基于西門子LOGO！的智能太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)

楊清學(xué)　周江

摘 要克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種電路簡(jiǎn)單、廉價(jià)、穩(wěn)定性好的基于西門子LOGO！的光伏發(fā)電控制器，包括與該西門子LOGO！控制器連接的光線采集與轉(zhuǎn)換模塊、雙組繼電器互鎖控制模塊，以及與光線采集與轉(zhuǎn)換模塊連接的光照傳感器模塊、限位開關(guān)模塊，還包括電壓檢測(cè)顯示模塊。本設(shè)計(jì)合理，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，制作成本低，易于維護(hù)，適于推廣。

【關(guān)鍵詞】西門子LOGO！ 光線采集與轉(zhuǎn)換 互鎖控制 電壓檢測(cè)顯示

提高太陽(yáng)能利用率的方法有兩種，一種是研究新型材料提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換率，另一種是提高太陽(yáng)的接收率。本系統(tǒng)就是依據(jù)第二種方法，設(shè)計(jì)了一種基于西門子LOGO！的太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用光線傳感器采集四個(gè)方向的光線強(qiáng)弱，電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好。經(jīng)實(shí)踐證明本設(shè)計(jì)性能良好、運(yùn)行穩(wěn)定。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 基本功能

由于太陽(yáng)東升西落，在每天的每個(gè)時(shí)程，一個(gè)方向上的陽(yáng)光都在不斷的變化。所以太陽(yáng)能發(fā)電板不能只朝著一個(gè)方向，要“動(dòng)起來(lái)”，才能獲得較多的太陽(yáng)光。本設(shè)計(jì)光伏電機(jī)控制器是基于西門子LOGO！開發(fā)的，它主要由邏輯編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能電池板組件方向的控制。

主控單元是由西門子LOGO！組成的控制電路。主機(jī)集成8個(gè)數(shù)字量輸入（包括2路AI 在12/24V DC狀態(tài)下）和4路數(shù)字量輸出；集成了數(shù)據(jù)保持功能，可確保當(dāng)設(shè)備突然掉電的情況下，數(shù)據(jù)被安全保存；具有密碼保護(hù)功能，可保護(hù)用戶的專有知識(shí)；集成了36個(gè)功能塊，無(wú)需附加的設(shè)備，例如時(shí)間小時(shí)計(jì)數(shù)器；西門子LOGO！可以使成本減少70%以上，不易于磨損，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用；DIN導(dǎo)軌安裝，幾乎沒(méi)有配線需求，編寫和改變程序只需按動(dòng)按鈕。

光線采集單元由LM324與光線傳感器組成。顯示單元是由數(shù)碼管組成的電壓顯示模塊。如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 光線采集電路設(shè)計(jì)

光線采集電路采用的是四路光線傳感器采集光照，將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電壓值，再通過(guò)LM324的比較電路，控制三極管的輸出電平。圖2為一路光照采集轉(zhuǎn)換電路，X1為輸出端，輸出給西門子LOGO！。K1為此路輸出的限位開關(guān)，當(dāng)光線較強(qiáng)時(shí)，X1端輸出高電平，X軸電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)限位開關(guān)K1被按下時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖3所示為四路光線采集電路。

2.2 控制電路設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用西門子LOGO！控制器，結(jié)合繼電器，通過(guò)光線采集與控制電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)能電池板尋光的控制。

此款西門子LOGO！工作電壓可以為DC12V/DC24V，在此控制系統(tǒng)中采用的是12V蓄電池供電。光線采集電路是通過(guò)光照傳感器采集東西南北四個(gè)點(diǎn)的光照，經(jīng)過(guò)LM324的比較電路處理， 將數(shù)字電平高低送給西門子LOGO！的I1～I(xiàn)4輸入端口。西門子LOGO！的輸出端是四組由西門子LOGO！邏輯編程控制的開關(guān)。輸出經(jīng)過(guò)四個(gè)繼電器的組合鎖存電路，由兩組輸出分別控制X軸和Y軸的電機(jī)。由兩個(gè)電機(jī)去控制太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板尋光的效果。繼電器采用的是雙組繼電器，其工作電壓為12V。電機(jī)采用的是12V直流電機(jī)。電路設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

3 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

完成控制器的設(shè)計(jì)，另準(zhǔn)備帶電機(jī)與光源的太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)。將控制器與太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)上的電機(jī)正確連接好后，通上電，進(jìn)行測(cè)試。然后觀察太陽(yáng)能電池板組件的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板正在向光源轉(zhuǎn)動(dòng)，然后觀察此時(shí)的電壓。等一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板組件停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)電壓上升，電池板組件已經(jīng)尋找到最佳光源照射位置。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)正常運(yùn)行。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)基于西門子LOGO！控制器，相比單片機(jī)，減少了其外圍電路的設(shè)計(jì)，電路簡(jiǎn)單，大大的提高了其開發(fā)效率。與PLC相比，更加的小巧靈活，便于開發(fā)與維護(hù)。并且使用了繼電器鎖存電路控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使系統(tǒng)更加安全可靠的運(yùn)行。給出了硬件部分的設(shè)計(jì)圖和軟件部分的設(shè)計(jì)圖，并制作了樣品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果性能良好，有良好的適用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介

楊清學(xué)（1965-），男，四川省青川縣人。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為成都職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授。研究方向?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)、光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用。

作者單位

成都職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川省成都市 610041