【精彩论文】基于PLC的槽式光热太阳能追踪控制系统的研究与应用

观点凝练

摘要：针对传统槽式太阳能追踪控制系统跟踪精度较低导致的太阳能利用效率降低的问题，设计一种槽式光热太阳能追踪控制系统。基于太阳位置算法（solar position algorithm，SPA）建立槽式光热单轴追踪数学模型，研究聚光器布置方式对系统运行特性的影响。搭建样机试验系统，基于可编程逻辑控制器（programmable logic controller，PLC）设计跟踪控制逻辑，通过自定义嵌入式编程实现高精度算法在控制器中的应用。提出一种根据跟踪角偏差运算进行间歇控制的策略，使用中高压双液压缸推挽式驱动方式推动集热槽旋转，实时跟踪太阳位置。阐述PLC控制系统软硬件架构、功能模块及控制流程，采用控制器双机冗余配置及监控双网配置。运行数据表明：系统结构简单，维护方便，跟踪精度较高。
结论：本文建立了槽式光热集热槽单轴追踪数学模型，计算了在集热槽2种布置方式下主要性能参数的变化趋势，分析了布置方式对控制系统及机械结构设计的影响。研制了槽式光热控制样机试验系统，以PCS-9150PRO型号PLC作为主控制器，通过自定义嵌入式编程实现了高精度算法在控制器中的计算应用。基于SPA的天文算法计算追踪角，使用增量式编码器实时采集倾角位置数据并通过Modbus RTU协议经通讯模块实时输出给控制器。给出了一种考虑死区与滞后的目标跟踪角与实际跟踪角差值比较策略用于间歇控制。设计了基于PLC的控制系统网络架构，采用控制器冗余配置，监控网络冗余配置，双机双网的方式确保了控制系统的安全性。给出了PLC系统主要功能模块及控制流程。最后通过控制中高压双液压缸推挽式液压系统三位四通电磁阀组启闭驱动集热槽旋转，实现了聚光器实时精准追踪太阳轨迹。

样机试验系统已投入运行，经测试，该控制系统结构设计合理，控制效果良好，运行稳定可靠，维护简单方便。实际运行数据表明研制的系统有较高的追踪精度，为同类型的槽式光热跟踪控制系统设计提供了一定的借鉴意义。控制系统结构简单，维护方便，易于大规模推广应用，有着较广阔的市场前景。

引文信息

王奔, 牛洪海, 徐卫峰, 等. 基于PLC的槽式光热太阳能追踪控制系统的研究与应用[J]. 中国电力, 2020, 53(11): 185-194.WANG Ben, NIU Honghai, XU Weifeng, et al. Research and application of parabolic sun-tracking system based on plc[J]. Electric Power, 2020, 53(11): 185-194.

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编辑：杨彪

审核：方彤

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