光伏电池板智能清洁系统

光伏电池板智能清洁系统

吴志勇,刘波,张胜

中铁一局集团电务工程有限公司

摘要：对于光伏电池板清洁工作，本文设计一种智能化系统。主要介绍本系统的硬件设计与软件设计。最后进行调试，清洁机器人可以在30°坡度条件实现爬坡，并能够实现行走控制、直线清扫、原地旋转、直线运动、控制清扫装置以及其他功能操作，表明系统性能良好，充分符合实际应用要求。

关键词：电池板；智能清洁；设计分析

前言：光伏产品运行过程中应该对电池板清洗问题加以重视，电池板位于室外场所，所以在长时间运行时会积累大量灰尘等杂质，使得电池板受到遮挡，特别降雨、降雪之后，雨水与杂质之间混合，产生污垢，对电池板功效产生影响，还会产生热斑，导致电池板损坏。电池板清洁情况对于发电效益与效率具有重大影响，所以需要积极采用智能化系统有效进行清洗工作。

1 硬件设计

对于电池板清洁系统设计工作来讲，控制系统具有重要性，清洁机器人是基于控制系统协调实现各项功能。硬件系统设计主要涵盖以下内容：第一，核心控制内容，涵盖数据采集卡、运动控制卡、单板计算机以及触摸显示器等部分，可以建立人机界面，同时按照感知内容提供外部环境参数，将控制信号发送给清扫单元与行走单元。第二，行走驱动，涵盖驱动器、伺服电机等内容，按照核心控制板块控制信号对机器人行走状况进行控制。第三，清扫控制，涵盖步进电机驱动器与步进电机，按照核心控制模块控制信号开展清扫工作。第四，感知模块，涵盖检测传感器、导向模块与识别模块，对环境参数进行采集，为控制单元提供良好决策依据。第五，电源模块，涵盖DC/DC降压单元与蓄电池单元，为系统各模块运行提供充足能源[1]。

2 软件设计

2.1开发环境

选择VisualC++6.0工具，该工具功能强大、高效、操作简单，具有C++语言工具优点，涵盖MFC基础类库，可以有效开发Windows程序。

控制系统选择PCH2001采集卡与PCH1020控制卡，信息采集性能与运动控制性能较为突出，同时为用户提供功能齐全、丰富软件库函数。基于Windows9X/2000/XP/7的环境条件，能够在Visual Basic与Cisual C++等软件中，直接使用设备对函数接口进行驱动，进而对设备进行控制。

2.2总体设计

系统软件中涵盖功能单元与主程序，其中主程序涵盖手动调试、自动清扫、参数设置与硬件初始化等，手动调试、自动清扫与参数设置借助人机界面实现。

（1）硬件初始化，涵盖PCH2001与PCHPCH1020初始化。

（2）对于参数设置，借助系统人机界面实现，涵盖电池板阵列排列方式、列数、行数与清扫时间等。

（3）在自动清扫单元中，机器人按照用户设置参数，自动清扫电池板阵列。

（4）基于手动调试单元，机器人按照命令对相关动作进行执行，调试单元可以对硬件具体状态进行查看，对硬件进行调试，对故障进行检查。

对于功能单元程序，涵盖位置信息采集、模拟量采集、行走控制、定时清扫、自动清扫与其他程序内容，该程序属于主程序的子程序，保证主程序所有功能设计均能够实现[2]。

2.3硬件初始化

对于硬件初始化来讲，第一，对PCH1020控制卡对象进行创建，在完成控制卡对象采集之后，对PCH1020控制轴展开初始化处理。第二，采集PCH2001设备对象，如果未有效创建对象，应该提示此项操作识别，同时退出程序。在初始化处理控制轴过程中，涵盖初始速度、运动方式、加速度、驱动方式、驱动速度等参数，此过程应该结合具体控制要求开展。

驱动脉冲数为：（实际转角/360）*[电机旋转7d所需脉冲数/（齿轮传动比*电机减速比）]。按照1MD320电机驱动器设置参数，电机旋转7d所需脉冲数是1600，齿轮传动比是0.25，减速比是1：49，清扫设备放下、抬起转动角度是45°，所以脉冲数是47040。

3 系统调试

3.1单步动作的调试及试验

（1）原地旋转。智能机器人开展自旋转运动条件主要是2侧履带方向相反、速度相同。进行自动清扫工作时，自旋转角度设置成90°，对于调试截面，将伺服电机驱动脉冲数设置成5857，右侧电机进行反转动作、左侧电机进行正转动作，同时将定量驱动键启动。

（2）直线运动。智能机器人的转弯动作主要由原地自旋转（2次）与直线运动（1次）实现，直线距离设计为40cm，选择PCH1020控制卡输出定量脉冲。对于调试截面，将Y轴、X轴的输出脉冲量设定为3640，采用相同转向，都是正转，对定量驱动键进行启动处理，机器人进行直线运动。

（3）控制清扫装置。进行自动清扫活动时，将其放下角度与抬起角度设置成45°，PCH102控制卡中Z轴驱动脉冲量设置成47040，通过调试截面，对电机旋转方向进行设置，将驱动脉冲数输入其中，同时将定量驱动键启动。

3.2自主行走调试

（1） 直线清扫。见下图。

图1 直线清扫的转向调试

进行直线清扫操作时，选择红外导向用于机器人，目标信号源选择红外信号的发射器，导向模块对信号强度进行实时检测，同时借助模糊控制算法对其行走方向进行控制。进行直线清扫调试时，目标信号源选择模板边缘的中间信号源，在初始时刻，目标信号源和机器人间距是2米，方向偏角设定成20°，之后机器人前行，对行走方向持续调整。

上图即是机器人对行走方向持续行走的过程，最终结果显示，借助导向单元对方向偏角进行检测，借助模糊控制对机器人行走方向进行修正，符合直线清扫时行走控制规范标准。

（2）行走控制。同样借助图1中实验环境开展机器人自主行走调试。结合分块、分区原则对木板边缘的信号发射器数据码与地址码进行设定，之后在机器人清扫界面中，将阵列的列数、行数设置成1，采用竖向排列模式，对自动清扫键进行点击处理，机器人进行自主行走动作。机器人主要借助感知模块对环境信息进行采集，对行走动作进行控制。结果显示，机器人可以根据预定路径实现自主行走，另外对所涉及边缘检测、导向、红外定位等功能，在机器人行走控制过程中方向信息与位置信息准确性进行有效控制[3]。

（3）爬坡。进行安装电池板过程中会设置相应倾斜角度，要想机器人可以顺畅行走在电池板上，应该具有良好爬坡性能。按照设计要求，机器人需要可以在30°斜坡上稳定行走，把木板设置为30°，机器人直线上行，对其爬坡性能进行测试。最终结果显示，机器人爬坡性能良好，可以进行推广与应用。  

结语：综上所述，本文结合市场中电池板清洁设备不足之处，设计一种智能清洁系统，可以对电池板进行智能清洁，还可以进行无人值守，促使工作环境得到有效优化，减少相关单位运营成本，保证光伏产业顺利、健康发展。

参考文献：

[1]李晓刚,许兆鹏,崔立业,陈楠,张崇.光伏电池板积灰干式清洗机器人结构优化设计[J].中国新技术新产品,2019(03):19-20.

[2]董朝阳, 徐振栋, 孙可,等. 一种多功能全自动智能太阳能电池板清扫系统:, CN108262281A[P]. 2018.

[3]陈尔佳,苏如开,王琪,张志飞.一种装配式光伏电池板清扫机器人的研制[J].佛山科学技术学院学报(自然科学版),2022,40(05):36-42.