基于PLC的光伏板除塵與向日調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第2章系統(tǒng)總體方案2.1主要研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)為基于PLC光伏板除塵與向日調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主要研究?jī)?nèi)容采用可編程序控制器PLC、光敏模塊、雨水天氣檢測(cè)模塊、太陽(yáng)能電池板、變頻器、三相低速同步電機(jī)等幾方面，采用梯形圖進(jìn)行開(kāi)發(fā)，能實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板的除塵控制、自動(dòng)追蹤太陽(yáng)控制和雨水天氣檢測(cè)控制的功能設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上形成基于PLC的光伏板除塵與向日調(diào)節(jié)系統(tǒng)。2.2控制任務(wù)和要求通過(guò)搭建跟蹤控制系統(tǒng)，讓太陽(yáng)能板始終與太陽(yáng)光線垂直，從而使盡可能多的太陽(yáng)光線照射到太陽(yáng)能板，進(jìn)而提高太陽(yáng)能發(fā)電的總效率，提高太陽(yáng)能的利用率。為了能夠跟蹤太陽(yáng)能光線，本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC的太陽(yáng)能板跟蹤控制系統(tǒng)，采用單軸跟蹤機(jī)構(gòu)，通過(guò)西門(mén)子PLC控制器，控制一個(gè)步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能板水平方向旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到持續(xù)跟蹤太陽(yáng)的目的，以提高太陽(yáng)能板的效率，利用除塵模塊清理太陽(yáng)能板外表面灰塵，使用電磁氣閥對(duì)光伏板吹氣，自動(dòng)化清理太陽(yáng)能板上堆積灰塵。并且設(shè)計(jì)以下功能包括視日軌跡跟蹤、光線傳感器軌跡跟蹤，濕度檢測(cè)傳感器的自動(dòng)檢測(cè)操作。視日軌跡跟蹤是指太陽(yáng)能板根據(jù)事先所輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行間歇性固定角度的旋轉(zhuǎn)，而輸入的數(shù)據(jù)是根據(jù)太陽(yáng)能板所在地理位置的經(jīng)度和維度進(jìn)行計(jì)算的。光線傳感器軌跡跟蹤是指太陽(yáng)能板上光線傳感器監(jiān)測(cè)到太陽(yáng)開(kāi)始升起并開(kāi)始發(fā)射太陽(yáng)能時(shí)發(fā)出相應(yīng)方向的信號(hào)，PLC在接收到信號(hào)之后，從而使太陽(yáng)能板始終跟蹤太陽(yáng)，就能夠使太陽(yáng)能板完成水平角度的旋轉(zhuǎn)，以滿(mǎn)足復(fù)雜實(shí)際環(huán)境的各種需求。當(dāng)太陽(yáng)升起時(shí)電機(jī)恢復(fù)工作，開(kāi)始追隨太陽(yáng)的行動(dòng)速度從東向西同步轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的向日調(diào)節(jié)。當(dāng)夜晚沒(méi)有太陽(yáng)光線時(shí)無(wú)法檢測(cè)到光線，電機(jī)會(huì)使光伏板回到原位等待下一次檢測(cè)到太陽(yáng)正常升起時(shí)進(jìn)行東升西落，電機(jī)跟蹤太陽(yáng)水平角旋轉(zhuǎn)完成向日調(diào)節(jié)功能，從而增加光伏板對(duì)太陽(yáng)能采集太陽(yáng)能的效率。通過(guò)對(duì)光伏板使用地區(qū)的大氣濕度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)當(dāng)?shù)仄骄鶟穸群陀晁鞖馄骄鶟穸阮A(yù)設(shè)一個(gè)固定值當(dāng)雨水天氣的濕度過(guò)大時(shí)通過(guò)系統(tǒng)控制使電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，從而近一步減小了光伏板能源消耗的問(wèn)題，可以通過(guò)PLC的編程設(shè)備適用于各地環(huán)境，降低了搭建成本和增加本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)用性。對(duì)于光伏板的除塵，在一些風(fēng)沙較多的地區(qū)光伏板在室外使用的過(guò)程中，時(shí)間一旦過(guò)長(zhǎng)就會(huì)有塵土和沙子在光伏板表面堆積減少了光伏板對(duì)太陽(yáng)輻射的采集效率。采用電磁氣閥式的除塵功能對(duì)電磁閥進(jìn)行定時(shí)，通過(guò)自動(dòng)吹氣對(duì)光伏板表面進(jìn)行清潔，提高光伏板工作效率。2.3控制系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)控制，開(kāi)環(huán)控制程序框圖如圖2.1所示，控制器只需要根據(jù)系統(tǒng)的輸入量來(lái)輸出控制信號(hào)，不會(huì)被其他信號(hào)所影響?；赑LC光伏板除塵與向日調(diào)節(jié)系統(tǒng)是以開(kāi)環(huán)控制為核心的跟蹤控制系統(tǒng)，系統(tǒng)接收到時(shí)鐘信號(hào)后，PLC讀取預(yù)先存放在寄存器中的數(shù)據(jù)，將對(duì)應(yīng)脈沖發(fā)送到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)角度，完成視日跟蹤圖2.1開(kāi)環(huán)控制程序框圖第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)基于PLC光伏板除塵與向日調(diào)節(jié)系統(tǒng)。總體設(shè)計(jì)包括的硬件設(shè)備有可編程序控制器PLC、光照傳感器、濕度傳感器、太陽(yáng)能電池板、變頻器、三相低速同步電機(jī)等幾方面，采用梯形圖進(jìn)行開(kāi)發(fā)，能實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板的除塵控制、自動(dòng)追蹤太陽(yáng)控制和雨水天氣檢測(cè)控制，能夠通過(guò)PLCsmartST30在編程軟件上進(jìn)行一個(gè)數(shù)據(jù)的檢測(cè)、實(shí)際功能模塊檢測(cè)到的數(shù)據(jù)反饋和調(diào)整近一步增加該設(shè)計(jì)的在實(shí)地的實(shí)用性。在此基礎(chǔ)上形成基于PLC的光伏板除塵與向日調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架圖3.2系統(tǒng)硬件選型與設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)于實(shí)際功能的調(diào)試選擇適用于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件，并能夠?qū)φw系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的功能要求進(jìn)行實(shí)現(xiàn)按照電氣原理圖完成硬件設(shè)計(jì)的設(shè)備連線。當(dāng)按下系統(tǒng)的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)驅(qū)動(dòng)器收到控制器發(fā)出的脈沖啟動(dòng)，電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)通過(guò)編程設(shè)備控制控制器時(shí)，控制器指示燈變?yōu)榫G色表示控制器正常運(yùn)行。功能模塊開(kāi)始檢測(cè)實(shí)地環(huán)境并且對(duì)控制器進(jìn)行反饋。如光照傳感器檢測(cè)太陽(yáng)光線、大氣濕度傳感器檢測(cè)非雨水天氣或雨水天氣和除塵模塊按照定時(shí)功能，每20s一次定時(shí)除塵。這樣光伏板除塵和向日調(diào)節(jié)功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)就完成了。對(duì)于實(shí)物的選用是最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，本系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思路是通過(guò)一個(gè)PLC可編程控制器的輸入端連接多個(gè)功能模塊與輸出端連接步進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)器并對(duì)其發(fā)送脈沖。組成整體的控制系統(tǒng)，基于PLC的光伏板除塵和向日調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本設(shè)計(jì)方向圍繞PLC控制器進(jìn)行展開(kāi)并挑選能夠完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件。3.2.1太陽(yáng)能板的選型本文選用天合光能公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的天鯨60版型多主柵單晶組件，型號(hào)SM-DE08M(II)，如圖3.2，選用的太陽(yáng)能板的相關(guān)參數(shù)如表3.1。圖3.2太陽(yáng)能板實(shí)物圖表3.1太陽(yáng)能板的相關(guān)參數(shù)序號(hào)參數(shù)值1電池片類(lèi)型單晶2電池片數(shù)量1片3組件尺寸35mm*40mm4重量20g5玻璃0.2mm，高透6封裝材料EVA/POE7背板白色9接線盒防護(hù)等級(jí)IP68光伏板是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的采集太陽(yáng)光的唯一元件，將光伏板安裝在電機(jī)上，由電機(jī)帶動(dòng)光伏板轉(zhuǎn)動(dòng)更大效率的采集太陽(yáng)光線，從而光伏板通過(guò)收集到的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。3.2.2PLC的選型PLC（可編程邏輯控制器），被普遍運(yùn)用于各種工程實(shí)踐之中，其具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，是其他器件無(wú)法替代的。PLC具有較高的可靠性，在其設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中，充分大規(guī)模集成電路，在縮小體積的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更多的功能，并且經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，使得PLC的故障率大大降低。另外，PLC能夠在自身出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)的發(fā)出相應(yīng)警報(bào)，通過(guò)PLC控制器上自帶的功能指示燈對(duì)自身運(yùn)行的程序?qū)崟r(shí)做出的功能呈現(xiàn)，讓維修人員能夠更加直接地了解到故障所在。本系統(tǒng)所需PLC的輸入包括光電開(kāi)關(guān)、空氣開(kāi)關(guān)、光照傳感器、濕度傳感器等輸入，所需輸出包括水平軸脈沖輸出、步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向和除塵輸出等多點(diǎn)位輸出控制信號(hào)燈，根據(jù)上述所需的輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行PLC型號(hào)的選擇。本設(shè)計(jì)選用西門(mén)子PLC中S7-200SMARTST30作為跟蹤控制系統(tǒng)的控制器，如圖4.4所示，該P(yáng)LC能夠滿(mǎn)足控制需要，為晶體管輸出，24V直流供電，機(jī)載內(nèi)置I/O，共有18個(gè)輸入口，12個(gè)輸出口，處理器速度為0.15ms，能夠接受輸入的信號(hào)，并且能夠根據(jù)設(shè)定好的控制邏輯進(jìn)行控制信號(hào)的輸出，PLC相關(guān)參數(shù)如表3.2所示。S7-200SMARTST30提供了三種運(yùn)動(dòng)控制方法，來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，分別為脈沖串輸出(PTO)、脈寬調(diào)制(PWM)和運(yùn)動(dòng)軸控制方法。本文主要采用脈沖串輸出控制方法，通過(guò)PLC編程程序編寫(xiě)和輸入輸出接口就可以改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向和限值。圖3.3PLC實(shí)物圖表3.2PLC的相關(guān)參數(shù)序號(hào)參數(shù)值1CPUST302尺寸110*100*813用戶(hù)存儲(chǔ)器18KB4板載數(shù)字量I/O輸入18DI、輸出12DQ5擴(kuò)展模塊最大6個(gè)6信號(hào)板17高速計(jì)數(shù)器200KHz時(shí)4個(gè)，針對(duì)單相或者100KHz時(shí)2個(gè)，針對(duì)A/B相8脈沖輸出100KHz9PID回路810實(shí)時(shí)時(shí)鐘，備用時(shí)間7天有PLCSMARTST30作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中核心控制元件接收輸入端口連接的功能模塊反饋，控制輸出端口的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。能夠連接編程設(shè)備可以檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的運(yùn)行過(guò)程，進(jìn)一步完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所需要的功能。3.2.3步進(jìn)電機(jī)模塊設(shè)計(jì)選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，要能夠確保步進(jìn)電機(jī)的最大靜力矩與負(fù)載力矩相適應(yīng)，并且在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中留有足夠的余量，才能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本文選用型號(hào)為42BUGH24的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)作為跟蹤控制系統(tǒng)的水平軸的步進(jìn)電機(jī)，實(shí)物圖如圖3.4，步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)參數(shù)如表3.3所示。圖3.4步進(jìn)電機(jī)實(shí)物圖表3.3步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)參數(shù)序號(hào)參數(shù)值1規(guī)格型號(hào)42BYGH242相數(shù)23步距角1.8°4靜態(tài)相電流6.0A5相電阻0.446相電感3.737保持轉(zhuǎn)矩8.08定位轉(zhuǎn)矩0.249重量3.810轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2700步進(jìn)機(jī)模塊時(shí)整體系統(tǒng)中主要的輸出模塊，通過(guò)PLC控制器發(fā)出脈沖驅(qū)動(dòng)器接收到脈沖后驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)帶動(dòng)光伏板轉(zhuǎn)動(dòng)從而完成向日調(diào)節(jié)功能。3.2.4光照傳感器模塊設(shè)計(jì)通過(guò)設(shè)計(jì)光線跟蹤電路，可以讓太陽(yáng)光照的變化被光照探測(cè)器所接收到，然后向PLC輸出相應(yīng)方向的偏差信號(hào)，PLC接收到信號(hào)之后輸出脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)完成旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光線的跟蹤。系統(tǒng)中選擇65535LUX量程光照傳感器因?yàn)橹饕O(shè)計(jì)是基于生活在北方，一般北方的光照強(qiáng)度在6000LUX-8000LUX之間所以型號(hào)為KM35B60，參數(shù)如表3.5，實(shí)物圖如圖3.4所示。圖3.5光照傳感器表3.4光照傳感器的相關(guān)參數(shù)序號(hào)參數(shù)值1防護(hù)等級(jí)IP652封裝TOP3尺寸2.524面積5.05間隙尺寸246相應(yīng)波段9600光照傳感器是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中向日調(diào)節(jié)功能的核心，通過(guò)連接在PLC控制器的輸入端口進(jìn)行對(duì)太陽(yáng)光檢測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器。再通過(guò)控制器發(fā)送脈沖控制電機(jī)帶動(dòng)光伏板完成光伏板的向日調(diào)節(jié)功能。3.2.5濕度傳感器模塊設(shè)計(jì)通過(guò)大氣濕度傳感器檢測(cè)天氣情況，如是雨天則自動(dòng)停止在原位不工作；非雨天情況下系統(tǒng)自動(dòng)追蹤太陽(yáng)，以使太陽(yáng)能電池組件的輻照最大化。工作原理是因地制宜監(jiān)控需要使用當(dāng)?shù)仄骄邓縼?lái)檢測(cè)雨水天氣的濕度大小預(yù)設(shè)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值當(dāng)雨水天氣濕度過(guò)大盤(pán)龍城通過(guò)控制是步進(jìn)機(jī)停止工作從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)之初預(yù)想的雨水天氣減少能量的消耗，系統(tǒng)中選擇建大仁科公司的濕度傳感器，參數(shù)如表4.6，實(shí)物圖如圖4.5所示。圖3.6大氣濕度傳感器表3.5大氣濕度傳感器的相關(guān)參數(shù)序號(hào)參數(shù)值1型號(hào)RS4852工作濕度0%RH-100%RH3重量20g4采集間隔1mins5適用電壓0-10v6分辨率0.01mm，0.01mm/h7工作溫度-40℃-80℃濕度傳感器能夠連接到PLC控制器的連接端口，檢測(cè)當(dāng)光伏板實(shí)地使用時(shí)雨水天氣濕度過(guò)大時(shí)做出反應(yīng)，將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器。控制器控制電機(jī)不工作，使雨水天氣時(shí)系統(tǒng)不工作減少了光伏板在沒(méi)有太陽(yáng)能時(shí)等能源消耗。3.2.6除塵模塊設(shè)計(jì)通過(guò)除塵模塊對(duì)光伏板除塵從而提高光伏板的采光效率,減少對(duì)于光伏板使用過(guò)程中后續(xù)清理所消耗的資源。系統(tǒng)中選用亞德客公司的4V210-08，這個(gè)采用的是滑柱式密封性好，同時(shí)反應(yīng)也很靈敏。另外內(nèi)孔使用的是特殊材質(zhì)和特殊工藝進(jìn)行制作的，啟動(dòng)電壓要求比較低，同時(shí)也配備有手動(dòng)裝置，方便進(jìn)行安裝和調(diào)試。參數(shù)如表3.7，實(shí)物圖如圖3.6所示。圖3.7除塵電磁閥表3.6除塵模塊電磁閥參數(shù)表序號(hào)參數(shù)值1型號(hào)4V210-082材料鋁合金3重量100g4保護(hù)等級(jí)IP655適用電壓DC24V7適用壓力范圍AC±15%DC±10%除塵模塊是對(duì)光伏板在正常使用時(shí)由于戶(hù)外采集太陽(yáng)能時(shí)，光伏板表面堆積的灰塵影響了光伏板轉(zhuǎn)換能源的效率。對(duì)光伏板表面進(jìn)行除塵，從而增加能源采集效率和增加光伏板的使用壽命。3.3PLC輸入輸出I/O接口分配表3.7PLC輸入輸出I/O表輸入接口對(duì)應(yīng)功能輸出接口對(duì)應(yīng)功能I0.0電源開(kāi)關(guān)Q0.0水平軸脈沖輸出I0.1模式判斷Q0.1電磁閥定時(shí)輸出I0.2脈沖信號(hào)輸入Q0.2步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向I0.3定時(shí)信號(hào)輸入Q0.3電磁閥吹氣輸出AIW20光照傳感器信號(hào)輸入Q0.4AIW22濕度傳感器信號(hào)輸入Q0.5第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本節(jié)主要介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的軟件編程過(guò)程與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程，針對(duì)PLC可編程控制器控制向日調(diào)節(jié)功能與整體系統(tǒng)中對(duì)于模塊的控制，該系統(tǒng)通過(guò)流程圖進(jìn)行功能的實(shí)現(xiàn)如下步驟：1.PLC可編程控制器通電按下通電開(kāi)關(guān)，PLC控制器的功能指示燈顯示正常工作在將控制器連接至編程設(shè)備使其運(yùn)行。2.設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行后，設(shè)備數(shù)據(jù)初始化控制電機(jī)脈沖使其角度歸零等待控制器發(fā)出脈沖再次開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。3.通過(guò)光敏傳感器，檢測(cè)當(dāng)前狀態(tài)是否處于黑夜，控制器對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器發(fā)出指令電機(jī)等待白天。4.通過(guò)雨水檢測(cè)傳感器，檢測(cè)當(dāng)前是否處于雨水天氣，如果是雨水天氣濕度過(guò)大那么控制器對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送指令等待晴天。5.非雨水天氣時(shí)或非黑夜時(shí)，控制器控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)步進(jìn)機(jī)發(fā)送脈沖，使其開(kāi)始追蹤太陽(yáng)行動(dòng)軌跡。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程圖如圖4.1所示圖4.1系統(tǒng)流程圖4.2編程軟件介紹根據(jù)基于PLC光伏板除塵與向日調(diào)節(jié)系統(tǒng)所選用的PLC型號(hào)S7-200SMARTST30，選擇其專(zhuān)用的STEP7-MicroWINSMART作為本次設(shè)計(jì)的軟件編程平臺(tái)，STEP7-Micro/WINSMART是一款專(zhuān)門(mén)針對(duì)于S7-200SMART的編程軟件。STEP7-Micro/WINSMART為編程人員提供了三種程序編輯器，并且支持FBD（功能塊圖）、STL（語(yǔ)句表）、LAD（梯形圖）等PLC編程語(yǔ)言，其中的部分語(yǔ)言之間可以直接進(jìn)行自由轉(zhuǎn)換，可以更加方便地進(jìn)行編程。STEP7-MicroWINSMART軟件功能強(qiáng)大，同時(shí)這個(gè)軟件本身不光可以用來(lái)開(kāi)發(fā)用戶(hù)的程序，也可以實(shí)時(shí)的進(jìn)行程序狀態(tài)的監(jiān)控。圖4.2STEP7軟件界面圖使用這個(gè)環(huán)境的下載功能之前，首先需要對(duì)系統(tǒng)塊和通信塊進(jìn)行設(shè)置。圖4.3STEP7軟件界面功能圖彈出通信的對(duì)話框，使用網(wǎng)線將PLC模塊與運(yùn)行環(huán)境的電腦連接后，點(diǎn)擊查找，經(jīng)過(guò)幾秒鐘的搜索，就會(huì)出現(xiàn)PLC的IP地址。圖4.4通信界面圖然后點(diǎn)擊閃爍指示燈，就會(huì)發(fā)現(xiàn)PLC的紅、黃指示燈交替閃爍，這就說(shuō)明連接完成。圖4.5PLC燈效果圖第5章系統(tǒng)功能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)完成之后，在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)投入到現(xiàn)場(chǎng)中使用時(shí)，需要做最后的調(diào)試和改進(jìn)。檢查設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題和系統(tǒng)功能中沒(méi)有完善的細(xì)節(jié)程序。因此將PLC連接到實(shí)地的測(cè)試環(huán)境中，用以排除程序中的錯(cuò)誤，同時(shí)也方便于后續(xù)實(shí)物連接后的調(diào)試工作。5.1模塊測(cè)試（1）光敏模塊的調(diào)試：將傳感器放置在太陽(yáng)光能夠照射的地方，啟動(dòng)電機(jī)檢驗(yàn)傳感器能否準(zhǔn)確的將檢測(cè)到光的信息反饋給控制器，并不斷的檢測(cè)光照強(qiáng)度，使控制器能夠控制電機(jī)脈沖從而達(dá)到向日追蹤。程序圖如圖5.1所示圖5.1光敏模塊程序圖當(dāng)開(kāi)始檢測(cè)是光敏模塊檢測(cè)陽(yáng)光，并對(duì)PLC控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋。當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)部分能夠正常運(yùn)行，能夠在控制程序中調(diào)試中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。圖5.2光敏模塊連接圖圖5.3光敏模塊正常測(cè)試圖圖5.4光線遮擋后測(cè)試圖進(jìn)行光敏模塊測(cè)試，通過(guò)程序的運(yùn)行圖可以很清楚的看到，當(dāng)光線被遮擋，程序中顯示數(shù)據(jù)產(chǎn)生下降。（2）雨水天氣檢測(cè)模塊：將傳感器設(shè)置在預(yù)先設(shè)定的正常數(shù)值環(huán)境下，啟動(dòng)電機(jī)，檢驗(yàn)傳感器是否準(zhǔn)確的將檢測(cè)信息反饋給控制器，并不斷檢測(cè)雨水天氣濕度大或者非雨水天氣濕度小時(shí)，控制器能夠控制脈沖，當(dāng)雨水天氣時(shí)濕度過(guò)大控制器控制電機(jī)不工作。然后根據(jù)編程軟件上的數(shù)據(jù)信息可以進(jìn)行預(yù)設(shè)值的修改，從而達(dá)到適應(yīng)各種工作環(huán)境。程序圖如5.5所示圖5.5雨水天氣檢測(cè)模塊程序圖當(dāng)雨水天氣時(shí)可以對(duì)當(dāng)?shù)氐奶鞖猸h(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，并能夠在程序控制中進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋，程序在程序正常運(yùn)行時(shí)如圖所示部分能夠正常運(yùn)行，在調(diào)試程序過(guò)程中能夠正常調(diào)試并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。圖5.6雨水檢測(cè)模塊運(yùn)行圖（3）除塵模塊的調(diào)試：將光敏模塊放置在檢測(cè)不到光線的地方，檢測(cè)除塵模塊能否按照預(yù)設(shè)的定時(shí)內(nèi)的時(shí)間段正常工作，能夠正常工作的情況是否在規(guī)定時(shí)間能觸發(fā)多次。將雨水天氣模塊防止在模擬雨水天氣濕度過(guò)大的環(huán)境下，控制器控制電機(jī)不工作時(shí)，檢測(cè)除塵模塊能夠進(jìn)行正常的工作，能夠?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)正常工作時(shí)定時(shí)除塵。在系統(tǒng)控制不工作時(shí)也能夠進(jìn)行定時(shí)除塵。實(shí)際接線圖如圖5.7所示。圖5.7電磁氣閥連接圖當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)除塵模塊可以正常工作，在整體系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，除塵模塊能夠正常運(yùn)行，能夠按照預(yù)習(xí)設(shè)置好的程序，完成定時(shí)功能。在調(diào)試過(guò)程中當(dāng)整體系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的定時(shí)除塵功能。5.2整體測(cè)試在軟件和硬件設(shè)備都調(diào)試完之后，開(kāi)始對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行測(cè)試，以方便于后續(xù)進(jìn)入實(shí)地工作，這個(gè)過(guò)程不可忽略，這樣能夠直觀明白的認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)測(cè)試中存在的不足和系統(tǒng)漏洞。有助于未來(lái)系統(tǒng)的完善和改進(jìn)，下面開(kāi)始進(jìn)行系統(tǒng)的整體檢測(cè):接通電源，系統(tǒng)的核心控制器顯示通電，連接PLC和控制軟件進(jìn)行連接顯示是否正常，各個(gè)功能所需傳感器時(shí)候正常運(yùn)行，找到軟件自身的檢測(cè)功能查看程序正常運(yùn)行后，系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行查看在系統(tǒng)運(yùn)行中的數(shù)據(jù)檢測(cè)，分別實(shí)驗(yàn)在不同環(huán)境下系統(tǒng)的不同反應(yīng)，控制延遲是否過(guò)高，如果沒(méi)有問(wèn)題的情況下，可以通過(guò)軟件停止運(yùn)行也可以通過(guò)開(kāi)關(guān)關(guān)閉整體運(yùn)行線路。如果有問(wèn)題的情況下通過(guò)檢測(cè)和調(diào)整系統(tǒng)的軟件數(shù)據(jù)或硬件條件進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，知道系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行為止。如圖5.8所示圖5.8程序整體運(yùn)行時(shí)各個(gè)功能模塊正常運(yùn)行時(shí)控制電機(jī)脈沖當(dāng)整體系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，程序可以通過(guò)功能模塊進(jìn)行系統(tǒng)控制，通過(guò)光敏模塊和雨水檢測(cè)模塊檢測(cè)數(shù)控制電機(jī)脈沖調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度完成追日功能，在調(diào)試過(guò)程中當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)PLC控制器可以正?？刂齐姍C(jī)脈沖實(shí)現(xiàn)電機(jī)可以當(dāng)有太陽(yáng)光時(shí)追蹤太陽(yáng)，當(dāng)雨水天氣時(shí)不工作，可以實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)功能。當(dāng)整體組裝完成后，通電按下開(kāi)關(guān)后PLC控制器顯示正常連接至編程設(shè)備后顯示程序運(yùn)行正常。光照傳感器與濕度傳感器反饋數(shù)據(jù)與和使用一切正常，但電機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)并且高頻率震動(dòng)。通過(guò)對(duì)整體系統(tǒng)的檢測(cè)與每個(gè)硬件分別檢測(cè)后，每個(gè)功能元件都是正常狀態(tài)下重新檢測(cè)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器的連接后也是正常連接。解決方法如下：1.使用萬(wàn)用表檢測(cè)電路是否發(fā)生短路2.檢測(cè)開(kāi)關(guān)內(nèi)部是否損壞3.對(duì)照驅(qū)動(dòng)器額定電流和細(xì)分（WTH）檢測(cè)電機(jī)是否故障4.通過(guò)Smart編程軟件檢測(cè)脈沖是否過(guò)小導(dǎo)致電機(jī)無(wú)法完成指令檢測(cè)結(jié)果如下：對(duì)整體系統(tǒng)的檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的內(nèi)部沒(méi)有損壞，編程設(shè)備的脈沖指令發(fā)送正常，使用萬(wàn)用表檢測(cè)每個(gè)輸入輸出端口后整體電路的連接沒(méi)有短接。對(duì)照驅(qū)動(dòng)器的額定電流后，發(fā)現(xiàn)電流過(guò)大導(dǎo)致電機(jī)缺相所以電機(jī)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)并且高頻率震動(dòng)。更換電機(jī)后整體系統(tǒng)運(yùn)行正?？梢詫?shí)現(xiàn)功能如下：1.非雨水天氣時(shí)當(dāng)太陽(yáng)升起時(shí)電機(jī)帶動(dòng)光伏板向日調(diào)節(jié)2.雨水天氣時(shí)電機(jī)回到原位不工作3.除塵模塊對(duì)光伏板自動(dòng)除塵圖5.9整體實(shí)物圖第6章總結(jié)與展望本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC光伏板除塵與向日調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過(guò)將PLC作為控制系統(tǒng)的控制核心，通過(guò)接受光敏傳感器的輸入信號(hào)或者手動(dòng)輸入的控制指令，控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)以改變太陽(yáng)能板在水平的角度，從而使太陽(yáng)光線始終直射太陽(yáng)能板，提高太陽(yáng)能發(fā)電裝置的整體發(fā)電效率；同時(shí)，利用除塵模塊清理太陽(yáng)能板外表面灰塵，電磁閥帶定時(shí)對(duì)光伏板除塵，本文主要完成了以下工作：（1）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查閱大量文獻(xiàn)資料，分析了應(yīng)用于提高太陽(yáng)能利用率方面的跟蹤控制系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。（2）根據(jù)對(duì)于跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，確定了系統(tǒng)的整體框架和運(yùn)行模式，并且利用地平坐標(biāo)系的方法得出在確定的經(jīng)緯度下，太陽(yáng)能板應(yīng)該如何進(jìn)行角度的變化，為設(shè)定步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度提供了依據(jù)。（3）根據(jù)系統(tǒng)的要求，進(jìn)行了跟蹤控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，分別選用了相應(yīng)型號(hào)的太陽(yáng)能板、雨水天氣感知模塊、PLC可編程控制器、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器、光電跟蹤模塊，介紹了相關(guān)硬件的參數(shù)和連線。（4）根據(jù)系統(tǒng)的要求，進(jìn)行了跟蹤控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，介紹了西門(mén)子PLC編程軟件，并對(duì)于此跟蹤控制系統(tǒng)所設(shè)計(jì)程序的重點(diǎn)部分進(jìn)行了介紹，并且完成了模擬情況的相關(guān)介紹。本文由于現(xiàn)實(shí)條件限制，進(jìn)行相關(guān)功能模擬實(shí)物驗(yàn)證，后續(xù)跟蹤控制系統(tǒng)也需要進(jìn)一步完善。本文在設(shè)計(jì)過(guò)程中，沒(méi)有詳細(xì)考慮到在實(shí)地的應(yīng)用過(guò)程中，太陽(yáng)能跟蹤控制系統(tǒng)面對(duì)復(fù)雜多變的環(huán)境，其使用壽命會(huì)受到怎樣的影響，在日常的維護(hù)過(guò)程中不能夠根據(jù)接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行針對(duì)性的維護(hù)。另外，還需在工程實(shí)踐中進(jìn)一步驗(yàn)證該系統(tǒng)太陽(yáng)能利用率的改善情況，設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)。太陽(yáng)能在將來(lái)的社會(huì)意義非凡，隨著地球不可在生能源的減少，在不久的將來(lái)有一天不可再生能源總會(huì)有消耗完的時(shí)候。那么可再生能源將會(huì)是一個(gè)國(guó)家乃至社會(huì)能否正常發(fā)展下去的重中之重，是不可忽視的必然問(wèn)題。我相信在未來(lái)的發(fā)展中太陽(yáng)能的高效利用和減少浪費(fèi)會(huì)越來(lái)越少。參考文獻(xiàn)[1]李凱.荒漠化地區(qū)光伏板積塵規(guī)律及除塵機(jī)器人設(shè)計(jì)[D].寧夏大學(xué)，2022.[2]張作良.光伏板表面積灰特性及無(wú)水除塵裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)，2021.[3]姜振海，張作良，谷東偉，盛萬(wàn)強(qiáng).光伏板表面無(wú)水除塵裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師，2021(02):11-14.[4]邢玉東.光伏清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].天津理工大學(xué)，2019.[5]張博涵.智能太陽(yáng)能電池板角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子制作，2018，(19):34-35.[6]張龍，黃振勇.太陽(yáng)能自動(dòng)追蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2021，18(21):71-72.[7]李欣雪，陳貴鑌，彭楚翰，江煉強(qiáng)，劉曉東，曾湞.一種新的光電追蹤系統(tǒng)信號(hào)采集裝置設(shè)計(jì)——應(yīng)用于太陽(yáng)能發(fā)電[J].信息技術(shù)與信息化，2020，(05):103-105.[8]范耀華，童杰，蘇江，陳建麗.小型太陽(yáng)能充電最大功率點(diǎn)追蹤控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)，2022，(02):10-14+43.[9]王忠陽(yáng)，李冉，宋娜.淺談光伏發(fā)電太陽(yáng)能追蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)村電工，2018，26(03):33-34.[10]王佳慶.基于PLC的太陽(yáng)能面板自動(dòng)清掃機(jī)器人的設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)電工程技術(shù)，2020，49(09):116-119.[11]王奔，牛洪海，徐衛(wèi)峰，蔡丹，陳俊.基于PLC的槽式光熱太陽(yáng)能追蹤控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].中國(guó)電力，2020，53(11):185-194.[12]張興超.基于PLC的太陽(yáng)能電池板追日系統(tǒng)[D].哈爾濱理工大學(xué)，2019.[13]張春梅.基