揚州市職業(yè)大學汽車與電氣工程系畢業(yè)設(shè)計說明書論文作者倪文健學號100201327教研室機電一體化專業(yè)機電一體化技術(shù)題目機械設(shè)計基于PLC的太陽能追光控制系統(tǒng)指導(dǎo)者戴亦宗評閱者2013年5月?lián)P州市職業(yè)大學汽車與電氣系畢業(yè)設(shè)計（論文）評語學生姓名倪文健班級、學號100201327題目基于PLC的太陽能追光控制系統(tǒng)機械設(shè)計綜合成績指導(dǎo)者評語指導(dǎo)者簽字2013年5月15日畢業(yè)設(shè)計（論文）評語評閱者評語評閱者簽字年月日答辯委員會（小組）評語答辯委員會（小組）負責人簽字年月日畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）摘要摘要隨著能源和環(huán)境問題的日益嚴重，太陽能等新能源的開發(fā)、利用越來越受到社會的關(guān)注，太陽能是一種理想的清潔綠色能源，但轉(zhuǎn)換和利用率不高，造成了太陽能利用的局限性很大。如何提高太陽能的轉(zhuǎn)換和利用率、降低發(fā)電系統(tǒng)建造成本是研究太陽能發(fā)電系統(tǒng)的兩大難題。本系統(tǒng)基于三菱PLC等自動化產(chǎn)品設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉且精度高的太陽能自動追蹤系統(tǒng)，以提高太陽能的利用率。本系統(tǒng)利用安裝在太陽能電池組件的不同方位光敏傳感器檢測太陽與電池組件相對位置，檢測結(jié)果傳輸給PLC，PLC通過變頻器、伺服放大器分別驅(qū)動三相低速同步電機和伺服電機動作，實現(xiàn)水平角和俯仰角兩軸控制。用戶通過GOT可以選擇系統(tǒng)工作模式自動、手動模式。自動模式下，系統(tǒng)首先通過雨水傳感器檢測天氣情況，如是雨天則自動停止在原位不工作；非雨天情況下，系統(tǒng)則進一步自動辨別陰晴天氣，非陰天系統(tǒng)自動追蹤太陽，以使太陽能電池組件的輻照最大化。手動模式下，用戶可以依據(jù)需求手動調(diào)節(jié)太陽能電池組件的水平角和俯仰角。同時系統(tǒng)具有惡劣天氣自我保護功能，如強風天氣，系統(tǒng)會自動將太陽能電池組件保持水平位置，以減少迎風面。由于時間及作者目前的知識限制，跟蹤系統(tǒng)只是進行粗略的角度跟蹤，有較大誤差，今后如有機會再進行改進。關(guān)鍵詞PLC變頻器伺服太陽能追蹤目錄1緒論111能源與環(huán)保1111能源緊缺1112環(huán)境污染1113溫室效應(yīng)112系統(tǒng)研究背景2121系統(tǒng)研究目的2122系統(tǒng)研究現(xiàn)狀3123系統(tǒng)擬研究內(nèi)容413本章總結(jié)42方案論證521追蹤方案論證5211視日運動軌跡追蹤5212光電軌跡追蹤7213追蹤方案822機械傳動方案論證823控制器論證924操作界面論證925驅(qū)動控制方案論證1026驅(qū)動電機論證1027系統(tǒng)方案1028本章小結(jié)113機械傳動機構(gòu)設(shè)計1231機械傳動機構(gòu)組成1232機械傳動機構(gòu)工作原理1333機械傳動機構(gòu)安裝注意事項1334本章小結(jié)134電氣控制設(shè)計1441傳感器14411太陽位置傳感器設(shè)計14412雨水傳感器17413風速傳感器1742變頻器18421變頻器以及變頻器連接與安裝18422變頻器參數(shù)設(shè)置2143伺服驅(qū)動器22431伺服驅(qū)動器原理23432伺服放大器連接與設(shè)置2344伺服電機連接2545三相交流電機連接2546PLC電氣連接2547電氣控制箱設(shè)計與安裝2748電氣元器件清單2949本章小結(jié)295系統(tǒng)軟件設(shè)計3051GOT畫面設(shè)計3052系統(tǒng)控制策略3153順序控制流程圖3254梯形圖程序設(shè)計32541I/O端口分配表32542軟元件說明33543梯形圖程序3455模擬量收集3456本章小結(jié)346系統(tǒng)調(diào)試3561調(diào)試的基本任務(wù)35611調(diào)試前的準備工作35612調(diào)試前的檢查35613調(diào)試的一般順序3662機械傳動機構(gòu)調(diào)試3663傳感器調(diào)試3764GOT調(diào)試3765系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試41651晴天41652陰天42653雨天42654大風天氣42655緊急情況4266本章小結(jié)437結(jié)論4471總結(jié)4472系統(tǒng)的提升4473展望44參考文獻46致謝471緒論11能源與環(huán)保隨著時代的前進，人類社會和經(jīng)濟的發(fā)展速度日益增加，但是與此同時人類社會的負擔和責任也隨之增加。能源是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎(chǔ)，社會經(jīng)濟發(fā)展得越快，人類對能源的需求就越大，利用能源時可能對環(huán)境造成較大程度的破壞。目前世界的主要能源是由吸收太陽能的植物經(jīng)億萬年的演化積累而形成的化石能源，如煤炭、石油、天然氣等。正是由于上述原因，世界能源問題日益嚴峻，表現(xiàn)在如下方面111能源緊缺世界上大部分國家能源供應(yīng)不足，據(jù)統(tǒng)計近10年內(nèi)化石燃料煤、石油與天然氣等能量消耗增加了近20倍，預(yù)計今后十年化石燃料的用量將翻一番，但全球己探明的石油儲量只能用到2050年，天然氣也只能延續(xù)到2040年左右，即使儲量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。112環(huán)境污染由于燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數(shù)十萬噸硫等有害物質(zhì)拋向天空，使大氣環(huán)境遭到嚴重污染，直接影響居民的身體健康和生活質(zhì)量，局部地區(qū)形成酸雨，嚴重污染水土。113溫室效應(yīng)化石能源的利用產(chǎn)生大量的溫室氣體而導(dǎo)致溫室效應(yīng)，引起全球氣候變化。這一問題己提到全球的議事日程，有關(guān)國際組織己召開多次會議，限制各國COZ等溫室氣體的排放量。能源問題關(guān)系到經(jīng)濟是否能夠可持續(xù)發(fā)展。一次能源的日益枯竭，已引起全世界的極大關(guān)注?，F(xiàn)在人們常用的一次能源有煤炭，石油，原子能等。占人們能源消費的大部分的煤炭和石油都是有限的，不可再生的。據(jù)有關(guān)資料顯示石油儲量的綜合估算，可支配的化學能源的極限大約為1180一1510億噸，以1995年世界石油的年開采量32億噸計算，石油儲量大約在2050年左右宣告枯竭天然氣儲備估計立方米，年開采量維持在2300兆立方米，將在57一65年內(nèi)枯竭煤的儲量約為5600億噸，1995年煤炭開采量為3億噸，可以供應(yīng)169年鈾的年開采量目前為每年6萬噸，根據(jù)1993年世界能源委員會的估計可維持到21世紀30年代中期，核聚變在2050年前沒有實現(xiàn)的希望。能源短缺的形勢很嚴峻，當前世界多數(shù)國家對能源問題都很重視。新能源技術(shù)及節(jié)能技術(shù)在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展。太陽能、綠色生物能、燃料電池、海洋能等新能源的研究與應(yīng)用為人們描繪出希望。其中太陽能應(yīng)用技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢在全世界蓬勃發(fā)展，使人們在能源危機的焦慮中，感到不少欣慰。12系統(tǒng)研究背景太陽能是已知的最原始的能源，它干凈、可再生、豐富，而且分布范圍廣，具有非常廣闊的利用前景。但太陽能利用效率低，這一問題一直影響和阻礙著太陽能技術(shù)的普及，如何提高太陽能利用裝置的效率，始終是人們關(guān)心的話題，太陽能自動跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計為解決這一問題提供了新途徑，從而大大提高了太陽能的利用效率。太陽能以其不竭性和環(huán)保優(yōu)勢已成為當今國內(nèi)外最具發(fā)展前景的新能源之一。光伏（PV）發(fā)電技術(shù)在國外已得到深入研究和推廣,我國在技術(shù)上也已基本成熟，并已進入推廣應(yīng)用階段。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，這對太陽能的收集和利用裝置提出了更高的要求。目前很多太陽能電池板陣列基本上都是固定的，不能充分利用太陽能資源，發(fā)電效率低下。如果能始終保持太陽能電池板和光照的垂直，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。根據(jù)據(jù)實驗，在太陽能發(fā)電中，相同條件下，采用自動跟蹤發(fā)電設(shè)備要比固定發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量提高35左右。因此，設(shè)計開發(fā)能自動追蹤太陽光照的控制系統(tǒng)，是非常有價值的研究課題。121系統(tǒng)研究目的太陽能是一種低密度、間歇性、空間分布不斷變化的能源，這就對太陽能的收集和利用提出了更高的要求。目前，提高太陽能利用率的研究主要集中在兩方面一方面是提高太陽能裝置的能量轉(zhuǎn)換率，另一方面是提高太陽能的集熱率；前者屬于能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，還有待研究，而后者利用現(xiàn)有的技術(shù)則可解決【1】。無論哪種太陽能利用設(shè)備，如果它的采光裝置能自動追蹤太陽并始終保持與太陽光垂直，它就可以在有限的使用面積內(nèi)收集更多的太陽能。太陽能電池發(fā)電原理利用光伏發(fā)電，即通過一對有光響應(yīng)的器件將光能轉(zhuǎn)換成電能。太陽能電池板的發(fā)電量與太陽光入射角器件將光能轉(zhuǎn)換成電能。太陽能電池板的發(fā)電量與太陽光入射角器件將光能轉(zhuǎn)換成電能。太陽能電池板的發(fā)電量與太陽光入射角有關(guān)，當太陽光線與太陽電池板平面垂直時轉(zhuǎn)換率最高。采用自動追光系統(tǒng)轉(zhuǎn)換率可提高40。因此在這樣一個大前提下，我們需要制作一套全自動太陽能追光系統(tǒng)，實現(xiàn)了最大限度地使用太陽能，相信在不久的將來，它可以真正用到實處，用到人們的日常生活中去122系統(tǒng)研究現(xiàn)狀太陽輻照追蹤裝置要對應(yīng)于晝夜、陰晴更替。太陽落山時，追蹤裝置朝向西邊，然后停止工作，并能夠復(fù)位；當遇到烏云遮住太陽時，追蹤裝置傳感單元無法反應(yīng)出太陽光線的變化，當烏云過后太陽可能偏離較大的角度，這種情況下就要求追蹤裝置傳感探測單元能夠在較大的范圍內(nèi)反應(yīng)出太陽光線的變化?，F(xiàn)有用于太陽觀測科學研究的太陽追蹤裝置雖然追蹤準確但是價格太昂貴，如國家氣象計量站研制的FST型全自動太陽跟蹤器采用傳感器定位和太陽運行軌跡定位相結(jié)合的設(shè)計彌補了赤道架型太陽跟蹤器的缺點，具有全自動、全天候、跟蹤精度高等優(yōu)點【2】。這種大型精密儀器由于價格昂貴，通用性和性價比不高。普通民用太陽追蹤裝置比如1997年美國BLACKACE研制的單軸太陽跟蹤器，完成了東西方向的白動跟蹤，而南北方向則通過手動調(diào)節(jié)，接收器的熱接收率僅提高了15。1998年美國加州成功的研究了ATM兩軸跟蹤器，該裝置在太陽能面板上裝有集中陽光的涅耳透鏡，這樣可以使小塊的太陽能面板硅收集更多的能量，使熱接收率進一步提高。JOEIHGOODMAN研制了活動太陽能方位跟蹤裝置，該裝置通過大直徑回轉(zhuǎn)臺太陽能接收器可從東到西跟蹤太陽，這個方位跟蹤器具有人直徑的軌跡，通風窗體是白晝光照鼓膜結(jié)構(gòu)窗體，窗體上面是圓頂結(jié)構(gòu)，成排的太陽能收集器可以從為、到西跟蹤太陽，以提高夏天季節(jié)里能量的獲取率。2002年2月美國亞利桑那大學推出了新型太陽能跟蹤裝置，該裝置利用控制電機完成跟蹤，采用鋁型材框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，大大拓寬了跟蹤器的應(yīng)用領(lǐng)域?！?】這些普通民用太陽追蹤裝置，普遍存在的問題是精度差。市場急需一種追蹤范圍廣、精度高，原理結(jié)構(gòu)簡單、方便使用的太陽追蹤裝置，并盡快將一技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，從而推動太陽能的普及利用，拓寬太陽能的利用領(lǐng)域?！?】123系統(tǒng)擬研究內(nèi)容本系統(tǒng)嘗試利用三菱電機相關(guān)FA產(chǎn)品PLC、變頻器、伺服放大器、伺服電機等設(shè)計、制造一種簡單、經(jīng)濟、高效并能實現(xiàn)兩軸控制的太陽能電池組件輻照追蹤系統(tǒng)。13本章總結(jié)本章簡單介紹太陽能電池組件輻照追蹤系統(tǒng)的研制背景、目的、現(xiàn)狀及擬研究內(nèi)容。2方案論證21追蹤方案論證眾所周知，地球每天為圍繞通過它本身南極和北極的“地軸”自西向東自轉(zhuǎn)一周。每轉(zhuǎn)一周為一晝夜，一晝夜又分為24H，所以地球每個小時自轉(zhuǎn)15。地球除了自轉(zhuǎn)外，還繞太陽循著偏心率很小的橢圓形軌道黃道上運行，稱為“公轉(zhuǎn)”，其周期為一年。地球的自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)運行的軌道面黃道面法線傾斜成2327的夾角，而且地球公轉(zhuǎn)時其自轉(zhuǎn)軸的方向始終不變，總是指向天球的北極。因此，地球處于運行軌道不同位置時，陽光投射到地球上的方向也就不同，形成地球四季的變化。假設(shè)觀察者位于地球北半球中緯度地區(qū)，我們可以對太陽在天球上的周年視運動情況做如下描述。每年的春分日3月12日，太陽從赤道以南到達赤道太陽的赤緯占0，地球北半球的天文春季開始。在周日視運動中，太陽出于正東而沒于正西，白晝和黑夜等長。太陽在正午的高度等于90為觀察者當?shù)氐牡乩砭暥?。春分過后，太陽的生落點逐日移向北方，白晝時間增長，黑夜時間縮短，正午時太陽的高度逐日增加。夏至日6月2日，太陽正午高度達到最大值902327，白晝最長，這時候地球北半球天文夏季開始。夏至過后，太陽正午高度逐日降低，同時白晝縮短，太陽的升落又趨向正東和正西。秋分日9月23日，太陽又從赤道以北到達赤道太陽的赤緯0，地球北半球的天文秋季開始。在周日視運動中，太陽多出于正東而沒于正西，白晝和黑夜等長。秋分過后，太陽的生落點逐日移向南方，白晝時間縮短，黑夜時間增長，正午時候太陽的高度逐日降低。冬至日12月2日，太陽正午高度達最小值902327，黑夜最長，這時地球北半球天文冬季開始。冬至過后，太陽正午高度逐日升高，同時白晝增長，太陽的升落又趨向正東和正西，直到春分日3月21日太陽從赤道以南到達赤道。211視日運動軌跡追蹤太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率與太陽高度角、大氣透明度、海拔高度、日照時數(shù)、太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率等有關(guān)。但是相對于某一固定地點來說，每天太陽東升西落，方位每時每刻都不樣；即使是同一地點不同日期的同一時刻也會因為太陽赤緯角的變化引起太陽高度的不同。太陽能發(fā)電系統(tǒng)要求電池組件始終盡可能最大限度垂直太陽入射光線，太陽追蹤系統(tǒng)的工作狀況對整個系統(tǒng)的發(fā)電效率有很重大的影，?，F(xiàn)有太陽輻照追蹤方式根據(jù)追蹤原理的不同可分為兩類視日運動軌跡追蹤方式和光電追蹤方式【5】。太陽位置每天都在變化，但其運行規(guī)律是確定、可以計算的，視日運動軌跡追蹤方式就是通過計算太陽每一時刻的位置來控制機械完成追蹤。一些簡單的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)采用此追蹤方式，即只在方位角上對太陽進行追蹤，使光伏發(fā)電效率增高，但是太陽高度角變化所帶來的效率損失也是很大的。一、太陽高度角計算1、一般時間太陽高度角隨著地方時和太陽的赤緯的變化而變化。太陽赤緯（與太陽直射點緯度相等）以表示，觀測地地理緯度用表示（太陽赤緯與地理緯度都是北緯為正，南緯為負），地方時時角以T表示，有太陽高度角的計算公式（21）TACOSCOSSINISINH2、正午時間日升日落，同一地點一天內(nèi)太陽高度角是不斷變化的。日出日落時角度都為0，正午時太陽高度角最大，時角為0，以上公式可以簡化為22TCOSCOSSINSINH由兩角和與差的三角函數(shù)公式，可得COSSI對于太陽位于天頂以北的地區(qū)而言，；（23）90H對于太陽位于天頂以南的地區(qū)而言，；（24）90H二者合并，因為無論是還是，都是為了求當?shù)鼐暥扰c太陽直射緯度之差，不會是負的，因此都等于它的絕對值，所以正午太陽高度角計算公式【6】|90H（25）根據(jù)太陽高度角的計算，確定太陽能集熱裝置的俯仰角，可以預(yù)設(shè)太陽能集熱裝置的運動軌跡，這種方式最大的缺點就是不能精確追蹤太陽，不能隨環(huán)境的變化而變化。圖21日照圖212光電軌跡追蹤光電追蹤是使用光電傳感器作為探測組件，實時探測太陽位置并將信號送達PLC、單片機等控制核心進行處理后來完成對太陽位置的探測和追蹤。當太陽位置變化時，這些傳感器組件會得到不同的輸出結(jié)果，根據(jù)這樣的變化情況就可以知道太陽的變化情況或者知道太陽具體的偏差位置。一些太陽能追蹤系統(tǒng)直接使用太陽能接收器作為傳感組件，比如太陽能電池板。這類追蹤系統(tǒng)的工作原理是先給定一個方向讓轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，如果太陽能電池板上的輸出增高，說明太陽在這這個方向上，則相應(yīng)電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動下去；反之如果輸出降低，說明太陽在相反方向，則控制相應(yīng)電機反轉(zhuǎn)。這類系統(tǒng)簡單，但是穩(wěn)定性差、追蹤精度低、追蹤回應(yīng)慢。其它的追蹤系統(tǒng)一般采用單獨的光電傳感器來檢測太陽位置，這些傳感器采用不同的光感組件，有光電二極管、光電三極管、光電池、光敏電阻等?！?】光電追蹤方式的優(yōu)點很多，在國內(nèi)外受到高度的關(guān)注。一方面，這種追蹤方式屬于死循環(huán)控制方式，可以時刻檢測太陽位置，對系統(tǒng)的初始安裝精度要求較低，不會受到累積誤差的影響；【8】另一方面，這種傳感器信號少，運算簡單。光電追蹤方式也存在著致命的缺點，就是追蹤的穩(wěn)定性問題。這種回饋式的工作方式較容易受到干擾光的影響，并且受天氣的影響也較大，如何克服這樣的問題就成為了國內(nèi)外學者研究較多的領(lǐng)域。傳感器的性能對追蹤系統(tǒng)的影響較大，如何設(shè)計一個即能準確和精確反應(yīng)太陽位置又能克服干擾的太陽位置光電傳感器就成為一個關(guān)鍵問題【9】。213追蹤方案視日運動軌跡追蹤方式和光電追蹤方式各有優(yōu)缺點，因此實際運用中有很多系統(tǒng)都是綜合采用了兩種方式來工作，取各自的優(yōu)點來實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的高效率工作。但是這種方式成本較高，不適合小型光伏電站的發(fā)展；另外這種系統(tǒng)操作復(fù)雜，容易出現(xiàn)錯誤追蹤問題?？紤]到視日運動軌跡追蹤屬于開環(huán)控制，累計誤差無法消除，加入回饋系統(tǒng)后更為復(fù)雜成本更高，本系統(tǒng)選擇光電追蹤方式，采用9個信號控制，四個方位角檢測信號，一個陰晴天檢測信號，兩個水平方位極限角，兩個俯仰方位極限角。鑒于光電追蹤控制方式存在的缺點，本系統(tǒng)將令設(shè)計一種傳感器來滿足需要，并完成相應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計工作。22機械傳動方案論證目前國內(nèi)外普遍使用的機械傳動機構(gòu)主要有兩種，一種是單軸追蹤機構(gòu)，另外一種是雙軸追蹤機構(gòu)。單軸追蹤結(jié)構(gòu)簡單，相較于固定不動的太陽能接受器件而言，能夠一定程度上的提高系統(tǒng)接收光能效率，但是效果并不理想。為了完成精確追蹤，必須使用兩個電機分別在東西水平方向和太陽高度俯仰角兩個不同方向上同時動作，即雙軸追蹤方式。【10】本系統(tǒng)采用雙軸追蹤方式追蹤太陽，分為東西水平方向和俯仰角控制，水平方向最大限位角度為180度，俯仰角度最大90度，在一天當中，機械系統(tǒng)要隨時跟著太陽轉(zhuǎn)動，這就要求系統(tǒng)的速度要慢。水平方向上如果采用11的齒輪傳動，那么電機只能轉(zhuǎn)半圈，裝置就轉(zhuǎn)180度，這樣相對難控制且精度不高。本系統(tǒng)電機和機械裝置之間的配合采用渦輪蝸桿傳動，傳動比301，這樣電機轉(zhuǎn)30圈，裝置才轉(zhuǎn)1圈，這樣保證了整個系統(tǒng)的精度。俯仰角度的控制是通過伺服電機來調(diào)整，同樣要求低速，采用同樣的方法，用渦輪蝸桿減速器，減速比301。由于伺服電機本身非常精確，在傳動機構(gòu)上采用同步帶輪，使用同步帶輪可以減少在傳動過程中的誤差。23控制器論證控制器能夠?qū)崿F(xiàn)裝置自動運算并控制系統(tǒng)工作的功能，常見的控制器有工控機、單片機、FPGA、PLC（可編程邏輯控制器），由于太陽能發(fā)電系統(tǒng)可能位于世界任意位置，系統(tǒng)對控制器本身的適應(yīng)能力提出了很大的要求。工控機INDUSTRIALPERSONALCOMPUTER即工業(yè)控制計算機，是一種增強型的可以適合工業(yè)環(huán)境的個人計算機。相對于普通計算機，它的優(yōu)點有防磁、防塵、防沖擊，含有抗干擾能力強的專用電源，可以持續(xù)長時間的工作，有PCI和ISA插槽等。但是它也有一些缺點，比如數(shù)據(jù)處理能力差、存儲選擇性差和價格較高等【9】。FPGAFIELDPROGRAMMABLEGATEARRAY即現(xiàn)場可編程門陣列，是作為專用集成電路領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，能解決定制電路的不足又能克服以前可編程器件門電路的缺點。FPGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一?！?1】單片機，又被稱為微控制器MICROCONTROLLER。單片機的應(yīng)用非常普遍，價格也較為便宜；單片機制作的主控板受制版工藝、布局結(jié)構(gòu)、器件質(zhì)量等因素的影響導(dǎo)致抗干擾能力差，故障率高，不易擴展，對環(huán)境依賴性強,開發(fā)周期長。一個采用單片機制作的主控板不經(jīng)過很長時間的實際驗證很難形成一個真正的產(chǎn)品。【12】PLC是經(jīng)過幾十年實際應(yīng)用中檢驗過的控制器，其抗干擾能力強，故障率低，易于設(shè)備的擴展，便于維護，開發(fā)周期短、通用性強，控制程序可變、使用方便功能強、適應(yīng)面廣、編程簡單，容易掌握；但成本相對單片機要高。綜合上述分析，本系統(tǒng)選用三菱FX3U48MRPLC作控制器。24操作界面論證在傳統(tǒng)工業(yè)控制和生產(chǎn)社會實踐當中用于控制的主要是按鈕元件，按鈕元件控制有很多優(yōu)越性，但是占用一定的空間。GOT即圖形操作終端，用GOT操作比較傳統(tǒng)的低壓電器輸入而言，觸摸屏操作簡單方便，可以有很多畫面組成，一個畫面又可以有很多按鈕，不僅節(jié)約了安裝空間，而且又使整個系統(tǒng)美觀。同時，GOT有很強的人機互動，可以監(jiān)控控制系統(tǒng)的運行情況，減少控制電路的規(guī)模。本系統(tǒng)設(shè)計采用的三菱GOT1045QSBDC的圖形操作終端。25驅(qū)動控制方案論證由于太陽在東西水平方向上運行軌跡的速度與季節(jié)、地點有較大關(guān)系，因此系統(tǒng)在水平方向應(yīng)能實現(xiàn)無極調(diào)速，且轉(zhuǎn)速不能隨電壓和負載的變化而變化，只能通過改變頻率來改變電機的轉(zhuǎn)速，本系統(tǒng)采用三菱FRA7NC變頻器。垂直方向控制采用三菱MRJ310A伺服放大器。26驅(qū)動電機論證東西水平方向上，機械系統(tǒng)的基本要求是能夠隨太陽東升西落的過程轉(zhuǎn)動180度，此過程歷經(jīng)大約10小時，這一過程就必須要求電機能夠低速運行，同步電機的轉(zhuǎn)速N60F/PF電源頻率P磁極對數(shù)，磁極對數(shù)一般不能變動，本文選用小型90TYDL三相低速同步電機。垂直方向上不但要求電機能低速運行，還希望能進行相對精確的位置控制，因此系統(tǒng)選擇三菱KP13型伺服電機。27系統(tǒng)方案綜上所述，太陽能電池組件輻照追蹤系統(tǒng)的整體框圖如圖22所示。圖22系統(tǒng)框圖28本章小結(jié)本章對太陽能電池組件輻照追蹤控制系統(tǒng)的方案進行了論證，經(jīng)過論證最終確定光電追蹤、PLC控制、水平方向變頻器驅(qū)動三相低速同步電、垂直方向伺服放大器驅(qū)動伺服電機的方案。3機械傳動機構(gòu)設(shè)計31機械傳動機構(gòu)組成能實現(xiàn)兩軸運動的太陽能電池組件輻照追蹤控制系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)主要由3部分組成，分別是底座，圓盤，太陽能電池支架。圖31系統(tǒng)機械裝配圖圖32系統(tǒng)實物圖32機械傳動機構(gòu)工作原理本系統(tǒng)雙軸追蹤主要有圓盤的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)追蹤裝置的水平轉(zhuǎn)動，支架的俯仰實現(xiàn)太陽能板的仰角擺動。圓盤的轉(zhuǎn)動,用三相同步電機經(jīng)過減速器，帶動圓盤轉(zhuǎn)動。圓盤轉(zhuǎn)動的范圍在水平位置內(nèi)180度轉(zhuǎn)動，在最西邊和最東邊有限位開關(guān)，當觸碰到最西限位角，裝置立即回到初始位置，就是最東邊垂直位置，當觸碰到最東限位角裝置就停止運動。當?shù)诙焯栐俅紊鸬臅r候裝置重新啟動，追蹤太陽。太陽能板仰角的擺動，用伺服電機經(jīng)過減速器，通過同步帶帶動軸和軸上的太陽能外框以及太陽能板一起繞軸轉(zhuǎn)動。俯仰角有兩個限位開關(guān)，只允許太陽能電池板旋轉(zhuǎn)90度，當太陽能電池板觸碰到限位開關(guān)后，立即停止旋轉(zhuǎn)。只等有回原點信號，停留在最高角度位置的太陽能電池板才會動作。33機械傳動機構(gòu)安裝注意事項1、三相同步電機和伺服電機在啟動的瞬間都有較大的瞬間扭矩，所以必須與底座和圓盤有效固定。2、在圓盤上的帶盲孔圓柱體和盲孔的尺寸一定要保證平面軸承能可靠接觸。放軸的支撐架要滿足的要求支架相對放置在過圓盤圓心的圓盤上，靠近邊緣，板上的圓孔的軸線過圓盤的圓心，以保證軸的自由轉(zhuǎn)動。3、安裝同步帶時，一定要先保證電機和減速器和軸的垂直，還有同步帶輪和軸上的同步帶平行。4、在安裝軸時套筒和L形板的在實際安裝的誤差使軸線有偏差，所以要在調(diào)試的時候通過螺釘?shù)乃删o控制軸線的偏差，保證軸的自由轉(zhuǎn)動。5、安裝帶同步帶時要控制上帶和下帶的松緊，延長使用壽命。34本章小結(jié)本章介紹了機械部分的結(jié)構(gòu)，運動方式，安裝調(diào)試和注意事項。4電氣控制設(shè)計41傳感器傳感器英文名稱TRANSDUCER/SENSOR國家標準GB766587對傳感器下的定義是“能感受規(guī)定的被測量件并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)?！?3】411太陽位置傳感器設(shè)計一、光敏元件選擇光傳感器是最常見的傳感器之一，是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器，光傳感器可以直接檢測光的變化，作為探測元件組成其他傳感器又可以對許多非電量進行檢測，如直徑、速度、位移等，只需要將這些非電量變化轉(zhuǎn)換為光信號的變化即可。光傳感器有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點。目前光傳感器是使用最多、應(yīng)用最廣的傳感器之一，它在自動控制和檢測技術(shù)中占有非常重要的地位?！?4】光傳感器利用半導(dǎo)體的光導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)或者光電效應(yīng)為原理制成的傳感器。光敏電阻器利用的是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器。主要用于光的測量、光的控制、和光電轉(zhuǎn)換。該類電阻器的特點是入射光越強，電阻值就越小，入射光越弱，電阻值就越大?？紤]到結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟實用的原則，滿足相對精確的設(shè)計要求，本系統(tǒng)采用光敏電阻作為檢測光強弱的傳感器元件。二、電路設(shè)計太陽位置光電傳感器是光電追蹤方式中很重要的一個部件，其探測可靠性決定了系統(tǒng)的追蹤準確性，繼而影響系統(tǒng)的發(fā)電效率。它對于整個系統(tǒng)的重要性不可忽視。光電追蹤的核心部件就是光電傳感器，其可達到的精度直接影響追蹤系統(tǒng)的追蹤精度，而其追蹤精度高低是直接影響太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率的因素之一。但是一般傳感器在保證了高精度情況下往往忽略了追蹤范圍因素，導(dǎo)致傳感器經(jīng)常出現(xiàn)因追蹤范圍小而搜索不到太陽的情況。而一些改進技術(shù)雖然提高了傳感器的追蹤范圍，但是仍然不能使人滿意。所以，保證光電傳感器在追蹤范圍、追蹤精度等方面同時達到要求成為影響光電追蹤技術(shù)發(fā)展的瓶頸。【15】鑒于各種傳感器的特點，為了得到精度較高的追蹤系統(tǒng)，如圖41所示原理圖所示是一種簡單實用的傳感器，R1、R2為1K電阻，R5為10K電阻，R4為可調(diào)電阻，阻值為010K，R5為1K電阻,三極管8050的集電極接中間繼電器的線圈。當有光照射達到光敏電阻，阻值發(fā)生減小，一旦比可調(diào)電阻預(yù)設(shè)的阻值小，經(jīng)過放大器讓三級管導(dǎo)通，中間繼電器的線圈通電，常開觸頭吸合，以此來給PLC信號。圖41LM358電路內(nèi)部電路圖LM358內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，內(nèi)部電路如圖42所示2，4號腳接地，8號管腳接5V電源，輸入輸出用1、2、3號管腳或接5、6、7號管腳。圖42LM358電路內(nèi)部電路圖三、安裝光電傳感器安放的位置和方法直接影響傳感器的檢測精度，因為光敏電阻是點元件，所以接受光能的范圍比較廣，如果直接暴露在陽光下會降低整個太陽追蹤系統(tǒng)的精度，所以本文設(shè)計采用在光敏電阻外部安裝遮光套，根據(jù)安裝不同地方作具體的調(diào)整。四個傳感器分別安裝于太陽能電池板的四周，如圖43所示，還有一個陰晴天檢測傳感器安裝于支架上，五個傳感器比較電路集成在一塊印制電路板上，安裝于太陽能電池板的后面，并作避雨處理。五個傳感器比較電路共公用一個5V電源，五個24V電源的負極直接焊在一起，電源的正極連接中間繼電器的線圈，線圈的另一端接到電路板上五個三極管的集電極，實物圖如圖44所示。圖43傳感器的安裝圖44傳感器電路412雨水傳感器雨水傳感器采用兩根導(dǎo)線交叉式按布在電路板上靠的很近但不導(dǎo)通，連接到PLC端子是X0，當雨水滴落到傳感器上時，兩根導(dǎo)線導(dǎo)通，此時向PLC傳送雨天信號，PLC傳送出動作信號，執(zhí)行回原點程序，保護裝置。如圖45。圖45雨水傳感器413風速傳感器風速傳感器是在直流電機上裝一扇葉，當有風時扇葉會隨風轉(zhuǎn)動，直流電機會產(chǎn)生電流，當風速達到一定風力時，電池板會水平放置以減小風帶來的阻力，降低系統(tǒng)損壞的可能。如圖46。風速傳感器的信號傳輸?shù)絇LC的模擬量模塊，正負兩端分別接模擬量模塊的V2和COM端。圖46風速傳感器42變頻器變頻器（VARIABLEFREQUENCYDRIVE，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。通過改變電源的頻率來達到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)采用三菱變頻器FRA740075KCHT三菱變頻器FRA740075KCHT性能介紹功率范圍075500KW閉環(huán)時可進行高精度的轉(zhuǎn)矩/速度/位置控制無傳感器矢量控制可實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩/速度控制內(nèi)置PLC功能（特殊型號）使用長壽命元器件，內(nèi)置EMC濾波器強大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，支持DEVICENET，PROFIBUSDP，MODBUS等協(xié)議421變頻器以及變頻器連接與安裝變頻器的連接采用NET（網(wǎng)絡(luò)）運行模式，變頻器主體的PU鏈接器（RS485內(nèi)置端子）和可編程邏輯控制器的485ADP連接，將終端電阻開關(guān)設(shè)置成100，連接電纜是雙絞線，鏈接方便通訊簡單，而且可以鏈接多臺變頻器，為后期硬件改善留有余量?？删幊踢壿嬁刂破髋c變頻器的485通訊連接線只有5根線，采用雙絞線。變頻器的連接步驟1、確認連接方法2、準備接線3、斷開可編程邏輯控制器的電源4、連接（僅FXON485ADP）電源5、通訊設(shè)備之間的接線6、連接終端電阻7、連接屏蔽線?！?8】圖47PLC與變頻器連接圖圖48PLC與變頻器的連接變頻器安裝1松開操作面板的兩處固定螺絲。（螺絲不能卸下）圖492按住操作面板左右兩側(cè)的插銷，把操作面板往前拉出后卸下。圖410進行安裝時，請筆直插入并安裝牢靠，旋緊螺絲。取下1旋松安裝前蓋板用的螺絲。2請一邊按著表面護蓋上的安裝卡爪，一邊以左邊的固定卡爪為支點向前拉取下。圖411安裝1請將表面護蓋左側(cè)的2處固定卡爪插入機體的接口。2請以固定卡爪部分為支點確實地將表面護蓋壓進機體。（也可以帶操作面板安裝，但要注意接口完全連接好。）3請擰緊安裝螺絲。圖412變頻器的安裝圖413422變頻器參數(shù)設(shè)置本系統(tǒng)設(shè)計不需要改變電機轉(zhuǎn)矩控制，位置控制，對于速度控制如果用改變電壓來控制電機的轉(zhuǎn)速會因電流增大而使電機發(fā)熱、燒壞，因此保持輸出電壓和頻率的比率恒定的方式就是采用V/F控制模式，采用V/F控制對電機的要求比較少，通用性比較好，適用低速調(diào)整。其他方式在本系統(tǒng)中，沒有被采用，采用V/F控制就滿足本系統(tǒng)的要求。1、確認運行的現(xiàn)實以及運行模式的顯示確定已是停止運行狀態(tài)。2、設(shè)定為參數(shù)設(shè)定模式按下MODE鍵后，設(shè)置為參數(shù)設(shè)定模式。3、輸入?yún)?shù)轉(zhuǎn)動M撥盤，對準P331，按下SET鍵，轉(zhuǎn)動M撥盤，將設(shè)定直改為0，按下SET，完成輸入?yún)?shù)。4、完成輸入按照步驟3，將數(shù)據(jù)全部輸入變頻器，完成變頻器的參數(shù)設(shè)定。43伺服驅(qū)動器伺服驅(qū)動器又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位，目前是傳動技術(shù)的高端產(chǎn)品。圖413伺服驅(qū)動器各個部分名稱伺服放大器正面的顯示部分（5為7段LED）。可以進行狀態(tài)的顯示，參數(shù)的設(shè)定等，可再運行前設(shè)定參數(shù)、診斷異常時的故障、確認外部程序、確認運行器件狀態(tài)。每按一次“MODE”、“UP”、“DOWN”按鍵進行參數(shù)的設(shè)定431伺服驅(qū)動器原理目前主流的伺服驅(qū)動器均采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心，可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計的驅(qū)動電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路,在主回路中還加入軟啟動電路,以減小啟動過程對驅(qū)動器的沖擊。功率驅(qū)動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動三相永磁式同步交流伺服電機。功率驅(qū)動單元的整個過程可以簡單的說就是ACDCAC的過程。整流單元（ACDC）主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。隨著伺服系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用，伺服驅(qū)動器使用、伺服驅(qū)動器調(diào)試、伺服驅(qū)動器維修都是伺服驅(qū)動器在當今比較重要的技術(shù)課題，越來越多工控技術(shù)服務(wù)商對伺服驅(qū)動器進行了技術(shù)深層次研究。432伺服放大器連接與設(shè)置伺服放大器頂部和控制柜內(nèi)壁要留出較大空隙，并安裝風扇使控制柜內(nèi)部溫度不要超過規(guī)定條件。伺服放大器密集安裝時，考慮安裝的公差，與相鄰的伺服放大器之間要留出1MM的間隙。此時，請在045攝氏度，實際負載在75以下使用。圖414伺服放大器與外部設(shè)備連接圖415伺服放大器也叫伺服控制器，是控制伺服電機轉(zhuǎn)速的控制器。本系統(tǒng)采用MRJ310A，MRJ3系列伺服放大器配有USB通用接口可方便和PC機的通訊,通訊速度快，實時采集數(shù)據(jù)的能力非常強。伺服放大器連接參看表41。表41伺服放大器端子接線伺服器端子編號功能PLC端子10PPYO11PGY035NPY436NGY420DICOM24V46DOCOM015SAN42EMQ43LSD44LSN47DOCOM34LG46DOCOM49RD接X0744伺服電機連接伺服電機有兩根外置電纜線，一根是電源線，將電源線連接到伺服放大器的另外一根是鏈接伺服放大器的編碼線CN3；編碼線連接到伺服放大器的CN2接口。45三相交流電機連接將三相同步低速電機接到變頻器的輸出端即可。46PLC電氣連接PLC可直接連接到電腦進行通訊，GOT也可以直接連接到電腦通訊，但是這樣會比較麻煩，有一種直接通訊方式，可通過一根USB電纜線連接到GOT，可經(jīng)由GOT進行工控設(shè)備的編程與安裝、調(diào)試，無需打開控制柜、更換電纜等麻煩的工作，這種就是透明連接。本系統(tǒng)PLCGOTPC的連接參看圖416。圖416透明接線圖PLC外界輸入輸出信號及地址分配及電路連接PLC請參表42輸入輸出端口分配表和圖417PLC連接圖。表42PLC端口分配表端子輸入設(shè)備功能X0光照傳感器陰晴天X1光照傳感器上X2光照傳感器下X3光照傳感器左X4光照傳感器右X7伺服器伺服準備好信號X11限位開關(guān)伺服下限位信號X12GOT急停按鈕信號X17限位開關(guān)伺服上限位信號X20GOT急停按鈕復(fù)位信號X23GOT手動運行按鈕信號X24限位開關(guān)變頻器原點，東限位信號X25限位開關(guān)變頻器西限位信號X26GOT自動運行按鈕信號圖417PLC外部連接圖47電氣控制箱設(shè)計與安裝系統(tǒng)原理圖參看圖418，主電路由兩個空氣開關(guān)分別保護（我們電路采用三相五線結(jié)構(gòu)分別是三相線黃、綠、紅、地線、零線），三相線下面由變頻器控制三相同步電機進行調(diào)速控制，實現(xiàn)縱向旋轉(zhuǎn)時所需的轉(zhuǎn)速，另一項由220V控制的伺服器、PLC、開關(guān)電源以及散熱裝置，伺服器對伺服電機進行速度調(diào)節(jié)，它和變頻器都是由PLC進行控制的，開關(guān)電源是為了提供24V和5V電源所采用的（為了安全考慮我們的兩個指示燈都是用的24V安全電壓），散熱裝置是為了本系統(tǒng)安全運行所不可缺少的。系統(tǒng)電氣控制柜安裝布置圖參看圖419。圖418系統(tǒng)原理圖圖419系統(tǒng)安裝布置圖48電氣元器件清單表43電氣元器件清單名稱數(shù)量（臺/套）備注PLC1三菱FX3U48MRGOT1GT1045QSBDC伺服放大器1MRJ310A伺服電機1三菱KP13變頻器1三菱FRA740075KCHT三項同步電機190TYDL中間繼電器5空氣開關(guān)4接觸器2指示燈2啟動指示、停止指示緊急停止按鈕1旋停按鈕按鈕2啟動按鈕、停止按鈕24V直流電源1行程開關(guān)4導(dǎo)線若干行程開關(guān)4電池板1長寬82X3649本章小結(jié)本章對整個控制系統(tǒng)的硬件做了詳細的介紹，包括光電傳感器、PLC、伺服放大器、變頻器、三相電機、伺服電機的安裝及注意事項。5系統(tǒng)軟件設(shè)計51GOT畫面設(shè)計GOT的畫面編輯是通過GTDESINGER2進行編輯，操作簡單，可自行編輯畫面，亦可自行美化畫面。程序通過USB電纜線進行下載設(shè)計畫面。本系統(tǒng)設(shè)計了7個畫面包括歡迎界面、主界面、手動指示畫面、自動指示畫面、監(jiān)控指示畫面、變頻監(jiān)控畫面、伺服監(jiān)控畫面。主界面是選擇操作模式，選擇手動、自動還是監(jiān)控模式。選擇好操作模式，進行下一步。手動操作模式是兩軸的控制XY軸，即東西水平方向和俯仰角。自動模式分啟動和停止按鈕，分別有指示燈顯示。監(jiān)控指示畫面包含有兩個監(jiān)控對象，伺服監(jiān)控和變頻器監(jiān)控，分別用指示燈指示運行狀況。GOT畫面詳見第64節(jié)表51GOT軟元件對照表按鈕指示燈顯示軟元件功能軟元件功能X0020緊急復(fù)位D2電池板實時電壓顯示X0023手動啟動M16風速保護指示燈X0012緊急停止Y0020變頻器運行指示M21X軸向左Y0021變頻器正轉(zhuǎn)指示M27X軸向右Y0022變頻器反轉(zhuǎn)指示M13Y軸向左Y0023變頻器運行異常M14Y軸向右Y0024伺服器運行異常X0025自動模式啟動Y0010手動運行指示M16（置位）啟動風速保護Y0011自動運行指示M16（復(fù)位）風速保護復(fù)位Y0012陰天停止指示D250變頻器頻率輸入Y0013緊急停止指示D201變頻器最大頻率顯示D203變頻器最小頻率顯示D6風速顯示52系統(tǒng)控制策略模糊控制是一模糊集理論、模糊語言變量和模糊邏輯理論為基礎(chǔ)的一種控制方法，它是從行為上模仿人的模糊理論和決策過程的一種智能控制方法。該方法首先將操作人員或?qū)＜医?jīng)驗變成模糊規(guī)則，然后將模糊化后的信號作為模糊規(guī)則的輸入，完成模糊推理，將推理后得到的輸出量加到執(zhí)行器上。本系統(tǒng)根據(jù)春夏秋冬四季太陽入射光強度的不同，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，根據(jù)不同的電壓變化在一定的范圍內(nèi)，將模糊的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量給PLC執(zhí)行器，PLC根據(jù)一定的規(guī)則，控制系統(tǒng)運行。表52傳感器控制規(guī)則傳感器信號晴天1號2號3號4號機構(gòu)動作0XXXX無動作1000上左運動0100上右運動0010下右運動0001下左運動1100向上運動1001向左運動0011向下運動0110向右運動1110上右運動1101上左運動1011下左運動0111下右運動11111無動作53順序控制流程圖順序控制流程圖詳見附錄。54梯形圖程序設(shè)計主程序要能是實現(xiàn)裝置在水平方向上電機轉(zhuǎn)動，當觸碰到西限位開關(guān)，三相電機能夠停止轉(zhuǎn)動，然后轉(zhuǎn)向原來最東邊的初始位置，轉(zhuǎn)動到最東邊時觸碰到東限位角時，整個裝置進入等待狀態(tài)，等待第二天太陽再次升起的時候再次轉(zhuǎn)動；太陽能電池板俯仰角在隨太陽高度角變化而變化的時候，裝置需要限制太陽電池板的運動，俯仰角最大不能超過90度，最小不能小于0度，在肌纖維直分別裝有限位開關(guān)，當初碰到俯仰角限位開關(guān)再次方向上裝置停止運動。541I/O端口分配表表53PLC輸入端子分配表端子輸入設(shè)備功能X0光照傳感器陰晴天X1光照傳感器1X2光照傳感器2X3光照傳感器3X4光照傳感器4X7伺服器伺服準備好信號X11限位開關(guān)伺服下限位信號X12GOT急停按鈕信號X17限位開關(guān)伺服上限位信號X20GOT急停按鈕復(fù)位信號X23GOT手動運行按鈕信號X24限位開關(guān)變頻器原點，東限位信號X25限位開關(guān)變頻器西限位信號X26GOT自動運行按鈕信號542軟元件說明表54PLC內(nèi)部繼電器說明端子功能端子功能MO變頻器回原點主控標志M102伺服器回原點結(jié)束標志M1伺服器回原點主控標志M103伺服器回原點上行標志M2陰天標志M104伺服器回原點下行標志M3傳感器信號出錯標志M105伺服器上行移動中M4系統(tǒng)運行主控指令1M106伺服器下行移動中M5系統(tǒng)運行主控指令2M107上行結(jié)束M10緊急停止標志M108下行結(jié)束M11自動/手動運行標志M109伺服器運行上行標志M12運行模式選擇標志M110伺服器運行下行標志M51變頻器初始化標志M111伺服器運行上行中M52變頻器回原點結(jié)束標志M112伺服器運行下行中M53變頻器回原點左行標志M113伺服器運行停止M54變頻器回原點右行標志M114伺服器運行停止M55切換運行頻率1（GOT）M220伺服器手動上行標志M56切換運行頻率2（GOT）M221伺服器手動下行標志M61正轉(zhuǎn)指令M222伺服器手動上行運行M62反轉(zhuǎn)指令M223伺服器手動上行運行D250變頻器運行頻率寄存器M224伺服器手動上行結(jié)束M70M77變頻器運行狀態(tài)M225伺服器手動下行結(jié)束M63低速運行指令D0電壓模擬通道1M16啟動風速保護D1電壓模擬通道1M15風速起標志位標志D2電壓模擬通道1轉(zhuǎn)換值M115伺服風速上行D3電壓模擬通道1轉(zhuǎn)換值M116伺服風速下行D4電壓模擬通道2D5電壓模擬通道2D5電壓模擬通道2轉(zhuǎn)換值D6電壓模擬通道2轉(zhuǎn)換值543梯形圖程序詳細梯形圖程序請詳見附錄。55模擬量收集整個裝置在正常運行時，收集到的太陽能在GOT的畫面上有顯示，即太陽能實時電壓的顯示，如圖所示，在手動和自動模式下也有是電壓的顯示。在GOT上用的軟原件是D2。收集到的太陽能通過如圖51所示的電路傳送到PLC的模擬量模塊進行識別，最后在GOT上進行實時電壓顯示。圖51信號采集電路56本章小結(jié)本章主要介紹了系統(tǒng)軟件，GOT畫面的制作，采用的控制策略，和程序的設(shè)計。程序的設(shè)計包括程序流程圖，I/O端口分配和具體的程序。6系統(tǒng)調(diào)試61調(diào)試的基本任務(wù)為了實現(xiàn)生產(chǎn)機械的工作任務(wù)以及達到規(guī)定的靜態(tài)、動態(tài)性能指標，必須在系統(tǒng)安裝竣工并經(jīng)質(zhì)量檢驗合格后，進行認真細致的調(diào)試工作。這是確保系統(tǒng)安全可靠、合理進行的必要手段。為此，應(yīng)做到以下幾方面要求。按技術(shù)文件及圖紙對各單體設(shè)備、附屬裝備進行外觀檢查，關(guān)鍵尺寸檢查，裝配質(zhì)量及部件互換性檢查，接線檢查，絕緣試驗等常規(guī)的檢驗，以發(fā)現(xiàn)整個系統(tǒng)的設(shè)備及附件在經(jīng)過長途搬運、倉庫保管以及安裝過程中有無損壞、差錯或其他隱患。找出并核對系統(tǒng)中各電源裝置的極性、相序以及各單元之間的正確連接關(guān)系。將所有保護裝置均按設(shè)計要求進行整定。對每一單元進行特性測定、調(diào)整、試驗，使其工作在最合理的工作狀態(tài)達到滿意的技術(shù)指標。通過調(diào)試，使得整個系統(tǒng)獲得較為理想的靜態(tài)特性和動態(tài)指標。驗證在各種狀態(tài)下，系統(tǒng)工作的可靠性，以及各種事故狀態(tài)下保護裝置的可靠性。通過調(diào)試，校核設(shè)計文件的正確性及提供修改設(shè)計的必要依據(jù)。611調(diào)試前的準備工作1、應(yīng)具備完整的設(shè)計圖紙、說明書（包括有關(guān)計算）以及主要設(shè)備的技術(shù)文件。2、應(yīng)編制詳盡的系統(tǒng)調(diào)試大綱，明確規(guī)定各單元、各環(huán)節(jié)以及整個系統(tǒng)的調(diào)試步驟、操作方法、技術(shù)指標。3、應(yīng)挑選對本系統(tǒng)有一定了解的人員和電工參加調(diào)試工作，必要時可邀請有關(guān)設(shè)計人員、技術(shù)人員參加調(diào)試。4、除一般常用的儀器、儀表、工具、器材、備品、配件等應(yīng)齊備完好外，還應(yīng)準備好被調(diào)試系統(tǒng)所需的專用儀器和儀表，如雙蹤示波器等。5、為確保調(diào)試安全順利進行，應(yīng)具有可切斷全部電源的緊急總開關(guān)，并認真考慮調(diào)試時的各種安全措施。612調(diào)試前的檢查1、設(shè)備安裝檢查。2、線路檢查。3、絕緣檢查。613調(diào)試的一般順序1、先查線，后操作；通電前先檢查線路。2、先保護，后操作；先做保護部分整定，后調(diào)試操作部分。3、先單元，后整體；先調(diào)單元部分，后調(diào)整體部分。4、先靜態(tài)，后動態(tài)；先調(diào)靜態(tài)工作點，后調(diào)動態(tài)響應(yīng)。5、先模擬，后真實；先帶電阻性模擬負載試驗，后帶真實負載。6、先開環(huán)，后閉環(huán)；系統(tǒng)調(diào)試時先做開環(huán)調(diào)試，后做閉環(huán)調(diào)試。7、先內(nèi)環(huán)，后外環(huán)雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)試時先做內(nèi)環(huán)調(diào)試，后做外環(huán)調(diào)試。8、先低壓，后高壓；整個系統(tǒng)投入時，先送低壓電調(diào)試，然后再投入高壓。9、先輕載，后重載；試運行時可以先帶輕負載，后帶重負載、過負載。10、先手動，后自動；試運行時先做手動操作試驗，滿意后再投入自動系統(tǒng)試驗。11、先正常，后事故；試運行時先按正常情況下操作，然后按各種事故狀態(tài)試驗，以考核整個系統(tǒng)工作可靠性。62機械傳動機構(gòu)調(diào)試本項目采用的機械傳動機構(gòu)有渦輪蝸桿減速機構(gòu)，在前期機械零部件加工完成后，要對整個機械系統(tǒng)進行安裝和調(diào)試。具體的安裝調(diào)試過程如下1、準備工具和螺栓等零件。2、安裝三相同步電機，固定在指定位置，通過聯(lián)軸器和減速器連接，固定在指定位置。3、安裝圓盤（固定）用螺栓固定到3個方形快上。4、安裝平面軸承。5、安裝圓盤（可動），對心保證有效接觸，用銷將圓盤和減速器的輸出軸固定。6、軸的安裝套筒套軸承裝在軸上，然后裝同步帶輪和同步帶，在安裝同步帶的時候，注意不要將同步帶的齒安裝發(fā)生錯誤，上下帶齒一定要一致。再套上軸承，套上套筒，用螺釘固定在支架上。7、將減速器用聯(lián)軸器和伺服電機固定在L形板上，裝上帶輪，套上帶固定（松點）在N形板上，用N形板上的螺紋結(jié)構(gòu)將帶拉緊，載將L形板完全固定在N形板上。8、安裝太陽能板外框，用螺母和U形螺栓將外框拉在軸上。9、將太陽能板安裝在外框中，用螺栓固定,然后完成63傳感器調(diào)試系統(tǒng)的整體調(diào)試主要是傳感器比較電路可調(diào)電阻的調(diào)節(jié)，可調(diào)電阻的調(diào)試方法如果光線不強的