活動(dòng)鏈接：2013年控制網(wǎng)行業(yè)專(zhuān)題---發(fā)展新能源更要做好能源管理

    項目名稱(chēng)

  臺達工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品在杰安培追日系統應用

  項目背景

  長(cháng)久以來(lái)，太陽(yáng)能作為一種綠色能源一直被人們所推崇，人類(lèi)利用太陽(yáng)能已有3000多年的歷史。自從1615年法國工程師所羅門(mén)•德•考克斯發(fā)明了世界上第一臺太陽(yáng)能驅動(dòng)發(fā)動(dòng)機起，人們將太陽(yáng)能作為一種能源和動(dòng)力加以利用，也有了300多年的歷史了。太陽(yáng)能發(fā)電也成為人們所熟悉的事物之一。但可以隨著(zhù)不同時(shí)段的太陽(yáng)光線(xiàn)轉移，隨時(shí)變換太陽(yáng)能電池板的旋轉角度，從而達到最大限度地吸收太陽(yáng)能目的的太陽(yáng)能發(fā)電系統，卻是鮮有聽(tīng)聞的。這就是目前新型的節能環(huán)保技術(shù)——追日型太陽(yáng)能發(fā)電系統。 

  目前，全球領(lǐng)先的自動(dòng)化品牌臺達集團，將新一代上市的臺達DVP-ES2/EX2系列PLC，成功的應用在“太陽(yáng)能追日系統”。該產(chǎn)品可將太陽(yáng)能面板調節至最佳接收效率的指令SPA，利用輸出時(shí)間控制兩軸定位，從而可讓使用者輕松安裝、并達到太陽(yáng)能接收的最大效能。 據了解，“太陽(yáng)能追日系統”太陽(yáng)能電池板每天吸收的太陽(yáng)能比普通太陽(yáng)能電池板高35%，是目前世界上較為先進(jìn)的太陽(yáng)能發(fā)電系統。

  系統方案及功能實(shí)現

  一、工藝設計要求
 
               
                        圖1 杰安培太陽(yáng)能追日系統功能測試現場(chǎng)

  1. 設置功能 

  通過(guò)文本顯示器設定本地時(shí)區、經(jīng)緯度、萬(wàn)年歷時(shí)間、追日周期、方位角補償角度、俯仰角補償角度等參數。 

  2. 邏輯運算功能 

  根據當地時(shí)間、經(jīng)度等信息計算追日系統的方位角及俯仰角； 
  自動(dòng)將方位角及俯仰角轉換為電機位置信息，驅動(dòng)電機執行追日動(dòng)作； 
  根據時(shí)間自動(dòng)切換白天追日模式及夜間休息模式。 

  3. 根據風(fēng)速自動(dòng)判斷停留位置 

  當無(wú)風(fēng)時(shí)，白天進(jìn)行實(shí)時(shí)追日，夜間停留在15º位置，保證凝結水可以流下。 
  當有風(fēng)時(shí)，回歸至水平0º位置，減小風(fēng)的阻力。 

   4. 警報功能 

  當發(fā)生傳感器故障時(shí)，故障指示燈亮，并停止追日動(dòng)作。

   5. 保護功能

  當太陽(yáng)能板觸發(fā)方位角/俯仰角正極限時(shí)，執行反轉動(dòng)作。

  二、方案實(shí)現

  1. 硬件配置
           

  2. 網(wǎng)絡(luò )結構
 
            
                              圖2 網(wǎng)絡(luò )結構圖

  3.設計原理

  Step1：中國廣州位于東 8 區，其參考時(shí)間為中國標準時(shí)間，即東經(jīng)120º 時(shí)間，假設標準時(shí)間為 11:00:00。 

  Step2 ：推算Greenwich時(shí)間，計算公式為區時(shí) - 當地時(shí)區，即11:00:00 - 8(東8區) = 03:00: 00

  Step3：計算廣州當地時(shí)間，計算公式為GMT + 當地精度/15，即03:00:00 + (113.3º/15º) = 10.553 = 10:33:11  

  圖3：設計原理圖

  SPA指令的工作原理如下圖所示。
 
             
                         圖4：SPA指令工作原理圖

  4.系統工作模式

  追日系統共設計3種模式，分別為正常追日模式、原點(diǎn)回歸模式、維修模式。

  正常工作模式

  1. 進(jìn)入正常追日模式，文本顯示器將當前時(shí)間實(shí)時(shí)傳送給PLC，PLC通過(guò)SPA指令根據當地時(shí)區、海拔高度等信息將時(shí)間轉化為太陽(yáng)能板的方位角及俯仰角。 

  2. PLC將方位角及俯仰角轉化為導通時(shí)間從而控制馬達的正轉/反轉。
  
  原點(diǎn)回歸模式

  進(jìn)入原點(diǎn)追日模式，PLC驅動(dòng)方位角電機及俯仰角電機進(jìn)行原點(diǎn)回歸動(dòng)作
  
  維修模式

  進(jìn)入維修追日模式，可通過(guò)文本顯示器按鍵實(shí)現方位角電機的正轉/反轉，俯仰角電機的正轉/反轉。

   5. 功能規劃

  追日系統模式選擇如下圖所示。
 
                
                              圖5 追日系統模式選擇

實(shí)時(shí)追日模式控制流程如下圖所示。
 
              
                                  圖6 追日模式控制流程

原點(diǎn)回歸模式控制流程如下圖所示。
 
             
                                圖7 原點(diǎn)回歸模式控制流程圖

  6. 組件定義
        
      
         
        
      
  7. 操作畫(huà)面規劃

功能鍵F1-----此鍵對應“監視”功能，按下此鍵后進(jìn)入“監視”的下級菜單。
功能鍵F2-----此鍵對應“系統”功能，按下此鍵后進(jìn)入“系統”的下級菜單。
功能鍵F3-----此鍵對應“參數”功能，按下此鍵后進(jìn)入“參數”的下級菜單。
 
         
                      圖8 操作畫(huà)面

  狀態(tài)顯示-----方位角電機的運行狀態(tài)、方位角位置信息 、俯仰角電機的運行狀態(tài) 、俯仰角位置信息。 

  運行時(shí)間-----方位角/俯仰角執行追日的時(shí)間、剩余時(shí)間顯示。 

  模式選擇-----用戶(hù)可選擇實(shí)時(shí)追日模式(默認)、原點(diǎn)回歸模式、維修模式。 

  控制功能-----根據當地地理位置及當前時(shí)間位置實(shí)現追日功能； 根據天氣情況(大風(fēng)/大雨)自動(dòng)選擇停留位置。 

  報警功能-----實(shí)時(shí)監測各極限開(kāi)關(guān)狀態(tài)，當極限開(kāi)關(guān)發(fā)生故障時(shí)提示故障，同時(shí)追日機構回歸原點(diǎn)位置。 

   參數設置-----設置追日指令參數，如當地時(shí)區、當地經(jīng)緯度、日期、當地區時(shí)、 海拔高度、方位角及俯仰角修正、方位角及俯仰角追日時(shí)間補償、 追日周期等參數。 

  8.故障診斷

  三、操作畫(huà)面
 
          
     效益分析

  DVP16ES主機內建SPA指令，使追日功能變得更加方便、準確、快捷。該系統使用雙軸追日，大大提高了太陽(yáng)能的利用效率。
 
        
                        圖15 固定模式，單軸追日模式及雙軸追日模式不同時(shí)間段效率曲線(xiàn)

  作者簡(jiǎn)介：

   杜立興, 男，生于1981年10月，畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)，電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)?，F任臺達吳江系統整合部專(zhuān)案經(jīng)理，從事工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品方案整合與系統開(kāi)發(fā)，具有8年從事臺達工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品經(jīng)驗及HVAC，水處理行業(yè)經(jīng)驗。