04.2013 WWW.SOLTRAK.DL.PL STEROWNIK OBROTNICY SOLARNEJ Instrukcja zastosowania autor Mirell
Charakterystyka sterownika Soltrak 2D-1/2D-2/2D-3 Soltrak 2D jest uniwersalnym sterownikiem do obrotnic solarnych. Umożliwia on pracę z różnymi typami siłowników pod warunkiem wyposażenia tych urządzeń w wyłączniki krańcowe. Zmiana kierunku obrotu realizowana jest przez zmianę polaryzacji napięcia zasilania urządzenia wykonawczego. Elementem przełączającym są przekaźniki elektromagnetyczne pracujące w mostku H. Sterownik zapewnia kontrolę położenia śledzącego obiektu zarówno w poziomie (azymut), jak i w pionie (elewacja). Po zapadnieciu zmierzchu sterownik generuje sygnał powrotu na pozycję East (w azymucie) oraz - w elewacji - sygnał położenia się solara równolegle do powierzchni ziemi (ogniwami do góry), co zabezpiecza przed silnymi podmuchami wiatru. Pozycja końcowa zależy od parametrów siłowników (działania wyłączników krańcowych) i budowy trackera. Strerownik może współpracować z siłownikami o maksymalnym prądzie 4A, przy potrzebie pracy z większym pradem należy zastosować dodatkowe styczniki (przekaźniki) Normalna praca trakera bez osiągania stanów końcowych East i West. Wyłączniki krańcowe zwarte, umożliwiają sterowanie silnika w obie strony przez zmianę polaryzacji napięcia (diody nie działają zbocznikowane wyłącznikami). Przyjmujemy założenie, iż zasilanie elementu wykonawczego jest: - E, +W. Osiągnięto stan krańcowy dla East, wyłącznik East rozwarty, dioda przy E spolaryzowana zaporowo, prąd nie płynie, siłownik wyłączony. Zmiana polaryzacji napięcia umożliwia ruch jedynie w kierunku West, po zwarciu wyłącznika East ruch możliwy jest w obie strony. Przyjmujemy założenie, iż zasilanie elementu wykonawczego jest: +E, -W. Osiągnięto stan krańcowy dla West, wyłącznik West rozwarty, dioda przy W spolaryzowana zaporowo, prąd nie płynie, układ wykonawczy wyłączony. Zmiana polaryzacji napiecia umożliwia jedynie ruch w kierunku East, po zwarciu wyłącznika West ruch możliwy w obie strony. - 2 -
Oprogramowanie sterownika SolTrak 2D-1/2D-2/2D-3 Odczyt zainstalowanego oprogramowania możliwy jest po włączeniu zasilania lub bezpośrednio po zresetowaniu procesora (przycisk RESET). Poniżej opis softu. Zastosowany mikrokontroler ATmega8 nieustannie analizuje sygnał z czujnika położenia słońca i w razie potrzeby dokonuje odpowiednich korekt. Opcjonalne zastosowanie wyświetlacza LCD 4x20 znaków umożliwia aktualny podgląd stanu pracy urządzenia. Opis dostępnych parametrów na fotografii poniżej. *H- sygnał z czujki (azymut) *V sygnał z czujki (elewacja) HW stan wyjścia WEST HE stan wyjścia EAST VD stan wyjścia DOWN (azymut) VU stan wyjścia UP W> - aktualny program śledzenia (tu jednokierunkowe) Wybór programu śledzenia (jedno lub dwukierunkowy) Naciskamy i przytrzymujemy przycisk S2, aż do usłyszenia długiego dźwięku. Zwalniamy przycisk, jesteśmy teraz w menu wyboru. Krótkie przyciskanie S2 w trybie sekwencyjnym wybiera pracę jednokierunkową [fot2] (pojedyńczy, krótki dźwięk) lub dwukierunkową [fot3](dwa krótkie dźwięki). Aktualny wybór zapisywany jest do pamięci. Menu opuszczamy przez ponowne dłuższe naciśniecie S2 [fot4] (długi dźwięk, jak przy wejściu do menu). - 3 -
Sterowanie manualne Wejście w tryb sterowania manualnego odłącza automatykę, aż do czasu opuszczenia tego trybu. Wywołujemy je przez dłuższe naciśnięcie przycisku S1 (dwa średniej długości dźwięki). Kolejne, krótkie użycie S1, sekwencyjnie załącza ruch w azymucie w obu kierunkach oraz go zatrzymuje, co sygnalizowane jest odpowiednimi komunikatami na LCD [fot6], a użycie S2 w ten sam sposób steruje trakerem w elewacji [fot7]. Komunikatom wizualnym towarzyszą dźwięki: pojedyńcze krótkie dla zmian w azymucie (S1) oraz nieco dłuższe dla zmian w elewacji (S2). Wyjście z opcji sterowania ręcznego do automatycznego uzyskujemy przez ponowne, dłuższe przyciśnięcie S1, czemu towarzyszy komunikat [fot8] oraz dwa dźwięki. Po wykryciu stanu zmierzch sterownik generuje sygnał powrotu (parkowania) podając na elementy wykonawcze w azymucie i elewacji ciągłe zasilanie (azymut EAST, elewacja UP). Końcowe położenie (wyłączanie) zależy od ustawienia wyłączników krańcowych obu siłowników. Ten stan sygnalizowany jest odpowiednim komunikatem na display u. - 4 -
Parametry sterownika SolTrak 2D-1/2D-2/2D-3 Parametry sterownika SolTrak 2D-1 /2D-2/2D-3 : Napięcie zasilania systemu: 12 lub 24V w zależności od wersji Pobierany prąd własny (bez przekaźników): 18mA bez wyświetlacza LCD 23mA z wyświetlaczem LCD / 16mA dla SolTrak 2D-2/2D-3 wersja 12V, 8mA wersja 24V) Obciążalność prądowa elementów wykonawczych: 4A, wyjścia zabezpieczone bezpiecznikami topikowymi (max.3a dla wersji 2D-3). Sygnalizacja dźwiękowa funkcji zmierzchu oraz parkowania (buzzer) Dwukrotne próbkowanie sygnału zmierzchu w odstępie 5 sek. zabezpieczające przed przypadkowym zadziałaniem (powrót na wschód) przy chwilowym zasłonięciu czujnika UWAGA! Inne parametry np: prąd pobierany w czasie działania, szybkość przesuwu kątowego itp. zależą od parametrów zastosowanych siłowników. Proszę ich szukać w specyfikacji technicznej producentów tych urządzeń. - 5 -
Schemat montażowy płytki sterownika 2D-1 Poniżej przedstawiono schemat montażowy płytki sterownika Soltrak 2D-1 od strony elementów elektronicznych. Przy podłączaniu urządzenia należy zachować uwagę bowiem odwrotna biegunowość zasilania będzie skutkowała brakiem działania sterownika. - 6 -
Wymiary sterownika SolTrak 2D-1-7 -
Soltrak 2D-2 Ta wersja sterownika składa się z dwóch płytek umieszczonych jedna na drugą w odległości 200mm (tulejka dystansowa). Takie rozwiązanie umożliwia umieszczenie całości sterownika w półkolistej obudowie od kamery (przemysłowa, monitoring). Software i funkcje są takie same jak w wersji opisanej powyżej. Zamiast analogowego stabilizatora napięcia zasilania (5V) zastosowano przetwornicę step-down, co skutkuje zmniejszeniem strat energii (mniej wydziela się ciepła), zwłaszcza w wersji z napięciem systemowym 24V (pobierany prąd z 23mA spada do ok. 8 ma). Wymiary płytki głównej: 76mm x 76mm, wysokość od płytki głównej do soczewek diod czujnika 37mm. Widok sterownika z boku. Wdoczne od lewej: złącze opcjonalnego wyświetlacza LCD, switche do manualnego sterowania obrotnicą i wyboru trybu pracy, które to dla wygody użytkownika należy umieścić na zewnątrz obudowy lub opcjonalnie zastosować dwukanałowy tor radiowy. Niżej przedstawiono przykład wbudowania sterownika do małej obudowy po kamerze przemysłowej. Aby go zamocować należy wkleić odpowiednie elementy dystansowe i - w zależności od koncepcji - tak umieścić switche sterujace, aby były dostępne z zewnątrz. Sterownik posiada galwanicznie separowane (transoptor) wejście, które może być wykorzystane do czujnika wiatru. Podanie na nie sygnału napięciowego 5V do 12V spowoduje natychmiastowe położenie ogniw w poziomie (równolegle do poziomu ziemi), o ile mechanika trackera na to pozwala. Sytuacja taka trwa przez czas podawania wzmiankowanego sygnału. - 8 -
Ta wersja sterownika może być wykonana dla dwóch napięć systemowych: 12V i 24V. Różnica polega jedynie na zastosowaniu różnych przekaźników. Przekaźniki załączają elementy wykonawcze do napięcia systemowego, tak więc jeżeli stosujemy siłowniki 12V, to wersja musi być 12V, odpowiednio inna dla 24V. Nie ma możliwości zasilania różnymi wartościami napięć oddzielnie sterowania i przekaźników wykonawczych. - 9 -
Płytka główna sterownika. Płytka czujników oświetlenia - 10 -
Schemat ideowy SolTrak 2D-2-11 -
Soltrak 2D-3 Ta wersja jest rozwojową wersją modelu 2D-2. Zamiast przekaźników zastosowano przełącznik w postaci mostków H na tranzystorach MOSFET (IRFZ 4905/IRFZ44). Takie rozwiązanie umożliwia dowolne zasilanie stopnia wykonawczego w zakresie 10-50V (zasilanie układu logicznego 10V 30V). Brak jest też elementów stykowych, co wpływa na niezawodność układu mocy. Rozdzielono również obwody zasilania mikrokontrolera od stopnia mocy. Można zasilać je różnymi wartościami napięcia (można również tą sama wartością patrz rysunki poniżej), dla zasilania wspólnego napięcie nie może przekroczyć maksymalnej wartości zasilania logiki, tj. 30V. Sterowanie driverów odbywa się przez transoptory, zapewniające galwaniczną izolację pomiędzy oboma blokami. Dodatkowo transoptor oddziela wejście sygnału sterującego (natychmiastowe parkowanie w elewacji) od mikrokontrolera. Wejście to może być wykorzystane do czujnika wiatru. Podanie na nie sygnału napięciowego 5V do 12V spowoduje natychmiastowe położenie ogniw w poziomie (równolegle do poziomu ziemi), o ile mechanika trackera na to pozwala. Sytuacja taka trwa przez czas podawania wzmiankowanego sygnału. Po jego ustaniu tracker wraca do wykonywanego programu. Zastosowano inną czujkę - z przesłonami oddzielającymi diody. Wygląd SolTraka w wersji 2D-3-12 -
Sposób podłączenia dla niezależnego zasilania obwodów mikrokontrolera i stopnia wykonawczego z użyciem wspólnej masy. Można również użyć rozdzielnej masy (nie łączyć GND z GND. Sposób podłączenia dla wspólnego zasilania obu obwodów (zasilanie jednym napięciem). - 13 -
Schemat montażowy wersji 2D-3-14 -
Schemat ideowy SolTrak 2D-3-15 -
Współpraca Soltraka 2D-2 (2D-1/2D-3) z radiolinią Dla ułatwienia sobie sterowania ręcznego trackerem można zastosować dwukanałową radiolinię. Jak zakupiłem takową na znanym portalu aukcyjnym, którego nazwa zaczyna się na pierwszą literę alfabetu. Oczywiście, w zależności od potrzeb stosujemy odpowiednią wersję napięciową (12V lub 24V).Usuwamy buzzer z płytki radiolinii, jedynym wydającym dźwięki będzie ten z SolTraka. Dla osób bardziej zaawansowanych polecam usuniecie również przekaźników i sterowanie bezpośrednio z kolektorów tranzystorów. Wygląd radiolinii (bez obudowy) oraz kompletu pilotów na fotografii obok (buzzer został już usunięty). Poniżej przedstawiono sposób połączenia radiolinii ze sterownikem. Należy zwrócić uwagę na właściwe ustalenie położenia jumpera trybu pracy (praca chwilowa). - 16 -
Uwagi końcowe przeczytaj uważnie! Wersja 2D-2 sterownika posiada wspólne zasilanie części sterującej (przetwornica 5V podająca napięcie na mikroprocesor) oraz siłowników. Takie rozwiązanie wymaga zasilania przez źródło o małej rezystancji wewnętrznej i stabilnym napięciu. Warunki te spełnia akumulator. Przewody zasilające na odcinku akumulator sterownik muszą być możliwie krótkie i o odpowiednim przekroju. Wykorzystanie zasilacza, a zwłaszcza niestabilizowanego, powoduje duże skoki napięcia (w czasie załączania/wyłączania siłowników), co może prowadzić do uszkodzenia przetwornicy, tranzystorów sterujących przekaźnikami lub (i) procesora. Pewnego rodzaju zabezpieczenie stanowi transil jednokierunkowy na wejściu przetwornicy (P6KE33A) oraz zespół diod włączonych na wyjście sterownika i tłumiących powstające zakłócenia. Na własną odpowiedzialność można spróbować zastosować zasilacz impulsowy, o odpowiedniej wydajności prądowej. Należy uwzględnić to, iż największy prąd pobierany jest w chwili startu siłownika, zwłaszcza obciążonego, w niskiej temperaturze otoczenia. Prąd ten może znacząco przekraczać wartość znamionową, podawaną przez producenta. Możliwe jest też inne rozwiązanie, polegające na zastosowaniu dodatkowych styczników (przekaźników) sterowanych z wyjść Soltraka 2D-2. Rozdzieli to całkowicie obwody up i siłowników, dodatkowo umożliwiając większą obciążalność. Cewki styczników muszą być przystosowane do napięcia zasilania sterownika. Opisana niedogodność została wyeliminowana w wersji 2D-3. Ten sterownik może pracować z niezależnym zasilaniem części sterującej (9V-24V) i siłowników (konfiguracja o wspólnej lub rozdzielnej masie patrz strona 13). - 17 -