西门子6ES7307-1BA01-0AA0接线方式

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

　　开发新能源和可再生资源是全世界面临的共同课题，在新能源中，太阳能发电已成为全球发展快的技术。太阳能作为一种清洁无污染的能源，开发前景十分广阔。然而由于太阳存在着间隙性，光照强度随着时间不断变化等问题，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都是固定的，不能充分利用太阳能资源，发电效率低下。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，能显著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。所谓单轴是指仅可以水平方向跟踪太阳，在高度上根据地理和季节的变化人为的进行调节固定，这样不仅增加了工作量，而且跟踪精度也不够高。双轴跟踪可以在水平方位和高度两个方向跟踪太阳轨迹，显然双轴跟踪优于单轴跟踪。

　　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。

　　2 系统硬件设计

　　本系统是以PLC主控单元的视日运动轨迹控制(程序控制)双轴自动跟踪系统，视日运动轨迹跟踪就是利用PLC控制单元相应的公式和算法，计算出太阳的实时位置：太阳方位角和太阳高度角，然后发出指令给执行机构，从而驱动太阳能跟踪装，以达到对太阳实时跟踪的目的。

　　太阳在天空中的位置可以由太阳高度角和太阳方位角来确定。太阳高度角又称太阳高度、太阳俯仰角，是指太阳光线与地表水平面得之间的夹角。太阳方位角即太阳所在的方位，是指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，可以近似看作是树立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方向的夹角。太阳方位角和高度角的实时数值可以通过地理经纬度、时区参数利用公式计算出来。

　　主控单元是太阳能跟踪系统的核心部件，系统选用结构紧凑。配置灵活、指令丰富的和利时LM PLC。选用的配置包括LM 3108CPU模块和LM 3310扩展模块。LM3108集成为数字量24DI和16DO，能满足要求，通讯集成有RS232和RS485两个通讯接口，RS232用于与上位文本显示器通讯，RS485可用于组网使用。LM 3310为四通AI模块，可用于采集风速等保护数据。配合和利时HD2400L文本显示器使用，能够监视运行状态、改变参数设置，以达到控制目的。

　　本文所设计跟踪调整装置其结构如下图所示：它主要由底座、立轴、横轴、两台旋转电机、传动齿轮等组成。其中旋转电机1驱动横轴，支撑太阳能电池板绕横轴运动，跟踪高度角运行。旋转电机2驱动水平轴，以跟踪方位角变化。

　　在的整个过程中，跟踪器能够获得优的高度角和方位角，电池板能够接收到大太阳日辐射量。系统用一套公式由PLC计算出实际时刻太阳所在的高度角和方位角，根据实时太阳高度角和方位角与跟踪装置实际的高度角和方位角的差值，以及驱动装置的运转速度，计算出执行机构的跟踪运行时间。后通过程序执行驱动电机达到要求的位置，实现对高度角和方位角的跟踪。

　　3 系统软件设计

　　跟踪模式的判断过程完全由软件实现，灵活度高，可以针对不同地区和不同的气候进行调整，从而提高光伏电站的发电效率。还可以根据需要增加光强传感器、风力传感器等多传感装置，提高安全性和更高的控制要。

　　通过程序控制，可以自动判断是否满足运行条件从而达到自动启动运行装置、自动停止、返回初始状态等控制。增加风力传感器用于对系统的保护作用，当风力大于一定数值时，系统停止工作，复位到原点，风速满足工作条件时，系统自动开始工作。太阳能电池板有两个自由度，控制机构对高度角和方位角两个方向进行调整。当电池板转到尽头时，由于跟踪装置装了限位传感器，到限位触点时自动切断输出，电机停止工作。

　　4 结论

　　本文介绍了基于和利时LM PLC控制的双轴太阳能自动跟踪系统，系统采用视日运动轨迹跟踪方法设计，实现自动检测运行条件，达到实时跟踪太阳的效果。以和利时PLC作为主控单元，由PLC程序通过算法计算出太阳实时位置与系统位置的角度差，再由旋转电机的运行速度计算出运行时间。通过PLC程序的逻辑控制关系，驱动电机转动，达到自动跟踪太阳位置的功能。因此使得该自动跟踪系统的准确性高、可靠性强，即使在天气变化比较复杂的情况下系统也能正常工作，提高太阳能的利用效率。因为PLC具有很强的可编程性，客户可以根据自己的要求来修改编写控制程序，达到佳的控制效果。对于串、并联的大型光伏太阳能阵列系统的控制，可以通过LM PLC的通讯，组成通讯网络进行集中控制。由此可见基于和利时LM PLC开发的太阳能自动跟踪系统具有精度高、能实时跟踪太阳变化、通讯组网方便等特点，能够满足客户的需求。

可编程序控制器PLC的。 　　4.数据处理现代的PLC都具有数算、数据传送、转换、排序和查表等功能，可进行数据的采集、分析和处理，同时可通过通信接口将这些数据传送给其它智能装置，如计算机数值控制（CNC）设备，进行处理。对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。 　　1．按结构形式分类根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。（1）整体式PLC整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。 　　整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。 　　基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。（2）模块式PLC模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。 　　模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。 　　叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但可以灵活配置，还可做得体积小巧。2．按功能分类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、三类。 　　（1）低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制。（2）中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。 　　有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制。（3）PLC除具有中档机的功能外，还了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。 　　PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模控制或构成分布式网络控制，实现工厂自动化。3．按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。(1).小型PLC——I/O点数<256点；单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下。 　　如：GE-I型美国通用电气（GE）公司TI100美国德洲仪器公司F、F1、F2三菱电气公司C200立石公司（欧姆龙）S7-200德国西门子公司EX20EX40东芝公司SR-20/21中外合资无锡华光电子工业有限公司(2).中型PLC——I/O点数256～2048点；双CPU，用户存储。 　　总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。目前，上有200多个厂家生产PLC，较有名的：美国：AB通用电气、*康公司；：三菱、富士、欧姆龙、电工等；德国：西门子公司；法国：TE施耐德公司；：三星、LG公司等。 　　二、技术发展动向1.产品规模向大、小两个方向发展大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。小：由整体结构向小型模块化结构发展，了配置的灵活性，了成本。 　　2.PLC在闭环控制中应用日益广泛3.不断加强通讯功能4.新器件和模块不断推出的PLC除了主要采用CPU以处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。 　　5.编程工具丰富多样，功能不断，编程语言趋向化有各种简单或复杂的编程器及编程，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有的PLC指令。6.发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作。 　　三、国内发展及应用概况我国的PLC产品的研制和生产经历了三个阶段：顺序控制器（1973～1979）——一位处理器为主的工业控制器（1979～1985）——8位微处理器为主的可编程序控制器（1985以后）。 　　7.追求软硬件的化。在对外开放政策的推动下，国外PLC产品大量进入我国市场，一部分随成套设备进口。如宝钢一、二期工程就引进了500多套，还有咸阳显象管厂、秦皇岛煤码头、汽车厂等。现在，PLC在国内的各行各业也有了极大的应用，技术含量也越来越高。 　　

可编程序控制器PLC的应用范围目前，在国内外PLC已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化等各行各业，随着PLC性能价格比的不断，其应用领域不断扩大。 　　从应用类型看，PLC的应用大致可归纳为以下几个方面：1.开关量逻辑控制利用PLC基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代的继电器控制，用于单机控制、多机制、生产自动线控制等，例如：机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。 　　这是PLC基本的应用，也是PLC广泛的应用领域。2.运动控制大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。这一功能广泛用于各种机械设备，如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。 　　3.控制大、中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能，有的小型PLC也具有模拟量输入输出。所以PLC可实现模拟量控制，而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于控制。这一功能已广泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒以及闭环位置控制和速度控制等方面。 　　5.通信联网PLC的通信包括PLC与PLC、PLC与计算机、PLC与其它智能设备之间的通信，PLC与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中、分散控制”的多级分布式控制，工厂自动化（FA）发展的需要

F      在PROFIBUS总线上添加ET-200 从站：

主站/从站的I/O地址不能重复，它是由分配的。如果用户需要对地址进行修改，可以通过模板特性对话框重新设置。

2．PROFIBUS DP之二：带通讯模板CP的主站。

采用通讯模板CP的主站/从站，则主站/从站的I/O地址可以重复，因为此时的PLC相当于两个CPU。用户可以通过模板特性对话框任意设置I/O地址，只是主站或从站内的I/O地址不能重复。

当配置CP时，必须设定操作。（Operating Mode）

CP342-5 DP总是需要DP-SEND和DP-RECV。这些组块通过底板总线在CPU和CP之间转移数据．

CP342-5的数据总是连续地传输。主数据长度是240字节，从数据长度是86字节。

DP-SEND（发送）将CPU中的的DP数据区的数据发送到PROFIBUS CP的发送缓冲器，以便传送给DP从站；DP-RECV（接收）从DP从站中读出数据，将PROFIBUSCP接收缓冲区的数据放入CPU的DP数据区中。