太陽能電池板追日系統(tǒng)控制系統(tǒng)設計與測試分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u14760太陽能電池板追日系統(tǒng)控制系統(tǒng)的軟件設計案例 176881.1伺服系統(tǒng)參數(shù)設計 1174561.2模擬量采集模塊參數(shù)設置 7166551.3模糊PID算法仿真運行設計 92232整機測試 14206962.1照射角傳感器測試 14232002.2數(shù)據(jù)采集模塊測試 1562352.3可編程邏輯控制器測試 16136652.4伺服系統(tǒng)測試 17259472.5整體測試 181.1伺服系統(tǒng)參數(shù)設計在設計這種基于PLC的太陽能電池板跟蹤系統(tǒng)時，采用了toda制造的ASD-A2-L系列伺服產(chǎn)品，toda伺服系統(tǒng)支持各種運動控制網(wǎng)絡功能，使工程人員能夠順利進入系統(tǒng)，并具有循環(huán)控制功能，具有高精度的20位編碼器，這是精確定位所需的武器，加上ASDA軟軟件和高速監(jiān)測示波器，使得調(diào)試更容易實現(xiàn)。在本系統(tǒng)中，伺服系統(tǒng)充當PLC輸出信號的實現(xiàn)操作，即接收PLC發(fā)送的伺服信號后，伺服系統(tǒng)向伺服電動機提供能量，伺服電動機勵磁后，伺服電動機轉(zhuǎn)子處于狀態(tài)伺服驅(qū)動器收到脈沖和方向信號后，根據(jù)參數(shù)配置情況(包括電子齒輪比、通信格式等參數(shù))輸出相應的功率。1.1.1臺達伺服軟件在伺服驅(qū)動器中可以配置的參數(shù)很多，有數(shù)百個。如果用戶需要配置更多參數(shù)，則使用伺服驅(qū)動器上的控制面板可能非常耗時。臺達da擁有獨立開發(fā)的伺服服務器軟件。用戶可以通過ASDA-Soft更改參數(shù)。圖4-1臺達伺服軟件當伺服電機離開工廠時，伺服電機的參數(shù)會設定為「禁止移動」狀態(tài)。因此，如果要移動新的從屬關系，必須首先建立參數(shù)，如電子齒輪比、運動指令源信息等。伺服驅(qū)動器軟件如圖4-1所示。1.1.2臺達伺服與軟件通訊設計工作站伺服軟件采用ASDA_SOFT_V5.1.1.0版軟件。伺服軟件信息如圖4-2所示。必須先使用USB通訊線路將電腦連接至伺服系統(tǒng)，然后開啟軟體。登錄窗口將自動彈出。默認情況下，軟件通過usb連接到從屬關系。因此，必須直接單擊“開始自動檢測”按鈕，軟件將自動檢測連接的約束類型。在線頁面如圖4-3所示。此時，工作站伺服與軟件之間的通信已解決。圖4-2伺服軟件信息圖4-3聯(lián)機頁面1.1.3臺達伺服的參數(shù)設置本設計中使用的臺達a2-l單元為位置、速度和轉(zhuǎn)矩提供了三種基本操作模式，并且可以使用單個命令模式，即固定在一種命令模式下或選擇使用混合模式進行控制，因此臺達伺服單元總共可以在11種模式下運行，其中包括查找模式(內(nèi)部注冊表項)Pr代碼、速度模式、s代碼模式、速度模式(無模擬項)、Sz代碼模式、轉(zhuǎn)矩模式、t模式、轉(zhuǎn)矩模式(無模擬項)、Tz代碼、五種混合模式在此處未進行說明，因為本設計不適用，而是使用pt模式，即驅(qū)動器接受控制電機到目標位置，定位指令通過端子輸入，信號類型為脈沖。圖4-4電子齒輪比示意圖圖4-5絲桿伺服單位的另一個重要參數(shù)是電子齒輪比，其電子齒輪比示意圖如圖4-4所示，其中f1是脈沖輸入數(shù)-以上N是電子齒輪比的分子，m是電子齒輪比的分母從而可以計算驅(qū)動與實際位置之間的關系，并在本設計中使用伺服驅(qū)動螺釘。桿的引導長度為16mm，因此伺服旋轉(zhuǎn)一個塔，桿向前或向后移動16mm，但如果電子齒輪較大，則精度可能降低，伺服電機可能會產(chǎn)生劇烈沖擊。如果電子齒輪太小，可能導致反應速度慢和時間效率差。因此，在編寫電子齒輪比時，需要尋找一個相對速度平衡和精度值。在此設計中進行測試后，當電子齒輪比設定為1/1000時，效果最佳。圖4-6參數(shù)編輯頁面進入軟件并聯(lián)機后，單擊上面的參數(shù)功能菜單中的參數(shù)編輯器選項進行參數(shù)編輯。有關在伺服軟件中編輯參數(shù)的信息，請參閱圖4-6。此頁面可讓使用者根據(jù)每個參數(shù)后面的注解來了解參數(shù)的作用，例如:P0-00表示韌體版本，P1-00表示外部脈沖波型式設定，如果使用者不了解注解內(nèi)容，也可以連按兩下注解來快速檢視它將被放置在用戶所需的搜索位置，以方便用戶訪問，并且“編輯伺服參數(shù)”頁還包括諸如參數(shù)比較、參數(shù)下載、參數(shù)下載、打印等功能如圖4-7所示，是“設置伺服參數(shù)”向?qū)У捻撁?。當用戶不知道如何設置參數(shù)時，可以雙擊參數(shù)值輸入框來喚醒。在參數(shù)設置向?qū)е?，可以選擇快速設置所需的功能和參數(shù)。例如，如果希望DI3伺服是一個電源開關，并且是一個常開開關，則需要如下圖所示輕松設置。選取參數(shù)后，系統(tǒng)會自動在參數(shù)輸入欄中指定它。

圖4-7參數(shù)設定助手圖4-8參數(shù)導入導出窗口在本設計中，兩個伺服站分別用作太陽能板的仰角和方位角的能量源，兩個伺服站電機相同，因此必須將相同的參數(shù)寫入伺服盤兩次，因此需要在中分別建立兩個伺服站但是，臺達da伺服軟件附帶參數(shù)導入和導出功能，可以執(zhí)行全局備份和恢復操作，即現(xiàn)在可以備份和歸檔相同的參數(shù)，然后執(zhí)行批量參數(shù)恢復操作。參數(shù)導入和導出窗口如圖4-8所示。1.2模擬量采集模塊參數(shù)設置1.1.1模擬量采集模塊拓撲關系仿真量采集模塊類通過RS-485相互連接，實現(xiàn)更多仿真量信息的同步采集。仿真量采集模塊可以連接的產(chǎn)品有傳感器、溫度計/壓力表、孔徑量、閥門數(shù)據(jù)等。仿真土方量采集拓撲結構圖如4-9所示。圖4-9模擬量采集拓撲圖1.1.2模擬量采集模塊參數(shù)配置本節(jié)介紹如何設置模擬數(shù)量參數(shù)，參數(shù)設置界面如圖4-10所示。此參數(shù)配置頁用于配置模擬捕獲模塊與PLC的通信參數(shù)，如波特率、校驗方法、站編號地址等，并使用軟件對每個模擬捕獲通道的值進行統(tǒng)一監(jiān)控。圖4-10參數(shù)配置界面圖4-11數(shù)據(jù)監(jiān)控工具窗口使用串行端口將模擬捕獲模塊連接到計算機后，即可設置參數(shù)。模擬捕獲模塊與PLC之間的通信格式在此處定義如下:RTU、波特率19200、8位數(shù)據(jù)、無校驗、2位停止。因此，當PLC以此通信格式與模擬通信時，它可以正常地與信息交互，以便PLC能夠處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)監(jiān)控工具窗口如圖4-11所示。1.1.3模擬量采集模塊測試根據(jù)模擬量采集模塊的要求連接其電源線和傳感器線路測試后，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化情況可由軟件監(jiān)控。測試結果如圖4-12所示?？梢婋妷罕頊y試得到的電壓為1.00V，數(shù)據(jù)采集模塊返回的測量值為1.00V，因此可以得出兩個結論:第一次測試時沒有布線問題。你可以得到將數(shù)據(jù)傳回上級機器的效果。其次，可以保證模擬量采集模塊的精度，誤差率接近0%。因此，可以非常準確地區(qū)分和報告四個照明傳感器返回的8通道模擬數(shù)量。圖4-12數(shù)據(jù)測試圖1.3模糊PID算法仿真運行設計模糊控制不需要得到控制目標的精確模型，它是基于系統(tǒng)的實時反饋信息和定義的模糊控制規(guī)則，推理結果被正確地處理為控制器的控制輸出，對系統(tǒng)參數(shù)的變化不是很敏感，它除了一段時間以來模糊控制的范圍迅速擴大之外，提出和實施的混合控制器越來越多，模糊控制也越來越多，目前與其他控制理論相結合的新控制戰(zhàn)略也越來越成熟。模糊規(guī)則的獨特特性使系統(tǒng)能夠在線修正參數(shù)，從而具有適應能力，相當于實現(xiàn)控制系統(tǒng)的智能。MATLAB是包含許多計算算法的數(shù)學軟件。它包括兩個部分:MATLAB和SimuliNk，它們可以執(zhí)行算法編程和仿真，可用于算法開發(fā)和數(shù)據(jù)公式可視化。MATLAB擁有600多種數(shù)學計算功能，可用于600多個項目，并且可以輕松執(zhí)行用戶所需的所有計算功能。圖4-13模擬PID模型俯仰角度曲線圖圖4-14模擬PID模型橫側曲線圖編寫PLC程序之前，首先在該系統(tǒng)中使用MATLAB軟件仿真PID，輸入量為四個照射角傳感器的平均值，輸入量為驅(qū)動伺服驅(qū)動器的脈沖信號的增減量。將橫向輸入添加到軟件環(huán)境中。仿真PID模型的橫向角度曲線如圖4-13所示。此時，觀察圖4-14中模擬PID模型的輸出曲線。由此可見，模擬PID模型在引入擾動后反應迅速，輸出量達到35，太陽能電池板轉(zhuǎn)動補償，最后偏差值變?yōu)?，達到最大發(fā)電速度。在處理模擬PID模型的整個過程中，系統(tǒng)反應迅速、準確、穩(wěn)健。1.1.1PLC程序設計思路系統(tǒng)計劃構建一個水平坐標系，即一個基于地平面的坐標系，作為水平基準，垂直于地平面作為垂直面，并基于地平線與垂直面的交點，如圖4-15所示。由于天體的連續(xù)運動，物體的偏轉(zhuǎn)坐標隨時間變化，太陽的位置主要由高度角度和太陽方位角之間具有垂直關系的兩個角度或弧決定。圖4-15水平坐標系1.1.2PLC程序流程圖圖4-16PLC程序流程圖PLC程序流程圖如4-16所示。系統(tǒng)通電后，初始化相關參數(shù)，清除注冊表中的數(shù)據(jù)，并開始將正向脈沖發(fā)送給仰角和方位角伺服，直到機構到達極限為止，此時停止運動，然后在所有初始化機構后，PLC實時獲取四個照明傳感器返回的模擬8通路幅值，并將其與設定值進行比較。如果當前x或y光照角度方向數(shù)據(jù)偏離設定值，則系統(tǒng)立即執(zhí)行模擬PID操作，輸出信號被傳遞到伺服驅(qū)動器，伺服驅(qū)動器驅(qū)動的伺服電動機驅(qū)動減速機構旋轉(zhuǎn)，最終結果是也就是說，太陽能電池板表面將始終垂直于日光，從而在單位時間內(nèi)接收更多陽光，提高轉(zhuǎn)換效率，釋放更多電能，并為用戶帶來益處。此外，在正常運行模式下，系統(tǒng)在伺服電動機每次運動前都會進行人體傳感器掃描，以確定設備工作范圍內(nèi)是否有人，確定環(huán)境是否安全，系統(tǒng)是否正常運行，如果不安全，則輸出信號1.1.3PLC梯形圖程序在本設計中使用的控制器是西門子S7-200系列PLC，PLC具有高性能、高可靠性的特點，編程軟件是step7-microwiNp9，其軟件接口如圖4-17所示。在該PLC程序中，它主要分為仿真數(shù)量的讀取、計算、保護和驅(qū)動程序的四個部分。圖4-17編程軟件界面根據(jù)控制要求和流程圖，編寫梯形圖程序，在本次程序中首先需要將8路模擬量的數(shù)值通過MODBUS讀取到PLC中，模擬量讀取程序塊如圖4-18所示。圖4-18模擬量讀取程序塊在此設計中，模擬量存儲在VW100-VW107中，用于程序間操作，例如確定是否應啟用低功耗模式。角度計算程序塊如圖4-19所示。程序塊執(zhí)行的功能是對返回的仿真數(shù)量值執(zhí)行分析計算，查找最新的位置信息，并確保返回的仿真值正確。對角線傳感器返回的模擬值必須不同于或少于100個單位。如果超過此值，則視為傳感器異常，系統(tǒng)將關閉并發(fā)送警報，提醒用戶系統(tǒng)存在異常。必須請現(xiàn)場技術進行相應處理。圖4-19角度計算程序塊系統(tǒng)保護程序塊如圖4-20所示，該程序塊利用輸入輸出信號形成自鎖定電路，使線圈充當輸入信號并鎖定，按下啟動按鈕后即使松開按鈕，系統(tǒng)仍能繼續(xù)運行，當信號d它可以及時關閉自鎖信號，斷開工作信號，關閉系統(tǒng)電源，確保系統(tǒng)和人員的安全。圖4-20系統(tǒng)保護程序塊伺服驅(qū)動塊如圖4-21所示，該程序塊的作用是將計算出的運動信號轉(zhuǎn)換為實際運動，在該程序塊中使用數(shù)據(jù)運動指令和脈沖指令，電機正向或反向傳輸由數(shù)據(jù)信號、每次運動的脈沖數(shù)決定這樣可以精確控制伺服運動，例如PLC將太陽能電池板向上旋轉(zhuǎn)10度，并且知道每500次脈沖都是1度，因此系統(tǒng)只需發(fā)送50次即可滿足要求。圖4-21伺服驅(qū)動程序塊2整機測試2.1照射角傳感器測試傳感器是這個系統(tǒng)中的五個器官，它們將無信號信號轉(zhuǎn)換成電子信號和無傳感器系統(tǒng)，可以說，控制閉環(huán)是不可能實現(xiàn)的，就像盲人可以寫字，但不能修改反饋。圖5-1傳感器俯仰動作測試波形首先，將傳感器電源連接到連接器，將DC-24V電源連接到模擬傳感器輸出，然后將模擬傳感器輸出連接到呼叫復合文件的通用機器，測試照明角度，如圖5-1所示，使用每個控制器的傾角設置30度，在該設置中可以顯示不太高的實時系統(tǒng)運動波，并且對于穩(wěn)定的系統(tǒng)控制非常有用。2.2數(shù)據(jù)采集模塊測試數(shù)據(jù)采集器用于采集系統(tǒng)中輸入的模擬信號，因為PLC沒有那么多AI輸入，其次，如果能夠擴展AI，可能會占用大量的CUP資源，這對于系統(tǒng)來說是不值得的，因此系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)采集器采集8路模擬數(shù)據(jù)，然后使用MODBUS與PLC進行通信，從而節(jié)省硬件和軟件恢復時間，并且通過通信電纜傳輸8路模擬信號圖5-2是數(shù)據(jù)采集器讀取、驗證和驗證的測試電路。圖5-2數(shù)據(jù)采集模塊讀取測試電路2.3可編程邏輯控制器測試可編程邏輯控制器該系統(tǒng)是控制整個系統(tǒng)的輸入和輸出控制器的系統(tǒng)內(nèi)核，該系統(tǒng)的可編程邏輯控制器的調(diào)試現(xiàn)在是對正常工作的24V直流電源進行電氣重新編程，然后使用通信線路連接可編程邏輯控制器和數(shù)據(jù)采集器，并使用modbbus可編程邏輯控制器程序塊進行讀取測試。在“與邏輯控制器通信測試”頁面上，圖5-3顯示了一個可編程邏輯控制器，該控制器具有一個數(shù)據(jù)采集器和一個光源角度傳感器，基本上滿足了系統(tǒng)對該模塊的要求，其中該測試方法仍然使用電池來照亮傳感器角度，并通過改變燈的光照角度來更改8路模擬的各個部分的值。然后，數(shù)據(jù)采集器采集信號作為一個整體，對其進行采集和編碼，并將其發(fā)送到可編程邏輯控制器，該控制器根據(jù)輸入信息進行總體測量。圖5-3可編程邏輯控制器通訊測試頁面2.4伺服系統(tǒng)測試Servo是該系統(tǒng)的一種功能強大的機制，可“實現(xiàn)”可編程邏輯控制器的方向信號，首先將DeltaA2發(fā)送到電力。u、v、w和FG必須與服務器的紅色、白色、黑色和綠色相匹配，否則，如果引擎編碼器正確地連接到CN2以返回到引擎位置，并在正常充電后顯示“00000”現(xiàn)在，可以使用數(shù)位面板設定參數(shù)，將P2-30的輔助功能設定為1，將P4-05英寸(單位:r/min)的移動速度設定為1，然后按下SET鍵，然后按下向上鍵和向下鍵進入「轉(zhuǎn)折」模式，以控制在設定速度的引擎軸線上檢視時，引擎的旋轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)(CCW)。如果測試通過，則表示服務器與服務器之間的通信正常，然后將P1-00設置為2，選擇信號輸入模式以表示1.66mpps濾波器寬度、脈沖增益方向、正邏輯、將P1-01設置為0、將控制模式和命令輸入源設置為位置控制模式(PT)，然后將整個機器連接到可編程邏輯控制器以測試脈沖，如第5-4頁所示。圖5-4臺達A2伺服運行測試頁面2.5整體測試到目前為止，整個系統(tǒng)已