S7―200PLC在太陽(yáng)能跟蹤控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：太陽(yáng)能跟蹤控制系統(tǒng)是光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的重要組成部分，闡述了全太陽(yáng)能跟蹤控制系統(tǒng)的組成，以西門(mén)子S7—200PLC為核心配置了系統(tǒng)，以STEP 7 MicroWin為開(kāi)發(fā)環(huán)境完成了光伏系統(tǒng)中的“逐日”用戶程序的開(kāi)發(fā)，并配有監(jiān)控界面。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中太陽(yáng)能的采集，提高太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的效率。
關(guān)鍵詞：S7—200；太陽(yáng)能光伏發(fā)電；跟蹤；控制系統(tǒng)

太陽(yáng)能是一種資源豐富，可以再生的清潔無(wú)污染能源，合理、充分利用太陽(yáng)能是人類(lèi)與自然和諧發(fā)展的重要舉措。但太陽(yáng)能存在著密度低、間歇性、光照方向和強(qiáng)度隨時(shí)間不斷變化的問(wèn)題，如果能始終保持太陽(yáng)板和光照的垂直，使其最大化地接收太陽(yáng)能，則能充分利用豐富的太陽(yáng)能資源。因此，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能自動(dòng)追蹤太陽(yáng)光照的電磁機(jī)械系統(tǒng)，是非常有價(jià)值的研究課題。太陽(yáng)能追蹤系統(tǒng)能增加太陽(yáng)集能器或光伏模塊接收的太陽(yáng)能，能提高日用功率和年輸出功率，比固定式系統(tǒng)成本高，且更復(fù)雜。然而，太陽(yáng)能追蹤系統(tǒng)能增加年輸出功率而有效地降低成本。
光伏發(fā)電控制系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的一種裝置，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和巨大的開(kāi)發(fā)利用潛力。目前，太陽(yáng)能光伏發(fā)電正逐漸應(yīng)用于各行各業(yè)，比如航天、通訊、交通以及居民生活等領(lǐng)域。為此，光伏專(zhuān)業(yè)、光熱專(zhuān)業(yè)或其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)相繼出現(xiàn)，光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，太陽(yáng)能跟蹤控制系統(tǒng)是光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的重要組成部分，論文著重闡述了太陽(yáng)能的跟蹤、模擬控制等內(nèi)容。

1 全太陽(yáng)能跟蹤控制系統(tǒng)組成及硬件選型
1．1 全太陽(yáng)能跟蹤控制系統(tǒng)的硬件組成
根據(jù)控制要求，該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括PLC一套，4塊太陽(yáng)能電池板組件，3盞200 W投身燈(模擬太陽(yáng)光)、4個(gè)跟蹤傳感器、1套運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(X和Y方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、直流電動(dòng)機(jī)和支架)。如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)以西門(mén)子S7—200可編程控制器為控制核心，當(dāng)有太陽(yáng)光時(shí)，太陽(yáng)能電池板上的跟蹤定位傳感器采集模擬太陽(yáng)光照度信息及位置信息，然后將所采集的信息送達(dá)控制器，從而控制X和Y方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使太陽(yáng)能電池板始終正對(duì)著模擬太陽(yáng)光源，以提高太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率。另外，系統(tǒng)中設(shè)置了IPC上位機(jī)，配置了友好界面，該界面運(yùn)用POWER計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件開(kāi)發(fā)，以便及時(shí)掌握系統(tǒng)及相關(guān)角度等信息。

1．2 控制系統(tǒng)主要設(shè)備選型
PLC是太陽(yáng)能追蹤系統(tǒng)的核心部件，該控制系統(tǒng)的PLC選用兩門(mén)子公司的S7—200系列，S7—200具有緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集，用戶程序包括位邏輯、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算以及與其它智能模塊通訊等指令內(nèi)容，從而使S7—200能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達(dá)到控制的目的。另外，選用S7—200主要考慮其不但能用于獨(dú)立太陽(yáng)能設(shè)備的跟蹤系統(tǒng)控制，比如滿足邊疆偏遠(yuǎn)地區(qū)牧民夜
晚用電的需求，而且特別對(duì)串并聯(lián)的大型光伏太陽(yáng)能陣列的跟蹤系統(tǒng)控制，能發(fā)揮PLC現(xiàn)場(chǎng)總線控制的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行集中控制。
S7—200 CPU226的特點(diǎn)有：
1)數(shù)字輸入／輸出口24／16；
2)可擴(kuò)展7個(gè)模塊，248路數(shù)字I／O，35路模擬I／O；
3)有PID控制器；
4)2個(gè)RS-485通信／編程模塊；
5)16K用戶程序在線編程。
具體配置如下表。CPU：CPU226(24點(diǎn)DI，16點(diǎn)DO)，AI：EM231(4路)；EM235模塊(4路)；系統(tǒng)涉及的主要設(shè)備如表1所示。