專利名稱：一種定日鏡自動控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種定日鏡自動控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著世界常規(guī)能源的日益緊缺和環(huán)境污染問題的日趨嚴(yán)重，世界各國都在進(jìn)行新能源 尤其是可再生能源的開發(fā)，目前風(fēng)能、水能已經(jīng)有大規(guī)模的開發(fā)應(yīng)用，太陽能作為取之不 盡，用之不竭的新興能源正在不斷占領(lǐng)新能源產(chǎn)業(yè)。太陽能光伏發(fā)電和太陽能熱發(fā)電是太 陽能到電能的轉(zhuǎn)換途徑中兩種形式，其中太陽能熱發(fā)電中塔式高溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)具有聚光倍 數(shù)高、能達(dá)到較高的工作溫度及容易尋求配套設(shè)備等優(yōu)點，發(fā)展應(yīng)用前景比較廣闊。
塔式太陽能電站主要由定日鏡場和熱電廠兩部分組成，它是利用一組可以獨立跟蹤太 陽的定日鏡場，將太陽光反射到固定在吸熱塔頂部的接收器上，由接收器將光能轉(zhuǎn)換為熱 能并加熱工質(zhì)產(chǎn)生高溫蒸汽推動汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，從而將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。
定日鏡是塔式太陽能熱發(fā)電的關(guān)鍵部件，也是電站的主要投資部分，數(shù)量多且占用土 地面積較大，為確保太陽能發(fā)電電站的正常穩(wěn)定運行，需要根據(jù)太陽的運動規(guī)律及其他輔 助措施使定日鏡達(dá)到實時精確的跟蹤控制，定日鏡的跟蹤效果嚴(yán)重影響著太陽能的利用效 率。目前的定日鏡跟蹤太陽方法自動化程度低且誤差較大。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在跟蹤太陽自動化程度低且誤差較大的 缺陷，提供了一種定日鏡自動控制系統(tǒng)，具有全自動準(zhǔn)確跟蹤太陽的優(yōu)點。
為了實現(xiàn)上述目的本實用新型采取的技術(shù)方案是 一種定日鏡自動控制系統(tǒng)，包括上
位機(jī)，與之相連并通過其控制的PLC可編程序控制器，分別通過Profibus-DP擴(kuò)展接口與 PLC可編程序控制器連接的俯仰方向驅(qū)動器和方位方向驅(qū)動器，俯仰方向驅(qū)動器順次連接 的俯仰方向電機(jī)及俯仰傳動裝置，方位方向驅(qū)動器順次連接的方位方向電機(jī)和方位傳動裝 置，俯仰傳動裝置及方位傳動裝置連接并控制定日鏡轉(zhuǎn)動及移動。其中，所述的俯仰方向 驅(qū)動器和方位方向驅(qū)動器，是采用與伺服電機(jī)在功率和扭矩方面都匹配的伺服驅(qū)動器，其 完成對PLC輸出指令的接收和轉(zhuǎn)換并將指令傳遞給伺服電機(jī)。定日鏡的方位方向是指定日 鏡的水平移動方向。
為了保證跟蹤精度，所述的俯仰方向電機(jī)和方位方向電機(jī)為伺服電機(jī)。伺服電機(jī)與普 通電機(jī)相比，具有自身帶有編碼器，跟蹤精度高，并且能夠低速穩(wěn)定運行的特點，能夠保證整個定日鏡跟蹤太陽的誤差小于3mrad。
所述的俯仰方向傳動裝置和方位傳動裝置，均采用蝸輪蝸桿形式的減速機(jī)構(gòu)，其具有 減速比大的特點，減速比大于10000:1，能夠滿足定日鏡對降低轉(zhuǎn)速和增大扭矩的要求。
本實用新型所述的控制系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)實現(xiàn)太陽角度計算轉(zhuǎn)換、伺服 電機(jī)速度位移等參數(shù)確定、編碼器反饋信號接收處理、自然氣候條件判斷以及閉環(huán)反饋信 號收集等功能，通過對定日鏡運行過程測試分析，按照定日鏡不同的運行姿態(tài)以及太陽所 處位置對可編程控制器編程調(diào)試?？删幊炭刂破?PLC)的計算結(jié)果及控制指令通過 Profibus-DP擴(kuò)展接口與伺服電機(jī)進(jìn)行控制字與反饋信號的雙向傳輸，控制伺服電機(jī)按既 定的目標(biāo)和速度運行，達(dá)到對日光的精確定位跟蹤，系統(tǒng)最終由安放在監(jiān)控中心的監(jiān)控電 腦進(jìn)行整體控制系統(tǒng)的時時監(jiān)測管理。
該控制系統(tǒng)選用可編程控制器(PLC)具有運算速度快(高精度浮點運算時間6us)、 精度高(可支持32位浮點運算)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，滿足定日鏡精度及穩(wěn)定性方面的要求。 在定日鏡控制系統(tǒng)應(yīng)用中通過對高精度天文公式的運算可得到定日鏡當(dāng)?shù)靥柕母叨冉?(太陽高度角0=90° —力〇太陽光線與當(dāng)?shù)厮矫娴膴A角sin力〇=sin S sin 4)+cos Scosct)cos")、方位角(太陽方位角r:太陽光線在當(dāng)?shù)厮矫娴耐队芭c正南方向的夾 角cos r = (sin / 〇sin4>- sinS) / cos力〇coscl))，確定一個以定日鏡為坐標(biāo)原點、 地表水平面東、西、南、北為坐標(biāo)向的坐標(biāo)系后，用精密測量儀器可測得吸熱塔在坐標(biāo)系 中的位置，通過對入射、反射光線及吸熱塔方向、高度等方面的參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析并由可 編程控制器運算后得出定日鏡需要運行的位置。
保證定日鏡跟蹤精度的其他因素由電機(jī)的分辨率及傳動箱的傳動比來決定，該系統(tǒng)選 用伺服電機(jī)配合蝸輪蝸桿減速箱作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行運行指令，俯仰、水平兩軸均選用四極 伺服電機(jī)，該伺服額定轉(zhuǎn)速3000r/min，電機(jī)編碼器分辨率為2500線，電機(jī)運行每圈可分 為10000步執(zhí)行，減速機(jī)減速比俯仰、水平方向均為46053: 1，定日鏡旋轉(zhuǎn)一周電機(jī)運行 10000X46053步，保證定日鏡在太陽跟蹤過程中低速、高精度的跟蹤運行。電機(jī)自帶的編 碼器誤差修正功能保證系統(tǒng)計算位置與實際運行位置的準(zhǔn)確重合。Profibus總線通信為國 際標(biāo)準(zhǔn)總線通信協(xié)議，保證其通信速度及通信穩(wěn)定性。
為對定日鏡機(jī)械裝置、電氣設(shè)備及整體鏡場的安全保護(hù)，在一段時間內(nèi)平均風(fēng)速超過 六級，系統(tǒng)通信中斷或其他特殊工況時自動將定日鏡運行至安全位置，該位置一般選取與 當(dāng)?shù)厮矫嫫叫小?br> 本實用新型的有益效果可以概括為以下五個方面1) 相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型可以實現(xiàn)定日鏡自動準(zhǔn)確跟蹤太陽，以確定鏡子聚集 的光能準(zhǔn)確穩(wěn)定的反射到吸熱塔上而不偏移。
2) 相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型，采用俯仰——方位雙軸跟蹤的方式控制定日鏡自動 跟蹤太陽運行，雙軸跟蹤方式可將跟蹤誤差減到最小。
3) 相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型利用PLC實現(xiàn)太陽角度的計算。
4) 相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型通過Profibus-DP擴(kuò)展接口將PLC和伺服驅(qū)動器連接 起來，進(jìn)行控制字的傳輸。
5) 相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型可以實現(xiàn)定日鏡全天候自動跟蹤太陽、定日鏡的自動 啟動、停止以及自動應(yīng)急保護(hù)。
因此，本實用新型具有全自動準(zhǔn)確跟蹤太陽的優(yōu)點。

圖1是本實用新型所述定日鏡自動控制系統(tǒng)的運行原理圖； 圖2是本實用新型所述定日鏡自動控制系統(tǒng)的程序控制框圖。
圖中l(wèi)上位機(jī)，2PLC可編程序控制器，3. l俯仰方向驅(qū)動器、3.2方位方向驅(qū)動器， 4. l俯仰方向電機(jī)、4.2方位方向電機(jī)，5. l俯仰傳動裝置、5.2方位傳動裝置，6定日鏡。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明，但不作為對本實用新型的限定。
如圖l所示的一種定日鏡自動控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)1即監(jiān)控中心的監(jiān)控電腦，與上 位機(jī)1相連并通過其控制的PLC可編程序控制器2，分別通過Profibus-DP擴(kuò)展接口與PLC 可編程序控制器2連接的雙軸控制器即俯仰方向驅(qū)動器3. 1和方位方向驅(qū)動器3. 2，俯仰 方向驅(qū)動器3. 1順次連接的俯仰方向電機(jī)4. 1及俯仰傳動裝置5. 1，方位方向驅(qū)動器3. 2 順次連接的方位方向電機(jī)4. 2和方位傳動裝置5. 2，俯仰傳動裝置5. 1及方位傳動裝置5. 2 連接并控制定日鏡6轉(zhuǎn)動及移動。
所述控制系統(tǒng)采用俯仰——方位雙軸跟蹤方式控制定日鏡自動跟蹤太陽運行，控制系 統(tǒng)的核心部件PLC完成對太陽角度的計算及轉(zhuǎn)換，并可以按照需求者的要求進(jìn)行編程來實 現(xiàn)全天候自動跟蹤太陽，且整個控制系統(tǒng)的跟蹤誤差小于3mrad， PLC通過Profibus-DP 擴(kuò)展接口將計算結(jié)果傳送到伺服驅(qū)動器(俯仰方向驅(qū)動器、方位方向驅(qū)動器)，來控制伺 服電機(jī)(俯仰方向電機(jī)、方位方向電機(jī))的啟動、停止及轉(zhuǎn)速，以達(dá)到實時精確的跟蹤太 陽。同時該控制系統(tǒng)還可以通過PLC程序來實現(xiàn)定日鏡全自動智能控制，包括可以實現(xiàn)定日鏡全天候自動跟蹤太陽，定日鏡的啟動、停止以及應(yīng)急保護(hù)。
圖2是所述定日鏡自動控制系統(tǒng)的自動運行方式中的一種，還可以根據(jù)用戶的不同需 求改變自動跟蹤點和系統(tǒng)啟動及停止時間。
以上所述的實施例，只是本實用新型較優(yōu)選的具體實施方式
的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員在本實用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范 圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種定日鏡自動控制系統(tǒng)，其特征在于包括上位機(jī)、與之相連并通過其控制的PLC可編程序控制器、分別通過Profibus-DP擴(kuò)展接口與PLC可編程序控制器連接的俯仰方向驅(qū)動器和方位方向驅(qū)動器、及由俯仰方向驅(qū)動器順次連接著與之匹配的俯仰方向電機(jī)及俯仰傳動裝置、由方位方向驅(qū)動器順次連接著與之匹配的方位方向電機(jī)和方位傳動裝置，其中，俯仰傳動裝置及方位傳動裝置連接并控制定日鏡轉(zhuǎn)動及移動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定日鏡自動控制系統(tǒng)，其特征在于所述的俯仰方向電機(jī)和 方位方向電機(jī)電機(jī)為伺服電機(jī)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的定日鏡自動控制系統(tǒng)，其特征在于所述的俯仰方向傳 動裝置和方位傳動裝置，均為蝸輪蝸桿形式的減速機(jī)構(gòu)。
專利摘要本實用新型提供了一種定日鏡自動控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)、PLC、通過Profibus-DP擴(kuò)展接口與PLC連接的俯仰方向驅(qū)動器和方位方向驅(qū)動器、以及由俯仰方向驅(qū)動器順次連接著與之匹配的俯仰方向電機(jī)及俯仰傳動裝置、由方位方向驅(qū)動器順次連接著與之匹配的方位方向電機(jī)和方位傳動裝置，俯仰傳動裝置及方位傳動裝置連接并控制定日鏡轉(zhuǎn)動及移動。所述控制系統(tǒng)采用雙軸跟蹤的方式控制定日鏡自動跟蹤太陽運行，可將跟蹤誤差減到最小，PLC完成對太陽角度的計算及指令代碼的轉(zhuǎn)換，將計算結(jié)果通過Profibus-DP擴(kuò)展接口與伺服電機(jī)進(jìn)行控制字與反饋信號的雙向傳輸，控制伺服電機(jī)按既定的目標(biāo)和速度運行，達(dá)到對日光的精確定位跟蹤，使系統(tǒng)最終由監(jiān)控電腦進(jìn)行整體控制并實時監(jiān)測管理。
文檔編號G05D3/20GK201397476SQ20092014930
公開日2010年2月3日 申請日期2009年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月8日
發(fā)明者張長江, 郭慶賓, 黃亞珊 申請人:皇明太陽能集團(tuán)有限公司