海為PLC實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電場(chǎng)的集中控制監(jiān)視

前言：光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽(yáng)電池將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電應(yīng)用場(chǎng)合廣泛，在交通領(lǐng)域、通訊/通信領(lǐng)域、石油、海洋、氣象領(lǐng)域以及居民生活用電等都有他們的身影，具有安全可靠，無噪聲，無污染排放外，發(fā)電效率受環(huán)境溫度影響小，系統(tǒng)占地面積小，土地利用率高等優(yōu)點(diǎn)。光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是由太陽(yáng)能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜，太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。本文將以一個(gè)太陽(yáng)能電池方陣為例，介紹海為PLC在光伏發(fā)電中的應(yīng)用。

一、太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)原理

視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤。由于相對(duì)于某一個(gè)固定地點(diǎn)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太陽(yáng)的光照角度時(shí)時(shí)刻刻都在變化，如果太陽(yáng)能電池板能夠時(shí)刻正對(duì)太陽(yáng)，發(fā)電效率才會(huì)達(dá)到最佳狀態(tài)。目前通用的太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)都需要根據(jù)安放點(diǎn)的經(jīng)緯度等信息計(jì)算一年中的每一天的不同時(shí)刻太陽(yáng)所在的角度，將一年中每個(gè)時(shí)刻的太陽(yáng)位置存儲(chǔ)到PLC中，也就是靠計(jì)算太陽(yáng)位置以實(shí)現(xiàn)跟蹤。

傳感器跟蹤。傳感器跟蹤是利用光線傳感器檢測(cè)太陽(yáng)光線是否偏離電池板基線，當(dāng)太陽(yáng)光線偏離電池板基線時(shí)，傳感器輸出一個(gè)偏差信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)放大并轉(zhuǎn)成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過模擬量輸入通道傳給PLC，PLC運(yùn)算后通過開關(guān)量輸出控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使跟蹤裝置重新對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)。

二、太陽(yáng)能電池方陣組網(wǎng)介紹

1、單個(gè)太陽(yáng)能電池方陣組網(wǎng)示意圖：

2、光伏發(fā)電場(chǎng)萬臺(tái)跟蹤器組網(wǎng)示意圖

一個(gè)光伏發(fā)電場(chǎng)往往有成千上萬臺(tái)跟蹤器，海為PLC和H04TCP-4網(wǎng)關(guān)組網(wǎng)便捷強(qiáng)大，把多個(gè)太陽(yáng)能電池方陣接到光纖以太網(wǎng)交換機(jī)上，通過以太網(wǎng)傳輸，即可在中控室里對(duì)成千上萬臺(tái)PLC進(jìn)行監(jiān)控。組網(wǎng)示意圖如下：

3、系統(tǒng)主要硬件配置

3.1 海為PLC

海為PLC混合型主機(jī)自帶開關(guān)量和模擬量，6路模擬量輸入，量程為0~10V，使用12位AD轉(zhuǎn)換（通用0~20mA），支持直接接入光傳感器。CPU 主機(jī)帶2 個(gè)通訊口，可擴(kuò)展至5 個(gè)通訊口，每個(gè)通訊口都可以進(jìn)行編程和聯(lián)網(wǎng)，都可作為主站或從站。支持1：N、N：1、N：N 聯(lián)網(wǎng)方式，支持各種人機(jī)界面和組態(tài)軟件，可與任何帶通訊功能的第三方設(shè)備（如變頻器、儀表、條碼閱讀器等）聯(lián)網(wǎng)。

3.2 海為H01TCP-4智能網(wǎng)關(guān)

H01TCP-4是一款功能強(qiáng)大的硬件協(xié)議網(wǎng)關(guān)，將從設(shè)備的各種協(xié)議轉(zhuǎn)成標(biāo)準(zhǔn)Modbus RTU或Modbus TCP協(xié)議。網(wǎng)關(guān)支持模擬量線性轉(zhuǎn)換，支持取位功能，高低字節(jié)交換功能；網(wǎng)關(guān)內(nèi)置WEB服務(wù)器，用戶可以通過瀏覽器查看實(shí)時(shí)變化的數(shù)據(jù)和通信狀態(tài)，方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試；自帶4個(gè)通訊串口1個(gè)以太網(wǎng)口，每個(gè)通訊口都自帶通訊隔離。此外，智能網(wǎng)關(guān)還可對(duì)每個(gè)通訊口網(wǎng)絡(luò)里的從機(jī)做通訊斷線報(bào)警。

3.3光纖以太網(wǎng)交換機(jī)、中控室SCADA系統(tǒng)。

4、系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集控制原理

每個(gè)跟蹤器即1臺(tái)海為PLC，時(shí)刻接收傳感器傳入的太陽(yáng)光線位置信號(hào)，通過PLC模擬量輸入通道給PLC，PLC經(jīng)過用戶程序運(yùn)算，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，使太陽(yáng)能接收器時(shí)刻正對(duì)太陽(yáng)直射方向，以獲得最大有效照射面積。

單個(gè)太陽(yáng)能電池方陣中H01TCP-4，帶4個(gè)通訊串口，每個(gè)串口連接15臺(tái)PLC，把PLC里的數(shù)據(jù)采集到智能網(wǎng)關(guān)內(nèi)部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，供上位機(jī)通訊采集監(jiān)控和使用。上位機(jī)也可以發(fā)出控制命令，通過智能網(wǎng)關(guān)傳給每個(gè)串口相應(yīng)的PLC。此外，多個(gè)太陽(yáng)能電池方陣可以一同接到光纖以太網(wǎng)交換機(jī)上，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電場(chǎng)成千上萬臺(tái)的跟蹤器進(jìn)行集中控制監(jiān)視。

三、系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

1、海為H01TCP-4只能網(wǎng)關(guān)組網(wǎng)能力強(qiáng)。多個(gè)太陽(yáng)能電池方陣可以一同接到光纖以太網(wǎng)交換機(jī)上，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電場(chǎng)成千上萬臺(tái)的跟蹤器進(jìn)行集中控制監(jiān)視。

2、與傳統(tǒng)組網(wǎng)相比，成本極大降低。傳統(tǒng)采用一臺(tái)PLC加一個(gè)以太網(wǎng)模塊對(duì)每臺(tái)跟蹤器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，成本巨大；采用海為H01TCP-4只能網(wǎng)關(guān)模塊，一個(gè)網(wǎng)關(guān)既可監(jiān)控60多臺(tái)PLC的運(yùn)行情況。

3、智能網(wǎng)關(guān)對(duì)每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里的每一個(gè)從機(jī)都會(huì)做通訊斷線報(bào)警。管理方便，而傳統(tǒng)的組網(wǎng)方式傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理難度大，排除故障難，人力投入大。

4、海為PLC通訊組網(wǎng)能力強(qiáng)。CPU 主機(jī)自帶2 個(gè)通訊口，每個(gè)通訊口都可以進(jìn)行編程和聯(lián)網(wǎng)，都可作為主站或從站。支持1：N、N：1、N：N 聯(lián)網(wǎng)方式，支持各種人機(jī)界面和組態(tài)軟件，可與任何帶通訊功能的第三方設(shè)備（如變頻器、儀表、條碼閱讀器等）聯(lián)網(wǎng)。

5、海為PLC編程軟件全仿真，模擬量無須通過編程進(jìn)行碼值與工程量之間的轉(zhuǎn)換。減少了程序編寫和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間，方便了技術(shù)人員的調(diào)試工作，提高了工作效益。