本实用新型涉及一种基于PLC的双轴光伏智能跟踪控制装置。
背景技术：
随着煤炭、石油等常规不可再生能源的消耗，以常规能源为基础的能源结构已不能适应可持续发展的需求，能源问题已成为制约人类进步的重要因素，人类必须寻找可持续发展的能源道路，才能缓解能源短缺与人类社会高速发展的矛盾。太阳能作为一种清洁无污染的可再生能源越来越受到人们的关注，发展前景非常广阔。但太阳能存在着间歇性、密度低、光照强度和方向随时间不断变化的问题，只有使光伏板与太阳光线时刻保持垂直，才能有效的解决这些问题，提高太阳能的利用率，提高光伏电站的发电效率。根据调查发现，双轴跟踪控制装置按有无反馈信号分为：开环控制、闭环控制。较开环控制而言，闭环控制增加了反馈信号，使得控制系统控制精度更高，但也相应的增加了生产成本。且现有的跟踪系统稳定性差、跟踪过程中由于过度旋转或者其他外界的环境因素导致，装置容易出故障。
技术实现要素：
本实用新型提供一种基于PLC的双轴光伏智能跟踪控制装置，以解决现有技术存在的问题。
本实用新型采用以下技术方案：
一种基于PLC的双轴光伏智能跟踪控制装置，包括PLC，所述PLC上连接有：
与外部进行无线通信的无线通信装置；
显示当前光伏支架运行参数的文本显示器；
获取当前光伏支架回转角度的霍尔传感器；
获取当前外部环境中风速的风速仪；
获取光伏支架当前俯仰角度的角度传感器；
对光伏支架的起始位置进行限位的接近开关；
对光伏支架的东向倾角进行限位的东向限位开关；
对光伏支架的西向倾角进行限位的西向限位开关；
对光伏支架的南向倾角进行限位的南向限位开关；
对光伏支架的北向倾角进行限位的北向限位开关；
对光伏支架的东西向回转角度进行调整的回转电机；
对光伏支架的南北向俯仰角度进行调整的俯仰电机。
进一步，所述PLC采用单相220V电源供电；所述单相220V电源通过开关电源VC1转化为24V电源后，为回转电机和俯仰电机供电；所述回转电机与开关电源VC1之间设置有中间继电器ⅠK1和中间继电器ⅡK2；所述俯仰电机与开关电源VC1之间设置有中间继电器ⅢK3和中间继电器ⅣK4。
进一步，还包括箱体，所述箱体上设置多个开口，开口处分别安装与PLC相连的文本显示器、指示灯和旋转开关；所述指示灯包括光伏支架朝向东向的东向指示灯、光伏支架朝向西向的西向指示灯、光伏支架朝向南向的南向指示灯、光伏支架朝向北向的北向指示灯，所述旋转开关包括手动/自动旋转开关、东向/西向旋转开关、南向/北向旋转开关。
进一步，当光伏发电站由多个光伏发电矩阵组成时，所述每个光伏发电矩阵处均设置一个控制装置，各控制装置之间通过无线通信模块进行通信，且该无线通信模块与数据服务器通信连接，数据服务器与远程控制端通信连接。
本实用新型的有益效果：本实用新型使用PLC进行跟踪，具有较高的稳定性和抗干扰能力；同时设置接近开关和限位开关，能够对装置的旋转位置进行限制，防止过度旋转造成的装置损坏；还可通过无线通信模块进行无线远程监控。
附图说明
图1为本实用新型的控制装置的外部箱体示意图。
图2为数据采集及控制系统配电原理图。
图3为数据采集及控制系统硬件配置图。
图4为本实用新型的系统拓扑图。
图5为光伏支架的示意图。
图6为图5中A位置的角度传感器安装位置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
本发明应用于双轴跟踪控制，通过PLC控制执行机构进行旋转，实现跟踪的目的。
上述的应用于光伏板的执行机构（即双轴光伏支架）为现有技术，用于对光伏板实现东西向的回转操作和南北向的俯仰操作，即双轴的执行机构包括用于支撑东西向回转运动的回转机构（如图5中的1位置）和带动回转机构东西向转动的动力机构如回转电机；和支撑南北向俯仰运动的俯仰机构（图5中的2位置）和带动俯仰机构南北向俯仰操作的动力机构如俯仰电机。
如图1所示，本实用新型的控制装置包括箱体，箱体的正面箱壁上设置多个开口，开口处分别安装与PLC连接的文本显示器、指示灯和旋转开关。指示灯包括光伏面板朝向东向的东向指示灯、光伏面板朝向东向的西向指示灯、光伏面板朝向南向的南向指示灯、光伏面板朝向北向的北向指示灯、电源指示灯。旋转开关包括手动/自动旋转开关、东向/西向旋转开关、南向/北向旋转开关。
本实用新型的控制系统硬件配置如图3所示，包含PLC和无线通信模块，无线通信模块优选采用3G/4G通信模块，该无线通信模块用于和远程的数据服务器网络连接，数据服务器与远程控制端的工控机通信连接。PLC上还连接有文本显示器，文本显示器用来显示斜单轴光伏支架运行中的相关参数，例如系统时间、当地经纬度、太阳的实际方位角、高度角、当前的俯仰角度、回转角度等。PLC的通信信号板（SB）还通过Modbus RTU协议与角度传感器进行通信连接，采集光伏支架的俯仰机构的俯仰角度；PLC上还连接有霍尔传感器，用于采集光伏支架的回转机构的回转角度。
如图5所示，角度传感器3安装在光伏组件的网架纵梁上，用于获取俯仰机构实际旋转的角度，而霍尔传感器集成在回转电机内部，用于获取回转机构实际旋转的回转角。
PLC上还设置有获取当前外部环境中风速的风速仪；如果风速大于设定的风速阈值，容易对光伏组件造成损害，因此，该种情况下，PLC向电机发出信号停止光伏跟踪。
由于一般光伏板需要在一定的范围内进行跟踪，超出该范围就会对支架和控制系统造成损害，因此，需要对光伏板的东向倾角、西向倾角、南向倾角、北向倾角进行限制，本实用新型中采用的方法是在东向、西向、南向、北向的极限位置设置机械限位开关，即：东向限位开关、西向限位开关、南向限位开关、北向限位开关，并配合定时、定角度停止运行的方法对支架和控制系统进行多重保护。当光伏支架运行到极限限位开关位置时，停止追踪。
PLC上还连接有接近开关，接近开关用于对光伏支架的起始位置进行限位，当每天的傍晚时候，光伏支架回到起始位置，接近开关用于对该位置进行限位。
如图2所示，本实用新型中控制系统总电源和PLC工作电源采用单相220V、50HZ交流电源，驱动光伏支架的双轴运动的电机电源采用24V直流电源，该直流电源由开关电源VC1转换而来），电机采用低功耗的直流电机，电机与24V直流电源之间设置有中间继电器ⅠK1、中间继电器ⅡK2、中间继电器ⅢK3、中间继电器ⅣK4，由PLC发出控制信号，通过控制中间继电器ⅠK1和中间继电器ⅡK2进而控制回转电机，改变光伏面板东西向的旋转角度，通过控制中间继电器ⅢK3和中间继电器ⅣK4进而控制俯仰电机，改变光伏面板南北向的旋转角度，进而光伏矩阵自动跟踪太阳运行轨迹。
具体来说， 需要进行俯仰控制时， PLC输出控制信号使中间继电器ⅢK3和中间继电器ⅣK4的线圈得电，进而将中间继电器ⅢK3和中间继电器ⅣK4的常开主触点吸合，俯仰电机得电运行，支架开始南北向跟踪；当不需要进行俯仰控制时时，PLC停止输出控制信号，中间继电器ⅢK3和中间继电器ⅣK4的线圈失电，进而中间继电器ⅢK3和中间继电器ⅣK4的常开主触点断开，俯仰电机停止运行，俯仰机构停止跟踪。
需要进行回转控制时，PLC输出控制信号使中间继电器ⅠK1和中间继电器ⅡK2的线圈得电，进而将中间继电器ⅠK1和中间继电器ⅡK2的常开主触点吸合，回转电机电得电运行，支架开始东西向旋转；当不需要进行回转控制时，则PLC停止输出控制信号，中间继电器ⅠK1和中间继电器ⅡK2的线圈失电，进而中间继电器ⅠK1和中间继电器ⅡK2的常开主触点断开，回转电机停止运行，回转机构停止旋转。
光伏发电站一般都具有多个光伏发电矩阵组成，每个发电矩阵安装一套该控制装置，各个矩阵之间通过3G/4G无线通信模块进行通信连接，实现各个光伏支架的跟踪同步，减少电缆或光纤的敷设量。3G/4G无线通信模块将采集到的信息，通过Internet存储至数据服务器，再通过服务器连接工控机，可实现对光伏支架的远程运行状态的监测，降低电站巡查人员的工作强度，达到远程集中控制的目的。