S7―200PLC在太陽能跟蹤控制系統中的應用

摘要：太陽能跟蹤控制系統是光伏發電實訓系統的重要組成部分，闡述了全太陽能跟蹤控制系統的組成，以西門子S7—200PLC為核心配置了系統，以STEP 7 MicroWin為開發環境完成了光伏系統中的“逐日”用戶程序的開發，并配有監控界面。結果表明，該系統能夠實現光伏發電實訓系統中太陽能的采集，提高太陽能發電系統的效率。
關鍵詞：S7—200；太陽能光伏發電；跟蹤；控制系統

太陽能是一種資源豐富，可以再生的清潔無污染能源，合理、充分利用太陽能是人類與自然和諧發展的重要舉措。但太陽能存在著密度低、間歇性、光照方向和強度隨時間不斷變化的問題，如果能始終保持太陽板和光照的垂直，使其最大化地接收太陽能，則能充分利用豐富的太陽能資源。因此，設計開發能自動追蹤太陽光照的電磁機械系統，是非常有價值的研究課題。太陽能追蹤系統能增加太陽集能器或光伏模塊接收的太陽能，能提高日用功率和年輸出功率，比固定式系統成本高，且更復雜。然而，太陽能追蹤系統能增加年輸出功率而有效地降低成本。
光伏發電控制系統是利用太陽能進行能量轉換的一種裝置，具有獨特的優勢和巨大的開發利用潛力。目前，太陽能光伏發電正逐漸應用于各行各業，比如航天、通訊、交通以及居民生活等領域。為此，光伏專業、光熱專業或其他相關專業相繼出現，光伏發電實訓系統應運而生，太陽能跟蹤控制系統是光伏發電實訓系統的重要組成部分，論文著重闡述了太陽能的跟蹤、模擬控制等內容。

1 全太陽能跟蹤控制系統組成及硬件選型
1．1 全太陽能跟蹤控制系統的硬件組成
根據控制要求，該控制系統設計包括PLC一套，4塊太陽能電池板組件，3盞200 W投身燈(模擬太陽光)、4個跟蹤傳感器、1套運動執行機構(X和Y方向運動機構、直流電動機和支架)。如圖1所示。整個系統以西門子S7—200可編程控制器為控制核心，當有太陽光時，太陽能電池板上的跟蹤定位傳感器采集模擬太陽光照度信息及位置信息，然后將所采集的信息送達控制器，從而控制X和Y方向運動機構，使太陽能電池板始終正對著模擬太陽光源，以提高太陽能電池的發電效率。另外，系統中設置了IPC上位機，配置了友好界面，該界面運用POWER計算機監控軟件開發，以便及時掌握系統及相關角度等信息。

1．2 控制系統主要設備選型
PLC是太陽能追蹤系統的核心部件，該控制系統的PLC選用兩門子公司的S7—200系列，S7—200具有緊湊的結構、靈活的配置和強大的指令集，用戶程序包括位邏輯、計數器、定時器、復雜的數學運算以及與其它智能模塊通訊等指令內容，從而使S7—200能夠監視輸入狀態，改變輸出狀態以達到控制的目的。另外，選用S7—200主要考慮其不但能用于獨立太陽能設備的跟蹤系統控制，比如滿足邊疆偏遠地區牧民夜
晚用電的需求，而且特別對串并聯的大型光伏太陽能陣列的跟蹤系統控制，能發揮PLC現場總線控制的優勢，進行集中控制。
S7—200 CPU226的特點有：
1)數字輸入／輸出口24／16；
2)可擴展7個模塊，248路數字I／O，35路模擬I／O；
3)有PID控制器；
4)2個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DI，16點DO)，AI：EM231(4路)；EM235模塊(4路)；系統涉及的主要設備如表1所示。