西门子6ES7231-7PB22-0XA8现货库存

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引言

开发新能源和可再生资源是全世界面临的共同课题，在新能源中，太阳能发电已成为全球发展快的技术。太阳能作为一种清洁无污染的能源，开发前景十分广阔。然而由于太阳存在着间隙性，光照强度随着时间不断变化等问题，这对太阳能的收集和利用装置提出了更高的要求。目前很多太阳能电池板阵列基本都是固定的，不能充分利用太阳能资源，发电效率低下。据测试，在太阳能电池板阵列中，相同条件下采用自动跟踪系统发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%左右。

所谓太阳能跟踪系统是能让太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，能显著提高太阳能光伏组件的发电效率。目前市场上所使用的跟踪系统按照驱动装置分为单轴太阳能自动跟踪系统和双轴太阳能自动跟踪系统。所谓单轴是指仅可以水平方向跟踪太阳，在高度上根据地理和季节的变化人为的进行调节固定，这样不仅增加了工作量，而且跟踪精度也不够高。双轴跟踪可以在水平方位和高度两个方向跟踪太阳轨迹，显然双轴跟踪优于单轴跟踪。

从控制手段上系统可分为传感器跟踪和视日运动轨迹跟踪（程序跟踪）。传感器跟踪是利用光电传感器检测太阳光线是否偏离电池板法线，当太阳光线偏离电池板法线时，传感器发出偏差信号，经放大运算后控制执行机构，使跟踪装置从新对准太阳。这种跟踪装置，灵敏度高，但是遇到长时间乌云遮日则会影响运行。视日运动轨迹跟踪，是根据太阳的实际运行轨迹，按照预定的程序调整跟踪装置。这种跟踪方式能够全天候实时跟踪，其精度不是很高，但是符合运行情况，应用较广泛。

从主控单元类型上可以分为PLC控制和单片机控制。单片机控制程序在出厂时由人员编写开发，一般设备厂家不易再次进行开发和参数设定。而学习使用PLC比较容易，通过PLC厂家技术人员的培训，设备使用厂家的技术人员可以很方便的学会简单的调试和编写，并且PLC能够提供多种通讯接口，通讯组网也比较方便简单。

2 系统硬件设计

本系统是以PLC主控单元的视日运动轨迹控制（程序控制）双轴自动跟踪系统，视日运动轨迹跟踪就是利用PLC控制单元相应的公式和算法，计算出太阳的实时位置：太阳方位角和太阳高度角，然后发出指令给执行机构，从而驱动太阳能跟踪装，以达到对太阳实时跟踪的目的。

太阳在天空中的位置可以由太阳高度角和太阳方位角来确定。太阳高度角又称太阳高度、太阳俯仰角，是指太阳光线与地表水平面得之间的夹角。太阳方位角即太阳所在的方位，是指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，可以近似看作是树立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方向的夹角。太阳方位角和高度角的实时数值可以通过地理经纬度、时区参数利用公式计算出来。

主控单元是太阳能跟踪系统的核心部件，系统选用结构紧凑。配置灵活、指令丰富的和利时LM PLC。选用的配置包括LM 3108CPU模块和LM 3310扩展模块。LM3108集成为数字量24DI和16DO，能满足要求，通讯集成有RS232和RS485两个通讯接口，RS232用于与上位文本显示器通讯，RS485可用于组网使用。LM 3310为四通AI模块，可用于采集风速等保护数据。配合和利时HD2400L文本显示器使用，能够监视运行状态、改变参数设置，以达到控制目的。

本文所设计跟踪调整装置其结构如下图所示：它主要由底座、立轴、横轴、两台旋转电机、传动齿轮等组成。其中旋转电机1驱动横轴，支撑太阳能电池板绕横轴运动，跟踪高度角运行。旋转电机2驱动水平轴，以跟踪方位角变化。

      在的整个过程中，跟踪器能够获得优的高度角和方位角，电池板能够接收到大太阳日辐射量。系统用一套公式由PLC计算出实际时刻太阳所在的高度角和方位角，根据实时太阳高度角和方位角与跟踪装置实际的高度角和方位角的差值，以及驱动装置的运转速度，计算出执行机构的跟踪运行时间。后通过程序执行驱动电机达到要求的位置，实现对高度角和方位角的跟踪。

3 系统软件设计 

      跟踪模式的判断过程完全由软件实现，灵活度高，可以针对不同地区和不同的气候进行调整，从而提高光伏电站的发电效率。还可以根据需要增加光强传感器、风力传感器等多传感装置，提高安全性和更高的控制要。

       通过程序控制，可以自动判断是否满足运行条件从而达到自动启动运行装置、自动停止、返回初始状态等控制。增加风力传感器用于对系统的保护作用，当风力大于一定数值时，系统停止工作，复位到原点，风速满足工作条件时，系统自动开始工作。太阳能电池板有两个自由度，控制机构对高度角和方位角两个方向进行调整。当电池板转到尽头时，由于跟踪装置装了限位传感器，到限位触点时自动切断输出，电机停止工作。

4 结论

       本文介绍了基于和利时LM PLC控制的双轴太阳能自动跟踪系统，系统采用视日运动轨迹跟踪方法设计，实现自动检测运行条件，达到实时跟踪太阳的效果。以和利时PLC作为主控单元，由PLC程序通过算法计算出太阳实时位置与系统位置的角度差，再由旋转电机的运行速度计算出运行时间。通过PLC程序的逻辑控制关系，驱动电机转动，达到自动跟踪太阳位置的功能。因此使得该自动跟踪系统的准确性高、可靠性强，即使在天气变化比较复杂的情况下系统也能正常工作，提高太阳能的利用效率。因为PLC具有很强的可编程性，客户可以根据自己的要求来修改编写控制程序，达到佳的控制效果。对于串、并联的大型光伏太阳能阵列系统的控制，可以通过LM PLC的通讯，组成通讯网络进行集中控制。由此可见基于和利时LM PLC开发的太阳能自动跟踪系统具有精度高、能实时跟踪太阳变化、通讯组网方便等特点，能够满足客户的需求。

一 鞋头定型机介绍

鞋头定型机用与做鞋流程的一个工序。它的用途是将做好的鞋面经过热模加热后﹐再使用冷模定型﹐ 让鞋面能够达到比较标准的模型。相比传统做鞋方法﹐既能减少工时﹐又能提高品质。

二 动作流程：

1. 首先打开主电源开关﹐按SB1启动工作电源﹐交流接触器KM1接通交流工作变压器。PLC得电完成初始化﹐因加热与制冷需要一段时间﹐固一般先开机大约15分钟后才工作。

2. 以左热模为例﹕将鞋面放入热模中适当位置﹐用脚踏热模定型开关一次。左热模电磁阀动作,使左气缸动作夹紧鞋面﹐延时断开﹐如延时中想取出鞋面﹐只要用脚踏第二次便使夹紧复位。

3. 以左冷模为例﹕将加热后的鞋面放入冷模中适当的位置, 用脚踏左冷模开关一次,则冷模夹紧电磁阀得电动作,使左夹紧气缸动作夹紧鞋面﹐当夹紧到位﹐使SQ1感应开关动作﹐延时接通，使左冷模定型电磁阀得电动作﹐使左定型气缸动作,开始定型﹐当定型到位﹐则使冷模定型延时感应开关SQ2动作﹐延时断开。当断开时先使定型电磁阀断电复位﹐再使夹紧电磁阀断电复位。示意图如下：

三 主要部件的选型

1. PLC:因需要做温度PID控制﹐所以选择了台湾永宏(FBS-32MAT-R)晶体管输出型。加上温度模块控制。固选择了FBS-TC6模块﹐使用WinProLadder编程软件。

2. 触摸屏﹕因鞋面材料不同﹐要求温度和设定时间也不相同。为了 方便操作人员能简便修改设置参数及监控温度和时间的变化 ﹐采用了永宏FV057ST-T10触摸屏﹐使用PM Designer编程软件。

3. 组成如图所示：

四 PLC的控制

1. PID 温控（ FUN86） 是利用温度模块配合温度规划表格（如图2所示）将外界当前的温度测量值当作过程变量（ Process Var iable，简称PV），并将用户所设定的温度设定值（ Set Point，简称SP）与过程变量经由软件PID 数学式运算后，得到适宜的输出控制值以控制温度在用户所期望的温度范围内。

Md : PID 运算模式选择
=0， 改良型小超越法
=1,通用PID 法则
Yn ：ON/OFF 温控输出起始号码，共占用
Zn 点
Sn ： 本指令从第几点温度开始执行 PID 温控，
Sn=0～ 31
Zn ： 本指令所控制的PID 温控点数；
1 Zn 32 且1Sn+Zn32
Sv ：温度设定值起始缓存器号码，共占用 Zn 个缓存器 (设定单位为0.1°)
Os ：温度偏差值起始缓存器号码，共占用 Zn 个缓存器 (设定单位为0.1°)
PR ：增益设定值起始缓存器号码，共占用 Zn 个缓存器
IR ：积分常数设定值起始缓存器号码，共占用Zn 个缓存器
DR ： 微分时间常数设定值起始缓存器号码，共占用Zn 个缓存器
OR ：温控数值输出起始缓存器号码，共占用Zn 个缓存器
WR：本指令所需使用的工作缓存器起始号码，共占用9 个缓存器，其它地方不可以重复使用

2. 将PID 运算后的数值结果转换为时间比例ON/OFF（PWM） 输出， 经由晶体管式接点输出控制SSR 所推动的加热或冷却回路， 便可以得到相当jingque而且便宜的控制结果。

3. 数字化PID 表达式如下：

M n = [ K c × E n ] +
[ [ K c × K i × T s × E n ] + [ K c × T d × ( PV n − P V n - 1 ) / T s ]
Mn ： 〝n〞时的控制输出量
Kc ： 增益（ 范围： 1→ 9999； Pb(比例带)=(1000/Kc ) × 0 . 1% ， 单位为0 . 1%
Ki ： 积分常数（ 范围： 0～ 9999， 相当于0.00～ 99.99 Repeat/Minute）
Td ： 微分时间常数（ 范围： 0～ 9999， 相当于0.00～ 9.99 Minute）
PVn ： 〝n〞时的过程变数
PVn − 1 ： 〝n〞的上一次的过程变数
En ： 〝n〞时的误差=设定值（ SP） −〝n〞时的过程变数（ PVn ）
Ts ： PID 运算的间隔时间（ 单位： 0.1S， 值可为10， 20， 40， 80， 160， 320）

4. 为使操作简便﹐在每个工位只使用一个开关做启/停控制﹐共4个脚踏开关(SB4-SB7),两个热模控制方式一样，两个冷模控制方式一样。为了安全又设了手动停止开关SB3和紧急开关SB2﹐停止开关是为防止四个工位操作错误使用,紧急开关是为出现紧急情况断开所有控制电源使用。

5. M1924接通一个脉冲﹐用（MOV）传送指令将热/冷模设定时间传入数据存储器﹐以方便能在触摸屏上修改数值。

6. PLC一接通﹐用（MOV）传送指令将热/冷模定时器当前值传入数据存储器﹐以使能在触摸屏上监控当前值。

7.热模控制﹕

以左热模为例﹐如X2接通一个脉冲﹐定时器T2得电计时(为鞋面加热时间)，Y002得电自锁。热模夹紧。定时器T3得电0.5秒瞬间接通辅助继电器M100﹐M100是为X2由启动转变为停止开关做准备的﹐当T2计时到使左热模复位 .如在加热计时中想取出鞋面﹐只要在接通第二次X2一个脉冲﹐Y002则断电复位﹐此时X2由停止开关转变为启动开关。

8.冷模控制：

以左冷模为例﹐如X4接通一个脉冲﹐Y004得电自锁﹐使鞋面夹紧﹐定时器T7计时0.5秒瞬间接通辅助继电器M104﹐当夹紧到位感应开关SQ1动作X5接通﹐定时器T6开始计时﹐计时到接通Y005开始定型.定型到位感应开关SQ2动作,X5、X6接通定时器T8开始计时﹐计时到T8接通辅助继电器M106自锁﹐同时断开Y005,定时器T9计时2秒﹐断开Y004﹐使左冷模复位。

注﹕当M104接通后﹐X4启动开关转变为停止开关﹐此时如果计时过程中需要停止﹐只要接通第二次X4即可复位左冷模﹐此时X4由停止开关转变为启动开关。

五 触摸屏控制流程

1． 当触摸屏得电后，通过RS232数据线与PLC通信交换数据。将FBS-32MAT-R主单元中各热模当前值、设定值显示在触摸屏的3#画面中。

2 如果需要监控或修改参数时，可选择0#画面中显示的相关功能键进入即可，顺序进入可修改参数。

六 结束语

可编程控制器是比较成熟的工业控制产品,在很多领域已被广泛应用,本文在现有研究的基础上讨论了永宏产品在鞋头定型机中的应用。得益于永宏PLC在温度控制方面的强悍，它实现了鞋头定型机的自动化控制,既减少了工人的劳动强度又提高了生产效率