S7―200PLC在太阳能跟踪控制系统中的应用

摘要：太阳能跟踪控制系统是光伏发电实训系统的重要组成部分，阐述了全太阳能跟踪控制系统的组成，以西门子S7—200PLC为核心配置了系统，以STEP 7 MicroWin为开发环境完成了光伏系统中的“逐日”用户程序的开发，并配有监控界面。结果表明，该系统能够实现光伏发电实训系统中太阳能的采集，提高太阳能发电系统的效率。
关键词：S7—200；太阳能光伏发电；跟踪；控制系统

太阳能是一种资源丰富，可以再生的清洁无污染能源，合理、充分利用太阳能是人类与自然和谐发展的重要举措。但太阳能存在着密度低、间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题，如果能始终保持太阳板和光照的垂直，使其最大化地接收太阳能，则能充分利用丰富的太阳能资源。因此，设计开发能自动追踪太阳光照的电磁机械系统，是非常有价值的研究课题。太阳能追踪系统能增加太阳集能器或光伏模块接收的太阳能，能提高日用功率和年输出功率，比固定式系统成本高，且更复杂。然而，太阳能追踪系统能增加年输出功率而有效地降低成本。
光伏发电控制系统是利用太阳能进行能量转换的一种装置，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。目前，太阳能光伏发电正逐渐应用于各行各业，比如航天、通讯、交通以及居民生活等领域。为此，光伏专业、光热专业或其他相关专业相继出现，光伏发电实训系统应运而生，太阳能跟踪控制系统是光伏发电实训系统的重要组成部分，论文着重阐述了太阳能的跟踪、模拟控制等内容。

1 全太阳能跟踪控制系统组成及硬件选型
1．1 全太阳能跟踪控制系统的硬件组成
根据控制要求，该控制系统设计包括PLC一套，4块太阳能电池板组件，3盏200 W投身灯(模拟太阳光)、4个跟踪传感器、1套运动执行机构(X和Y方向运动机构、直流电动机和支架)。如图1所示。整个系统以西门子S7—200可编程控制器为控制核心，当有太阳光时，太阳能电池板上的跟踪定位传感器采集模拟太阳光照度信息及位置信息，然后将所采集的信息送达控制器，从而控制X和Y方向运动机构，使太阳能电池板始终正对着模拟太阳光源，以提高太阳能电池的发电效率。另外，系统中设置了IPC上位机，配置了友好界面，该界面运用POWER计算机监控软件开发，以便及时掌握系统及相关角度等信息。

1．2 控制系统主要设备选型
PLC是太阳能追踪系统的核心部件，该控制系统的PLC选用两门子公司的S7—200系列，S7—200具有紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集，用户程序包括位逻辑、计数器、定时器、复杂的数学运算以及与其它智能模块通讯等指令内容，从而使S7—200能够监视输入状态，改变输出状态以达到控制的目的。另外，选用S7—200主要考虑其不但能用于独立太阳能设备的跟踪系统控制，比如满足边疆偏远地区牧民夜
晚用电的需求，而且特别对串并联的大型光伏太阳能阵列的跟踪系统控制，能发挥PLC现场总线控制的优势，进行集中控制。
S7—200 CPU226的特点有：
1)数字输入／输出口24／16；
2)可扩展7个模块，248路数字I／O，35路模拟I／O；
3)有PID控制器；
4)2个RS-485通信／编程模块；
5)16K用户程序在线编程。
具体配置如下表。CPU：CPU226(24点DI，16点DO)，AI：EM231(4路)；EM235模块(4路)；系统涉及的主要设备如表1所示。