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基于PLC的光伏控制系统
3.1.1 机械传动机构工作原理
本系统单轴追踪主要有圆盘的转动实现追踪装置的水平转动。
圆盘的转动,用三相同步电机经过减速器，带动圆盘转动。圆盘转动的范围在水平位置内180度转动，在最西边和最东边有限位开关，当触碰到最西限位角，装置立即回到初始位置，就是最东边垂直位置，当触碰到最东限位角装置就停止运动。当第二天太阳再次升起的时候装置重新启动，追踪太阳。
3.2 跟踪系统电气系统硬件
3.2.1 光伏模块
太阳能电池板选用中国太阳能电池板选用中国光伏集团东营光伏太阳能有限公司生产的CNPV-180M型号的光伏组件，有72块单晶硅太阳能电池片组成，其技术参数主要峰值功率Pm：180W，最佳工作电压33V．这些参数是在标准的试验条件下测试的（太阳光强度1000W/m2，太阳板温度25°，空气质量1.5）。 3.2.2信号采集模块和处理模块
光敏电阻传感器是光伏发电跟踪系统的光信号采集装置，它的使用原理是光照强度不同，两块电池板所产生功率不同．太阳光线与圆弧传感器的垂直方向有夹角时，光照多的那个电池板功率大，从而产生变化的电流信号，电流信号传递给PLC模拟模块进行处理。 3.2.3 驱动模块
驱动模块主要就是变频器控制电机实现系统的跟踪。下面介绍一下所选用的型号及功能。
一：变频器。变频器方面，我选用了与200PLC比较匹配的西门子MM440，这样做就是为了变频器与PLC的连接及通讯更加方便。MM440的主电路由电源端输入单相或三相恒压恒频的标准正弦交流电压,经整流电路将其转换成恒定的直流电压,供给逆变电路。在微控制器的控制下,逆变电路将恒定的直流电压逆变成电压和频率均可调节的三相交流电供给电动机负载。因为其直流环节是使用电容进行滤波的,所以MM440属于电压型的交一直一交变频器。
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河南机电高等专科学校毕业论文
工频电源整流电路控制电路中间直流电路逆变电路变频输出检测电路和驱动接口电路保护和驱动电路主控制电路操作和显示电路外部控制信号接口图3-3
通用变频器基本结构框图
如图3-3所示为MM440变频器的内部功能方框图.其控制电路贞CPU、模拟输入/输出、数字输入/输出、操作面板等部分组成。该变频器共有20个控制端子，分为4类：输入信号端子、频率模拟设定输入端子、监视信号输出端子和通信端子。
二：电动机。东西水平方向上，机械系统的基本要求是能够随太阳东升西落的过程转动180度，此过程历经大约10小时，这一过程就必须要求电机能够低速运行，同步电机的转速n=60f/p(f:电源频率p:磁极对数)，磁极对数一般不能变动，本文选用小型90TYD-L三相低速同步电机。 3.2.4 控制器单元
控制单元是整个系统的重要部分，一般选用单片机和PLC（工控机）。这个系统我选用了PLC。具体型号根据系统要求及功能实现加上价格因素等，选用了西门子S7-200系列。
S7-200系列PLC是SIEMENS公司推出的一种整体式小型可编程控制器。S7-200系列PLC包含了一个单独的S7-200CPU和各种可选则的扩展模块，可以十分方便的组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点到几百点。S7-200PLC可以方便地组成PLC－PLC网络和微机－PLC网络，从而完成规模更大的工程。因此本人选用的是德国SIEMENS公司的S7-200型号的可编程序控制器产品。
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基于PLC的光伏控制系统
S7-200的STEP7-Micro/WIN32编程软件可以方便地在Windows环境下对PLC编程、调试、监控、使得PLC的编程更加方便、快捷。即S7-200可以完美地满足各种小规模控制系统的要求。
编程器上位计算机图形监控系统打印机EPROM写入器盒式磁带机条码判读机外部设备接口存储器系统程序用户程序数据I/O扩展接口I/O扩展单元限位开关手动开关编码器输入接口 中央处理单元 (CPU)输出接口电磁阀继电器指示灯蜂鸣器数字开关电源电源
图3-4
PLC结构图
PLC的硬件组成：
PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等几部分组成。如图3-4所示。
在太阳跟踪系统中，我们用到了一个模拟量某块用以采集转轴角度位置。我们选用了4输入的EM231模块，用于采集角度数据。其分辨率为12位，能满足精度要求。后面将详细讲解模拟量模块在采集中的编程。
3.3储存装置
在光伏独立发电系统中，储能装置是必不可少的。因为太阳能电池的输出特性随电池的温度和日照强度的变化而变化，当外部环境发生变化时就有可能导致太阳能电池不能输出足够的功率，为了能满足负载功率的要求，就必须要有储能
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装置。当没有充足的光照时，太阳能电池不能输出足够的能量，这就需要储能装置给负载提供电能；在阳光充足时太阳能电池发出的电能对于负载又有可能是富裕的，这时候就需要把多余的电能储存起来。
现在可选的储能方法有很多，如电容器储能、飞轮储能、超导储能等等，但基于方便，可靠，价格等综合因素考虑，多数光伏发电系统都采用蓄电池作为储能元件。在本设计中，选用了型号为INT6FM12的密封式铅酸蓄电池作为储能设备。
3.4计时模块
本系统设计要求能够对时间进行记录，并且PLC能读取到程序设定的即时时刻，因此要选用一款计时芯片为系统提供时间的提取和记录。在本跟踪系统中，选用的是8563计时芯片。
8563是Philips公司推出的内含I2C总线接口功能并具有极低功耗得多功能日历时钟芯片。8563得多种报警功能、定时器功能、时钟输出功能及中断输出功能，能满足各种复杂的定时服务需求，甚至可提供“看门狗”功能。内部始终电路、内部振荡电路、内部低电压检测电路（1.0V）及两线制I2C总线通信方式，不但使外围电路极其简洁，而且也增加了芯片的可靠性。每次读写数据后，8563内嵌的字地址寄存器会自动产生增量，为芯片的读写操作提供方便。因而，8563是一款性价比极高的时钟日历芯片。
8563的内部组成包括：一个可自动产生增量的地址寄存器，一个内置的32.768kHz的振荡器（带有一个内部集成的电容），一个分频器（用于给实时时钟RTC提供源时钟），一个可编程时钟输出，一个定时器，一个报警器，一个掉电检测器和一个400kHz的I2C总线接口。
8563有16个寄存器。16个寄存器被设计成可寻址得8位并行寄存器：两个控制、状态寄存器得地址是00H和01H；秒-年寄存器的地址事02H-08H；报警寄存器的地址是09H-0CH，用于定义报警条件；地址是0DH的寄存器用于控制CLKOUT引脚的输出频率；定时器控制寄存器的地址是0EH；定时寄存器的地址是0FH。秒、分钟、小时、日、月、年、分钟报警、小时报警、日报警寄存器的编码格式为BCD，星期和星期报警寄存器不以BCD格式编码。
表3-1 控制/状态寄存器1各位的定义和功能
Bit 7 5 定义 TEST1 STOP 功能 TEST1=0，普通模式；TEST1=1，EXT_CLK测试模式 STOP=0，芯片时钟运行；STOP=1，所有芯片分频器异步
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