风光互补供电的LED广告灯控制系统的设计毕业论文.docx

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1、风光互补供电的LED广告灯控制系统的设计毕业论文目 录绪论1（-）设计背景1（二）太阳能发展的现状与展望1（三）太阳能发电支持技术1（四）本课题研究的意义及主要内容2一、西门子PLC概述3二、系统的关键技术3（-）PLC控制技术3（二）太阳能发电技术3（三）DSP技术4三、系统硬件4（-）系统总体架构及主电路电气原理图4（二）单元设计5（三）S7-200 CPU226 PLe I/O 接口20（四）S7-200 CPU226 PLe I/O 的外部接口21四、程序设计22（一）主程序22（二）指示灯子程序26（三）自动子程序31五、总结与展望34参考文献35致谢36附录一梯形图37绪论（一）设

2、计背景开发全新能源，对现有能源的合理充分利用已经得到全世界科学家的极大重视。太阳能发电作为一种取之不尽，用之不竭的环保清洁能源将得到史无前例的发展。随着太阳能技术开发和产业化进程的深化，它的性价比、效率将得到极大的提高，它在包括BIPV在内的各个领域都将得到广泛的应用，也将很大地推动和加速中国绿色照明工程的快速发展。（-）太阳能发展的现状与展望20世纪70年代中国太阳能光伏技术才开始研究，刚开始时主要运用于空间技术，之后渐渐从空中转移到地面并成了中国的光伏发电产业，已利用太阳能发电为中国内蒙古、甘肃、新疆、西藏、青海和四川等地共20万无电户解决了用电问题。目前，中国已经安装光伏电站约10万千瓦

3、，主要为我国山区居民提供电。随着中国技术的发展，在2006年，中国有三家企业进入了全球前十名，标志着中国将成为全球新能源科技的中心之一，世界上太阳能光伏的广泛应用，导致了目前缺乏的是原材料的供应和价格的上涨，我们需要将技术推广的同时，必须采用新的技术，以便大幅度降低成本，为这一新能源的长远发展提供原动力！太阳能的使用主要分为几个方面：家庭用小型太阳能电站、大型并网电站、建筑一体化光伏玻璃幕墙、太阳能路灯、风光互补路灯、风光互补供电系统等，现在主要的应用方式为建筑一体化和风光互补系统。国际能源组织对太阳能产业的发展前景进行预测，认为2010-2020年间太阳能光伏发电发展速度复合增长率达到35%

4、,预计2020年太阳能光伏发电量将达到280TWh以上,占当年总发电量的1%, 2040年占总发电量的20%,未来太阳能产业的发展前景光明。（三）太阳能发电支持技术太阳能发电核心器件就是光伏电池组件。由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分有限的，实用中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的电池系统，称为电池组件（阵列）。单一电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传送了硅原子，使其电子发生了越迁，成为了自由电子在P-N结两侧聚集形成了一定的电位差，若外部电路接通时，那

5、么在这个电压的作用下,就会有电流通过外部电路并且产生一定的输出功率。这个过程的本质就是：光子能量转换成电能的过程。图1光子能量转换目前太阳能发电有两种方法。一种是将太阳能转换为热能，然后按常规方式发电，称为太阳能热发电。另一种是通过光电器件利用光伏原理将太阳能直接转换为电能，称为太阳能光伏发电。本设计采用太阳能光伏发电。从太阳能获得电力，需通过太阳能电池进行光电转换来实现。它同以往其他发电原理完全不同，具有以下特点：能源质量较高；可在用电处发电；人类从情感上更容易接受；绝对纯净无公害；获取能源所用时间较短；不受资源分布地理位置的限制；不用担心资源枯竭危险。不足之处是：获得的能源要考虑昼夜，阴晴

6、及四季等气象条件；假如照射的能量分布密度较小，那么就要占用更大得面积。但总的说来,瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。(四)本课题研究的意义及主要内容风光互补供电的LED广告灯控制系统的设计一一太阳能供电系统是由光伏供电装置和光伏供电系统组成。其中光伏供电系统由光伏电源控制单元，光伏输出显示单元，光伏供电控制单元，DSP控制单元，可编程控制器(PLC),继电器组，蓄电池组等组成。光伏电源控制单元接通电源启动，所有的器件开始工作。光伏供电装置把太阳能转换成电能经过DSP判断符合充电要求就接通继电器组对蓄电池组进行充电，如若不满足要求就断开继电器组，切断充电回路，阻止

7、充电。DSP控制单元是用来判断蓄电池组是否需要充电，若需要充电那么接通继电器，否则断开继电器。此单元主要是用来保护蓄电池组，防止蓄电池组出现过充或者过放现象的发生。在光伏供电系统工作的时候光伏输出显示单元会实时的显示光伏供电装置所发的电的电流及电压。其中光伏供电控制单元和PLC配合来控制太阳能电池板组件的方向以满足不同实验及研究的需要。本课题主要研究内容如下：1 .风光互补供电的LED广告灯控制系统的设计一一太阳能供电系统总体方案设计及该系统总体架构及功能设计。2 .各单元的设计分析及PLC控制程序设计，输入/输出地址分配，程序流程图设计，程序梯形图设计。3 .满足各功能要求。一、西门子PLC

8、概述德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、E刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO, S7-200,S7-300, S7-400,工业网络，HMI人机界面,工业软件等。由最初发展至今，S3、S5系列PLC已逐步退出市场，停止生产，而S7系列PLC发展成为了西门子自动化系统的控制核心，而TDC系统沿用SIMADYND技术内核，是对S7系列产品的进一步升级，它是西门子自动化系统最尖端，功能最强的可编程控制器。本设计采用西门子S7-200系列的PLC。SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是

9、超小型化的PLC,它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。二、系统的关键技术（-）PLC控制技术PLC具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用、使用方便、可靠性高、抗干扰能力强等到一系列优点，在工业生产过程自动控制领域得到了广泛应用。所以，掌握PLC技术是改造传统生产工艺和设备的重要途径。西门子S7-200 PLC作为小型PLC系统中的佼佼者，在各种工程中等到了广泛应用。因此，配通过对S7-200的介绍，希望使学生掌握PLC的基本

10、工作原理、硬件结构、指令、梯形图编程的基本方法，以及开发PLC控制生产过程的基本方法，为自动化等到相关专业学生毕业后从事工业生产过程自动化打下良好的基础。本论文利用西门子S7-200PLC作为核心控制器，利用其丰富的基本及功能指令来设计，从而实现对风光互补供电的LED广告灯控制系统的设计一一太阳能供电系统具体的控制要求。通过使用编程软件，直接在PC机上用梯形图进行编程，然后调试修改，直至可以完成要求。（-）太阳能发电技术将太阳光辐射能通过光伏效应直接转换为电能，称为太阳能光伏发电技术。太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池组件（阵列）、控制器、蓄电池、逆变器和用户负载等组成。其中，太阳能电池组件和

11、蓄电池为电源系统,控制器和逆变器为控制保护系统，用户负载为系统终端。从目前来看，薄膜电池虽有很好的发展潜质，但单晶硅与多晶硅电池仍是较长时间内的主流产品。太阳能光伏发电技术日新月异，企业转换率已达17%,实验室转换率已达24.7%,每年的平均增长速度超过0.2%以上。太阳能资源没有枯竭危险，且资源分布广泛，受地域限制小；太阳能电池主要的材料-硅，原料丰富；无机械转动部件，没有噪声，稳定性好；维护保养简单，维护费用低；系统为组件，可在任何地方快速安装无污染，完全干净(蓄电池除外)。(三)DSP技术数字信号处理(Digital Signal Processing,简称DSP)是一门涉及许多学科而又

12、广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展,数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。图2数字信号处理DSP是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用

13、微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。三、系统硬件(-)系统总体架构及主电路电气原理图整个系统包括光伏供电装置和光伏供电系统两大系统。光伏供电装置的功能是把太阳能转换为电能。光伏供电系统的功能是控制太阳能电池组件的运动及处理经太阳能电池组件提供的电能以及其他的一些系统功能要求。流程图如下图3。太阳能太阳能电能DSP蓄电池图3系统框图光伏供电由光伏供电装置和光伏供电系统完成，光伏供电主电路电气原理如图4所不。继电器KA1和继电器KA2将单相AC220V通过接插座提供给摆杆偏转电动机，电动机旋转时，安装在摆杆上的投射灯由东向西方向

14、或由西向东方向移动。摆杆偏转电动机是单相交流电动机，正、反转由继电器KA1和继电器KA2分别完成。图4光伏供电主电路电气原理图继电器KA7和继电器KA8将单相AC220V通过接插座分别提供给投射灯1和投射2。光伏电池方阵分别向东偏转或向西偏转是由水平运动直流电动机控制，正、反转由继电器KA3和继电器KA4通过接插座向直流电动机提供不同极性的直流24V电源，实现直流电动机的正、反转。光伏电池方阵分别向北偏转或向南偏转是由另俯仰运动直流电动机控制，正、反转由继电器KA5和继电器KA6完成。直流12V开关电源是提供给光线传感器控制盒中的继电器线圈使用。继电器KA1至继电器KA8的线圈使用+24V电源

15、。（二）单元设计1 .光伏供电装置光伏供电装置(图5)主要由光伏电池组件、投射灯、光线传感器、光线传感器控制盒、摆杆支架、摆杆减速箱、单相交流电动机、电容器、水平方向和俯仰方向运动机构、水平运动和俯仰运动直流电动机、接近开关、微动开关、底座支架等设备与器件组成。图5光伏供电装置(1)光伏电池组件光伏电池单体是光伏转换最小的单位，尺寸为4100平方厘米不等。光伏电池单体的工作电压约为0.5V,工作电流约为2025毫安每平方厘米。光伏电池单体不能单独作为光伏电源使用，讲光伏电池单体进行串、并联封装后，构成光伏电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦，是单独作为光伏电池光源使用的最小单元。光伏电池组件的光伏电池的标准数量是36片(lOcmXIOcm),大约能产生17V左右的电压，能为额定电压为12V的蓄电池进行有效充电。图6是标准的光伏电池组件。光伏电池组件经过串、并联组合安装在支架上，构成了光伏电池