光伏發(fā)電系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

編號(hào)編號(hào) 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢畢業(yè)業(yè)論論文文 題 目光伏發(fā)電系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 系 部電氣工程系 專(zhuān) 業(yè)機(jī)電一體化 班 級(jí) 指導(dǎo)教師 講師 顧問(wèn)教師 二 一二年十月 摘摘 要要 進(jìn)入二十一世紀(jì) 人類(lèi)面臨著實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)大戰(zhàn)的重大挑戰(zhàn) 而 能源問(wèn)題日益嚴(yán)重 一方面是常規(guī)能源的缺乏 另一方面石油等能源的開(kāi)發(fā)帶 來(lái)一系列的問(wèn)題 如環(huán)境污染 溫室效應(yīng)等 人類(lèi)需要解決能源問(wèn)題 實(shí)現(xiàn)可 持續(xù)發(fā)展 只能依靠科技進(jìn)進(jìn)步 大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用可再生能源和新能源 太陽(yáng) 能是一種有前途的新型能源 具有永久性 清潔型和靈活性三大優(yōu)點(diǎn) 太陽(yáng)能 電池壽命長(zhǎng) 只要有太陽(yáng)在 太陽(yáng)能電池就可以一次投資而長(zhǎng)期使用 與火力 發(fā)電 核能發(fā)電相比 太陽(yáng)能電池不會(huì)引起環(huán)境污染問(wèn)題 光伏發(fā)電系統(tǒng)可以 大中小并舉 大到百萬(wàn)千瓦的中型電站 小到只供一戶用的太陽(yáng)能電池組 而 且還緩解了目前能源危機(jī)與環(huán)境危機(jī) 只是其它電源無(wú)法比擬 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 太陽(yáng)能供電系統(tǒng) PLC 蓄電池 逆變 目目 錄錄 編號(hào)編號(hào) I 摘摘 要要 I 目目 錄錄 1 第一章第一章 緒緒 論論 1 1 1 光伏發(fā)電控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 1 1 2 問(wèn)題的提出 1 1 3 本課題設(shè)計(jì)的主要目的和意義 2 1 4 本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 2 第二章第二章 可編程控制器 可編程控制器 PLC 基礎(chǔ)知識(shí) 基礎(chǔ)知識(shí) 4 2 1 可編程控制器 PLC 4 2 2 PLC 的定義 4 2 3 PLC 的特點(diǎn) 5 2 4 PLC 的簡(jiǎn)介及模塊 5 第三章第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 8 3 1 光伏供電裝置 8 3 2 光伏供電系統(tǒng) 9 3 3 基于 PLC 的硬件電路設(shè)計(jì) 14 3 4 基于 PLC 的硬件電路設(shè)計(jì) 17 第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 18 4 1 主程序設(shè)計(jì) 18 4 2 子程序設(shè)計(jì) 19 4 3 監(jiān)控界面的設(shè)計(jì) 20 第五章第五章 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試 24 5 1 調(diào)試主要內(nèi)容 24 5 2 調(diào)試結(jié)果 24 第六章第六章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望 25 6 1 總結(jié) 25 6 2 展望 25 致致 謝謝 26 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 27 附錄 光伏發(fā)電控制系統(tǒng)程序附錄 光伏發(fā)電控制系統(tǒng)程序 28 第一章第一章 緒緒 論論 1 1光伏發(fā)電控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介光伏發(fā)電控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 光伏發(fā)電是當(dāng)前利用新能源的主要方式之一 光伏并網(wǎng)發(fā)電是光伏發(fā)電 的發(fā)展趨勢(shì) 光伏并網(wǎng)發(fā)電的主要問(wèn)題是提高系統(tǒng)中太陽(yáng)能電池陣列的工作 效率和整個(gè)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性 實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)輸出的交流正弦電流與電 網(wǎng)電壓同頻同相 最大功率點(diǎn)跟蹤是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要技術(shù) 它 能充分提高光伏陣列的整體效率 在確定的外部條件下 隨著負(fù)載的變化 太陽(yáng)能電池的輸出功率也會(huì)變化 但始終存在一個(gè)最大功率點(diǎn) 當(dāng)工作環(huán)境 變化時(shí) 特別是日光照度和結(jié)溫變化時(shí) 太陽(yáng)能電池的輸出特性也隨之變化 且太陽(yáng)能電池輸出特性的變化非常復(fù)雜 目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率 較低且價(jià)格昂貴 因此 使用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)提高太陽(yáng)能電池的利用效 率 充分利用太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換能量 應(yīng)是光伏系統(tǒng)研究的一個(gè)重要方向 隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展 能源的消耗量正在不斷增加 世界上的化石能源總有 一天將達(dá)到極限 同時(shí) 由于大量燃燒礦物能源 全球的生態(tài)環(huán)境日益惡化 對(duì)人類(lèi)的生存和發(fā)展構(gòu)成了很大的威脅 在這樣的背景下 太陽(yáng)能作為一種 巨量的可再生能源 引起了人們的重視 各國(guó)政府正在逐步推動(dòng)太陽(yáng)能光伏 發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 而在我國(guó) 光伏系統(tǒng)的應(yīng)用還剛剛起步 市場(chǎng)狀況尚不明 朗 針對(duì)這方面的空白 本文著重于今后發(fā)展前景廣闊的光伏并網(wǎng)系統(tǒng) 通 過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)和技術(shù)的調(diào)研 分析了目前光伏市場(chǎng)發(fā)展的瓶頸并預(yù)測(cè)了未 來(lái)光伏發(fā)電的發(fā)展前景 相信作為當(dāng)今發(fā)展最迅速的高新技術(shù)之一 太陽(yáng)能 光伏發(fā)電技術(shù) 特別是光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)將為今后的電力工業(yè)以及能源結(jié)構(gòu) 帶來(lái)新的變化 1 2 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出 光伏發(fā)電市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的主要問(wèn)題是太陽(yáng)能電池太貴 也就是說(shuō)太陽(yáng)能電池 的生產(chǎn)陳本偏高 在光伏發(fā)電系統(tǒng)中 太陽(yáng)能電池的價(jià)格要占到整個(gè)系統(tǒng)價(jià) 格的 60 70 如果選用價(jià)格較貴的全密封免維護(hù)蓄電池的話 太陽(yáng)能電池 的價(jià)格仍要占到整個(gè)系統(tǒng)價(jià)格的 50 可見(jiàn)太陽(yáng)能電池售價(jià)的高低是影響光 伏發(fā)電系統(tǒng)價(jià)格的關(guān)鍵 光伏發(fā)電的平衡系統(tǒng) 包括 蓄電池 逆變器 控制器等 撇開(kāi)蓄電 池不談 中國(guó)在專(zhuān)用控制器 逆變器及專(zhuān)用直流燈具等方面的配套能力一直 很差 主要表現(xiàn)如下幾個(gè)方面 1 尚未形成規(guī)模生產(chǎn) 2 缺乏統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 沒(méi)有權(quán)威的質(zhì)量檢測(cè)中心 3 成本高 質(zhì)量差 4 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)跟不上市場(chǎng)需求 中國(guó)在光伏發(fā)電系統(tǒng)部件水平以及光伏平衡系統(tǒng)的效率和成本方面與國(guó) 外有著較大差距 應(yīng)予以充分重視 并迎頭趕上 1 3 本課題設(shè)計(jì)的主要目的和意義本課題設(shè)計(jì)的主要目的和意義 1 3 1 設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的 人們對(duì)安全 清潔 高效能源的需求日益增加 且能源問(wèn)題日益成為制 約國(guó)際社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸 為此 越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始實(shí)行 陽(yáng)光計(jì)劃 開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能資源 為了能夠進(jìn)一步充分利用太陽(yáng)能效率 光伏材料的研究開(kāi) 發(fā)就迫在眉睫 1 3 2 研究意義研究意義 利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電是能源利用不可逆的潮流 當(dāng)前世界光伏技術(shù)及應(yīng) 用材料的飛速發(fā)展光電材料成本不斷下降 光電轉(zhuǎn)換效率升高 太陽(yáng)能光伏 發(fā)電建會(huì)越來(lái)越來(lái)顯現(xiàn)出優(yōu)越性 1 太陽(yáng)能作為一種新型的綠色可再生能源與其他新能源相比是最理想 的可再生能源 2 儲(chǔ)量豐富且分布廣泛 3 清潔性和經(jīng)濟(jì)性 1 4 本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本文根據(jù)KNT WP01型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng) 針對(duì)光伏這一工藝過(guò)程較 全面地闡述了其控制系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程 具體內(nèi)容如下 1 明確光伏發(fā)電工藝過(guò)程和控制要求 2 光伏控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 硬件設(shè)計(jì) 1 系統(tǒng)配置與選型 確定總體設(shè)計(jì)方案 2 選擇由光伏電源控制單元 光伏輸出顯示單元 觸摸屏 光伏 供電控制單元 DSP 控制單元 接口單元 西門(mén)子S7 200PLC 繼電器組 接線排 蓄電池組 可調(diào)電阻 斷路器 12V 開(kāi)關(guān)電源 網(wǎng)孔架等組成 2 軟件設(shè)計(jì) 1 確定軟件設(shè)計(jì)流程 2 程序設(shè)計(jì) 3 采用觸摸屏技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能 第二章第二章 可編程控制器 可編程控制器 PLCPLC 基礎(chǔ)知識(shí) 基礎(chǔ)知識(shí) 2 1 可編程控制器 可編程控制器 PLCPLC 20 世紀(jì) 60 年代 當(dāng)時(shí)的工業(yè)控制主要是以繼電器 接觸器組成的控 制系統(tǒng) 而其系統(tǒng)存在著設(shè)備體積大 調(diào)試維護(hù)工作量大 通用 靈活性差 可靠性低 功能簡(jiǎn)單 不具體現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)控制所需要的數(shù)據(jù)通信 網(wǎng)絡(luò)控制 等功能 1968 年 美國(guó)通用汽車(chē)制造公司 GM 為了適應(yīng)汽車(chē)型號(hào)的不斷翻新 試圖尋找一種新型的工業(yè)控制器 以解決繼電器 接觸器控制系統(tǒng)普遍存 在的問(wèn)題 因而設(shè)想吧計(jì)算機(jī)的完備功能 靈活及通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制 系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂 操作方便 價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái) 制成一種適合于工 業(yè)環(huán)境的通用控制裝置 并把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡(jiǎn)化 使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便的使用 1969 年 美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司 DEC 根據(jù)通用汽車(chē)的要求首先研制成功 第一臺(tái)可編程序控制器 稱之為 可編程序邏輯控制器 PLC Programmable Logic Controller 并在通用汽車(chē)公司的自動(dòng)裝置線上試用 成功 從而開(kāi)創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面 2 2 PLCPLC 的定義的定義 可編程控制器一直在發(fā)展中 所以至今尚未對(duì)其下最后的定義 國(guó)際電 子委員會(huì) IEC 在 1985 年的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)劃案第 3 稿中 對(duì) PLC 作了如下定義 可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng) 專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而 設(shè)計(jì) 它作為可編程序的存儲(chǔ)器 用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算 順序控 制 定時(shí) 計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令 并通過(guò)數(shù)字式 模擬式的輸入和 輸出 控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程 可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備 都 應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體 易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì) 從 上述定義可以看出 PLC 是一種用程序來(lái)改變控制功能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 除了能完成各種各樣的控制功能外 還有與其他計(jì)算機(jī)通信聯(lián)網(wǎng)的功能 其中 觸摸屏完成運(yùn)行狀態(tài)的顯示如設(shè)定溫度 當(dāng)前溫度及加熱器工作狀態(tài) 同時(shí)還可以通過(guò)觸摸屏對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制 如溫度的改變和手動(dòng)控制等 聲光報(bào)警用一個(gè) LED 燈和一個(gè)蜂鳴器組成 具有聲音清脆 節(jié)能作用 按鍵 采用獨(dú)立按鍵 可以進(jìn)行溫度設(shè)置等 2 3 PLCPLC 的特點(diǎn)的特點(diǎn) 1 編程簡(jiǎn)單 容易掌握 梯形圖是使用最多的 PLC 的編程語(yǔ)言 其電路符號(hào)和表達(dá)式與繼電 器電路原理圖相似 梯形圖語(yǔ)言形象直觀 易學(xué)易懂 熟悉繼電器電路圖的 電氣技術(shù)人員很快就能學(xué)會(huì)用梯形圖語(yǔ)言 并用來(lái)編制用戶程序 2 功能強(qiáng) 性交比高 一臺(tái)小型的 PLC 內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件 有很強(qiáng)的功 能 可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能 3 硬件配套齊全 用戶使用方便 適應(yīng)性強(qiáng) PLC 產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化 系列化 模塊化 配備有品種齊全的各種硬件裝 置供用戶選用 用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置 組成不同功能 不同規(guī)模 的系統(tǒng) 4 可靠性高 抗干擾能力強(qiáng) 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器 時(shí)間繼電器 由于觸 點(diǎn)接觸不良 容易出現(xiàn)故障 PLC 采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施 具 有很強(qiáng)的抗干擾能力 可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) PLC 已被 廣大用戶公認(rèn)為罪可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一 5 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 安裝 調(diào)試及維護(hù)工作量少 目前 PLC 已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的系列化 標(biāo)準(zhǔn)化和通用化 用 PLC 組成的控制系 統(tǒng) 在設(shè)計(jì) 安裝 調(diào)試和維護(hù)方面 表現(xiàn)了明顯的優(yōu)越性 由于 PLC 采用 了軟件來(lái)取代繼電器控制系統(tǒng)中中大量的中間繼電器 時(shí)間繼電器等器件 控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少 6 體積小 重量輕 功耗低復(fù)雜的控制系統(tǒng)使用 PLC 后 可以減少大 量的中間繼電器和時(shí)間繼電器 小型 PLC 的體積僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小 其結(jié)果緊湊 堅(jiān)固 重量輕 功耗低 2 4 PLCPLC 的簡(jiǎn)介及模塊的簡(jiǎn)介及模塊 PLC 的硬件系統(tǒng)由主機(jī)系統(tǒng) 輸入 輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)及外部設(shè)備組成 PLC 的硬件系統(tǒng)組成 2 4 1 S7 200S7 200 CPUCPU 模塊模塊 S7 200CPU 包括 CPU221 CPU222 CPU224 CPU224XP 和 CPU226 等型號(hào) 它們有如下新特性 新 CPU 硬件支持 通過(guò)關(guān)閉在運(yùn)行模式下編輯程序的可選功能專(zhuān)用獲取 更多的程序存儲(chǔ)區(qū) CPU224XP 支持集成的模擬量 I O 和兩個(gè)通訊端口 CPU226 帶有附加的輸入濾波器和脈沖捕獲功能 S7 200CPU 將一個(gè)微處理器 一個(gè)集成電源和數(shù)字量 I O 點(diǎn)集成在一個(gè) 緊湊的封裝中 從而形成了一個(gè)功能強(qiáng)大的微型 PLC 在下載了程序之后 S7 200 將保留所需的邏輯 用于監(jiān)控應(yīng)用程序中的輸入輸出設(shè)備 圖 2 2 CPU 模塊的硬件組成 圖中各部分功能如下 I O LED 指示燈用于顯示輸入 輸出端子的狀態(tài) CPU EPROM RAM I O I O I O PLC EPROM 狀態(tài) LED 指示燈用于顯示 CPU 所處的工作狀態(tài) 共三個(gè)指示燈 SF System Fault 系統(tǒng)錯(cuò)誤 RUN 運(yùn)行 STOP 停止 可選卡插槽可以插入 EEPROM 卡 時(shí)鐘卡和電池卡 通訊口可以連接 RS 485 總線的通信電纜 頂部端子蓋下邊為輸出端子和 PLC 供電電源端子 輸出端子的運(yùn)行狀態(tài) 可以由頂部端子蓋下方一排指示燈顯示 即 I O LED 指示燈 ON 狀態(tài)對(duì)應(yīng) 指示燈亮 底部端子蓋下邊為輸入端子和傳感器電源端子 輸入端子的運(yùn)行狀態(tài)可 以由底部端子蓋上方一排指示燈顯示 即 I O LED 指示燈 ON 狀態(tài)對(duì)應(yīng)指 示燈亮 前蓋下面有運(yùn)行 停止開(kāi)關(guān)和接口模塊插座 第三章第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3 1 光伏供電裝置光伏供電裝置 3 1 1 光復(fù)供電裝置的組成光復(fù)供電裝置的組成 光伏供電裝置主要由光伏電池組件 投射燈 光線傳感器 光線傳感器 控制盒 水平方向和俯仰方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 擺桿 擺桿減速箱 擺桿支架 單 相交流電動(dòng)機(jī) 電容器 水平運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī) 接近開(kāi)關(guān) 微動(dòng) 開(kāi)關(guān) 底座支架等設(shè)備與器件組成 如圖1 2 所示 圖 1 2 光伏供電裝置 4 塊光伏電池組件并聯(lián)組成光伏電池方陣 光線傳感器安裝在光伏電 池方陣中央 2 盞300W 的投射燈安裝在擺桿支架上 擺桿底端與減速箱輸 出端連接 減速箱輸入端連接單相交流電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí) 通過(guò)減速箱 驅(qū)動(dòng)擺桿作圓周擺動(dòng) 擺桿底端與底座支架連接部分安裝了接近開(kāi)關(guān)和微動(dòng) 開(kāi)關(guān) 用于擺桿位置的限位和保護(hù) 水平和俯仰方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由水平運(yùn)動(dòng)減 速箱 俯仰運(yùn)動(dòng)減速箱 水平運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī) 接近開(kāi)關(guān)和微動(dòng) 開(kāi)關(guān)組成 水平運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí) 水平運(yùn)動(dòng)減速箱驅(qū)動(dòng)光 伏電池方陣作向東方向或向西方向的水平移動(dòng) 俯仰運(yùn)動(dòng)減速箱驅(qū)動(dòng)光伏電 池方陣作向北方向或向南方向的俯仰移動(dòng) 接近開(kāi)關(guān)和微動(dòng)開(kāi)關(guān)用于光伏電 池方陣位置的限位和保護(hù) 3 1 2 光復(fù)供電裝置的設(shè)備和器件清單光復(fù)供電裝置的設(shè)備和器件清單 表 1 1 光伏供電裝置的設(shè)備和器件清單 序號(hào)設(shè)備 器件 名稱數(shù)量序號(hào)設(shè)備 器件 名稱數(shù)量 1光伏電池組件412光伏電池組件北 南方 向限位微動(dòng)開(kāi)關(guān) 2 2投射燈213擺桿減速箱1 3光線傳感器114擺桿減速箱底座1 4光纖傳感器控制盒115擺桿1 5水平和俯仰方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)116擺桿支架1 6水平和俯仰方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 支架 117單相交流電動(dòng)機(jī)1 7水平運(yùn)動(dòng)減速箱118電容器1 8俯仰運(yùn)動(dòng)減速箱119午日位置接近開(kāi)關(guān)1 9水平運(yùn)動(dòng)減速箱120擺桿東西運(yùn)動(dòng)限位微動(dòng) 開(kāi)關(guān) 2 10俯仰運(yùn)動(dòng)減速箱121底座支架1 11光伏電池組件水平運(yùn)動(dòng)限 位接近開(kāi)光 122 連桿 1 3 2 光伏供電光伏供電系統(tǒng)系統(tǒng) 光伏供電系統(tǒng)主要由光伏電源控制單元 光伏輸出顯示單元 觸摸屏 光伏供電控制單元 DSP 控制單元 接口單元 西門(mén)子S7 200PLC 繼電器 組 接線排 蓄電池組 可調(diào)電阻 斷路器 12V 開(kāi)關(guān)電源 網(wǎng)孔架等組成 如圖1 3 所示 圖1 3 光伏供電系統(tǒng) 3 2 1 光伏電源控制單元光伏電源控制單元 光伏電源控制單元面板如圖1 4 所示 光伏電源控制單元主要由斷路器 24V 開(kāi)關(guān)電源 AC220V 電源插座 指示燈 接線端DT1 和DT2 等組成 接線端子DT1 1 DT1 2 和DT1 3 DT1 4 分別接入AC220V 的L 和N 接 線端子DT2 1 DT2 2 和DT2 3 DT2 4 分別輸出 24V 和0V 光伏電源控制 單元的電氣原理圖如圖1 5 所示 圖1 4 所示 光伏電源控制單元面板 圖1 5 所示 光伏電源控制單元的電氣原理圖 3 2 2 光伏輸出顯示單元光伏輸出顯示單元 光伏輸出顯示單元面板如圖1 6 所示 光伏輸出顯示單元主要由直流電 流表 直流電壓表 接線端DT3 和DT4 等組成 接線端子DT3 3 DT3 4 和DT4 3 DT4 4 分別接入AC220V 的L 和N 接 線端子DT3 5 DT3 6 和DT4 5 DT4 6 分別是RS485 通信端口 接線端子 DT3 1 DT3 2 和DT4 1 DT4 2 分別用于測(cè)量和顯示光伏電池方陣輸出的直 流電流和直流電壓 圖 1 6 所示 光伏輸出顯示單元面板 3 2 3 光伏供電控制單元光伏供電控制單元 1 光伏供電控制單元組成 光伏供電控制單元主要由選擇開(kāi)關(guān) 急停按鈕 帶燈按鈕 接線端 DT5 DT6和DT7 等組成 光伏供電控制單元面板如圖1 7 所示 選擇開(kāi)關(guān)自動(dòng)擋 啟動(dòng)按鈕 向東按鈕 向西按鈕 向北按鈕 向南按 鈕 燈1 按鈕 燈2 按鈕 東西按鈕 西東按鈕 停止按鈕均使用常開(kāi)觸點(diǎn) 分別接在接線端子的 DT5 2 DT5 3 DT5 5 DT5 6 DT5 7 DT5 8 DT6 1 DT6 2 DT6 3 DT6 4 DT6 5 等端口 急停按鈕使用常閉觸點(diǎn) 接在接線端子的DT5 4端口 接 線端子DT5 1 和DT6 6 分別接入 24V 和0V 接線端DT7 有10 個(gè)端口 分別 接入相應(yīng)按鈕的指示燈 圖1 7 所示 光伏供電控制單元面板 2 光伏供電控制單元電氣原理圖 光伏供電控制單元的電氣原理圖如圖 1 8 所示 圖 1 8 光伏供電控制單元電氣原理圖 3 光伏供電控制單元器件清單 光伏供電控制單元器件清單請(qǐng)見(jiàn)表 1 4 序號(hào)器件名稱功能數(shù)量備注 1選擇開(kāi)光程序的手動(dòng)或自動(dòng)選擇1自動(dòng)擋為常開(kāi)觸點(diǎn) 2急停開(kāi)光用于急停處理1常閉觸點(diǎn) 3啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)程序1 帶燈 綠色 按鈕 常 開(kāi)觸點(diǎn) 4向東按鈕光伏電池方陣向東偏轉(zhuǎn)1 帶燈 黃色 按鈕 常 開(kāi)觸點(diǎn) 5向西按鈕光伏電池方陣向西偏轉(zhuǎn)1 帶燈 綠色 按鈕 常 開(kāi)觸點(diǎn) 6向北按鈕光伏電池方陣向北偏轉(zhuǎn)1 帶燈 綠色 按鈕 常 開(kāi)觸點(diǎn) 7向南按鈕光伏電池方陣向南偏轉(zhuǎn)1 帶燈 綠色 按鈕 常 開(kāi)觸點(diǎn) 8燈 1 按鈕投射燈 1 亮1 帶燈 綠色 按鈕 常 開(kāi)觸點(diǎn) 9燈 2 按鈕投射燈 2 亮 帶燈 綠色 按鈕 常 開(kāi)觸點(diǎn) 10東西按鈕投射燈由東向西移動(dòng)1 帶燈 綠色 按鈕 常 開(kāi)觸點(diǎn) 11西東按鈕投射燈由西向東移動(dòng)1 帶燈 綠色 按鈕 常 開(kāi)觸點(diǎn) 12停止按鈕程序停止1 帶燈 紅色 按鈕 常 開(kāi)觸點(diǎn) 3 3 基于基于 PLCPLC 的硬件電路設(shè)計(jì)的硬件電路設(shè)計(jì) 3 3 1 光伏供電主電路電氣原理光伏供電主電路電氣原理 光伏供電由光伏供電裝置和光伏供電系統(tǒng)完成 光伏供電主電路電氣原 理如圖1 9 所示 繼電器KA1 和繼電器KA2 將單相AC220V 通過(guò)接插座CON2 提供給擺桿偏 轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí) 安裝在擺桿上的投射燈由東向西方向或由西向東 方向移動(dòng) 擺桿偏轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)是單相交流電動(dòng)機(jī) 正 反轉(zhuǎn)由繼電器KA1 和繼 電器KA2 分別完成 圖1 9 所示 光伏供電主電路電氣原理 繼電器KA7 和繼電器KA8 將單相AC220V 通過(guò)接插座CON3 分別提供給投 射燈1 和投射燈2 光伏電池方陣分別向東偏轉(zhuǎn)或向西偏轉(zhuǎn)是由水平運(yùn)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)控制 正 反轉(zhuǎn)由繼電器KA3 和繼電器KA4 通過(guò)接插座CON4 向直流電動(dòng)機(jī)提供不 同極性的直流24V 電源 實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的正 反轉(zhuǎn) 光伏電池方陣分別向 北偏轉(zhuǎn)或向南偏轉(zhuǎn)是由另俯仰運(yùn)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)控制 正 反轉(zhuǎn)由繼電器KA5 和繼電器KA6 完成 直流12V 開(kāi)關(guān)電源是提供給光線傳感器控制盒中的繼電器線圈使用 繼 電器10KA1 至繼電器KA8 的線圈使用 24V 電源 3 3 2 西門(mén)子西門(mén)子 S7 200S7 200 CPU226CPU226 1 S7 200 CPU226 輸入輸出接口 光伏供電系統(tǒng)使用西門(mén)子S7 200 CPU226 作為光伏供電裝置工作的控制 器 該P(yáng)LC 有24 個(gè)輸入 16 個(gè)繼電器輸出 輸入輸出的接口如圖1 10 所 示 圖 1 10 S7 200 CPU226 輸入輸出接口 2 S7 200 CPU226 輸入輸出配置 S7 200 CPU226 輸入輸出配置請(qǐng)見(jiàn)表 1 7 序 號(hào) 輸入輸 出 配置序號(hào)輸入輸出配置 1I0 0向東按鈕23I2 6 光纖傳感器 光伏組件 向東信號(hào) 2I0 1向南按鈕24I2 7 光纖傳感器 光伏組件 向北信號(hào) 3I0 2向西按鈕25Q0 0啟動(dòng)按鈕指示燈 4I0 3向北按鈕26Q0 1停止按鈕指示燈 5I0 4燈 1 按鈕27Q0 2向北按鈕指示燈 6I0 5燈 2 按鈕28Q0 3向東按鈕指示燈 7I0 6東西按鈕29Q0 4向南按鈕指示燈 8I0 7西東按鈕30Q0 5向西按鈕指示燈 9I1 0停止按鈕31Q0 6 燈 2 按鈕指示燈 KA8 線 圈 10I1 1啟動(dòng)按鈕32Q0 7 燈 2 按鈕指示燈 KA7 線 圈 11I1 2急停按鈕33Q1 0西東按鈕指示燈 12I1 3旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)自動(dòng)檔34Q1 1東西按鈕指示燈 13I1 4 擺桿接近開(kāi)關(guān)垂 直限位 35Q1 2繼電器 KA2 線圈 14I1 5 光伏組件向東 向西限位開(kāi)關(guān) 36Q1 3繼電器 KA2 線圈 15I1 6 光伏組件向北限 位開(kāi)關(guān) 37Q1 4繼電器 KA3 線圈 16I1 7 光伏組件向南限 位開(kāi)關(guān) 38Q1 5繼電器 KA4 線圈 17I2 0未定義39Q1 6繼電器 KA5 線圈 18I2 1未定義40Q1 7繼電器 KA6 線圈 19I2 2 光纖傳感器 光 伏組件 向南信 號(hào) 411M 0V 20I2 3 擺桿東西向限位 開(kāi)關(guān) 422M 0V 21I2 4 擺桿西東向限位 開(kāi)關(guān) 431L DC24V 22I2 5 光線傳感器 光 伏組件 向西信 號(hào) 442L DC24V 3 4 基于基于 PLCPLC 的硬件電路設(shè)計(jì)的硬件電路設(shè)計(jì) 第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4 1 主程序主程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)完整程序見(jiàn)附錄 光伏供電控制單元的選擇開(kāi)關(guān)有兩個(gè)狀態(tài) 選擇 開(kāi)關(guān)撥向左邊時(shí) PLC 處在手動(dòng)控制狀態(tài) 可以進(jìn)行光伏電池組件跟蹤 燈 狀態(tài) 擺桿運(yùn)動(dòng)操作 選擇開(kāi)關(guān)撥向右邊時(shí) PLC 處在自動(dòng)控制狀態(tài) 按下 啟動(dòng)按鈕 PLC 執(zhí)行自動(dòng)控制程序 4 2 子程序設(shè)計(jì)子程序設(shè)計(jì) 1 初始化子程序 PLC 處在自動(dòng)控制狀態(tài) 按下啟動(dòng)按鈕 擺桿向東移動(dòng) 到達(dá)擺桿極限 位置時(shí) 擺桿停止移動(dòng) 該過(guò)程中 投射燈不亮 1 秒鐘后 投射燈 1 和投 射燈 2 亮 光伏電池組件向東偏移 到達(dá)光伏電池組件極限位置時(shí) 擺桿由 東向西方向移動(dòng) 光伏電池組件進(jìn)行對(duì)光跟蹤 當(dāng)擺桿到達(dá)擺桿極限位置時(shí) 擺桿停止移動(dòng) 光伏電池組件向西偏移 到達(dá)光伏電池組件極限位置時(shí) 投 射燈熄滅 燈 1 燈 2 T41 2S T43 燈 2 1 3 亮 SM0 0 M5 0 M5 1 M5 2 M5 3 M5 4 M4 5 M5 6 M5 7 M6 0 M6 1 M6 2 M6 3 M6 4 M5 0 I1 1 I1 6 T37 M10 0 T38 I1 4 I1 5 M10 0 T41 T42 T43 I2 2 T44 T45 M10 0 T39 T40 西東 T37 1S 燈 1 燈 2 T38 2S 燈 1 燈 2T39 32767 東西 燈 1 燈 2 T40 2S 西東 T42 1S T44 燈 2 2 3 滅 燈 1 滅 4 3 監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)監(jiān)控界面的設(shè)計(jì) 監(jiān)控界面主要有光伏供電系統(tǒng) 光伏供電控制 風(fēng)力供電系統(tǒng) 逆變與 負(fù)載 曲線 系統(tǒng)報(bào)表 部分組態(tài)界面如圖1 44 所示 圖1 44 監(jiān)控界面 a 光伏供電系統(tǒng)逆變部變量進(jìn)行連接 建立數(shù)據(jù)通道 從數(shù)據(jù)中心選擇 變量 完成設(shè)備連接 傳輸控制系統(tǒng)變量連接如圖4 7所示 第五章第五章 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試 5 1 調(diào)試主要內(nèi)容調(diào)試主要內(nèi)容 1 首先把系統(tǒng)操作方式拔向手動(dòng)方式 逐一按下啟動(dòng)按鈕 向東按鈕 向西按鈕 向北按鈕 向南按鈕 燈1 按鈕 燈2 按鈕 東西按鈕 西東按 鈕 停止按鈕起動(dòng)按鈕 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察 PLC輸出指示燈的狀態(tài)說(shuō)明及觸摸 屏監(jiān)控畫(huà)面進(jìn)行手動(dòng)程序的調(diào)試 2 把系統(tǒng)操作方式拔向自動(dòng)方式 在自動(dòng)方式下進(jìn)行程序功能調(diào)試 5 2 調(diào)試結(jié)果調(diào)試結(jié)果 通過(guò)手動(dòng)方式的調(diào)節(jié) 實(shí)現(xiàn)了對(duì)相應(yīng)輸出電壓和輸出電流顯示 在自動(dòng) 方式下 能實(shí)現(xiàn)設(shè)定報(bào)表顯示 曲線顯示和報(bào)警等功能 但在調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)了 兩個(gè)問(wèn)題 1 系統(tǒng)掉電后預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)未保存 致使每次開(kāi)機(jī)數(shù)據(jù)得重新輸入 增加 了操作人員的工作量 解決這一問(wèn)題只要做好一個(gè)界面就應(yīng)該保存一下 這 樣即可 2 按鍵的處理有問(wèn)題 當(dāng)操作人員按鈕調(diào)在自動(dòng)時(shí)向東 向西 向南 向北的時(shí)候 光纖傳感器不是依次按著順序來(lái)的 通過(guò)硬件修改解決上述問(wèn)題 解決辦法如下 1 每次在做程序或者力控的時(shí)候每做好一個(gè)程序或界面時(shí)都因該保存 一下 2 把自動(dòng)調(diào)到手動(dòng)狀態(tài)下 點(diǎn)亮一個(gè)白熾燈調(diào)節(jié)擺桿 東 或者光伏 組件 西 在根據(jù) IO 分配表和 PLC 上輸出點(diǎn)就能判斷出東西 記住相應(yīng)的 點(diǎn) 然后擺桿 向東轉(zhuǎn) 光伏組件向 向南轉(zhuǎn) 這樣 PLC 上的輸出就應(yīng)該有 東和北是亮的 經(jīng)硬相應(yīng)的修改后 軟件和硬件相結(jié)合系統(tǒng)各項(xiàng)功能運(yùn)行正常 第六章第六章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望 6 1 總結(jié)總結(jié) PLC 采用無(wú)機(jī)械觸點(diǎn)的邏輯運(yùn)算微電子技術(shù) 將復(fù)雜的控制由 PLC 內(nèi)部 運(yùn)算器完成 故具有壽命長(zhǎng) 可靠性高 控制靈活等優(yōu)點(diǎn) 因此被廣泛應(yīng)用 在工業(yè)環(huán)境下 論文在深入研究了 PLC 技術(shù)的基礎(chǔ)上 完成了以下幾方面的 工作 1 根據(jù)控制要求進(jìn)行了總體方案的設(shè)計(jì) 分析了太陽(yáng)光的強(qiáng)弱對(duì)電池板充放電的要求 利用 PLC 和觸摸屏技術(shù) 實(shí)現(xiàn)了對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行了總體方案的規(guī)劃與設(shè)計(jì) 2 光伏控制系統(tǒng)的硬件 軟件的設(shè)計(jì) 利用 CPU226 DSP 芯片 繼電器組 電池組件 投射燈 光纖傳感器 觸摸屏等進(jìn)行了控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 并通過(guò)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了烘干的控制功 能 3 觸摸屏監(jiān)控畫(huà)面的設(shè)計(jì) 利用 MCGS 組態(tài)軟件進(jìn)行了光伏控制系統(tǒng)監(jiān)控畫(huà)面的設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)了對(duì)各 種運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控 6 2 展望展望 在可再生能源中 太陽(yáng)能取之不盡 清潔安全 是理想的可再生能源 我國(guó)的太陽(yáng)資源比較豐富 且分布范圍較廣 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展?jié)摿?大 此外 目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)已日趨成熟 是最具可持續(xù)發(fā)展的可再 生能源技術(shù)之一 具有以下特點(diǎn) 無(wú)枯竭危險(xiǎn) 絕對(duì)干凈 無(wú)公害 不受資源分布地域的限 1 2 3 制 可在用電處就近