CN104236133B - 槽式集热器跟踪控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种槽式集热器跟踪控制系统和控制方法。所述槽式集热器装置包括槽式集热器装置、控制器和电机，所述控制器包括：依次连接的采集模块、单片机和输出模块，所述采集模块与槽式集热器装置连接，所述输出模块与电机连接，所述采集模块包括倾角传感器，用于采集所述槽式集热器装置的倾斜角度；所述单片机，根据倾斜角度信号与设定值之差，向所述输出模块提供电信号；所述输出模块，与所述单片机连接，用于根据上述电信号向所述电机提供转动信号，所述电机的转动带动所述槽式集热器装置转动。本发明还公开了一种槽式集热器跟踪控制方法。本发明可以大大降低跟踪控制系统的成本、提高控制系统的精度及稳定性。

Description

槽式集热器跟踪控制系统和控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制系统，尤其涉及一种槽式集热器跟踪控制系统和控制方法。

背景技术

随着食品加工、塑料加工、玻璃加工、化学工业、造纸工业、木材加工、合成橡胶、纺织工业等需求蒸汽的行业中利用太阳能取热的愿求渐趋强烈，太阳能中温领域逐渐发展起来。因为有着系统稳定、可操作性强的优势，太阳能槽式集热器成为了太阳能中温领域的首选。但是现有的槽式集热器跟踪控制系统存在一定的缺点：一、多数沿用槽式集热器的基于PLC的跟踪控制系统，成本过高，不利于其大面积的推广和商业化应用，二、一部分采用光敏传感器作为采集信号的跟踪控制系统，跟踪精度不高，系统运行不稳定。

因此，需要发明一种新型的槽式集热器跟踪控制系统。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术缺陷，提供了一种跟踪稳定，跟踪精度高，操作方便，成本低廉的太阳能小型槽式集热器跟踪控制系统。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种槽式集热器跟踪控制系统，包括槽式集热器装置、控制器和电机，所述控制器包括：依次连接的采集模块、单片机和输出模块，所述采集模块与槽式集热器装置连接，所述输出模块与电机连接，所述采集模块包括倾角传感器，用于采集所述槽式集热器装置的倾斜角度；所述单片机，根据倾斜角度信号与设定值之差，向所述输出模块提供电信号；所述输出模块，与所述单片机连接，用于根据上述电信号向所述电机提供转动信号，所述电机的转动带动所述槽式集热器装置转动。

优选的，前述的槽式集热器跟踪控制系统，其中所述采集模块还包括接近开关，用于使槽式集热器装置复位。

优选的，前述的槽式集热器跟踪控制系统，其中所述输出模块包括控制电机的继电器、控制离合器的继电器和电磁离合器，所述控制电机的继电器设置在所述单片机和电机之间，所述控制离合器的继电器设置在所述单片机和所述离合器之间，所述电磁离合器用于连通或断开所述槽式集热器装置与所述电机之间的连接。

优选的，前述的槽式集热器跟踪控制系统，其中所述电机为交流电机或直流电机。

优选的，前述的槽式集热器跟踪控制系统，还包括转动杆和蜗轮蜗杆，所述槽式集热器装置设置在所述转动杆上，所述电机带动所述蜗轮蜗杆转动，所述蜗轮蜗杆带动转动杆转动。

优选的，前述的槽式集热器跟踪控制系统，其中所述槽式集热器装置包括至少一个槽式集热器组，所述槽式集热器组由两个以上槽式集热器经所述转动杆串联组成。

优选的，前述的槽式集热器跟踪控制系统，还包括调控装置，所述调控装置与所述控制器连接，用于对所述控制器进行调控。

优选的，前述的槽式集热器跟踪控制系统，其中所述调控装置设为触控屏。

优选的，前述的槽式集热器跟踪控制系统，还包括控制柜，所述控制器设置在所述控制柜内。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据一种槽式集热器跟踪控制方法，包括以下步骤：

步骤1：单片机通过倾角传感器采集所述槽式集热器装置的倾斜角度；

步骤2：将采集到的倾斜角度与单片机内部的预设值进行对比，并根据对比结果向电机提供转动信号；

步骤3：电机的转动带动槽式集热器装置转动。

优选的，前述的槽式集热器跟踪控制方法，电机在预设时间或上电时，带动槽式集热器装置复位。

优选的，前述的槽式集热器跟踪控制方法，其中还包括以下步骤：

单片机采集接近开关信号，根据所述接近开关信号控制电磁离合器的吸合或者断开，使槽式集热器装置复位。

借由上述技术方案，本发明槽式集热器跟踪控制系统至少具有下列优点：

1）本发明采用单片机作为控制单元，可以大大降低跟踪控制系统的成本。

2）本发明采用高精度倾角传感器采集数据，可以大大提高控制系统的精度及稳定性。

3）本发明采用电磁离合器控制槽式集热器是否跟随涡轮蜗杆转动，可以同时控制多个槽式集热器装置，方便集热量多少的控制及系统的调试和维修。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的第一实施例的结构示意图；

图2是本发明的交流电机控制原理图；

图3是本发明的直流电机控制原理图；

图4是本发明的第四实施例的结构示意图；

图5是本发明的第五实施例的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的槽式集热器跟踪控制系统其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

如图1所示，本发明的一个实施例提出的一种槽式集热器跟踪控制系统，包括槽式集热器装置4、控制器和电机，所述控制器包括：依次连接的采集模块1、单片机2和输出模块3，所述采集模块1与槽式集热器装置4连接，所述输出模块3与电机连接，所述采集模块1包括倾角传感器11，用于采集所述槽式集热器装置4倾斜角度；所述单片机2，根据倾斜角度信号与设定值之差，向所述输出模块3提供电信号；所述输出模块3，与所述单片机连接，用于根据上述电信号向所述电机提供转动信号，所述电机的转动带动所述槽式集热器装置4转动。

本实施例的工作过程为：所述倾角传感器11将测得的槽式集热器装置4的倾斜角度采集后，传递给所述单片机2，所述单片机2将上述倾斜角与实时的太阳角度进行比较，如果所述倾斜角度小于或大于太阳角度超过预设值，则所述单片机2向输出模块3提供转动电信号，所述输出模块3则向所述电机发送转动信号，所述电机带动所述槽式集热器装置4转动预设角度。

当倾斜角度小于太阳角度时，根据太阳角度与倾斜角度之差，所述单片机向所述电机提供正传转动信号，所述电机带动所述槽式集热器装置正传，所述槽式集热器装置转动的角度与上述差值相同。当倾斜角度大于太阳角度时，所述电机带动所述槽式集热器装置反转。从而，保证所述槽式集热器装置的直对太阳。

较佳的，如图2所示，本发明的另一实施例提出的一种槽式集热器跟踪控制系统，与上述实施例相比，所述电机为交流电机36，电源接口31外接交流电源后通过电源转换电路21转换为单片机22、控制电机的继电器33、控制离合器的继电器34、电磁离合器35所需的多种不同电压的直流电源。所述采集模块1还包括接近开关14，用于定位槽式集热器装置，确保在太阳升起时，开口朝向正东方向，即与初始位置相同，用以消除每日槽式集热器机械转动产生的积累误差。

所述输出模块3包括控制电机的继电器33和控制离合器的继电器34。所述控制电机的继电器33为三个继电器，组成不同的吸合形式，从而能够控制交流电机36的正、反、停转。当然，为了使本实施例更好的实施，在所述控制电机的继电器33和所述交流电机36之间还设有接触器32，由于所述控制电机的继电器33为三个继电器，那么所述接触器32也设有三个，三个交流接触器形成与所述继电器相对应的吸合状态，从而来控制交流电机36。所述接近开关14向所述单片机2提供通路信号，所述单片机2根据通路信号来向控制离合器的继电器34提供电信号，从而，所述控制离合器的继电器34通过吸合控制电磁离合器35吸合，从而控制槽式集热器装置4是否跟随交流电机36转动。

本实施例的工作过程为：上电后，单片机2通过倾角传感器数据采集电路12和接近开关数据采集电路13分别采集倾角传感器11和接近开关14的信号，然后将采集到的倾角传感器11的实测角度值与单片机2根据天文学（太阳位置）公式计算得出的理论角度值进行对比：1）当实测角度值小于理论角度值，且两者差值大于0.09°（可以为任意角度，以0.09°为优选）时，单片机2通过驱动电路23控制控制电机的继电器33的三个继电器分别为吸合、吸合、断开，从而控制接触器32的三个接触器为吸合、吸合、断开，此时交流电机36正转；2）当小型槽式集热器转到实测角度值与理论角度值差值为0°时，控制电机的继电器33的三个继电器全部断开，从而接触器32的三个交流接触器也全部断开，此时交流电机36停转；3）当实测角度值大于理论角度值，且两者差值大于0.09°（可以为任意角度，以0.09°为优选）时，单片机2通过驱动电路23控制控制电机的继电器33的三个继电器分别为吸合、断开、吸合，从而控制接触器32的三个接触器为吸合、断开、吸合，此时交流电机36反转。

为了消除每日的积累误差，在每日太阳升起或者重新上电后，单片机2控制交流电机36反转（至东向西为正转），当转到接近开关14感应到小型槽式集热器55上的铁片时，单片机2通过驱动电路23控制控制离合器的继电器34中与之对应的继电器吸合，从而控制电磁离合器35中相应的电磁离合器吸合，槽式集热器装置4停止转动。

较佳的，如图3所示，本发明的另一实施例提出的一种槽式集热器跟踪控制系统，与上述实施例相比，所述电机为直流电机37。电源接口31外接交流电源后通过电源转换电路21、电源转换电路38转换为单片机2、控制电机的继电器33、控制离合器的继电器34、电磁离合器35、直流电机37所需的多种不同电压的直流电源。控制电机的继电器33为两个继电器，即控制电机的继电器33的两个继电器组成不同的吸合形式控制直流电机37的正、反、停转。

本实施例的工作过程为：上电后，单片机2通过倾角传感器数据采集电路12和接近开关数据采集电路13分别采集倾角传感器11和接近开关14的信号，然后将采集到的倾角传感器11的实测角度值与单片机2根据天文学（太阳位置）公式计算得出的理论角度值进行对比，当实测角度值小于理论角度值，且两者差值大于设定值时，单片机2通过驱动电路23控制控制电机的继电器33的两个继电器分别为吸合、断开，此时直流电机37正转，当小型槽式集热器转到实测角度值与理论角度值差值为0°（0°可以换成其它角度值，此为优选）时，控制电机的继电器33的两个继电器全部断开，此时直流电机37停转，当实测角度值大于理论角度值，且两者差值大于设定值时，单片机2通过驱动电路23控制控制电机的继电器33的两个继电器分别为断开、吸合，此时直流电机37反转。

较佳的，如图4所示，本发明的另一实施例提出的一种槽式集热器跟踪控制系统，与上述实施例相比，所述还包括控制柜51、转动杆56和蜗轮蜗杆53。所述控制器设置在所述控制柜51内。所述槽式集热器装置4包括四个槽式集热器组41，所述槽式集热器组41由四个槽式集热器经所述转动杆56串联组成。所述电机带动所述蜗轮蜗杆53转动，所述蜗轮蜗杆53带动转动杆56转动，所述转动杆56带动所述槽式集热器装置4转动。

所述电机安装在涡轮蜗杆53顶端，电磁离合器35安装在槽式集热器组41与涡轮蜗杆53的连接处，控制槽式集热器组41是否跟随涡轮蜗杆53转动。

所述控制离合器的继电器34由四个继电器组成，所述四个继电器通过吸合控制与之相对应的四个电磁离合器35中的每个电磁离合器的吸合，以此控制与之相对应的槽式集热器组41是否跟随涡轮蜗杆53转动。

所述倾角传感器11安装在槽式集热器组41的侧面，采集槽式集热器组41的倾角位置信号，接近开关14安装在与槽式集热器组41特定距离的区域，使小型槽式集热器55开口朝向正东位置的时候，接近开关14正好能够感应安装在小型槽式集热器55侧面的铁片54的信号。

可选择地，所述槽式集热器装置4还可以由一个槽式集热器组41组成，或两个槽式集热器组41组成，或者三个槽式集热器组41组成，或者大于四个槽式集热器组41组成，所述槽式集热器组41中的槽式集热器的数目可以为一个、两个、三个或四个以上。以上数目并不影响本发明的实施。

在本实施例中，所述槽式集热器跟踪控制系统有一个倾角传感器11，四个所述槽式集热器组41由一个电机进行驱动。

每个槽式集热器组41上设有一个接近开关41，每个槽式集热器组由单独的接近开关41控制，从而使每个槽式集热器组开口朝向的初始位置相同，用以消除槽式集热器组机械转动产生的积累误差。

作为可以变换的实施方式，每个槽式集热器组可以有一个倾角传感器11，从而实现分别控制。

所述单片机2通过驱动电路23控制控制离合器的继电器34中与之对应的继电器吸合，从而控制电磁离合器35中相应的电磁离合器吸合，所述槽式集热器组41与涡轮蜗杆53分离，此槽式集热器组41停止转动，直到所述槽式集热器装置4中的四个槽式集热器组41全都转动至集热器开口朝向正东位置，即电磁离合器35的四个电磁离合器全部吸合时，所述电机停止转动，停顿5秒（5秒可以为其他值，此为优选）后，每个所述槽式集热器组41根据单片机2采集的倾角传感器11的实测角度值与理论角度值的差值比对后的结果进行正转、反转或者停转。

较佳的，所述槽式集热器跟踪控制装置还包括调控装置，所述调控装置与所述控制器连接，用于对所述控制器进行调控。在转动过程中，通过调控装置可以控制槽式集热器进行自动跟踪或者手动跟踪。手动跟踪时，通过调控装置可以控制直流电机37正转、反转、停转以及电磁离合器35的吸合、断开，以此控制任意槽式集热器组41是否跟随涡轮蜗杆53转动，以方便调试及维修；自动跟踪时，可以通过调控装置控制电磁离合器的吸合、断开，以此控制任意槽式集热器组41是否跟随涡轮蜗杆53转动，由此，通过控制槽式集热器组41的个数，可方便控小型槽式集热器集热量多少的输出。

具体实施时，所述调控装置可以采用触摸屏进行操作。

较佳的，如图5所示，本发明的另一实施例提出的一种槽式集热器跟踪控制系统，与上述实施例相比，所述槽式集热器装置4设有四个，每个所述槽式集热器装置4由四个槽式集热器组41组成，在每个槽式集热器装置4上设有一个倾角传感器11，也就是说，四个槽式集热器组41共同采用一个倾角传感器11采集信号。

每个所述槽式集热器装置4由一个电机进行驱动。上电后，单片机2根据四个倾角传感器11采集的不同信号，分别控制相应的电机正转、反转或者停转，以达到实时跟踪太阳的目的。

可选择地，所述槽式集热器装置4的个数可以为两个、三个或五个以上的任意数目。所述槽式集热器装置4中槽式集热器组的数目也并不局限于四个。

较佳的，本发明的另一实施例提出的一种槽式集热器跟踪控制方法，包括以下步骤：采集所述槽式集热器装置的倾斜角度；将倾斜角度转换为电信号，并根据上述电信号向电机提供转动信号；电机的转动带动槽式集热器装置转动。

所述倾角传感器将测得的倾角信号（倾角电信号）传给单片机，单片机的预设程序将倾角电信号转化为相对应的角度值，这个角度值与单片机内部根据天文学公式计算的角度值进行比较，单片机根据比较的结果，输出电信号给继电器，控制电机正转、停转、反转。

所述电机根据所述槽式集热器装置的倾斜角度与预设值之差，向所述槽式集热器装置提供转动信号，从而使所述槽式集热器装置转动至预设值。

较佳的，前述的槽式集热器跟踪控制方法，还包括复位步骤：电机在预设时间或上电时，带动槽式集热器装置复位。

将所述电机在预设之间内反转，从而带动所述槽式集热器装置反转复位，也就是说，在太阳升起的时候，所述槽式集热器装置复位至东面，从而使其接受太阳光照射。在重新对所述电机上电时，也可以将所述槽式集热器装置复位，从而可以减少误差。

较佳的，前述的槽式集热器跟踪控制方法，其中还包括以下步骤：采集槽式集热器装置与电机的吸合信号，根据所述吸合信号，向电机提供停转信号。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种槽式集热器跟踪控制系统，包括槽式集热器装置、控制器和电机，其特征在于，

所述控制器包括：依次连接的采集模块、单片机和输出模块，所述采集模块与槽式集热器装置连接，所述输出模块与电机连接；

所述采集模块包括倾角传感器，用于采集所述槽式集热器装置的倾斜角度；

所述单片机，用于根据太阳位置公式实时计算出太阳与所述槽式集热器装置之间的理论角度，再根据所述倾斜角度与所述理论角度之差，向所述输出模块提供电信号；

所述输出模块，所述输出模块包括控制电机的继电器、控制离合器的继电器和电磁离合器，所述控制电机的继电器设置在所述单片机和电机之间，所述控制离合器的继电器设置在所述单片机和所述离合器之间，所述电磁离合器用于连通或断开所述槽式集热器装置与所述电机之间的连接；用于根据上述电信号向所述电机提供转动信号，所述电机的转动带动所述槽式集热器装置转动；

当所述倾斜角度与所述理论角度之差值大于0.09°时，所述单片机向所述输出模块提供正转信号，以控制所述电机带动所述槽式集热器装置正转所述差值；当所述倾斜角度与所述理论角度之差值小于0.09°时，所述单片机向所述输出模块提供反转信号，以控制所述电机带动所述槽式集热器装置反转所述差值；当所述倾斜角度与所述理论角度之差值为0°时，所述单片机向所述输出模块提供停转信号，以控制所述电机停转。

2.根据权利要求1所述的槽式集热器跟踪控制系统，其特征在于，

所述采集模块还包括接近开关，用于使槽式集热器装置复位。

3.根据权利要求1或2所述的槽式集热器跟踪控制系统，其特征在于，

还包括转动杆和蜗轮蜗杆，所述槽式集热器装置设置在所述转动杆上，所述电机带动所述蜗轮蜗杆转动，所述蜗轮蜗杆带动转动杆转动。

4.根据权利要求3所述的槽式集热器跟踪控制系统，其特征在于，

所述槽式集热器装置包括至少一个槽式集热器组，所述槽式集热器组由两个以上槽式集热器经所述转动杆串联组成。

5.根据权利要求3所述的槽式集热器跟踪控制系统，其特征在于，

还包括调控装置，所述调控装置与所述控制器连接，用于对所述控制器进行调控。

6.根据权利要求5所述的槽式集热器跟踪控制系统，其特征在于，

所述调控装置设为触控屏。

7.一种槽式集热器跟踪控制方法，用于如权利要求1至6中任一项所述的槽式集热器跟踪控制系统，其特征在于，

包括以下步骤：

步骤1：单片机通过倾角传感器采集所述槽式集热器装置的倾斜角度；

步骤2：将采集到的倾斜角度与单片机内部的预设值进行对比，并根据对比结果向电机提供转动信号；

步骤3：电机的转动带动槽式集热器装置转动。

8.根据权利要求7所述的槽式集热器跟踪控制方法，其特征在于，

在所述步骤3后还包括复位步骤：

电机在预设时间或上电时，带动槽式集热器装置复位。

9.根据权利要求7或8所述的槽式集热器跟踪控制方法，其特征在于，

还包括以下步骤：

单片机采集接近开关信号，根据所述接近开关信号控制电磁离合器的吸合或者断开，使槽式集热器装置复位。