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.