CN117420775A - 一种光热电站镜场控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能光热发电镜场控制领域，具体涉及一种光热电站镜场控制系统，包括镜场监控管理单元、中间数据通信网络和定日镜控制器，其中镜场监控管理单元包括多种功能服务器组成，中间数据通信网由工业以太网和AUTBUS总线网络构成，定日镜控制器设置多功能模块，分别实现信号采集、电机驱动、运行控制、保护及通讯功能，以及实现对定日镜的数据的采集和传输、数据处理和分析、计算和存储、总线网络通信、信息安全等功能。该光热电站镜场控制系统具有较高的实时性、稳定性、可靠性、扩展性及可维护性的特点，以此保证整个光热电站镜场高效、稳定及安全运行。
Description
【技术领域】
本发明属于太阳能光热发电镜场控制领域，具体涉及一种光热电站镜场控制系统。
【背景技术】
随着光热电站镜场控制系统的普及，其监视和控制系统的建设已成为光热发电项目的重要课题。在现代光热电站中镜场控制系统是发展的重中之重。但由于镜场的地理位置分散和随机运动性，并且在实际控制应用中需要高速、可靠的实时控制数据流传输，所以镜场控制系统成为光热电站镜场设计重要系统之一。在光热电站镜场规模和复杂性逐渐提高的情况下，为了满足光热电站镜场控制系统的需要，提高光热电站镜场控制系统的性能已经是必然趋势。
现有部分镜场控制系统存在采样速率较低；现有总线通讯距离短、通讯丢包及稳定性差；采用多协议、多层控制器实现的镜场控制系统维护复杂等问题，因此开发和设计具有高实时、高稳定、高可靠及高可维护性的镜场控制系统是十分必要的。
【发明内容】
本发明提供一种光热电站镜场控制系统，以解决现有技术中，现有镜场控制系统采样速率低、稳定性差的问题。
本发明提供一种光热电站镜场控制系统，包括镜场监控管理单元、中间数据通信网络和定日镜控制器；
所述镜场监控管理单元包括数据采集服务器；
所述中间数据通信网络包括工业以太网络和AUTBUS通讯网络；所述工业以太网络连接AUTBUS通讯网络；所述工业以太网络连接所述数据采集服务器。
所述工业以太网络包括若干交换机和若干边缘控制器，所述交换机和边缘控制器采用环网结构连接，且所述交换机采用冗余设置；
所述AUTBUS通讯网络包括若干定日镜控制器链，所述定日镜控制器链由若干定日镜控制器通过链式方式连接；
所述边缘控制器连接一条或几条定日镜控制器链，具体的，所述边缘控制器连接位于定日镜控制器链边缘一端的定日镜控制器。
优选的，所述定日镜控制器包括存储模块、信号采集模块、控制单元模块、驱动模块、AUTBUS总线通讯模块和AUTBUS总线通讯接口；
所述控制单元模块分别连接存储模块、信号采集模块、驱动模块和AUTBUS总线通讯模块；所述AUTBUS总线通讯模块连接AUTBUS总线通讯接口。
优选的，所述定日镜控制器还包括控制器电源模块，所述控制器电源模块连接存储模块、信号采集模块、控制单元模块、驱动模块和AUTBUS总线通讯模块。
优选的，所述边缘控制器包括以太网光纤接口、以太网电接口、时钟模块、中央处理器、存储器、AUTBUS总线模块和AUTBUS总线接口；
所述以太网模块分别连接以太网光纤接口、以太网电接口；所述中央处理器分别连接时钟模块、存储器和AUTBUS总线模块；所述AUTBUS总线模块连接AUTBUS总线接口；所述AUTBUS总线接口连接AUTBUS总线通讯接口；
AUTBUS总线模块通过AUTBUS总线接口和定日镜控制器组网；
所述以太网光纤接口连接交换机；
所述边缘控制器通过以太网电接口彼此连接。
优选的，所述边缘控制器还包括AUTBUS边缘控制管理以太网接口，所述AUTBUS边缘控制管理以太网接口连接以太网模块。
优选的，所述镜场监控管理单元还包括镜场智能控制算法服务器、镜场监控服务器、镜场数据存储服务器、纠偏算法服务器、气象服务器、数据采集服务器、监控信息网络及监控数据网络；
所述镜场智能控制算法服务器与监控信息网络及监控数据网络连接；所述镜场监控服务器与监控数据网络连接；所述镜场数据存储服务器与监控信息网络及监控数据网络连接；所述纠偏算法服务器与监控信息网络及监控数据网络连接；所述气象服务器与监控信息网络连接；所述数据采集服务器与监控数据网络和中间数据通讯网络连接。
优选的，所述定日镜控制器通过AUTBUS总线通讯接口以链式连接方式组网。
优选的，所述定日镜控制器连接定日镜的连接具体形式为：
信号采集模块连接定日镜的保护开关、传感器和零位开关；
驱动模块连接定日镜的电机和急停开关。
优选的，所述监控信息网络和监控数据网络的带宽为1000Mbps；所述中间数据通信网络的带宽为1000Mbps。
优选的，工业以太网络和AUTBUS通讯网络采用MODBUS-TCP工业以太网协议。
本发明的有益效果为：
本发明提供一种光热电站镜场控制系统，结合镜场监控管理单元、中间数据通信网络及定日镜控制器，镜场监控管理单元包括多种功能服务器组成，中间数据通信网络由工业以太网络和AUTBUS通讯网络构成，定日镜控制器结合存储模块、信号采集模块、控制单元模块和驱动模块，共同实现信号采集、电机驱动、运行控制、保护及通讯功能，保证独立完成定日镜的就地控制功能；中间数据通信网络中采用的边缘控制器设置以太网模块、时钟模块、中央处理器和存储器，实现对多个定日镜的数据的采集和传输、数据处理和分析、计算和存储、网络通信、信息安全等功能，该光热电站镜场控制系统具有较高的实时性、稳定性、可靠性、扩展性及可维护性的特点，以此保证整个光热电站镜场高效、稳定及安全运行。
本发明中的工业以太网络的交换机采用冗余配置，单一设备故障不会影响整个通讯网络的工作。所述工业以太网络采用环网结构，其中一个节点故障，将自动转换为链状网络，不影响通讯，保证了网络的可靠性。
本发明的监控信息网络、监控数据网络及中间数据通讯网络的工业以太网络的带宽均为1000Mbps,中间数据通讯网络2的AUTBUS通讯网络15带宽为100Mbps，保证了镜场控制系统的中数据的高速传输，保证系统的实时性，也为后续系统扩展提供了便利条件。
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技术效果。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为一种光热电站镜场控制系统示意图；
图2为定日镜控制器示意图；
图3为边缘控制器示意图；
【具体实施方式】
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
请参阅图1所示，本发明提供一种光热电站镜场控制系统，包括镜场监控管理单元1和中间数据通信网络2。
所述镜场监控管理单元1包括镜场智能控制算法服务器4、镜场监控服务器5、镜场数据存储服务器6、纠偏算法服务器7、气象服务器8、数据采集服务器9、监控信息网络10及监控数据网络11。所述镜场智能控制算法服务器4与监控信息网络10及监控数据网络11连接和通讯，所述镜场监控服务器5与监控数据网络11连接和通讯，所述镜场数据存储服务器6与监控信息网络10及监控数据网络11连接和通讯，所述纠偏服务器7与监控信息网络10及监控数据网络11连接和通讯，所述气象服务器8与监控信息网络10连接和通讯，所述数据采集服务器9与监控数据网络11和中间数据通讯网络2和连接和通讯。
所述镜场智能控制算法服务器4内置定日镜控制算法及控制策略，用于镜场定日镜的控制及优化运行；所述镜场监控服务器5用于定日镜运行参数的监视及控制指令的下达；所述镜场数据存储服务器6用于定日镜运行数据的存贮和查询；所述纠偏服务器7用于定日镜的纠偏工作；所述气象服务器8用于现场气象数据的采集、分析及处理等功能，为镜场的采用的运行策略和运行方式提供依据；所述数据采集服务器9用于采集镜场定日镜的实时运行数据，并将来自镜场监控服务器5的指令通过中间数据通讯网络2发送到AUTBUS定日镜控制器3；所述监控信息通讯网络10用于服务器计算或存储所需数据及除AUTBUS定日镜控制器3以外的设备数据的通讯；所述监控数据通讯网络11用于AUTBUS定日镜控制器3的运行数据和指令数据的通讯；上述服务器基于现有技术实现对应功能。
在一具体实施方式中，纠偏服务器7通过内置的定日镜纠偏算法完成定日镜的纠偏工作。
所述中间数据通信网络2包括工业以太网络14和AUTBUS通讯网络15。
所述工业以太网络14包括若干交换机12和若干边缘控制器13，工业以太网络14采用环网结构，其中一个节点故障，将自动转换为链状网络，不影响通讯；保证了网络的可靠性；所述交换机12采用冗余配置，以保证单一设备故障不会影响整个通讯网络的工作。
所述AUTBUS通讯网络15包括若干定日镜控制器链，所述定日镜控制器链由若干定日镜控制器3通过AUTBUS总线以链式连接方式组成。
在一具体实施方式中，所述中间数据通信网络2采用MODBUS-TCP一种工业以太网协议，以实现数据通讯网络通讯协议的统一。
所述定日镜控制器3如图2所示，包括控制器电源模块20、存储模块21，信号采集模块22、控制单元模块23和驱动模块25，AUTBUS总线通讯模块241和AUTBUS总线通讯接口261；所述定日镜控制器3有若干个，具有定日镜的信号采集、控制、驱动及通讯等功能，向上与所述的中间数据通信网络2的AUTBUS边缘控制器13连接和通信，向下连接定日镜上的保护开关27、传感器28、零位开关29、定日镜电机30及急停开关31。
所述控制器电源模块20连接存储模块21、信号采集模块22、控制单元模块23和驱动模块25；所述控制单元模块23分别连接存储模块21、信号采集模块22、驱动模块25和AUTBUS总线通讯模块241；所述信号采集模块22分别连接定日镜的传感器28、零位29和保护开关27；所述驱动模块25分别连接定日镜的定日镜电机30和急停开关31；所述AUTBUS总线通讯模块241连接AUTBUS总线通讯接口261；
所述控制器电源模块20为整个控制器提供电源；所述存储模块21用于存储计算程序和相关定日镜的参数；所述信号采集模块22采集来自传感器28、零位29和保护开关27的信号；所述控制单元模块23用于执行电机30运行位置计算和传感器28的信号数据处理；所述驱动模块25用于将控制单元模块23通过计算处理得到的控制信号传输给电机30，同时对电机30的异常运行状态进行报警和保护；所述AUTBUS总线通讯模块241和AUTBUS总线通讯接口261用于定日镜控制器3和另一个定日镜控制器3以及中间数据通信网络2的双向通讯，具体的，定日镜控制器3通过AUTBUS通讯总线接口261实现彼此之间的连接以及与边缘控制器13的连接。
在一具体实施方式中，定日镜控制器3通过硬接线与定日镜上的保护开关27、传感器28、零位开关29、定日镜电机30和急停开关31连接。
所述边缘控制器13如图3所示，所述边缘控制器13支持Modbus-TCP通信协议，用于管理与设备连接的网络和通信协议，具体包括电源模块40、以太网光纤接口41、以太网电接口42、以太网模块43、AUTBUS边缘控制管理以太网接口44、时钟模块45、中央处理器46、存储器47、AUTBUS总线模块48和AUTBUS总线接口。
所述电源模块40连接以太网模块43、时钟模块45、中央处理器46、存储器47和AUTBUS总线模块48；所述以太网模块43分别连接以太网光纤接口41、以太网电接口42、AUTBUS边缘控制管理以太网接口44和中央处理器46；所述中央处理器46分别连接时钟模块45、存储器47和AUTBUS总线模块48；所述AUTBUS总线模块48连接AUTBUS总线接口49。
所述电源模块40为整个边缘控制器13提供电源，边缘控制器13通过所述以太网光纤接口41接收、发送和处理与交换机12之间的通讯数据，边缘控制器13通过所述以太网电接口42接收、发送和处理与交换机12之间通讯数据，所述以太网模块43用于负责实现中央处理器46与以太网之间的数据通信，所述AUTBUS边缘控制管理以太网接口44用于在维护和调试边缘控制器13时连接电脑，所述时钟模块45用于提供时钟信号。所述中央处理器46用于控制数据的处理和转发和连接其他模块，所述存储模块47用于存储数据和程序，所述AUTBUS总线模块48用于中央处理器与AUTBUS总线之间的通信，所述AUTBUS总线接口49用于接收、发送和处理定日镜控制器3间的数据，AUTBUS总线模块48通过AUTBUS总线接口49和定日镜控制器3组网。
所述边缘控制器13通过以太网光纤接口41连接交换机12；所述边缘控制器13通过太网电接口42实现彼此之间的连接；所述边缘控制器13通过AUTBUS总线接口49连接一条或几条定日镜控制器链一端上的定日镜控制器3，具体的，边缘控制器13上的AUTBUS总线接口49连接定日镜控制器3上的AUTBUS总线通讯接口261。
本发明提供一种光热电站镜场控制系统，可提高光热电站镜场控制系统实时性、稳定性、可靠性、扩展性及可维护性，同时能够适应光热电站镜场控制优化、大数据分析利用及预测性维护等的各种需求。可提高整个光热电站镜场运行效率和安全性，同时降低运维工作量。所述光热电站镜场控制系统结合了工业以太网和AUTBUS总线的优势，和已有的方案对比具有架构简单、实时性高、可靠性高及安全性高及成本低的优点。
本发明中定日镜数据采集服务器9、镜场智能控制算法服务器4、镜场监控服务器5、镜场数据存储服务器6和服务器间的通讯网络均采用冗余配置；当上述服务器任一个发生故障或其中一个数据通讯网络故障时冗余的的服务器和冗余的网络工作。
本发明中的工业以太网络14的交换机12采用冗余配置，单一设备故障不会影响整个通讯网络的工作。所述工业以太网络14采用环网结构，其中一个节点故障，将自动转换为链状网络，不影响通讯；保证了网络的可靠性。
本发明中间数据通信网络2中只采用了MODBUS-TCP一种工业以太网协议，通讯协议做到了一网到底，可大幅减少运行维护的难度和工作量。
本发明提供的边缘控制器13为基于AUTBUS总线开发的AUTBUS边缘控制器，具有对多个定日镜的数据的采集和传输、数据处理和分析、计算和存储、网络通信、信息安全等功能。
本发明提供的定日镜控制器3基于AUTBUS总线设计开发的AUTBUS定日镜控制器具备信号采集、电机驱动、运行控制与保护及通讯功能与一体，可独立完成定日镜的就地控制功能。
本发明的监控信息网络10、监控数据网络11及中间数据通讯网络2的工业以太网络14的带宽均为1000Mbps,中间数据通讯网络2的AUTBUS通讯网络15带宽为100Mbps。因此保证了镜场控制系统的中数据的高速传输，保证系统的实时性，也为后续系统扩展提供了便利条件。以上对本申请实施例所提供的一种光热电站镜场控制系统进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。
Claims (10)
1.一种光热电站镜场控制系统，其特征在于，包括镜场监控管理单元、中间数据通信网络和定日镜控制器；
所述镜场监控管理单元包括数据采集服务器；
所述中间数据通信网络包括工业以太网络和AUTBUS通讯网络；所述工业以太网络连接AUTBUS通讯网络；所述工业以太网络连接所述数据采集服务器；
所述工业以太网络包括若干交换机和若干边缘控制器，所述交换机和边缘控制器采用环网结构连接，且所述交换机采用冗余设置；
所述AUTBUS通讯网络包括若干定日镜控制器链，所述定日镜控制器链由若干定日镜控制器通过链式方式连接；
所述边缘控制器连接一条或几条定日镜控制器链，具体的，所述边缘控制器连接位于定日镜控制器链边缘一端的定日镜控制器。
2.如权利要求1所述的一种光热电站镜场控制系统，其特征在于，所述定日镜控制器包括存储模块、信号采集模块、控制单元模块、驱动模块、AUTBUS总线通讯模块和AUTBUS总线通讯接口；
所述控制单元模块分别连接存储模块、信号采集模块、驱动模块和AUTBUS总线通讯模块；所述AUTBUS总线通讯模块连接AUTBUS总线通讯接口。
3.如权利要求2所述的一种光热电站镜场控制系统，其特征在于，所述定日镜控制器还包括控制器电源模块，所述控制器电源模块连接存储模块、信号采集模块、控制单元模块、驱动模块和AUTBUS总线通讯模块。
4.如权利要求2所述的一种光热电站镜场控制系统，其特征在于，所述边缘控制器包括以太网光纤接口、以太网电接口、时钟模块、中央处理器、存储器、AUTBUS总线模块和AUTBUS总线接口；
所述以太网模块分别连接以太网光纤接口、以太网电接口；所述中央处理器分别连接时钟模块、存储器和AUTBUS总线模块；所述AUTBUS总线模块连接AUTBUS总线接口；所述AUTBUS总线接口连接AUTBUS总线通讯接口；
AUTBUS总线模块通过AUTBUS总线接口和定日镜控制器组网；
所述以太网光纤接口连接交换机；
所述边缘控制器通过以太网电接口彼此连接。
5.如权利要求4所述的一种光热电站镜场控制系统，其特征在于，所述边缘控制器还包括AUTBUS边缘控制管理以太网接口，所述AUTBUS边缘控制管理以太网接口连接以太网模块。
6.如权利要求1所述的一种光热电站镜场控制系统，其特征在于，所述镜场监控管理单元还包括镜场智能控制算法服务器、镜场监控服务器、镜场数据存储服务器、纠偏算法服务器、气象服务器、数据采集服务器、监控信息网络及监控数据网络；
所述镜场智能控制算法服务器与监控信息网络及监控数据网络连接；所述镜场监控服务器与监控数据网络连接；所述镜场数据存储服务器与监控信息网络及监控数据网络连接；所述纠偏算法服务器与监控信息网络及监控数据网络连接；所述气象服务器与监控信息网络连接；所述数据采集服务器与监控数据网络和中间数据通讯网络连接。
7.如权利要求2所述的一种光热电站镜场控制系统，其特征在于，所述定日镜控制器通过AUTBUS总线通讯接口以链式连接方式组网。
8.如权利要求2所属的一种光热电站镜场控制系统，其特征在于，所述定日镜控制器连接定日镜的连接具体形式为：
信号采集模块连接定日镜的保护开关、传感器和零位开关；
驱动模块连接定日镜的电机和急停开关。
9.如权利要求1所述的一种光热电站镜场控制系统，其特征在于，所述监控信息网络和监控数据网络的带宽为1000Mbps；所述中间数据通信网络的带宽为1000Mbps。
10.如权利要求1所述的一种光热电站镜场控制系统，其特征在于，工业以太网络和AUTBUS通讯网络采用MODBUS-TCP工业以太网协议。
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| CN117714228A (zh) * | 2024-02-06 | 2024-03-15 | 长春晟博光学技术开发有限公司 | 一种定日镜控制器基于Autbus通讯方式的控制方法 |
| CN117714228B (zh) * | 2024-02-06 | 2024-04-26 | 长春晟博光学技术开发有限公司 | 一种定日镜控制器基于Autbus通讯方式的控制方法 |
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