CN105259924B - 一种定日镜场控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定日镜场控制系统，其包括：若干控制器组，至少一个中间网络结构以及上位机服务器群，其中：控制器组包括若干定日镜控制器，每个定日镜控制器对应控制一个定日镜；中间网络结构包括网关，交换机以及若干执行调度控制器，若干执行调度控制器与网关形成环形网络结构或星形网络结构，执行调度控制器通过网关与交换机连接通信；执行调度控制器与控制器组连接通信；交换机与上位机服务器群连接通信。本发明的定日镜场控制系统实现了整个定日镜场中多定日镜统筹式调度及多元化控制，故障不扩散，提高了控制系统的可靠性。

Description

一种定日镜场控制系统

技术领域

本发明涉及塔式太阳能热发电定日镜领域，特别涉及一种定日镜场控制系统。

背景技术

太阳能作为一种清洁的可再生能源得到越来越多的应用，尤其是光热发电技术是继光伏发电技术以后的新兴太阳能利用技术。在几种光热发电技术中，塔式太阳能热发电是采用大量的定日镜将太阳光聚集到设置在吸热塔顶的吸热器上，加热工质，产生蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电。其中，由于整个塔式太阳能热发电定日镜镜场包含成千上万面定日镜，实现对每一面定日镜的精确控制，使定日镜能够最大限度地将太阳光反射到吸热器上，对于提高定日镜反射太阳光效率，提高发电效率具有重要意义。

现有的定日镜控制系统网络复杂，稳定性差，各个控制组之间关联性强，容易出现故障，导致整个系统的瘫痪。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种定日镜场控制系统，实现了整个定日镜场中多定日镜统筹式调度及多元化控制，故障不扩散，不对关联设备造成影响，从而提高了系统的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种定日镜场控制系统，其包括：若干控制器组，至少一个中间网络结构以及上位机服务器群，其中：

所述控制器组包括若干定日镜控制器，每个定日镜控制器对应控制一个定日镜；

所述中间网络结构包括网关，交换机以及若干执行调度控制器，若干所述执行调度控制器与所述网关形成环形网络结构或星形网络结构，所述执行调度控制器通过所述网关与所述交换机连接通信；

所述执行调度控制器与所述控制器组连接通信；

所述交换机与所述上位机服务器群连接通信。

较佳地，当所述中间网络结构的数量为至少两个时，靠近所述上位机服务器群的所述执行调度控制器还与另一所述中间网络结构的所述交换机连接通信。

较佳地，所述上位机服务器群的数量为两个，分别为工作上位机服务器群和冗余上位机服务器群；当所述工作上位机服务器群出现故障时，所述冗余上位机服务器群工作，设置冗余结构，提高了系统的可靠性。

较佳地，每个所述中间网结构中的所述网关和所述交换机的数量都为两个，分别为工作网关、冗余网关、工作交换机以及冗余交换机，当所述工作网关、所述工作交换机出现故障时，所述冗余网关、所述冗余交换机工作。

较佳地，所述执行调度控制器、所述网关以及所述定日镜控制器都包括CMC芯片（Control Module on Chip，片上控制模块）；

所述执行调度控制器与所述网关以及与所述定日镜控制器之间通过CMC芯片的通讯单元连接通信。

较佳地，所述上位机服务器群中设置有手机APP服务器；所述交换机设置有无线接入点，用于手机APP的无线接入，使得手机可以介入控制系统，实现了镜场的多元化控制，节约了镜场运营的成本。

较佳地，当所述执行调度控制器出现故障时，所述控制器组中的任一所述定日镜控制器作为该控制器组的执行调度控制器。

较佳地，所述定日镜控制器包括CMC供电线、CMC芯片、传感器、编码器、电机以及CMC通讯总线，所述CMC供电线、传感器、编码器、电机以及CMC通讯总线分别与所述CMC芯片连接，其中：

所述CMC供电线用于为所述CMC芯片供电；

所述传感器用于将定日镜的水平角和/或方位角的零位信息传输给所述CMC芯片；

所述编码器用于将定日镜的水平角和/或方位角的位移信息传输给所述CMC芯片；

所述CMC芯片用于对所述传感器传输来的信号、所述编码器传输来的信号以及外界输入的信号进行处理，得到所述定日镜的控制信号，并将所述控制信号传输给所述电机；

所述电机用于根据所述控制信号对定日镜的水平角和/或方位角进行调整，以达到预定位置；

所述CMC通讯总线用于外界向所述CMC芯片输入信号和/或所述CMC芯片向外界反馈信号。

较佳地，所述CMC芯片包括：电压转换器、电源单元、参考点单元、编码器单元、数据存储单元、数据处理单元、电机驱动单元以及通讯单元，其中：

所述电压转换器的输入端与所述CMC供电线连接，所述电压转换器的输出端与所述电源单元相连，用于向所述CMC芯片供电；

所述参考点单元的输入端与所述传感器相连，输出端与所述数据处理单元相连，用于接收所述传感器的信号，并将其传输给所述数据处理单元；

所述编码器单元的输入端与所述编码器相连，输出端与所述数据处理单元相连，用于接收所述编码器的信号，并将其传输给所述数据处理单元；

所述数据存储单元用于存储运算处理程序；

所述数据处理单元用于调取所述数据存储单元中的运算处理程序来实现对所述传感器、编码器以及外界输入的信号进行运算处理；

所述电机驱动单元的输入端与所述数据处理单元相连，输出端与所述电机相连，用于将所述数据处理单元运行处理后的信号传输给所述电机；

所述通讯单元用于建立所述CMC芯片与所述CMC通讯总线的双向通信连接。

较佳地，所述CMC芯片还包括运动控制单元，所述运动控制单元设置于所述数据处理单元与所述参考点单元、所述数据处理单元与所述编码器单元以及所述数据处理单元与所述电机驱动单元之间，用于将所述参考点单元以及所述编码单元传输来的信号转换为所述数据处理单元可识别的信号，还用于将所述数据处理单元运行处理后的信号转换为所述电机驱动单元可识别的信号。

较佳地，所述CMC芯片还包括看门狗单元，用于当程序运行错误时，对所述程序进行复位。

较佳地，所述CMC芯片还包括保护单元，用于当所述电机工作异常时，调整所述电机的运动状态或停止所述电机。

较佳地，所述CMC芯片还包括实时时钟单元，用于实时控制程序按时执行。

相较于现有技术，本发明具有以下优点：

（1）本发明提供的定日镜场控制系统将定日镜分为若干行或若干组，降低了网络负荷，可以实现对定日镜的精确控制；

（2）本发明的中间网络结构采用环形或星形的网络结构，可以大大增强整个控制系统的稳定性，当网络结构采用环形时，某一点出现故障，系统可自动切换为链状网络工作模式，当网络结构采用星形时，某一支路的故障并不影响其它支路的正常运行，即当网络结构的某一点出现故障时，系统仍然能够正常工作，提高了系统的可靠性；

（3）本发明通过设置冗余结构，在正常工作的控制系统结构出现故障时，可以启动冗余结构，增强了整个定日镜场控制系统的可靠性和稳定性；

（4）本系统提供了手机接入功能，使得手机可以接入控制系统，实现了镜场的多元化控制，且操作更加方便快捷。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

图1为本发明的实施例1的具有一个中间网络结构的定日镜场控制系统的结构示意图；

图2为本发明的实施例2的具有两个中间网路结构的定日镜场控制系统的结构示意图；

图3为本发明的实施例3的具有三个中间网络结构的定日镜场控制系统的结构示意图；

图4为本发明的实施例4的另一种具有三个中间网络结构的定日镜场控制系统的结构示意图；

图5为本发明的实施例5的定日镜控制器的结构示意图；

图6为本发明的实施例6的定日镜控制器的结构示意图；

图7为本发明的实施例7的定日镜控制器的结构示意图。

标号说明：1-定日镜控制器，2-上位机服务器群，3-第一执行调度控制器，4-第一网关，5-第一交换机， 6-第二执行调度控制器，7-第二网关，8-第二交换机，9-第三执行调度控制器，10-第三网关，11-第三交换机，12-第四交换机；

101-CMC供电线，102-CMC芯片，103-传感器，104-编码器，105-电机，106-CMC通讯总线;

10201-电压转换器，10202-电源单元，10203-参考点单元，10204-编码器单元，10205-数据存储单元，10206-数据处理单元，10207-电机驱动单元，10208-通讯单元，10209-运动控制单元，10210-看门狗单元，10211-保护单元，10212-实时时钟单元；

21-工作上位机服务器群，22-冗余上位机服务器群。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明的定日镜场控制系统包括：一级控制系统，二级控制系统和三级控制系统，其中：一级控制系统包括至少一定日镜控制器组，每组定日镜控制器组包括若干个并联或串联的定日镜控制器，每个定日镜控制器对应控制一个定日镜；二级控制系统包括至少一中间网络结构，每个中间网络结构包括网关、交换机以及若干执行调度控制器，若干执行调度控制器与网关形成环形网络结构或星形网络结构，执行调度控制器通过网关与交换机连接通信，执行调度控制器与控制器组连接通信；三级控制系统包括上位机服务器群，交换机与上位机服务器群连接通信。以及下面结合具体实施例来对其进行详细描述。

实施例1：

如图1所示，本实施例是以一个中间网络结构为例，该中间网络结构的若干第一执行调度控制器3与第一网关4构成环形网络结构，每一第一执行调度控制器3对应一组定日镜控制器1，第一执行调度控制器3通过第一网关4与第一交换机5连接通信，第一交换机5直接与上位机服务器群2连接通信。上位机服务器群2通过该中间网络结构与定日镜控制器1通信，实现对定日镜下发控制指令，控制定日镜的动作。

本实施例的上位机服务器群2、第一网关4以及第一交换机5都设置有冗余结构，上位机服务器群2包括工作上位机服务器群21和冗余上位机服务器群22；第一网关4包括工作网关和冗余网关；第一交换机5包括工作交换机和冗余交换机。当工作上位机服务器群21、工作网关或者工作交换机出现故障时，冗余上位机服务器群22、冗余网关或者冗余交换机才工作，设置冗余结构，当系统其中正常工作的结构出现故障时，另外一个开始工作，可以保证系统继续正常运行，提高了控制系统的可靠性。

本实施例的二级控制系统即中间网络结构采用市电供电和光伏供电两种方式，正常情况下采用光伏供电，当光伏供电出现故障时，采用市电供电。

各级控制系统之间的通信既可以为有线通信，也可以为无线通信。另外，当定日镜控制器1检测到与其对应的第一执行调度控制器3的通讯发生异常时，可由上位机服务器群2发出第一执行调度控制器切换指令，将与第一执行调度控制器对应的定日镜控制器组中的任意一个定日镜控制器1切换为执行调度控制器，使其与第一网关4进行通信连接，处于同一定日镜控制器组中的其它定日镜控制器1与该充当执行调度控制器的定日镜控制器1进行通信连接，保证定日镜场控制系统的正常运转。当新指定的充当执行调度控制器的定日镜控制器1发生通讯故障时，可以继续指定同一定日镜控制器组中的其它定日镜控制1为执行调度控制器，以此类推，保证了定日场控制系统的正常运行，提高了其稳定性和可靠性。

实施例2：

如图2所示，本实施例是以两个中间网络结构为例，其是在实施例1的基础上，增加了第二中间网络结构，该两个中间网络结构串联连接，若干第二执行调度控制器6与第二网关7构成环形网络结构，第二网关7与第二交换机8通信连接，第一中间网络结构中的第一执行调度控制器3与第二交换机8之间通信连接。

第一中间网络结构中的其余第一执行调度控制器3还可辐射出多个中间网络结构，图中未示出。本实施例的定日镜镜场控制系统的网络覆盖面更广，可以连接更多的定日镜控制器，节约成本。

实施例3：

如图3所示，本实施例是以三个中间网络结构为例，其是将实施例1中的一个中间网络结构与实施例2中的串联连接的两个中间网络结构组合在一起，将实施例1中的中间网络结构与实施例2中的中间网络结构并联在一起，通过同一上位机服务器群来控制。

实施例4：

如图4所示，本实施例是另一种包括三个中间网络结构的例子，其是在实施例2的基础上，在第一中间网络结构的不与第二中间网络结构连接的第一执行调度控制器上连接第三中间网络结构，即第二中间网络结构和第三中间网络结构并联连接。第三中间网络结构包括：第三网关10、第三交换机11、第四交换机12以及若干第三执行调度控制器9，若干第三执行调度控制器9与第三网关10构成环形网络结构，第三网关10与第四交换机12连接通信，第四交换机12通过第三交换机11与第一执行调度控制器3通信连接；其中：第三交换机11中设置有无线发射模块，第四交换机12中设置有无线接收模块，第三交换机11和第四交换机12之间无线连接，此适用于距离比较远的中间网络结构之间建立连接。当距离比较远时，采用有线连接的方式非常复杂，成本高，且控制信号传输慢，会造成延迟，降低其控制精度。

不同实施例中，若干执行调度控制器与网关也可构成星形网络结构，其原理与环形网络结构类似，此处不再赘述。

较佳实施例中，上位机服务器群2中设置有手机APP服务器；交换机设置有无线接入点，用于手机APP的无线接入，使得手机可以接入控制系统，实现了镜场的多元化控制，节约了镜场运营的成本；手机一般都会随身携带，方便了工作人员随时随地进行操作。

实施例5：

结合图5，本实施例详细描述本发明的定日镜控制器，其包括： CMC供电线101，CMC芯片102，传感器103，编码器104，电机105以及CMC通讯总线106，其中：CMC供电线101用于为CMC芯片102供电；传感器103用于将定日镜的水平角和/或方位角的零位信息传输给CMC芯片102，零位是指人为指定的定日镜的水平角和/或方位角的原点，此处的零位信息是指在测量时刻，定日镜的水平角和/或方位角相对于原点之间的位置关系；编码器104用于将定日镜的水平角和/或方位角的位移信息传输给CMC芯片102，位移信息是指从测量起始时刻到测量终止时刻水平角和/或方位角转动的角度及速度；CMC芯片102用于对传感器103传输来的信号、编码器104传输来的信号以及外界输入的信号进行处理，得到定日镜的控制信号，并将控制信号传输给电机105；电机105用于根据控制信号对定日镜的水平角和/或方位角进行调整，以达到预定位置；CMC通讯总线106用于外界向CMC芯片102输入信号和/或CMC芯片102向外界反馈信号。

本实施例中，CMC芯片102包括：电压转换器10201，电源单元10202，参考点单元10203，编码器单元10204，数据存储单元10205，数据处理单元10206，电机驱动单元10207以及通讯单元10208，其中：所述电压转换器的输入端与所述CMC供电线连接，电压转换器10201的输出端与电源单元10202相连，用于向CMC芯片102供电；参考点单元10203的输入端与传感器103相连，输出端与数据处理单元10206相连，用于接收传感器103的信号，并将其传输给数据处理单元10206；编码器单元10204的输入端与编码器104相连，输出端与数据处理单元10206相连，用于接收编码器104的信号，并将其传输给数据处理单元10206；数据存储单元10205用于存储运算处理程序；数据处理单元10205通过调取存储于数据存储单元10205中的运算处理程序来实现对传感器103、编码器104以及外界输入的信号进行运算处理；电机驱动单元10207的输入端与数据处理单元10206相连，输出端与电机105相连，用于将数据处理单元10206运行处理后的信号传输给电机105；通讯单元10208用于建立CMC芯片102与CMC通讯总线106的双向通信连接。

较佳实施例中，数据存储单元10205中的运算处理程序是通过组态软件编程形成的。

实施例6：

实施例5中的参考点单元10203、编码器单元10204以及电机驱动单元10205与数据处理单元10206之间的信号转换可以集成在一个单元中进行处理，其为运动控制单元10209，结构示意图如图6所示，运动控制单元10209用于将参考点单元10203以及编码单元10204传输来的信号转换为数据处理单元10206可识别的信号，还用于将数据处理单元10206运行处理后的信号转换为电机驱动单元10205可识别的信号。将信号转换集成在运动控制单元10209中集中处理，简化了CMC芯片102的电路结构，且提升了处理速度。

实施例7：

本实施例是在实施例5的基础上，在CMC芯片102中增加了看门狗单元10210，保护单元10211以及实时时钟单元10212。

看门狗单元10210用于程序跑飞后的复位，程序跑飞使之程序运行偏离正常的运行路径，例如在外接干扰（辐射扰动）超过控制器设计限制，导致程序死机时，可利用看门狗单元10201对程序进行重新复位。

保护单元10211用于检测电机驱动单元10207的输出信号，并在输出信号电异常时触发一中止信号，将其传输给数据处理单元10206，从而控制电机105调整运转状态或者停止运转，电机工作异常主要是指电机过载，电机过热等其他非正常工作模式。

实时时钟单元10212用于实时控制，使程序可以按时执行。

此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种定日镜场控制系统，其特征在于，包括：若干控制器组，至少两个中间网络结构以及上位机服务器群，其中：

所述控制器组包括若干定日镜控制器，每个定日镜控制器对应控制一个定日镜；

每个所述中间网络结构包括网关、交换机以及若干执行调度控制器，若干所述执行调度控制器与所述网关形成环形网络结构或星形网络结构，所述执行调度控制器、所述网关以及所述定日镜控制器都包括CMC芯片；所述执行调度控制器与所述网关以及与所述定日镜控制器之间通过CMC芯片的通讯单元连接通信，所述执行调度控制器通过所述网关与所述交换机连接通信，且，靠近所述上位机服务器群的所述执行调度控制器还与另一所述中间网络结构的所述交换机连接通信；

所述执行调度控制器与所述控制器组连接通信，且，当所述执行调度控制器出现故障时，所述控制器组中的任一所述定日镜控制器作为该控制器组的执行调度控制器；

所述交换机与所述上位机服务器群连接通信。

2.根据权利要求1所述的定日镜场控制系统，其特征在于，所述上位机服务器群的数量为两个，分别为工作上位机服务器群和冗余上位机服务器群；当所述工作上位机服务器群出现故障时，所述冗余上位机服务器群工作。

3.根据权利要求1所述的定日镜场控制系统，其特征在于，每个所述中间网络结构中的所述网关和所述交换机的数量都为两个，分别为工作网关、冗余网关、工作交换机以及冗余交换机，当所述工作网关、所述工作交换机出现故障时，所述冗余网关、所述冗余交换机工作。

4.根据权利要求1所述的定日镜场控制系统，其特征在于，所述上位机服务器群中设置有手机APP服务器；

所述交换机设置有无线接入点，用于手机APP的无线接入。

5.根据权利要求1至4任一项所述的定日镜场控制系统，其特征在于，所述定日镜控制器包括CMC供电线、CMC芯片、传感器、编码器、电机以及CMC通讯总线，所述CMC供电线、传感器、编码器、电机以及CMC通讯总线分别与所述CMC芯片连接，其中：

所述CMC供电线用于为所述CMC芯片供电；

所述传感器用于将定日镜的水平角和/或方位角的零位信息传输给所述CMC芯片；

所述编码器用于将定日镜的水平角和/或方位角的位移信息传输给所述CMC芯片；

所述CMC芯片用于对所述传感器传输来的信号、所述编码器传输来的信号以及外界输入的信号进行处理，得到所述定日镜的控制信号，并将所述控制信号传输给所述电机；

所述电机用于根据所述控制信号对定日镜的水平角和/或方位角进行调整，以达到预定位置；

所述CMC通讯总线用于外界向所述CMC芯片输入信号和/或所述CMC芯片向外界反馈信号。

6.根据权利要求5所述的定日镜场控制系统，其特征在于，所述CMC芯片包括：电压转换器、电源单元、参考点单元、编码器单元、数据存储单元、数据处理单元、电机驱动单元以及通讯单元，其中：

所述电压转换器的输入端与所述CMC供电线连接，所述电压转换器的输出端与所述电源单元相连，用于向所述CMC芯片供电；

所述参考点单元的输入端与所述传感器相连，输出端与所述数据处理单元相连，用于接收所述传感器的信号，并将其传输给所述数据处理单元；

所述编码器单元的输入端与所述编码器相连，输出端与所述数据处理单元相连，用于接收所述编码器的信号，并将其传输给所述数据处理单元；

所述数据存储单元用于存储运算处理程序；

所述数据处理单元用于调取所述数据存储单元中的运算处理程序来实现对所述传感器、编码器以及外界输入的信号进行运算处理；

所述电机驱动单元的输入端与所述数据处理单元相连，输出端与所述电机相连，用于将所述数据处理单元运行处理后的信号传输给所述电机；

所述通讯单元用于建立所述CMC芯片与所述CMC通讯总线的双向通信连接。

7.根据权利要求6所述的定日镜场控制系统，其特征在于，所述CMC芯片还包括运动控制单元，所述运动控制单元设置于所述数据处理单元与所述参考点单元、所述数据处理单元与所述编码器单元以及所述数据处理单元与所述电机驱动单元之间，用于将所述参考点单元以及所述编码器单元传输来的信号转换为所述数据处理单元可识别的信号，还用于将所述数据处理单元运行处理后的信号转换为所述电机驱动单元可识别的信号。

8.根据权利要求6所述的定日镜场控制系统，其特征在于，所述CMC芯片还包括看门狗单元，用于当程序运行错误时，对所述程序进行复位。

9.根据权利要求6所述的定日镜场控制系统，其特征在于，所述CMC芯片还包括保护单元，用于当所述电机工作异常时，调整所述电机的运动状态或停止所述电机。

10.根据权利要求6所述的定日镜场控制系统，其特征在于，所述CMC芯片还包括实时时钟单元，用于实时控制程序按时执行。