
基于PLC的太阳能控制系统的设计发布时间：2021-01-12T11:30:35.117Z 来源：《基层建设》2020年第25期作者：王康王鹏举袁世豪成双成董斌[导读] 摘要：随着传统能源的没落与新能源的兴起，太阳能发电逐渐成为市场上的香饽饽，也成为了新能源的代名词。
中北大学 036000摘要：随着传统能源的没落与新能源的兴起，太阳能发电逐渐成为市场上的香饽饽，也成为了新能源的代名词。
我们在对太阳能发电的利用主要有两种形式：分别是利用光能与太阳散发的热能。
下文将以热能为研究对象，重点探讨碟式太阳能的工作机制与应用原理。
碟式太阳能跟踪控制系统在市场上占有很大的比重，该装置通过操控电机的转动方向与角度，对太阳的相对运动进行准确跟踪，也通过这样的检测运动，保证接收装置对太阳光的接受始终处于垂直方向，使得能量聚焦于固定焦点上，垂直的接受方式可以增大对太阳光的利用效率，维持太阳能热供电的需求。
利用PLC技术以及触屏方案对整个测控系统进行远距离的监视，数据信息的传递通过以太网进行共享。
关键词：太阳能发电系统，伺服装置，PLC1 引言1.1 研究背景随着科技革命的到来与进行，人类社会的生产力获得空前的发展，其中支撑这一发展的基础就是能源，这也是当前决定我国生产总值的最重要的因素。
目前，使用最广泛的能源仍然以不可再生能源为主，如煤炭、石油、天然气等，然而作为不可再生能源其储量是有限的，终有一天会消耗殆尽。
另一方面，空气中二氧化硫、二氧化氮的含量也会增加，二者是引起酸雨的主要物质，酸雨对水生物、陆生物以及人类的健康都会造成严重危害。
由此可见，开发和利用可再生且清洁的能源变得非常迫切。
可再生能源包括太阳能、风能等，其中太阳能的开采和利用相对简单可靠，它可以有效地解决能源危机和环境污染。
纵观全世界的科技发展，现阶段对于太阳能的高效率应用依然停留在理论阶段，在实际中仍然没有做到高效率吸收，这也是世界各国与科学家一直在研究的热点话题。
单轴跟随太阳能跟踪系统的设计与优化
单轴跟随太阳能跟踪系统的设计与优化随着能源危机和环保意识的日益增强，太阳能发电逐渐成为人们选择的一种绿色能源。
而太阳能跟踪系统则是太阳能发电的重要组成部分之一。
本文将介绍单轴跟随太阳能跟踪系统的设计与优化。
一、跟踪系统的基本原理太阳能跟踪系统是指一种可以追踪太阳位置，保证光伏板垂直于太阳辐射方向，最大限度地接受太阳辐射的系统。
根据跟踪方式的不同，太阳能跟踪系统可以分为：固定式、单轴跟踪式、双轴跟踪式等。
其中，单轴跟踪式是性价比较高的一种方案。
单轴跟随太阳能跟踪系统是通过控制一个轴，使光伏板始终朝向太阳进行跟踪。
这种跟踪系统基于地球绕太阳的运动，可以将光伏板始终维持在最佳接收光线角度，提高太阳能转化效率。
单轴跟踪系统一般只能单向调节轴的角度，即只能调整俯仰角，不能调整方位角。
因此，单轴跟踪系统适合用于大面积、朝向基本相同的光伏场。
二、系统设计1. 光敏元件设计单轴跟拍太阳能跟踪系统的关键在于精确地感知太阳位置，常用的光敏元件有两种类型：LDR（光敏电阻）和光电二极管（PD）。
在单轴跟踪系统中，我们可以选用单个光敏元件感知太阳位置。
2. 控制电路控制电路是单轴跟随太阳能跟踪系统的核心部分，其主要功能是实现光敏元件感知太阳位置后，通过电机带动太阳能板做出相应的调整。
控制电路包含两个部分：一部分是基于微处理器的控制器，另一部分是利用功率放大器进行系统驱动的电路。
3. 电机为了实现单轴跟随的控制，需要选择一种合适的电机。
常用的电机有直流电机和步进电机，选择何种电机一般需要考虑到系统的功率和精度等因素。
三、系统优化1. 太阳位置计算精度在单轴跟踪系统中，太阳位置计算的计算精度是影响系统效果的重要参数。
精度越高，光伏板始终面对太阳的时间越长，就越能够发挥最大的太阳能转化效果。
2. 光敏元件放置位置晴天时，由于太阳的直射光较为强烈，太阳能跟踪系统的效果最好。
但在阴雨天等天气差的情况下，系统就需要对光线进行适当的补偿调整。
PLC在CPV太阳能跟踪系统上应用_刘克大
状态进行处理。 ＦＣ２０１ “Ｍａｎｕａｌ ”，手动操作程序 ＦＣ，可控制 ＣＰＶ
板在两维方向上的运动。 ＦＢ１７５“ｇｐｓ＿ｒｃｖ”＋ＤＢ１７５，ＧＰＳ 接收库函数，由西
门子公司提供， 它接收 Ｇ Ｐ Ｓ 数据， 并将时间信息写入到 Ｐ Ｌ Ｃ 系统时间。
ＦＢ２“０ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｉｍｅ ａｎｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｔｔｉｎｇ”＋ＤＢ２０， 包含两部分内容，一部分是在关闭 ＧＰＳ 同步时间的情况 下，将 ＨＭＩ（项目中虽然未选型，但是在调试机上仍需要 ＷｉｎＣＣ Ｂａｉｃ Ｒｕｎｔｉｍｅ 支持，提供调试用数据接口。）输 入的时间写入到系统时间；另一部分是在示教参考点情 况下，将 ＳＰＡ 计算出的太阳当前 Ａｚｉｍｕｔｈ 和 Ｚｅｎｉｔｈ 作为 跟踪器 ＣＰＶ 板的当前位置（示教参考点计算初始值）。
目前， 学术界有许多论文著作论述关于太阳光照射 应用中的太阳轨迹算法。这些论文中计算太阳俯仰角 和水平角精度在± ０ ． ０ １ °以上。此外， 某些算法仅在 １５～１００ 年的时间范围内有效。西门子提供的面向 Ｓ７－ １２００ 的 ＳＡＰ 函数库基于 ＮＲＥＬ 的 ６４ 位天文算法，其有 效时间范围为 －２０００～６０００年，精度可达±０．０００３°。实 际应用中考虑到系统中配套的电机、减速机、传感器等 器件，可使 ＣＰＶ 太阳能跟踪系统的跟踪精度达到± ０．０５ °以内。项目中直接在 ＳＴＥＰ７ Ｂａｓｉｃ Ｖ１０．５ 中调用 ＳＰＡ 函数库， 编程相当方便。
本控制系统中所用西门子 Ｐ Ｌ Ｃ 硬件配置如下：
ＣＰＵ １２１４Ｃ 为太阳能跟踪控制系统的核心，承担了 整个系统中几乎所有的检测、运算、控制任务。它集成 的 １４＊ＤＩ２４Ｖ ＤＣ、１０＊ＤＯ ２４Ｖ ＤＣ 和 ２＊ＡＩ０－１０Ｖ ＤＣ， 分别用于传感检测信号输入和控制执行机构（ 永磁同步 减速电机）动作；强大的 ６４ 位浮点运算能力可非常精确 地计算经度、纬度、方位角、俯仰角等值。
基于PLC的太阳能追光系统的设计
感光 部 分 把光 敏 电阻分 布在 不 同 象 限 ， 过 挡 光 板将 象 限 隔 通 离 ， 光 敏 电阻 所传 回数 据 的 大小 来 判 定 感 光 状 态 ， 过 调整 挡 限 通
光板 的光 误差 降 低 到 ５ ％以 内 。 当太 阳光 移 动 时 ， 板 会把 光 敏 电 挡 阻 中 的一住 。 样 ， 这 通过 对 光 敏 电阻 电平 的采 样 ， 电压 值 进行 比 对
．
ｅ ｅｒ ｎ ｇｙ—ｒ ｅｉｅ ｅｃ ｖ ｄ ｅｆ ｅｎ ｙ． ｆｉ ｃｉ ｃ Ｍｅａ ｗｈｉ ， ｐｌ ｎ ｌ ｉ ｅｍｅｎ ｒ ｌ ｉ ｅ ｕ ｒ ｉｏｒ ｃ ｔｏｌｂ ｕ ｎ ＫｉｇＶｉｗ ６５２Ｔｈ ｒ ｎ ｎ ｓｔ ａ ｉ ｅｍ ｔ ｅａ－ｔ ｓ ｐｅ ｖｓ ｙ ｏｎ ｒ ｙ ｓｉｇ ｍ ｎ ｅ ｅ ｕ ｎｉｇ ｉ ｔ ｕ ｏｎ
根 据 追 光 系 统 得 技 术 特 点 和 输 入 输 出 电 的 基 本 要求 ，在 此
系统 中光 敏 传 感 器 输 出 量 、 力 传 感 器 输 出量 、 动 控 制 变量 类 风 手
型 都 是 数 字 开 关 量 ， Ｌ 输 出 的信 号 控 制 电机 、 拟 光 源 也都 是 ＰＣ 模
的变 化 ，Ｌ Ｐ Ｃ采 集 其 输 出 的数 字信 号 ， 直 流减 速 电 机运 动 ， 控制 使
天 津 市 教 委 科 研 课 题 《 于 高职 新 能 源 应 用 专 业 风 光 互 补 实训 系统 的研 究 与 － ￣ （ ０ １ ８ ３ ； 津轻 工 职 业技 术 学 院 ２ ｌ 基 ｉ ｆ － ２ １０ ２ ）天 Ｏ１
ｔｍ ｅ ｏｎ ｒ ｍｅ ｈ ｔ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｉ ｃ ｔｏｌ ｔ ｏｄ ｏ ｄｅ ｔｙ ｈ ｐｏ ｉｏ ｏ ｔ ｅ ｕｎ ｆ ｓｔ ｎ ｆ ｈ ｓ ｃｏ ｒ ｔ ｔａｃ ｓ ｈ ｓ ｗｈｅ ｉ ｉ ｒｅｃ ｌ Ｉ ｒ ｋ ｔ ｅ ｕｎ ｙｔ ｎ ｔ ｏ ｉｇ，Ｏ ｍ ｖｎ Ｓ ａｓ ｏ ａｉ ｔ ｅ ｔ ｇ ｎ ｈ ｍｏｓ ｔ
太阳能单轴跟踪系统的PLC设计
太阳能单轴跟踪系统的PLC设计一、引言跟踪式太阳能接收器或光伏模块系统能增加对太阳能的接收, 提高其日用功率和年输出功率。
据研究, 单轴太阳能跟踪系统比固定式系统的功率输出可增加2 5%; 双轴太阳能跟踪系统比固定式系统的功率输出可增加41%, 跟踪式太阳能系统比固定式系统复杂, 价格昂贵。
单轴太阳能跟踪系统只能自东向西跟踪太阳, 双轴太阳能跟踪系统能在自东向西跟踪太阳的同时, 也能跟踪太阳的高度变化。
有人提出基于单片机和实时时钟芯片的太阳能双轴机械跟踪系统的设计,能有效地提高太阳能利用率。
本文的设计是基于可编程逻辑控制器PLC 的单轴机械跟踪定位系统, 并借助VisuaBasic 6.0 开发的应用程序完成控制操作、数据采集等功能。
二、系统硬件设计（1）可编程逻辑控制器PLC可编程逻辑控制器PLC( Programmable LogicController)是太阳能跟踪系统的核心部件, 系统采用结构紧凑、配置灵活和指令集强大的SIEMENS公司S7- 200系列的PLC; 用户程序包括位逻辑、计数器、定时器等复杂的数学运算以及与其他智能模块进行通讯等指令内容, 从而使S7- 200 能够监视输入状态, 改变输出状态, 以达到控制的目的。
另外, 选用S7- 200 不仅能用于独立的太阳能设备跟踪系统控制, 特别是对于串、并联的大型光伏太阳能阵列的跟踪系统控制,能发挥PLC现场总线的控制优势进行集中控制。
S7 - 200 CPU 226 的数字输入/输出口为24/16; 可扩展7 个模块, 248 路数字I/O, 35 路模拟I/O; 有PID 控制器; 有2 个RS- 485 通信/编程模块和16 k 用户程序可在线编程。
（2）传感器和信号处理单元设计采用的是光敏电阻光强比较法。
利用在光照时光敏电阻阻值发生变化的原理,将2 个完全相同的光敏电阻分别置于一块电池板东西边沿处的下方。
如果太阳光垂直照射太阳能电池板时, 2 个光敏电阻接收到的光照强度相同, 它们的阻值完全相等, 此时电动机不转动; 当太阳光方向与电池板垂直方向有夹角时, 接收光强多的光敏电阻阻值减小, 驱动电动机转动, 直至 2 个光敏电阻上的光照强度相同。
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基于PLC的太阳能单轴跟踪控制系统
作者：李子剑苗春艳
来源：《数字技术与应用》2013年第10期
摘要：为实现太阳能电池板对太阳光能的最高转换率，改变传统太阳能电池板固定安装对太阳光能利用低下的弊端。
本文以光敏电阻构成跟踪器，并利用西门子的S7200系列PLC和MM440设计太阳能单轴自动跟踪系统。
该太阳能单轴自动跟踪系统可实现在有太阳光照射的情况下，在任意时刻让太阳光直射太阳能电池板，同时解决了风力过大时太阳能电池板的防风问题。
关键词：太阳能单轴跟踪控制系统 PLC
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）10-0009-01
1 概述
目前，光伏电池光电转换效率仍然不高而且价格昂贵，同时大型的太阳能发电站中光伏电池板基本都是固定的，没有充分利用太阳能资源，发电效率低下。
相同条件下，采用固定发电方式要比自动跟踪发电方式的发电量要低35%以上，因此非常有必要对太阳光进行自动跟踪。
光伏发电自动跟踪装置是一种可以提高太阳能利用率，降低光伏发电成本的有效途径。
研究精确的太阳跟踪装置，可使光伏电池板接收到更多的太阳辐射能量，增加发电量，提高人类对太阳能源的利用率。
[1]
目前光跟踪技术主要是两种方法，即：视日运行轨道跟踪方法[2]、光电自动跟踪方法。
光电跟踪方式又可以分为单轴跟踪和双轴跟踪，本文以选择单轴跟踪方式，整个系统的PLC 硬件选择SIEMENS公司的S7-200系列CPU226（24输入/16输出），其中主机为CPU226，模拟量扩展模块EM231（4输入），EM251（4输入/1输出）。
2 工作原理
单轴自动跟踪系统主要由PLC、传感器、电机等组成。
它的基本原理是：当太阳光照射到传感器上时，由惠斯顿电桥及转换电路把光敏电阻值转变为电流值（4～20mA），转化后光照越强相应的电流值越小，光照越弱相应的电流值越大，此电流值经s7-200的模拟量输入模块保存到s7-200中，由s7-200与规定值比较后控制电机转动，使聚光器随着太阳移动而移动，从而达到跟踪的目的。
2.1 机械部分
（1）其追踪太阳实时方位的方式为：电机转动使太阳能电池板对准太阳方向。
（2）追踪器实现东西方向180°旋转。
该运动范围可以满足在地球任意经度纬度的地区安装，可实现追踪太阳的目的。
（3）追踪运动实现可以选用交流电机驱动，并安装减速机。
（4）由于该太阳能发电系统长期工作在室外，需保证适应各类环境因素，如雷击，温度、湿度、抗风能力和烟雾等。
2.2 控制部份
（1）追踪器控制系统和太阳传感系统为该监控系统的核心，完成太阳当前位置的检测以及太阳能电池板朝向的控制，以保证太阳能电池板受到太阳垂直辐射。
（2）传感器选用的型号是GL5516，它的暗电阻为100K，亮电阻为5-l0K。
（3）当太阳光强很微弱，系统不做调节；当光强达到一定程度，并且风速低于规定数值的时候控制系统将通过调用水平调节子程序，追踪得到太阳的准确方位，使太阳能电池板与太阳光保持垂直。
（4）当风速超过一定数值的时候，此时系统调用避风调节子程序。
将太阳能电池板调节至顺风的方向。
风速和风向信号取自风力发电系统。
2.3 跟踪器的设计
本文以光敏二极管CDS设计跟踪器，光敏二极管CDS是一种电阻值随光照强度变化而变化的感光电阻，本系统采用3个光敏电阻，其中1个光敏电阻用来检测白天黑夜；2个光敏电阻作为传感器来检测天空光线东西方向的变化，并跟踪太阳的位置。
CDS1用于判断是白天还是黑夜，另外两个光敏电阻CDS2和CDS3用于检测太阳能电池板与太阳位置东西方向的偏差。
当聚光器正对太阳时，CDS2，CDS3两个光敏电阻全部被光照射；此时两个光敏电阻对应的输出的电流信号的值小于某个规定的数值时，调节电机不运行；当聚光器偏离太阳一定角度时，CDS2或CDS3之一就会被位于两个光敏电阻之间的挡板遮盖。
因为当太阳光被遮挡时，光敏电阻的阻值变大，对应的电流信号亦增大，此时此电流输出信号大于规定值。
将此模拟量送给PLC，并经与规定值比较处理后发出控制指令使电机旋转，CDS4和CDS5用来判断系统调整到位，如调整到位，则电机停转，以保证系统转过一定的角度，避免系统频繁调节。
3 系统控制流程
根据整个系统的设计，对系统提出以下明确要求：（1）白天当光线强度达到要求时，CDS1对应的电流值小于规定值，此时系统可确认为白天。
太阳能电池板开始自动追踪太阳光。
当太阳光不够强或夜晚时，CDS1对应的电流值大于规定值，整个系统停止跟踪。
（2）追踪过程中由CDS2和CDS3的状态变化确定水平向调节的开始，CDS4和CDS5的状态变化确定水平向调整的结束，最终达到单轴自动追踪太阳光的目的。
（3）考虑到太阳能电池板支
架的稳定性问题，当风速超过规定值时必须考虑太阳能电池板的防风问题。
此时，整个系统应停止对太阳光的跟踪并使太阳能电池板根据风向信号，自动跟踪风向，使太阳能电池板与风向平行以达到防风的效果。
（4）在系统的东侧和西侧分别装有接近开关SQP1和SQP2。
系统调试好后，这两个接近开关应不会合上，如果合上的话则发报警并停机。
4 结语
本文采用西门子的S7200和MM440变频器构成太阳能光伏发电的单轴自动跟踪系统，实现太阳能电池板对太阳光能的最高转换率，改变传统太阳能电池板固定安装对太阳光能利用低下的弊端。
该太阳能双轴自动跟踪系统可实现在有太阳光照的情况下，在任意时刻让太阳光直射太阳能电池板，并解决了风大时，太阳能电池板的防风问题。
参考文献
[1]薛建国.基于单片机的太阳能电池自动跟踪系统的设计[J].长春师范学院学报，2005.（8）：26-30.
[2]王志辉.太阳自动跟踪装置计算机控制系统[J].机械制造，2008，（11）：20-22.。