基于PLC的太阳能电池板自动跟踪系统的研究（2）

1.3 光伏模块
　　光伏模块采用三菱光伏智能功率模块PV-IPM（PM50B4LA060）,其技术参数主要有峰值功率P_max=85 W，最佳工作电压17.5 V。这些参数是在标准的试验条件下测试的(太阳光强度1 000 W/m3，太阳板温度25 ℃，空气质量1.5）。
1.4 电磁机械运动控制模块
　　抗大风自动放帆功能是为了保护跟踪发电装置，在风力达到一定强度时防风系统启动，自动调整受风面，避免设备被风吹坏。经实验研究，防风传感器采用德国进口产品，防风系统采用优先工作方式，一旦启动将切断跟踪太阳能系统，自动放帆。
　　机械传动机构是跟踪控制的执行机构，它不但在室外工作，还承受装置的重量、风力，直接影响整机的精度。经研究，水平传动采用电机、谐波减速机和两级蜗轮蜗杆减速机，仰角传动采用电机、谐波减速机和滚珠丝杠，以保证机械精度和传动效率。
1.5 系统电源模块
　　电源电路采用开关电源设计，具有高效率、低损耗的特点。采用开关控制芯片L4960，它能提供5.1 V~40 V的输出电压和2.5 A的输出电流。电源电路如图5所示，通过调整2个电阻R3和R4，以产生12 V~24 V直流电压，DC 24 V用于PLC电源，DC 44 V直接取自整流桥侧供给直流电机。如果用于光伏逆变系统的跟踪系统，~220 V可以直接取自光伏逆变电源。

2 光伏系统软件设计
　　并网光伏发电系统控制软件采用模块化设计，包括PLC控制和监控程序、PC监控和数据处理程序2个主要部分。
2.1 PLC控制和监控程序
　　PLC控制语句是整个太阳能电池板跟踪系统的重要组成部分，软件编程采用欧姆龙公司的CX-Programmer 7.1，CX-P梯形图编程支持软件为使用者提供了从操作界面到程序注释的全中文操作环境，支持Windows的拖拉及粘贴操作，以及完备的检索功能和常用标准位简易输入功能。通过计算机的RS-232C口与PLC的RS-232C口连接，对PLC进行数据实时监控、修改和在线编辑等,可方便地把程序传递到PLC中或从PLC中读出数据。PLC主要完成如下工作：
　　(1)控制跟踪系统的运动，其控制逻辑如图6所示。

　　(2)将PLC输入与输出状态复制到内存的特定位置（称为标记区域），PC监控程序能随时直接从内存区域读取输入和输出状态。
　　(3)采样数据存储。这是一个在线采集存储过程，通过RAM数据存储内部的特殊矩阵，每1小时读取光敏电阻的值。数据采集白天进行，晚上停止，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SFC(Sequential Functioning Chart)进行编程，算法如图7所示。

2.2  PC监控和数据处理程序
　　采用面向对象的高级编程语言Visual Basic 6. 0实现以下功能：
　　(1)自动检测PC机RS232串口和PLC端口的连接状态。
　　(2)系统监控。决定光伏模块的实际位置和运动方向，显示光敏电阻的读数以及内存溢出标记。
　　(3)模块的强制性前向和反向运动。通过程序界面，发出指令控制PLC操作。如果出现系统位置异常，可强迫太阳板按照操作要求恢复初始位置。

　　(4)显示系统设置。显示存储在PLC内存中的太阳跟踪系统的设置，如前向和反向运动极限、光线暗度极限、前向和反向停止极限以及对这些参数设置可直接进行修改。
　　本研究基于欧姆龙PLC，采用光敏电阻比较法，构建了自动跟踪系统模型，使太阳能电池板自动保持与太阳光垂直。太阳能电池板自动跟踪太阳光并网发电系统的研究，有效地提高了太阳能的利用率和光伏发电系统的效率，增加了全年的发电功率输出，从整体上降低了光伏并网发电的成本，符合构建环保型和节能型社会发展的要求，具有很高的经济效益，并能产生良好的社会影响，具有理论研究意义和应用推广前景。基于PLC的太阳能电池板跟踪系统可用于独立的太阳能光伏发电，也能应用于串/并联的并网光伏发电系统的现场总线控制，具有良好的应用前景。