CN110822742A - 塔式定日镜跟踪控制器及其控制方法 - Google Patents

塔式定日镜跟踪控制器及其控制方法 Download PDF

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李皓桢
辛博
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Abstract

本发明提供了一种塔式定日镜跟踪控制器及其控制方法，所述控制器包括：一个主控板；所述主控板上具有：多个水平轴电磁阀接口，多个俯仰角电磁阀接口、多个传感器接口以及起控制作用的CPU。本发明采用集成了边缘计算和机器学习控制器，避免了传统方式采用PLC控制的高成本，也能有效地采集数据，各电磁阀和电机也能正确运行，极大地提高了控制的灵活性，降低了热发电控制器的综合成本。

Description

塔式定日镜跟踪控制器及其控制方法
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域，尤其是涉及一种塔式定日镜跟踪控制器及其控制方法。
背景技术
现有技术对于热发电控制器都是采用PLC控制，成本较高，计算灵活性差，且存在不方便编程控制的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术存在对于热发电控制器都是采用PLC控制，成本较高，计算灵活性差，且存在不方便编程控制的技术问题。
第一方面，本发明提供了一种塔式定日镜跟踪控制器，包括：
一个主控板；
所述主控板上具有：
多个水平轴电磁阀接口，多个俯仰角电磁阀接口、多个传感器接口以及起控制作用的CPU。
进一步，所述多个水平轴电磁阀接口的数量为四个；所述多个俯仰角电磁阀接口的数量为两个。
进一步，所述主控板还包括三个备用电磁阀接口。
采用上述进一步方案的有益效果是：三个备用电磁阀接口的设置能够在所述水平轴电磁阀或俯仰角电磁阀出现故障时及时起到替换作用，进一步保证了塔式定日镜跟踪控制器工作的稳定性。
进一步，所述多个水平轴电磁阀接口的数量为两个；所述多个俯仰角电磁阀接口的数量为两个。
进一步，所述主控板还包括五个备用电磁阀接口。
采用上述进一步方案的有益效果是：五个备用电磁阀接口的设置能够在所述水平轴电磁阀或俯仰角电磁阀出现故障时及时起到替换作用，进一步保证了塔式定日镜跟踪控制器工作的稳定性。
进一步，所述多个传感器接口具体包括：
一个压力传感器接口，两个位置传感器接口，一个温度传感器接口以及一个油位传感器接口。
采用上述进一步方案的有益效果是：本发明的塔式定日镜跟踪控制器上集成了多重传感器接口，能够综合测量压力、位置、温度以及油位信息，从而进一步根据测量得到的周围环境数据进一步调整对定日镜的控制，能够起到保护定日镜也使定日镜工作更加稳定的技术效果。
进一步，所述多个通信接口具体包括：
一个用于用户进行控制的蓝牙接口、一个进行窄带通信的Lora接口、一个Wifi接口、一个宽带通信的4G通讯接口以及一个以太网接口。
采用上述进一步方案的有益效果是：本发明的塔式定日镜跟踪控制器上即集成了宽带的wifi接口、4G/5G接口以及以太网接口，能够实现在周围基站较多的情况下的宽带高速数据传输，也集成了窄带的Lora接口，使得定日镜在周围基站较少的情况下也能以窄带低速实现数据通信。使得本发明的塔式定日镜跟踪控制器的泛用性更强。
进一步，所述主控板还包括：一个用于调试的串口、一个冗余接口以及一个电源管理接口。
进一步，所述主控板为PCB电路板。
第二方面，本发明提供了一种塔式定日镜跟踪控制器的控制方法，包括上述的塔式定日镜跟踪控制器，还包括：
保护位置控制方法，包括以下步骤之一：
通过控制俯仰角电磁阀，使海拔油缸运动，控制定日镜贴近地表，或通过控制水平轴电磁阀，使水平油缸运动，控制所述定日镜水平旋转到保护位置；
或，跟踪位置控制方法，包括以下步骤之一：
通过控制所述俯仰角电磁阀，使所述海拔油缸运动，控制所述定日镜高度方向垂直于太阳光线的入射方向，或通过控制所述水平轴电磁阀，使所述水平油缸运动，控制所述定日镜镜面垂直于入射光线；
或，清洗位置控制方法，包括以下步骤之一：
通过控制所述俯仰角电磁阀，使所述海拔油缸运动，控制定日镜高度方向朝向过道方向以便于清洗，或通过控制所述水平轴电磁阀，使所述水平油缸运动，控制定日镜镜面水平方向朝向过道方向以便于清洗。
进一步，所述控制器和所述主控板之间采用Lora通讯。
进一步，所述控制器和所述主控板之间采用4G网络通信协议进行通讯。
本发明的有益效果是：
本发明采用PCB板作为主控板，避免了传统方式采用PLC控制的高成本，也能有效地采集数据，各电磁阀和电机也能正确运行，降低了热发电控制器的综合成本。
附图说明
图1是本发明的一种塔式定日镜跟踪控制器的结构示意图；
图2是本发明的一种塔式定日镜跟踪控制器的控制方法的流程示意图；
图3是本发明的一种塔式定日镜跟踪控制器的电磁阀控制液压缸的结构示意图；
图4是本发明的一种塔式定日镜跟踪控制器的电磁阀控制液压缸在45°和-45°之间运动的结构示意图；
图5是本发明的一种塔式定日镜跟踪控制器的电磁阀控制液压缸在-45°和-135°之间运动的结构示意图；
图6是本发明的一种塔式定日镜跟踪控制器的电磁阀控制液压缸在-135°和135°°之间运动的结构示意图；
图7是本发明的一种塔式定日镜跟踪控制器的电磁阀控制液压缸在135°和45°之间运动的结构示意图；
图8是本发明的一种槽式定日镜跟踪控制器的电磁阀控制液压缸的结构示意图；
图9是本发明的一种槽式定日镜跟踪控制器的电磁阀控制液压缸转动后的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定装备结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
如图1所示，本发明提供了一种塔式定日镜跟踪控制器，包括：
一个主控板；
所述主控板上具有：
多个水平轴电磁阀接口，多个俯仰角电磁阀接口、多个传感器接口以及起控制作用的CPU。
具体各接口在所述主控板上的排布的优选方案如图1所示，图1仅仅示出了本发明的具体的一种优选的方案，改变各接口在所述主控板上的具体排布方式形成新的结构的塔式定日镜跟踪控制器，则其也应视为在本发明的保护范围之内。
在本发明的塔式定日镜跟踪控制器中，通过主控板上安装的CPU执行预先编写好的代码程序，控制所述水平轴电磁阀接口运动进而带动所述定日镜水平运动，控制所述俯仰角电磁阀接口运动进而带动所述定日镜竖直方向运动。
通过本发明采用的PCB板作为主控板，集成了作为运算单元的CPU和各种接口，避免了传统方式采用PLC控制的高成本，也能有效地采集数据，各电磁阀和电机也能正确运行，降低了塔式定日镜跟踪控制器的综合成本。
在一些说明性实施例中，所述多个水平轴电磁阀接口的数量为四个；所述多个俯仰角电磁阀接口的数量为两个。
在一些说明性实施例中，所述主控板还包括三个备用电磁阀接口。
三个备用电磁阀接口的设置能够在所述水平轴电磁阀或俯仰角电磁阀出现故障时及时起到替换作用，进一步保证了热发电控制器工作的稳定性。
另一方面，所述多个水平轴电磁阀接口的数量为两个；所述多个俯仰角电磁阀接口的数量为两个。
进一步的，所述主控板还包括五个备用电磁阀接口。
五个备用电磁阀接口的设置能够在所述水平轴电磁阀或俯仰角电磁阀出现故障时及时起到替换作用，进一步保证了热发电控制器工作的稳定性。
在一些说明性实施例中，所述多个传感器接口具体包括：
一个压力传感器接口，两个位置传感器接口，一个温度传感器接口以及一个油位传感器接口。
本发明的塔式定日镜跟踪控制器上集成了多重传感器接口，能够综合测量压力、位置、温度以及油位信息，从而进一步根据测量得到的周围环境数据进一步调整对定日镜的控制，能够起到保护定日镜也使定日镜工作更加稳定的技术效果。
在一些说明性实施例中，所述多个通信接口具体包括：
一个用于用户进行控制的蓝牙接口、一个进行窄带通信的Lora接口、一个Wifi接口、一个宽带通信的4G通讯接口以及一个以太网接口。
本发明的塔式定日镜跟踪控制器上即集成了宽带的wifi接口、4G/5G接口以及以太网接口，能够实现在周围基站较多的情况下的宽带高速数据传输，也集成了窄带的Lora接口，使得定日镜在周围基站较少的情况下也能以窄带低速实现数据通信。使得本发明的塔式定日镜跟踪控制器的泛用性更强。
在一些说明性实施例中，所述主控板还包括：一个用于调试的串口、一个冗余接口以及一个电源管理接口。
在一些说明性实施例中，所述主控板为PCB电路板。
本发明采用PCB板作为主控板，集成了CPU作为控制单元，组合了多种传感器接口，窄带和宽带通信接口以及多个电磁阀接口用于控制定日镜转动，组成了新型的精密定位装置Fine Position Unit。本发明避免了传统方式采用PLC控制的高成本，也能有效地采集数据，各电磁阀和电机也能正确运行，降低了热发电控制器的综合成本。
如图2所示，另一方面，本发明还提供了一种塔式定日镜跟踪控制器的控制方法，包括上述的塔式定日镜跟踪控制器，还包括：
S1：保护位置控制方法，包括以下步骤之一：
通过控制俯仰角电磁阀，使海拔油缸运动，控制定日镜贴近地表，或通过控制水平轴电磁阀，使水平油缸运动，控制所述定日镜水平旋转到保护位置；
S2：跟踪位置控制方法，包括以下步骤之一：
通过控制所述俯仰角电磁阀，使所述海拔油缸运动，控制所述定日镜高度方向垂直于太阳光线的入射方向，或通过控制所述水平轴电磁阀，使所述水平油缸运动，控制所述定日镜镜面垂直于入射光线；
S3：清洗位置控制方法，包括以下步骤之一：
通过控制所述俯仰角电磁阀，使所述海拔油缸运动，控制定日镜高度方向朝向过道方向以便于清洗，或通过控制所述水平轴电磁阀，使所述水平油缸运动，控制定日镜镜面水平方向朝向过道方向以便于清洗。
需要说明的是，所述步骤S1～S3之间没有严格意义上的逻辑先后顺序，本实施例仅示出了其中一种实施例，其他顺序的步骤S1～S3之间的步骤排布亦在本发明的保护范围之内。
所述水平轴电磁阀分为第一水平轴电磁阀和第二水平轴电磁阀。每个所述水平轴电磁阀都具有两个开口A和B。
如图3所示，在本发明的方法中，首先定义正北方向为0°，逆时针从0°到-180°，顺时针从0°到180°；电磁阀是在软件作用下进行开关进而控制液压系统做相应动作。
当所述液压缸逆时针旋转时：
如图4所示，在45°和-45°之间，第一液压缸1在第一水平轴电磁阀控制的液压油作用下做缩回动作，此时A开B关，第二液压缸2在第二水平轴电磁阀控制的液压油作用下做伸出动作，此时A关B开。
如图5所示，在-45°和-135°之间，第一液压缸1在第一水平轴电磁阀控制的液压油作用下做缩回动作，此时A关B开，第二液压缸2在第二水平轴电磁阀控制的液压油作用下做缩回动作，此时A开B关。
如图6所示，在-135°和135°之间，第一液压缸1在第一水平轴电磁阀控制的液压油作用下做伸出动作，此时A开B关，第二液压缸2在第二水平轴电磁阀控制的液压油作用下做缩回动作，此时A关B开。
如图7所示，在135°和45°之间，第一液压缸1在第一水平轴电磁阀控制的液压油作用下做伸出动作，此时A开B关，第二液压缸2在第二水平轴电磁阀控制的液压油作用下做伸出动作，此时A开B关。
在上述图4～图7中，中间的转动支架固定不动，第一水平轴电磁阀控制第一液压缸1伸出或缩回，第二水平轴电磁阀控制第二液压缸2伸出或缩回。定日镜的转动部与所述转动支架之间通过轴承转动连接，所述定日镜的转动部绕所述转动支架中的转动轴转动。
当所述液压缸顺时针旋转时：
第一液压缸在1第一水平轴电磁阀控制的液压油作用下，第二液压缸2在第二水平轴电磁阀控制的液压油作用下做相反动作。
在所述步骤S1中，当需要紧急动作时控制器控制俯仰角电磁阀，使海拔油缸动作，控制定日镜水平贴近地表；
如图8和图9所示，示出了本发明的槽式热发电控制器的电磁阀控制液压缸转动的过程。图8和图9中的三角形线条区域的表示其运动前后的位移状态。
通过控制水平轴电磁阀，使水平油缸运动，控制所述定日镜水平旋转到保护位置。或者是，先通过控制水平轴电磁阀，使水平油缸运动，再通过控制俯仰角电磁阀，使海拔油缸到达保护位置。具体是先通过控制俯仰角电磁阀控制油缸运动还是先通过控制水平轴电磁阀控制油缸运动，没有严格意义上的先后顺序，两种控制方式最终达到的位置是同一个位置。
在所述步骤S2中，通过控制所述俯仰角电磁阀，使所述海拔油缸运动，控制所述定日镜高度方向垂直于太阳光线的入射方向；
通过控制所述水平轴电磁阀，使所述水平油缸运动，控制所述定日镜镜面垂直于入射光线。
或者是，先通过控制水平轴电磁阀，使水平油缸运动，再通过控制俯仰角电磁阀，使海拔油缸到达定日镜镜面垂直入射光线的位置。具体是先通过控制俯仰角电磁阀控制油缸运动还是先通过控制水平轴电磁阀控制油缸运动，没有严格意义上的先后顺序，两种控制方式最终达到的位置是同一个位置，都是控制器控制定日镜镜面垂直于入射光线的位置。
在所述步骤S3中，通过控制所述俯仰角电磁阀，使所述海拔油缸运动，控制定日镜高度方向朝向过道方向以便于清洗；
通过控制所述水平轴电磁阀，使所述水平油缸运动，控制定日镜镜面水平方向朝向过道方向。·
或者是，先通过控制水平轴电磁阀，使水平油缸运动，再通过控制俯仰角电磁阀，使海拔油缸到达朝向过道方向的位置。具体是先通过控制俯仰角电磁阀控制油缸运动还是先通过控制水平轴电磁阀控制油缸运动，没有严格意义上的先后顺序，两种控制方式最终达到的位置是同一个位置，都是油缸朝向过道方向的位置。
在一些说明性实施例中，所述控制器和所述主控板之间采用Lora通讯。
在所述控制器和主控板之间，通过Lora通讯，对系统参数进行配置，所述系统参数包括：经纬度、高度以及死点等等参数。上述参数在所述控制器的工作过程中需要从主控板采集得到的数据上传至本地控制器，以作为运行参数控制控制器进行运动。
另外，主控板会控制从本地读取一些参数值，这些参数能够表征系统运行的结果，比如说传感器的具体数值、电动机的电压电流值等等。通过判断这些数值是否处于正常范围值内进而判断系统是否处于正常运行范围内。并以此作为预测性维护的帮助的标准。
通讯时，主要是通过一些组网，比如将8个定日镜组成一组，每一组增设一个网关进行控制。本组成员(定日镜)通过Lora与网关进行数据交换，网关通过网线或光线等方式与主控板相连接。由于整个系统的运行速度由Lora的通讯速度所决定，故这种Lora的通讯方式只适合对速度要求相对较低的用户，或者是用户周围的基站相对较少但是又要求进行组网的用户。
在一些说明性实施例中，所述控制器和所述主控板之间采用4G网络通信协议进行通讯。
在所述控制器和主控板之间，通过4G通讯协议进行通讯(在未来亦可通过5G通讯协议进行通讯)，对系统参数进行配置，所述系统参数包括：经纬度、高度以及死点等等参数。上述参数在所述控制器的工作过程中需要从主控板采集得到的数据上传至本地控制器，以作为运行参数控制控制器进行运动。
另外，主控板会控制从本地读取一些参数值，这些参数能够表征系统运行的结果，比如说传感器的具体数值、电动机的电压电流值等等。通过判断这些数值是否处于正常范围值内进而判断系统是否处于正常运行范围内。并以此作为预测性维护的帮助的标准。
通讯时，本地控制器通过4G/5G连接本地基站，基站连接至控制中心，通过这样的方式形成一条数据传输链路。采用4G/5G通讯协议作为传输链路具有传输高速的优点，但是缺点是链路构造的成本较高。
在本发明的方法中，还包括：太阳角度计算的方法。
能够根据年月日时分秒时区以及UT和UTC的误差算出儒略日。
能够计算出上升角α和倾角δ。
能够计算儒略日，儒略世纪，儒略星历日，儒略星历世纪，儒略星历千禧年；
能够计算地球日心经度，地球日心纬度，地球弧度向量；
能够计算地心经度，地心纬度；
能够计算月球太阳平均延伸量，太阳平均近点角，月球平均近点角，月球升交点离角，月球升交点经度；
能够计算黄经章动，交角章动，黄道平均倾角，黄道真倾角；
能够计算像差矫正，视太阳经度，格林威治平均恒星时，格林威治恒星时；
能够计算地心太阳赤经，地心太阳赤纬。
本发明利用编码器和倾角仪来实时读取水平角度和高度角，配合液压缸的动作来达到精确控制的目的。传感器目前采用库布勒的Sendix F5868-F5888MODBUS协议的编码器和1N88倾角仪，其精度都可以达到0.01°。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，物流管理服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种塔式定日镜跟踪控制器，其特征在于，包括：
一个主控板；
所述主控板上具有：
多个水平轴电磁阀接口，多个俯仰角电磁阀接口、多个传感器接口以及起控制作用的CPU。
2.根据权利要求1中所述的塔式定日镜跟踪控制器，其特征在于，所述多个水平轴电磁阀接口的数量为四个；所述多个俯仰角电磁阀接口的数量为两个。
3.根据权利要求1中所述的塔式定日镜跟踪控制器，其特征在于，所述多个水平轴电磁阀接口的数量为两个；所述多个俯仰角电磁阀接口的数量为两个。
4.根据权利要求1～3任一项中所述的塔式定日镜跟踪控制器，其特征在于，所述多个传感器接口具体包括：
一个压力传感器接口，两个位置传感器接口，一个温度传感器接口以及一个油位传感器接口。
5.根据权利要求1～3任一项中所述的塔式定日镜跟踪控制器，其特征在于，还包括：
一个用于用户进行控制的蓝牙接口、一个进行窄带通信的Lora接口、一个Wifi接口、一个宽带通信的4G通讯接口以及一个以太网接口。
6.根据权利要求1～3任一项中所述的塔式定日镜跟踪控制器，其特征在于，
所述主控板还包括：一个用于调试的串口、一个冗余接口以及一个电源管理接口。
7.一种塔式定日镜跟踪控制器的控制方法，包括如权利要求1～6任一项中所述的塔式定日镜跟踪控制器，其特征在于，还包括：
保护位置控制方法，包括以下步骤之一：
通过控制俯仰角电磁阀，使海拔油缸运动，控制定日镜贴近地表，或通过控制水平轴电磁阀，使水平油缸运动，控制所述定日镜水平旋转到保护位置；
或，跟踪位置控制方法，包括以下步骤之一：
通过控制所述俯仰角电磁阀，使所述海拔油缸运动，控制所述定日镜高度方向垂直于太阳光线的入射方向，或通过控制所述水平轴电磁阀，使所述水平油缸运动，控制所述定日镜镜面垂直于入射光线；
或，清洗位置控制方法，包括以下步骤之一：
通过控制所述俯仰角电磁阀，使所述海拔油缸运动，控制定日镜高度方向朝向过道方向以便于清洗，或通过控制所述水平轴电磁阀，使所述水平油缸运动，控制定日镜镜面水平方向朝向过道方向以便于清洗。
8.根据权利要求7所述的塔式定日镜跟踪控制器的控制方法，其特征在于，
所述控制器和所述主控板之间采用Lora的窄带通讯或，
所述控制器和所述主控板之间采用4G网络通信协议进行宽带通讯。
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