第4章 电气控制设计
4.1传感器
传感器：英文名称：transducer / sensor
根据我国国家标准（GB/T7665-2005)对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”[20]。
4.2太阳位置传感器设计
1、光敏元件选择
光传感器是最常见的传感器之一，是以光电器件作为转换元件的传感器，光传感器可以直接检测光的变化，作为探测元件组成其他传感器又可以对许多非电量进行检测，如直径、速度、位移等，只需要将这些非电量变化转换为光信号的变化即可。光传感器有非接触、响应快、性能可靠等特点。目前光传感器是使用最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和检测技术中占有非常重要的地位[21]。
2、电路设计
太阳位置光电传感器是光电追踪方式中很重要的一个部件，其探测可靠性决定了系统的追踪准确性，继而影响系统的发电效率。它对于整个系统的重要性不可忽视。
光电追踪的核心部件就是光电传感器，其可达到的精度直接影响追踪系统的追踪精度，而其追踪精度高低是直接影响太阳能光伏发电系统发电效率的因素之一。但是一般传感器在保证了高精度情况下往往忽略了追踪范围因素，导致传感器经常出现因追踪范围小而搜索不到太阳的情况。所以，保证光电传感器在追踪范围、追踪精度等方面同时达到要求成为影响光电追踪技术发展的瓶颈[22]。 3、 安装
光电传感器安放的位置和方法直接影响传感器的检测精度，因为光敏电阻是点元件，所以接受光能的范围比较广，如果直接暴露在阳光下会降低整个太阳追踪系统的精度，所以本文设计采用在光敏电阻外部安装遮光套，根据安装不同地方作具体的调整。四个传感器分别安装于太阳能电池板的四周，如图4.1所示，还有一个阴晴天检测传感器安装于支架上，五个传感器比较电路集成在一块印制电路板上，安装于太阳能电池板的后面，并作避雨处理。
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图4.1 传感器的安装
4.3 雨水传感器
雨水传感器采用两根导线交叉式按布在电路板上靠的很近但不导通，连接到PLC端子是X0，当雨水滴落到传感器上时，两根导线导通，此时向PLC传送雨天信号，PLC传送出动作信号，执行回原点程序，保护装置。如图4.2。
图 4.2 雨水传感器
4.4 变频器
变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程
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度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
本系统采用三菱变频器FR-A740-0.75K-CHT 三菱变频器FR-A740-0.75K-CHT 性能介绍 功率范围：0.75～500kW
闭环时可进行高精度的转矩/速度/位置控制 无传感器矢量控制可实现转矩/速度控制 内置PLC功能（特殊型号）
使用长寿命元器件，内置EMC滤波器
强大的网络通讯功能，支持DeviceNet，Profibus-DP，Modbus等协议
变频器参数设置
本系统设计不需要改变电机转矩控制，位置控制，对于速度控制如果用改变电压来控制电机的转速会因电流增大而使电机发热、烧坏，因此保持输出电压和频率的比率恒定的方式就是采用V/F控制模式，采用V/F控制对电机的要求比较少，通用性比较好，适用低速调整。其他方式在本系统中，没有被采用，采用V/F控制就满足本系统的要求。
1、确认运行的现实以及运行模式的显示：确定已是停止运行状态。 2、设定为参数设定模式：按下MODE键后，设置为参数设定模式。
3、输入参数：转动M拨盘，对准P331，按下SET键，转动M拨盘，将设定直改为0，按下SET，完成输入参数。
4 、完成输入：按照步骤3将数据全部输入变频器，完成变频器的参数设定
4.5伺服驱动器
伺服驱动器又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。伺服放大器正面的显示部分（5为7段LED）。可以进行状态的显示，参数的设定等，可再运行前设定参数、诊断异常时的故障、确认外部程序、确认运行器件状态。每按一次“MODE”、“UP”、“DOWN”按键进行参数的设定.
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4.5.1伺服放大器连接与设置
伺服放大器顶部和控制柜内壁要留出较大空隙，并安装风扇使控制柜内部温度不要超过规定条件。伺服放大器密集安装时，考虑安装的公差，与相邻的伺服放大器之间要留出1mm的间隙。此时，请在0-45摄氏度，实际负载在75%以下使用。伺服放大器与外部设备连接 :伺服放大器也叫伺服控制器，是控制伺服电机转速的控制器。本系统采用MR-J3-10A，MR-J3系列伺服放大器配有USB通用接口可方便和PC机的通讯,通讯速度快，实时采集数据的能力非常强。 4.5.2 伺服电机连接
伺服电机有两根外置电缆线，一根是电源线，将电源线连接到伺服放大器的另外一根是链接伺服放大器的编码线CN3；编码线连接到伺服放大器的CN2接口。
4.6电气元器件清单
表4.1电气元器件清单
名 称 数量（台/套） 备注 PLC 伺服放大器 伺服电机 变频器 三项同步电机 中间继电器 空气开关 接触器 指示灯 紧急停止按钮 按钮 24v直流电源 行程开关 导线 行程开关 电池板 1 1 1 1 1 5 4 2 2 1 2 1 4 若干 4 1 三菱FX3U-48MR MR-J3-10A 三菱KP-13 三菱FR-A740-0.75k-CHT 90TYD-L 启动指示、停止指示 旋停按钮 启动按钮、停止按钮 长宽82x36 4.7三相交流电机连接
将三相同步低速电机接到变频器的输出端即可。
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4.7.1 I/O端口分配表
表4.2 PLC输入端子分配表
端子 X0 X1 X2 X3 X4 X7 X11 X17 X24 X25 输入设备 光照传感器 光照传感器 光照传感器 光照传感器 光照传感器 伺服器 限位开关 限位开关 限位开关 限位开关 功能 阴晴天 1 2 3 4 伺服准备好信号 伺服下限位信号 伺服上限位信号 变频器原点，东限位信号 变频器西限位信号 4.7.2 软元件说明
表4.3PLC内部继电器说明
端子 MO M1 M2 M3 M4 M5 M10 M11 M12 M51 M52 M53 功能 变频器回原点主控标志 伺服器回原点主控标志 阴天标志 传感器信号出错标志 系统运行主控指令1 系统运行主控指令2 紧急停止标志 自动/手动运行标志 运行模式选择标志 变频器初始化标志 变频器回原点结束标志 变频器回原点左行标志 端子 M102 M103 M104 M105 M106 M107 M108 M109 M110 M111 M112 M113 功能 伺服器回原点结束标志 伺服器回原点上行标志 伺服器回原点下行标志 伺服器上行移动中 伺服器下行移动中 上行结束 下行结束 伺服器运行上行标志 伺服器运行下行标志 伺服器运行上行中 伺服器运行下行中 伺服器运行停止 22