CN109032192A - 一种定日镜驱控一体化控制器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定日镜驱控一体化控制器，包括控制模块、电机驱动模块和输入输出模块。所述的控制模块，用于根据工程师站的设置及指令，对上述电机驱动模块进行控制，并通过输入输出模块对电机转速及角度信息进行采集，获取定日镜当前的姿态信息，并将定日镜当前姿态信息反馈发送至工程师站；所述的电机驱动模块，用于根据上述控制模块指令，对定日镜方位和俯仰方向上的电机进行驱动；所述的输入输出模块，用于方位和俯仰方向上的电机编码器信息及传感器信息采集；所述的电机编码器用于检测当前定日镜在方位和俯仰方向上的角度信息。本发明中控制器采用驱控一体化设计，不仅提高了定日镜控制器的可靠性，且大大降低了控制器成本和复杂性。

Description

一种定日镜驱控一体化控制器及控制方法

技术领域

本发明涉及太阳能热发电领域，尤其是涉及一种定日镜驱控一体化控制器及控制方法。

背景技术

塔式太阳能热发电主要由定日镜聚光系统、吸热与热能传递系统及发电系统3部分组成。定日镜是塔式太阳能热发电站中的核心部件，将太阳能辐射汇聚反射至吸热器加热其工质。由定日镜组成的聚光场通常由成千上万面定日镜组成，数量巨大，如何高可靠性地控制大量定日镜实现准确快速地跟踪太阳，是保障电站高效安全运行的关键核心技术。A.等在文献“Heliostat orientation system using a PLC based robotmanipulator”中提到基于PLC的定日镜控制系统。PLC控制系统包含：PLC控制器、驱动器、数据采集单元及电源等，成本较高。另外，该类型控制系统由于含有多个设备单元，降低了整体控制系统的可靠性。同时，此种类型的控制系统只允许一种编程环境，对系统的二次开发、兼容性和可扩展性大大降低。

综上，现有的定日镜控制系统主要采用PLC及驱动器组合系统，包含：PLC控制器、驱动器、数据采集单元及电源等，成本较高。另外，该类型控制系统由于含有多个设备单元，成本高，而且降低了整体控制系统的可靠性。同时，此种类型的控制系统只允许一种编程环境，对系统的二次开发、兼容性和可扩展性大大降低。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术存在的不足，提供一种高可靠性、低成本的定日镜驱控一体化控制器及控制方法。

根据本发明提供的一种定日镜驱控一体化控制器，包含数据存储模块、通信单元、控制模块、故障诊断模块、电机驱动模块和输入输出模块。所述的控制模块，用于根据工程师站的设置及指令，对电机驱动模块进行控制，并通过输入输出模块对电机转速及角度信息进行采集，获取定日镜当前的姿态信息，并将定日镜当前姿态信息反馈发送至工程师站；所述的电机驱动模块，用于根据上述控制模块指令，对定日镜方位和俯仰方向上的电机进行驱动；所述的输入输出模块，用于方位和俯仰方向上的电机编码器信息及传感器信息采集；所述的电机编码器用于检测当前定日镜在方位和俯仰方向上的角度信息。

所述驱控一体化控制器包含两个电机接口，分别用于连接定日镜方位和俯仰电机。所述方位和俯仰电机连接编码器，能够将方位和俯仰电机的转速和角度信息发送至控制模块，并对电机运行状态进行检测；若电机运行故障，则电机通过编码器信号线反馈至控制模块，控制模块将此故障通过通信总线传输至工程师站或者触摸屏；所述编码器为光电、霍尔或者磁型编码器。

所述触摸屏接口，用于工程师利用触摸屏通过触摸屏接口连接控制器，通过触摸屏手动控制水平和俯仰电机的运行，并监测电机状态。

所述数据存储模块用于存储定日镜控制程序和数据。工程师通过工程师站将定日镜坐标、初始角度信息下发至定日镜控制器，定日镜控制器将上述信息数据保存在存储器中。

所述通信单元通过通信总线与控制模块连接。所述控制模块通过通信单元与工程师站或触摸屏进行通信连接。所述触摸屏与控制器可通过通信模块连接，实现定日镜姿态的就地控制操作。

所述RTC芯片获取精确时钟信号，并将此时钟信号发送至控制模块。

所述故障诊断模块用于检测控制模块的故障信息，并将故障信息发送至工程师站。

同时，本发明中的定日镜控制器使用编程环境更为广泛，支持六种IEC 61131-3编程语言：指令表语言IL、梯形图语言LD、功能块图FBD、顺序功能图SFC、结构化文本ST、CFC语言。

与现有控制器相比，本发明具有如下优点：

本发明中的定日镜控制器采用驱动与控制一体化设计，简化了控制器的硬件架构，提高了定日镜控制器的可靠性，降低了硬件成本；本发明中的定日镜控制器通过编码器结合传感器可对定日镜姿态进行定位和监测，反馈至工程师站，提高了定日镜的故障诊断能力。本发明采用驱动与控制一体化设计可有效降低控制器的能耗，从而使得定日镜场的场用自耗电量大大降低，最终提高整个电站的发电量和收益。同时，通过采用一体化的控制器架构设计，将原本分离且功能独立单一的数据采集存储、电机驱动、控制及逻辑处理计算的功能有机统一在一个控制器整体硬件中，从而可提供功能强大、高效的定日镜姿态控制、计算逻辑处理及故障诊断等。另外，本发明中采用的编程环境更为广泛，支持多种编程语言，可为后续控制器的二次开发和功能扩展提供支撑。

附图说明

图1是本发明定日控制器的结构示意图；

图2是本发明定日镜控制器的三维结构图。

具体实施方式

下面结合附图来详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明一种定日镜驱控一体化控制器，包含控制模块、电机驱动模块和输入输出模块。

所述的控制模块，用于根据工程师站的设置及指令，对电机驱动模块进行控制，并通过输入输出模块对电机转速及角度信息进行采集，获取定日镜当前的姿态信息，并将定日镜当前姿态信息反馈发送至工程师站，对定日镜姿态进行监测；

可选地，所述控制模块可计算目前太阳俯仰角与水平角，根据工程师站指令控制定日镜进行运行；控制模块通过编码器反馈信息获取定日镜工作状态及报警信息等工况，并和工程师站通过通信单元交互通讯。如果控制模块获取反馈的编码器信息显示电机运行正常，则电机按照控制模块的控制信号进行相应的指令操作；如果控制模块获取反馈的编码器信息显示电机运行故障，则将此故障信息经控制模块通过通信总线反馈至工程师站进行处理。所述控制模块，自带定时器模块，可实现精确的外部计数和脉冲输出。

所述的电机驱动模块，用于根据上述控制模块指令，对定日镜方位和俯仰方向上的电机进行驱动；该模块输入为直流电源，直接驱动定日镜方位和俯仰电机，电源部分可采用外部220V交流电变压为直流电源。

所述的输入输出模块，用于方位和俯仰方向上的电机编码器信息及传感器信息采集，以及与外界的信息交互；所述的电机编码器用于测量电机的转速和角度及监测电机状态信息；如果电机运行正常，水平和俯仰电机按照上述控制模块发送至上述驱动模块的信号指令进行运行。如果电机运行异常，电机编码器将此异常信息反馈至上述控制模块，并通过通信总线将此故障信息发送至工程师站处理。所述的传感器用于确定定日镜在水平和俯仰方向上的零点位置，从而确定定日镜的水平和俯仰初始角度信息。通过编码器和传感器信息，工程师站可获得定日镜的姿态信息，根据控制需要对定日镜姿态进行调整。

所述的控制器还包含：存储器，所述存储器将定日镜的控制程序及定日镜坐标、水平方位和俯仰初始角度数据进行存储，从而保证断电后上述数据不丢失。同时，此控制模块的软件开发环境支持六种IEC 61131-3编程语言：指令表语言IL、梯形图语言LD、功能块图FBD、顺序功能图SFC、结构化文本ST、CFC语言。

所述的控制器还包含：RTC(实时时钟)芯片，所述RTC芯片获取精确时钟信号，并将此时钟信号发送至控制模块。

所述通信单元通过通信总线与控制模块连接。所述的通信单元支持以太网数据通讯接口，支持802.11b/g/n无线标准。所述控制模块通过通信单元与工程师站或触摸屏进行通讯连接。

所述的工程师站与上述控制模块通过通信总线通讯，一方面对定日镜姿态进行监测，如果监测到有定日镜控制器发送的故障信息，工程师站可通知维修人员对故障定日镜进行维修处理。另一方面，作为定日镜场的上位管理系统，对整个定日镜场的运行进行协同管理，根据需要对定日镜下发操作指令，完成对定日镜的控制。

触摸屏与上述控制模块可通过通信总线连接，实现定日镜姿态的就地控制操作。具体的讲，就是操作者将触摸屏连接到上述控制器时，通过触摸屏上的人机交互界面对定日镜进行参数设置、水平/俯仰转动、寻零点及急停等操作。

如图2所示，驱控一体化控制器包含：控制模块1、驱动模块2、RTC模块3、数据存储模块4、故障诊断模块5、方位电机接口6、俯仰电机接口7、传感器接口8、通信单元9、触摸屏通讯接口10和以太网通讯接口11。

方位电机接口6和俯仰电机接口7分别连接方位电机和俯仰电机。触摸屏通讯接口10连接触摸屏，通过控制器内通信模块9与控制模块1进行通信；以太网通讯接口11连接工程师站，通过控制器内通信模块9与控制模块1进行通信；传感器接口8连接IO点限位传感器确定定日镜的零点基准位置。所述工程师站和触摸屏分别通过通讯接口11和10经通信单元9将控制指令发送至控制模块1，所述控制模块1按照控制指令确定的定日镜姿态控制定日镜运行。所述故障诊断模块5通过所述控制模块1判断电机是否运行正常，若所述电机运行异常，则将此所述异常信息发送至所述控制模块1反馈至工程师站或触摸屏；若所述电机运行正常，则将所述工程师站发送的控制指令发送至控制模块1。所述控制模块1根据IO点限位和电机编码器信息确定当前定日镜姿态位置，结合所述RTC芯片3精确时间计算完成当前定日镜所对应的天文公式中太阳角度。所述控制模块1根据当前定日镜姿态及计算的太阳角度信息确定当前定日镜需要转到的角度值，所述控制模块1将此角度值传输至驱动模块2驱动电机运行。

以上虽然描述了本发明的具体实施方法，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明原理和实现的前提下，可以对这些实施方案做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (9)

1.一种定日镜驱控一体化控制器，其特征在于：包括控制模块、电机驱动模块和输入输出模块；

所述控制模块，用于根据工程师站的设置及指令，对所述电机驱动模块进行控制，并通过所述输入输出模块对电机转速及角度信息进行采集，获取定日镜当前的姿态信息，将定日镜当前姿态信息反馈发送至工程师站；

所述电机驱动模块，用于根据所述控制模块的指令，对定日镜方位和俯仰方向上的电机进行驱动；

所述输入输出模块，用于方位和俯仰方向上的电机编码器及传感器的信息采集；所述电机编码器用于检测定日镜在当前方位和俯仰方向上的角度信息。

2.根据权利要求1所述的定日镜驱控一体化控制器，其特征在于：所述驱控一体化控制器包含两个电机接口，用于连接定日镜方位和俯仰方向上的电机。

3.根据权利要求1所述的定日镜驱控一体化控制器，其特征在于：所述驱控一体化控制器包含触摸屏接口，用于手动控制方位和俯仰方向上的电机运行，并可监测所述电机状态。

4.根据权利要求1所述的定日镜驱控一体化控制器，其特征在于：所述控制模块包括：数据存储模块，所述数据存储模块用于存储定日镜逻辑控制程序和数据。

5.根据权利要求1所述的定日镜驱控一体化控制器，其特征在于：所述驱控一体化控制器包含通信单元，所述通信单元通过通信总线与控制模块连接；所述控制模块通过通信单元与工程师站或触控屏进行通信连接；所述触控屏与控制器通过通信模块连接，实现定日镜姿态的本地控制操作。

6.根据权利要求5所述的定日镜驱控一体化控制器，其特征在于：所述驱控一体化控制器包含包含高精度RTC芯片，所述RTC芯片获取定日镜所在地的标准精确时间，控制模块基于此精确时间完成天文公式中太阳角度的本地计算。

7.根据权利要求1所述的定日镜驱控一体化控制器，其特征在于：所述控制器包括：故障诊断模块；所述故障诊断模块用于检测控制器和电机的异常信息，并将故障信息通过控制模块发送至工程师站。

8.根据权利要求1所述的定日镜驱控一体化控制器，其特征在于：所述控制器包括传感器模块；所述传感器模块用来定位定日镜的方位和俯仰的零点参考位置信息；所述控制模块根据传感器模块和编码器记录的当前信息获取所述定日镜方位和俯仰姿态信息将通过通信模块发送至工程师站或触摸屏进行逻辑运算。

9.一种定日镜驱控一体化控制方法，其特征在于，实现步骤如下：

(1)所述工程师站或触摸屏通过通信单元将控制指令发送至控制模块，所述控制模块按照控制指令确定的定日镜姿态控制定日镜运行；

(2)所述控制模块根据传感器和电机编码器信息确定当前定日镜姿态位置，结合所述RTC芯片精确时间计算完成当前定日镜所对应的天文公式中太阳角度；

(3)所述控制模块根据当前定日镜姿态及计算的太阳角度信息确定当前定日镜需要转到的角度值，所述控制模块将此角度值传输至驱动模块驱动电机运行；

(4)所述故障诊断模块通过所述控制模块判断电机是否运行正常，若所述电机运行异常，则将此所述异常信息发送至所述控制模块反馈至工程师站或触摸屏；若所述电机运行正常，则将所述工程师站发送的控制指令发送至控制模块。