作者簡介  範戰鬆(北京和利時自動化驅動技術有限公司市場拓展部技術支持組

，技術支持工程師)

基於LM PLC控製的太陽能自動跟蹤係統

　　範戰鬆

　　 （北京和利時自動化驅動技術有限公司
，100176）

　　摘  要 為了更好的利用太陽能，自動跟蹤係統越來越多的應用於太陽能行業中。基於可編程邏輯控製器（PLC）的太陽能電池板自動跟蹤係統，包括硬件和軟件兩部分，其中硬件包括PLC輸入輸出端口、信號處理單元、驅動部分
；軟件包括PLCdekongzhihejiankongchengxuliangbufen。taiyangnengdianchibanzidonggenzongxitongshiguangfudianchibannengshishigenzongtaiyangguanzhao，congerzuidaxiandudehuodetaiyangneng，youxiaoditigaotaiyangnengdeliyonglvheguangfufadianxitongdexiaolv，jiangdileguangfubingwangfadianchengben，juyoulilunyanjiuyiyiheyingyongtuiguangjiazhi。

　　關鍵詞  LM PLC  太陽能自動跟蹤係統

　　The solar panels Automatic Tracking system based on LM PLC

　　Fanzhansong

　　（Beijing Hollysys Automation & Drive Ltd.,Co
，100176）

　　Abstract  In order to make better use of solar energy, more and more automatic tracking system are used in the solar industry. The solar panels tracking system based on programmable logic controllers including hardware and software parts. The hardware input and output ports of hardware, signal processing unit, driving part; software include two parts which PLC control and monitoring program. The photovoltaic module in the system can track the sun simultaneously, then the maximum sun energy will be obtained, which has effectively improved the utilization ratio of solar energy and efficiency of photovoltaic power generation system and has reduced the cost of grid-connected PV power generation with significances of theories research and application values of applications promotion.

　　Key Words  LM PLC  Solar Automatic Tracking system

　　1 引言

　　開kai發fa新xin能neng源yuan和he可ke再zai生sheng資zi源yuan是shi全quan世shi界jie麵mian臨lin的de共gong同tong課ke題ti，在zai新xin能neng源yuan中zhong，太tai陽yang能neng發fa電dian已yi成cheng為wei全quan球qiu發fa展zhan最zui快kuai的de技ji術shu。太tai陽yang能neng作zuo為wei一yi種zhong清qing潔jie無wu汙wu染ran的de能neng源yuan
，開kai發fa前qian景jing十shi分fen廣guang闊kuo。然ran而er由you於yu太tai陽yang存cun在zai著zhe間jian隙xi性xing，光guang照zhao強qiang度du隨sui著zhe時shi間jian不bu斷duan變bian化hua等deng問wen題ti，這zhe對dui太tai陽yang能neng的de收shou集ji和he利li用yong裝zhuang置zhi提ti出chu了le更geng高gao的de要yao求qiu。目mu前qian很hen多duo太tai陽yang能neng電dian池chi板ban陣zhen列lie基ji本ben都dou是shi固gu定ding的de，不bu能neng充chong分fen利li用yong太tai陽yang能neng資zi源yuan，發fa電dian效xiao率lv低di下xia。據ju測ce試shi
，在zai太tai陽yang能neng電dian池chi板ban陣zhen列lie中zhong，相xiang同tong條tiao件jian下xia采cai用yong自zi動dong跟gen蹤zong係xi統tong發fa電dian設she備bei要yao比bi固gu定ding發fa電dian設she備bei的de發fa電dian量liang提ti高gao35%左右。

　　suoweitaiyangnenggenzongxitongshinengrangtaiyangnengdianchibansuishizhengduitaiyang，rangtaiyangguangdeguangxiansuishichuizhizhaoshetaiyangnengdianchibandedonglizhuangzhi
，nengxianzhutigaotaiyangnengguangfuzujiandefadianxiaolv。muqianshichangshangsuoshiyongdegenzongxitonganzhaoqudongzhuangzhifenweidanzhoutaiyangnengzidonggenzongxitongheshuangzhoutaiyangnengzidonggenzongxitong。suoweidanzhoushizhijinkeyishuipingfangxianggenzongtaiyang，zaigaodushanggenjudilihejijiedebianhuarenweidejinxingtiaojieguding，zheyangbujinzengjialegongzuoliang，erqiegenzongjingduyebugougao。shuangzhougenzongkeyizaishuipingfangweihegaodulianggefangxianggenzongtaiyangguiji，xianranshuangzhougenzongyouyudanzhougenzong。

　　從控製手段上係統可分為傳感器跟蹤和視日運動軌跡跟蹤（程序跟蹤）。傳(chuan)感(gan)器(qi)跟(gen)蹤(zong)是(shi)利(li)用(yong)光(guang)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)檢(jian)測(ce)太(tai)陽(yang)光(guang)線(xian)是(shi)否(fou)偏(pian)離(li)電(dian)池(chi)板(ban)法(fa)線(xian)，當(dang)太(tai)陽(yang)光(guang)線(xian)偏(pian)離(li)電(dian)池(chi)板(ban)法(fa)線(xian)時(shi)，傳(chuan)感(gan)器(qi)發(fa)出(chu)偏(pian)差(cha)信(xin)號(hao)
，經(jing)放(fang)大(da)運(yun)算(suan)後(hou)控(kong)製(zhi)執(zhi)行(xing)機(ji)構(gou)，使(shi)跟(gen)蹤(zong)裝(zhuang)置(zhi)從(cong)新(xin)對(dui)準(zhun)太(tai)陽(yang)。這(zhe)種(zhong)跟(gen)蹤(zong)裝(zhuang)置(zhi)，靈(ling)敏(min)度(du)高(gao)

，但(dan)是(shi)遇(yu)到(dao)長(chang)時(shi)間(jian)烏(wu)雲(yun)遮(zhe)日(ri)則(ze)會(hui)影(ying)響(xiang)運(yun)行(xing)。視(shi)日(ri)運(yun)動(dong)軌(gui)跡(ji)跟(gen)蹤(zong)，是(shi)根(gen)據(ju)太(tai)陽(yang)的(de)實(shi)際(ji)運(yun)行(xing)軌(gui)跡(ji)，按(an)照(zhao)預(yu)定(ding)的(de)程(cheng)序(xu)調(tiao)整(zheng)跟(gen)蹤(zong)裝(zhuang)置(zhi)。這(zhe)種(zhong)跟(gen)蹤(zong)方(fang)式(shi)能(neng)夠(gou)全(quan)天(tian)候(hou)實(shi)時(shi)跟(gen)蹤(zong)，其(qi)精(jing)度(du)不(bu)是(shi)很(hen)高(gao)，但(dan)是(shi)符(fu)合(he)運(yun)行(xing)情(qing)況(kuang)
，應(ying)用(yong)較(jiao)廣(guang)泛(fan)。

　　從主控單元類型上可以分為PLC控製和單片機控製。單片機控製程序在出廠時由專業人員編寫開發，一般設備廠家不易再次進行開發和參數設定。而學習使用PLC比較容易
，通過PLC廠家技術人員的培訓
，設備使用廠家的技術人員可以很方便的學會簡單的調試和編寫，並且PLC能夠提供多種通訊接口，通訊組網也比較方便簡單。

　　2 係統硬件設計

　　本係統是以PLC主控單元的視日運動軌跡控製（程序控製）雙軸自動跟蹤係統，視日運動軌跡跟蹤就是利用PLC控製單元相應的公式和算法，計算出太陽的實時位置：太陽方位角和太陽高度角
，然後發出指令給執行機構，從而驅動太陽能跟蹤裝，以達到對太陽實時跟蹤的目的。

　　2-1  方位角高度角示意圖：α-高度角  β-方位角

　　太陽在天空中的位置可以由太陽高度角和太陽方位角來確定。太陽高度角又稱太陽高度、taiyangfuyangjiao，shizhitaiyangguangxianyudibiaoshuipingmiandezhijiandejiajiao。taiyangfangweijiaojitaiyangsuozaidefangwei，shizhitaiyangguangxianzaidipingmianshangdetouyingyudangdiziwuxiandejiajiao，keyijinsikanzuoshishulizaidimianshangdezhixianzaiyangguangxiadeyinyingyuzhengnanfangxiangdejiajiao。taiyangfangweijiaohegaodujiaodeshishishuzhikeyitongguodilijingweidu、時區參數利用公式計算出來。

　　主控單元是太陽能跟蹤係統的核心部件，係統選用結構緊湊。配置靈活、指令豐富的和利時LM PLC。選用的配置包括LM 3108CPU模塊和LM 3310擴展模塊。LM3108集成為數字量24DI和16DO，能滿足要求，通訊集成有RS232和RS485兩個通訊接口
，RS232用於與上位文本顯示器通訊，RS485可用於組網使用。LM 3310為四通AI模塊，可用於采集風速等保護數據。配合和利時HD2400L文本顯示器使用，能夠監視運行狀態

、改變參數設置，以達到控製目的。　

　　本文所設計跟蹤調整裝置其結構如下圖所示：它主要由底座
、立軸
、橫軸、兩台旋轉電機、傳動齒輪等組成。其中旋轉電機1驅動橫軸，支撐太陽能電池板繞橫軸運動，跟蹤高度角運行。旋轉電機2驅動水平軸，以跟蹤方位角變化。

　　2-3 跟蹤係統機械結構示意圖

　　在一天的整個過程中，跟蹤器能夠獲得最優的高度角和方位角，電池板能夠接收到最大太陽日輻射量。係統用一套公式由PLC計(ji)算(suan)出(chu)實(shi)際(ji)時(shi)刻(ke)太(tai)陽(yang)所(suo)在(zai)的(de)高(gao)度(du)角(jiao)和(he)方(fang)位(wei)角(jiao)，根(gen)據(ju)實(shi)時(shi)太(tai)陽(yang)高(gao)度(du)角(jiao)和(he)方(fang)位(wei)角(jiao)與(yu)跟(gen)蹤(zong)裝(zhuang)置(zhi)實(shi)際(ji)的(de)高(gao)度(du)角(jiao)和(he)方(fang)位(wei)角(jiao)的(de)差(cha)值(zhi)，以(yi)及(ji)驅(qu)動(dong)裝(zhuang)置(zhi)的(de)運(yun)轉(zhuan)速(su)度(du)
，計(ji)算(suan)出(chu)執(zhi)行(xing)機(ji)構(gou)的(de)跟(gen)蹤(zong)運(yun)行(xing)時(shi)間(jian)。最(zui)後(hou)通(tong)過(guo)程(cheng)序(xu)執(zhi)行(xing)驅(qu)動(dong)電(dian)機(ji)達(da)到(dao)要(yao)求(qiu)的(de)位(wei)置(zhi)，實(shi)現(xian)對(dui)高(gao)度(du)角(jiao)和(he)方(fang)位(wei)角(jiao)的(de)跟(gen)蹤(zong)。

　　3 係統軟件設計

　　genzongmoshidepanduanguochengwanquanyouruanjianshixian，linghuodugao



，keyizhenduibutongdiquhebutongdeqihoujinxingtiaozheng，congertigaoguangfudianzhandefadianxiaolv。haikeyigenjuxuyaozengjiaguangqiangchuanganqi、風力傳感器等多傳感裝置
，提高安全性和更高的控製要。

　　通過程序控製，可以自動判斷是否滿足運行條件從而達到自動啟動運行裝置、自動停止、返fan回hui初chu始shi狀zhuang態tai等deng控kong製zhi。增zeng加jia風feng力li傳chuan感gan器qi用yong於yu對dui係xi統tong的de保bao護hu作zuo用yong，當dang風feng力li大da於yu一yi定ding數shu值zhi時shi
，係xi統tong停ting止zhi工gong作zuo，複fu位wei到dao原yuan點dian，風feng速su滿man足zu工gong作zuo條tiao件jian時shi，係xi統tong自zi動dong開kai始shi工gong作zuo。太tai陽yang能neng電dian池chi板ban有you兩liang個ge自zi由you度du，控kong製zhi機ji構gou對dui高gao度du角jiao和he方fang位wei角jiao兩liang個ge方fang向xiang進jin行xing調tiao整zheng。當dang電dian池chi板ban轉zhuan到dao盡jin頭tou時shi
，由you於yu跟gen蹤zong裝zhuang置zhi裝zhuang了le限xian位wei傳chuan感gan器qi，到dao限xian位wei觸chu點dian時shi自zi動dong切qie斷duan輸shu出chu，電dian機ji停ting止zhi工gong作zuo。

　　4 結論

　　本文介紹了基於和利時LM PLC控製的雙軸太陽能自動跟蹤係統，係統采用視日運動軌跡跟蹤方法設計
，實現自動檢測運行條件，達到實時跟蹤太陽的效果。以和利時PLC作為主控單元，由PLC程序通過算法計算出太陽實時位置與係統位置的角度差
，再由旋轉電機的運行速度計算出運行時間。通過PLC程序的邏輯控製關係
，驅動電機轉動
，達到自動跟蹤太陽位置的功能。因此使得該自動跟蹤係統的準確性高、可靠性強
，即使在天氣變化比較複雜的情況下係統也能正常工作

，提高太陽能的利用效率。因為PLC具有很強的可編程性，客戶可以根據自己的要求來修改編寫控製程序，達到最佳的控製效果。對於串、並聯的大型光伏太陽能陣列係統的控製，可以通過LM PLC的通訊，組成通訊網絡進行集中控製。由此可見基於和利時LM PLC開發的太陽能自動跟蹤係統具有精度高、能實時跟蹤太陽變化
、通訊組網方便等特點，能夠滿足客戶的需求。

　　參考文獻

　　[ 1 ]  和利時LM PLC硬件手冊

　　[ 2 ]  王雪文.太陽能電池板自動跟蹤係統設計[J].西北大學學報

　　[ 3 ]  陳維.太陽能利用中的跟蹤控製方式研究[J].能源工程