基于PLC的太阳能电池板自动跟踪系统的研究

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。控制灵敏度的高低直接影响跟踪精度。光敏电阻光强比较法的优点在于控制精确，电路设计比较容易实现。经过实验研究，选用质量轻、美观、耐腐蚀的铝合金材料，光电接收管经过严格的计算、定位，以保证其检测灵敏度。
　　图3所示是太阳光电定位装置中光电检测电路的俯视图，共由9个光电三极管组成。正中央1个，旁边8个围成一圈。将此检测板用一不透光的下方开口的圆柱体盖住，圆柱体的直径略大于检测板的外圆。圆柱体的上方中央开1个与检测用的光电二极管直径相同的洞，以便光线通过。将整个光电检测装置安装在太阳能光电池板上，光电二极管的检测面与电池板平行。在圆柱体的外面不受圆柱体遮挡的地方（确保会受到光线的照射）也安装1个光电二极管，其朝向与圆柱体内的光电二极管朝向相同，用于检测环境亮度，并与圆柱体内的每个光电二级管及运放(可用LM324集成电路中的1个)构成一个比较电路。这样当圆柱体内的光电二极管没有受光线照射时，运放将输出低电平，此电平可接到输入端进行检测。圆柱体内的每个光电二级管各用1个PLC的输入端，共9个。这样就可以检测太阳光线的朝向，决定哪个电机转动，向哪个方向转动。另外，为了增大光电二极管的检测范围，视实际情况需要，也可再增加1圈紧密排列的光电二极管，外圈的光电二极管与内圈的相应位置的光电二极管并联。

图4所示为信号处理单元电路，当太阳辐射强度增加时，光电电阻阻值减小，1 kΩ可变电阻的压降增加，从而产生与太阳光辐射强度有直接关系的电压信号。2个传感器的输出信号与PLC模拟输入端口连接，并对这2个模拟信号进行比较运算，从而输出正确的信号，以驱动太阳能电池板跟踪系统的电磁机构。

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