PLC在太阳能二维自动跟踪控制系统中的应用_开题报告

（一）国内研究状况

能源危机与环境污染是构建和谐社会与可持续发展所面临的两个重大挑战。开发新能源和将可再生能源作为我国未来能源的重要组成部分己显得十分迫切。太阳能作为一种清洁无污染的能源，发展前前景非常广阔，利用太阳能发电是开拓新能源和保护环境的有效途径。太阳能光伏发电系统是利用光伏组件半导体材料的“光伏效应”，结合了机械动力、电气控制和化学工程技术等跨学科技术，将太阳光辐射能转换为电能的一种新型发电系统。

如今，太阳能发电已成为全球发展速度最快的新技术。然而太阳能的利用受地形、地势、云雨等自然条件的影响很大，太阳能电池的成本相对较高而转化成电能的效率又太低，同时它还存在着间歇性、光照方向和强度不断变化的问题，这对太阳能的收集及利用提出了更高的要求。所以，太阳能发电并没有得到普及。

但人们并没有因此筹足不前。据实验测试，在太阳能电池板阵列中，相同条件下采用太阳能自动跟踪系统发电设备要比固定式发电设备的发电总量提升35%左右。因此，在太阳能开发利用中进行自动跟踪是十分必要的。

所谓的太阳能跟踪系统是使太阳能电池板实时正对太阳，让太阳光线实时垂直照射太阳能电池板，从而接收到更多的太阳光能，这样能显著提升太阳能光伏组件的发电效率。从制动手段上讲太阳能自动跟踪系统分为视日运动轨迹跟踪(程序跟踪)和传感器跟踪(光电跟踪)两种。视日运动轨迹跟踪是根据当天太阳的实际运行轨迹，制定出一套运行程序，让系统模拟太阳的东升西落轨迹自动运行。这是一种开环的程控系统，跟踪精度不是很高。传感器跟踪是利用光电传感器检测出太阳光线是否偏离电池板面法线，当太阳光线偏离电池板面法线时传感器就会发出偏差信号，经控制系统控制执行机构作出相应动作，让发电装置重新对准太阳。其采用了闭环的随机系统，这种跟踪装置灵敏度较高。从可转动轴数量上又可将太阳能跟踪系统分为单轴和双轴跟踪系统。单轴跟踪系统只有一个旋转轴，来改变电池板的位置角度。这种系统只可实现东西方向的自动跟踪，南北方向则要手动调整。双轴跟踪系统具备两个方向的旋转轴，可以实现东西、南北两个方向的自动跟踪，可让电池板更精确的对准太阳。

我国在1997年研制成了单轴太阳跟踪装置，双轴太阳能跟踪系统也在2004年申请了专利，但却没有得到推广。目前，国内大多数太阳能电池阵列仍采用固定式安装，无法保证太阳光实时垂直照射太阳能电池板，导致太阳能资源没有得到充分利用。而双轴传感器自动太阳能跟踪控制系统拥有较高的灵敏度能实时跟踪太阳旋转，可接收到更多的太阳辐射能量，提高太阳能电池板的输出功率。该技术在太阳能光伏发电系统中应该得到更为广泛的应用。

（二）国外研究状况

太阳能受到了世界各国广泛重视。全球处在“阳光地带”的人口数量占世界总人口数量的75%左右，这些人口占全球电力需求量的40%。此外，预计在未来20年时间里，全世界约80%的电力能源需求将来源于这些地区。因此，这些地区的光伏能源具有得天独厚的发展优势。欧洲光伏协会(EPIA)预计太阳能将在2020年前成为全球范围内的主流能源，并将在2030年前成为主要的电力来源。可见，太阳能的利用对于满足人类的能源需求，保持世界经济的稳定和增长具有至关重要的作用。所以，研究和利用太阳能源具有十分重要的意义。

据美国一位博士对世界一次能源替代趋势的研究结果表明，2050年后，世界能源中核能将占第一位，太阳能占第二位。到21世纪末，太阳能将取代核能占第一位。所以，越来越多的国家加强了对太阳能技术研究的重视。而走在前列的的无疑是世界头号技术强国美国。早在1998年美国就成功的研制出ATM 双轴跟踪器，并在太阳能面板上装有能够集中阳光的透镜，可让小块的太阳能面板硅收集到更多的能量，使发电效率进一步提高。2002年美国亚利桑那大学推出了一种利用控制电机完成跟踪，采用铝型材框架结构的新型太阳能跟踪装置，该装置体积小，重量轻，大大拓宽了跟踪器的应用领域。这种技术的出现，带动了全世界太阳能研发事业的飞速发展。

虽然近几年太阳能发电行业科技创新硕果累累，但目前制约太阳能发电技术发展的最大瓶颈仍是太阳能利用率低下。通过对太阳自动跟踪在一定程度上提高了太阳能利用率，但各种跟踪技术均存在一定的局限性。所以，太阳自动跟踪系统还需要进一步的完善，其还具有广阔的研究前景和发展空间。由于光伏电池的输出特性是非线性的，容易受到周围环境因素的影响，要想对太阳进行高精度跟踪，通常跟踪系统结构会较为复杂，但随着现代科技的迅猛发展，太阳能自动跟踪技术的机构简化和跟踪精度的提高将是必然的发展趋势。所以，设计出一个合理的的太阳能跟踪控制系统以提高发电设备的发电效率意义十分重大。

二、^范文提纲

（一）引言

（二）太阳能跟踪系统的方案设计

1系统要具备的功能和工作原理

2系统的设计方案

（三）太阳能跟踪系统的组成

1控制系统的组成部分

2执行系统的组成部分

（四）PLC控制系统分析

1工艺系统分析

2 I/O点的类型及统计

3 PLC电气原理图

（五）太阳能跟踪系统的工作流程

1 PLC程序流程图

2执行系统流程图

（六）太阳能跟踪系统的调试

1 PLC程序调试

2设备整体调试

（七）总结

三、参考文献

著作：

    [1] Michel Gilles.《Programmabe Logic Controllers:Architecture and Application》.Wiley，1990；

[2] 宋秀玲.《PLC控制系统的安装与调试》[M].北京：化学工业出版社，2014：146-150；

[3] 廖常初.《S7-200 SMART PLC应用教程》[M].北京：机械工业出版社，2015：1-230；

[4] 赵华军、唐国兰.《可编程控制器技术应用》[M].广州：华南理工大学出版社，2009：182-205；

[5] 向晓汉.《S7-200 SMART PLC完全精通教程》[M].北京：机械工业出版社，2013：1-337；

[6] 王永华.《现代电气控制及PLC应用技术》[M].北京：航空航天大学出版社，2008：33-42；

[7] 胡向东.《传感器与检测技术》[M].北京：机械工业出版社，2013：52-70；

[8] 郑辑光.《过程控制系统》[M].北京：清华大学出版社，2012：1-260；

[9] 杨金焕、于化丛.《太阳能光伏发电应用技术》[M].北京：电子工业出版社，2009；

[10] 张宝剑、高国红.《双踪太阳能光伏发电系统研究》[J].安徽农业科学，2010年03期；

[11] 梁勇、梁维铭.《太阳能任意方位跟踪系统设计》[J].电测与仪表，2008年05期；

[12] 赵建钊、史耀耀、马健、冯云.《智能型太阳能跟踪系统设计与实现》[J].电网技术，2008年24期；

[13] 罗维平.《基于PLC的太阳能电池板自动跟踪系统的研究》[J].电子技术应用，2009年09期。