一种基于西门子PLC300光伏发电最大功率跟踪系统的制作方法

本实用新型一种基于西门子PLC300光伏发电最大功率跟踪系统，太阳能光伏板跟踪系统领域。

背景技术：

太阳能因其取之不尽用之不竭以及具有环保性的优势，已成为当今最具发展前景的新能源。一方面由于太阳能不能直接被利用，需要转变为电能的形式后才能供给用户直接使用，而转换光能和电能的核心组件是光伏板；另外一方面太阳能存在密度低、间歇性、光照方向和强度随时间变化的问题，对于太阳能的采集和存储技术要求更高。目前，大部分太阳能光伏板跟踪装置不能有效的跟踪太阳，光线不能保持最佳的角度，使得太阳能不能充分被利用，发电功率没有达到或接近最大的数值。如果太阳能光伏板发电装置在白天始终能与太阳保持最佳的角度，则能大大提高太阳能的利用率，并能产生最大的功率。

技术实现要素：

本实用新型提供一种基于西门子PLC300光伏发电最大功率跟踪系统，相比较与基于ARM等单片机的跟踪设计，PLC300的指令集强大，功能函数完善，数据处理能力强大，执行效率更高。

本实用新型采取的技术方案为：

一种基于西门子PLC300光伏发电最大功率跟踪系统，包括PLC300、IM174模块，PLC300通过以太网与服务器连接，进行数据交互。PLC300连接多个光敏电阻检测电路。PLC300连接多个IM174模块，IM174模块用于转换PLC300的DP信号后输出控制信号；每一个IM174模块连接4个步进电机模块，每一个步进电机模块包括驱动模块和步进电机，驱动模块在输入控制信号后，逆变输出两相四线的功率信号，控制步进电机运转。

其中一个光敏电阻检测电路包括安装在光伏板前、后的光敏电阻，PLC300通过检测光伏板前、后方向接收的光敏电阻，PLC300控制步进电机，调节光伏板在前后的最优角度。另一个光敏电阻检测电路包括安装在光伏板左、右的光敏电阻，PLC300通过检测光伏板左、右方向接收的光敏电阻，PLC300控制步进电机，调节使得太阳的入射光线垂直于光伏板平面。

所述PLC300通过PROFIBUS总线连接IM174模块。

所述服务器为PC机。

本实用新型一种基于西门子PLC300光伏发电最大功率跟踪系统，PLC300自带的MDI、PRIFIBUS(DP通信口)和PROFINET(PN通信口)端口容易扩展外部功能，并能与服务器的数据实时进行交互，使得可以远距离监测和控制光伏发电系统的状态。最重要的是强大的扩展功能PRIFIBUS端口驱动127个IM174模块，来操作多达127×4个步进电机进行旋转定位，而这是其他CPU所不能比拟的。

附图说明

图1为本实用新型系统的拓扑图。

图2为本实用新型系统的硬件组态配置图一。

图3为本实用新型系统的硬件组态配置图二。

图4为本实用新型系统的光敏电阻检测电路图。

图5为本实用新型系统的控制流程图。

具体实施方式

一种基于西门子PLC300光伏发电最大功率跟踪系统，包括PLC300、IM174模块，PLC300通过以太网与服务器连接，进行数据交互。

PLC300连接多个光敏电阻检测电路；在服务器中可以在线读取光伏板状态，包括四个光敏电阻的值，当前发电功率。服务器自带本地时钟和天气监测，这些数据通过通信传递给PLC300，然后再由PLC300发出指令，控制步进电机，让光伏板的状态与本地时钟和天气关联起来。比如：PLC300根据在晚上的时间段自动关闭步进电机模块的使能，在阴雨天由于发电效率很低，同样地关闭步进电机模块使能，已达到节能的目的。方案设计的总体拓扑图如图1所示。

PLC300连接多个IM174模块，IM174模块用于转换PLC300的DP信号后输出控制信号；每一个IM174模块连接4个步进电机模块，每一个服务器包括驱动模块和步进电机，驱动模块在输入控制信号后，逆变输出两相四线的功率信号，控制步进电机运转。图1中一个IM174模块可以控制四个步进电机模块，操作两个光伏板的旋转跟踪。PLC300通过AD引脚读取光敏电阻阻值，检测电路的电压，经换算后获取光伏板与太阳的相对角度，然后由PLC300经算法处理后，发出控制信号控制步进电机运转。

其中一个光敏电阻检测电路包括安装在光伏板前、后的光敏电阻，PLC300通过检测光伏板前、后方向接收的光敏电阻，PLC300控制步进电机，调节光伏板在前后的最优角度。

光伏板前后角度的调节如下：光伏板前后对称中心线上分布两块齿条，齿条与一根带齿轮的前后中心轴相交错，步进电机与中心轴固定相连。当步进电机带动齿轮轴往前运动时，由于齿轮的啮合，带动光伏板往前升高，进行光伏板前高后低调整；当步进电机带动齿轮轴往后运动时，由于齿轮的啮合，带动光伏板往后升高，进行光伏板前低后高调整；通过步进电机的前后运动，来调节光伏板在前后的最优角度。

另一个光敏电阻检测电路包括安装在光伏板左、右的光敏电阻，PLC300通过检测光伏板左、右方向接收的光敏电阻，PLC300控制步进电机，调节使得太阳的入射光线垂直于光伏板平面，此时便可以获取最大的功率。

光伏板左右角度的调节如下：光伏板左右对称中心线上分布两块齿条，齿条与一根带齿轮的左右中心轴相交错，步进电机与中心轴固定相连。当步进电机带动齿轮轴往左运动时，由于齿轮的啮合，带动光伏板往左升高，进行光伏板左高右低调整；当步进电机带动齿轮轴往右运动时，由于齿轮的啮合，带动光伏板往右升高，进行光伏板左低右高调整；通过步进电机的左右运动，来调节光伏板在左右的最优角度。最终通过前后和左右角度的最优调节，使得太阳的入射光线垂直于光伏板平面，此时便可以获取最大的功率。

所述PLC300通过PROFIBUS总线连接IM174模块。

所述服务器为PC机。

在本实用新型系统中，首先需要在PLC300中做正确的硬件配置，各个组件中的连接如图2所示。其中实线表示以太网连接即PROFINET连接；虚线表示DP通信即PROFIBUS连接，PC机代表了服务器，SIMATIC300(1)表示PLC300的CPU。

图3中的AI4/A02×8/8Bit模块是AD输入端口，在方案中主要负责测量光敏电阻检测电路输出的电压。PS3075A是PLC300的直流24V供电电源模块。

IM174模块转换PLC300的DP信号后输出多达4个轴的控制信号，包括控制转向、使能、转速的信号。步进电机模块包括驱动模块和步进电机，驱动模块在输入控制信号后，逆变输出两相四线的功率信号控制步进电机运转跟踪。

随着光照强度的增加，光敏电阻的电阻开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，该特性为非线性。光敏电阻检测电路如图4所示：

其中各参数之间的关系为：其中R1，R2是高精度电阻，其阻值1MΩ，Rs1为光敏电阻的阻值，变化范围为100Ω-10MΩ，Vout1是输出电压，送给PLC300的AD接口采集。通过对每个电阻的阻值检测，PLC300比较不同安装位置的光敏电阻的阻值来调整电机，是光伏板能成功跟踪太阳在最合适的位置。