太阳能光伏组件清扫机器人行程控制系统设计与实现

【摘要】：目前,我国太阳能光伏电站多数坐落在西北干旱地区。由于该地区出现风沙天气频率较高,光伏组件表面极易沉积沙尘,若无及时清除将会导致光伏电站光电转化效率降低而造成经济损失,所以迫切需求研制出一款适用于戈壁沙漠地区的太阳能光伏组件清扫机器人,在无水或清洁剂辅助条件下,自动完成光伏组件表面的沙尘清扫。基于以上原因,本文提出了一款适用于大规模光伏电站无水化清扫机器人。本文在分析了光伏组件安装结构的基础上,设计、实现并验证了一款具有自动清洁、低功耗、性能稳定的太阳能光伏组件清扫机器人的行程控制系统。本文首先介绍了清扫机器人机械结构,主要由机器足、附着结构、机器手与边界避让等构成,其次介绍了主要硬件的选型以及控制电路设计,结合清扫机器人行程控制各方面的要求,该系统利用S7-200PLC实现整个系统的控制,采用PID控制算法来完成PWM信号占空比的量化,控制信号经过直流电机驱动模块来实现对清扫机器人上下端机器足直流驱动电机速度的控制。主要完成清扫机器人在光伏组件表面正常行走及攀爬斜坡时的位移差调节,清扫时间与清扫完毕后自动停靠在边界避让区域,并通过上位机MCGSTPC端对整个行程控制系统的数据进行采集与控制。最后着重介绍了清扫机器人上下端行走机器足位移差校正原理与实现方式对以及MCGS组态监控设计。 【关键词】：PLC 直流电机 位移差调节 PWM MCGS
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TP242
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-8
• 1.绪论8-14
• 1.1 选题背景及意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 主要研究内容及结构安排12-13
• 1.4 本章小结13-14
• 2.清扫机器人机械结构设计14-23
• 2.1 清扫机器人结构设计思路14-15
• 2.2 结构主体设计15-22
• 2.2.1 机器足16-17
• 2.2.2 附着结构17-18
• 2.2.3 位移差调节结构18-20
• 2.2.4 机器手20-21
• 2.2.5 边界避让21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 3.行程控制系统硬件设计23-36
• 3.1 控制系统总体设计概述23
• 3.2 系统主要硬件选择23-33
• 3.2.1 PLC介绍23-26
• 3.2.2 直流电机26-30
• 3.2.3 传感器30-32
• 3.2.4 继电器32-33
• 3.3 控制系统电路设计33-35
• 3.3.1 PLC主控电路33
• 3.3.2 电机驱动电路33-34
• 3.3.3 遥控模块设计34-35
• 3.3.4 电源35
• 3.4 本章小结35-36
• 4.行程控制系统软件设计36-46
• 4.1 PID控制算法36-39
• 4.1.1 模拟PID控制原理36-37
• 4.1.2 数字PID控制原理37-38
• 4.1.3 控制器参数整定38-39
• 4.2 直流电机PWM调速39-41
• 4.2.1 PWM调速原理39-40
• 4.2.2 PWM调速方法40-41
• 4.3 STEP-7Micro/MIN V4.041-42
• 4.4 PLC控制程序设计42-45
• 4.4.1 I/O地址分配43
• 4.4.2 主程序流程图43-44
• 4.4.3 子程序流程图44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 5.上位机组态监控设计46-60
• 5.1 组态软件概述46
• 5.2 MCGS介绍46-48
• 5.3 上位机界面设计48-52
• 5.3.1 静态画面设计48-50
• 5.3.2 动态画面设计50-51
• 5.3.3 系统权限管理51-52
• 5.4 S7-200PLC与MCGS通讯52-57
• 5.4.1 PLC通讯参数设置53-54
• 5.4.2 添加PLC驱动构件54-55
• 5.4.3 设置驱动通讯参数55
• 5.4.4 关联变量55-56
• 5.4.5 下载工程56
• 5.4.6 通讯接线方式56-57
• 5.5 系统测试57-59
• 5.6 本章小结59-60
• 6.总结与展望60-62
• 6.1 总结60
• 6.2 展望60-62
• 参考文献62-65
• 附录一65-66
• 附录二66-67
• 附录三67-68
• 附录四68-69
• 附录五69-78
• 致谢78-80

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