CN210005929U - 一种塔式太阳能发电站定日镜控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于定日镜控制领域，具体涉及一种塔式太阳能发电站定日镜控制装置。所述定日镜控制装置包括：嵌入式控制器、步进电机、绝对值编码器、气象传感器；所述嵌入式控制器包含两路RS485接口、两路以太网接口；所述嵌入式控制器包括用于获取定日镜安装地经纬度、海拔、时区和时间信息的GPS模块；所述步进电机直接和所述嵌入式控制器连接，且所述步进电机和减速机连接并通过所述减速机驱动定日镜跟随太阳转动；所述绝对值编码器通过一路RS485接口和所述嵌入式控制器连接，所述气象传感器通过另一路RS485接口和所述嵌入式控制器连接。解决了一套控制箱控制一台定日镜外围电路复杂、成本高、控制精度低的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于定日镜控制领域，具体涉及一种塔式太阳能发电站定日镜控制装置。
背景技术
塔式太阳能发电系统通过围绕在中央塔的定日镜群将太阳辐射反射到接收器，从而实现热能到电能的转换。定日镜的控制精度直接影响了发电量的多少，国内很多很多学者对该领域进行了研究，取得了一定的技术成果。
现有的塔式太阳能定日镜跟踪控制系统通常是基于PLC的控制箱，采用一台控制箱控制一台定日镜。定日镜的驱动系统多采用伺服电机或变频器，位置传感多采用增量式传感器，此种控制方式复杂，造价成本高，控制精度较低。另外，由于塔式太阳能项目地多位于我国西部和北部地区，户外高低温环境恶劣，PLC的控制柜体通常配套相应的温控设备，额外增加了硬件成本，降低了系统的可靠性。
实用新型内容
针对现有技术中对定日镜控制成本高、可靠性低、温控系统复杂、追踪精度低的问题，本实用新型提供一种塔式太阳能发电站定日镜控制装置，结构简单可靠，集成度高、可应用于宽温环境、成本低廉，显著降低了成本，提升了追踪和控制精度。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种塔式太阳能发电站定日镜控制装置，所述定日镜控制装置安装在定日镜立柱上；包括：嵌入式控制器、步进电机、用于检测定日镜转动角度的绝对值编码器、气象传感器；
所述嵌入式控制器包括两路RS485接口、两路以太网接口以及用于获取定日镜安装地精确经纬度、海拔、时区和时间信息的GPS模块；
所述步进电机直接和所述嵌入式控制器连接，且所述步进电机和减速机连接并通过所述减速机驱动定日镜跟随太阳转动；
所述绝对值编码器通过一路RS485接口和所述嵌入式控制器连接，所述气象传感器通过另一路RS485接口和所述嵌入式控制器连接；
所述两路以太网接口为冗余设置，所述嵌入式控制器通过以太网接口和远程监控PC保持数据通讯连接。
进一步地，所述嵌入式控制器采用基于Cortex-M3架构的32bit微控制器，型号为MB9BF618S；所述嵌入式控制器的工作温度为-40℃-85℃的工业级宽温设计。
进一步地，所述嵌入式控制器内集成了步进电机驱动电路，所述步进电机驱动电路采用TB6560型步进电机驱动芯片；
所述步进电机驱动电路用于驱动两路步进电机，两路步进电机通过减速机分别驱动定日镜在水平和俯仰角度跟随太阳转动。
进一步地，所述绝对值编码器包括用于检测定日镜转动角度的水平绝对值编码器和俯仰绝对值编码器；所述水平绝对值编码器和所述俯仰绝对值编码器通过一路RS485接口和所述所述嵌入式控制器连接；
所述水平绝对值编码器和所述俯仰绝对值编码器分别安装于方位角和俯仰角方向的回转式减速机蜗杆的末端。
进一步地，所述定日镜控制装置还包括用于生成时间信号的实时时钟芯片，所述实时时钟芯片和所述嵌入式控制器连接，并且所述实时时钟芯片的供电端和电池连接。
进一步地，所述气象传感器包括风速风向一体式传感器、辐照传感器，用于实时获取风速、风向、辐照参数。
进一步地，所述定日镜控制装置还包括数据储存单元和看门狗电路；所述数据储存单元和所述看门狗电路均和所述嵌入式控制器连接。
本实用新型的有益技术效果：
本实用新型提供的所述定日镜控制装置是基于嵌入式控制器实现的，内部集成了步进电机驱动电路，解决了一套控制箱控制一台定日镜外围电路复杂、成本高、控制精度低的问题，节省了专用的步进电机驱动器，并且还包括RS485接口和以太网接口不仅对外连接简单还可大大降低成本；采用绝对值编码器代替增量型传感器，显著提升了追踪和控制精度。
附图说明
图1为本实用新型实施例中一种塔式太阳能发电站定日镜控制装置结构示意图；
图2为本实用新型实施例中RS485接口总线连接图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
相反，本实用新型涵盖任何由权利要求定义的在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本实用新型有更好的了解，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。
针对现有技术中塔式太阳能控制箱成本高、可靠性低、追踪精度低的问题，本实用新型提供一种塔式太阳能发电站定日镜控制装置实施例。为了降低系统的成本和提高定位精度，本实施例中所述所述定日镜控制装置内部集成了步进电机驱动电路，同时采用绝对值编码器来精准的获取位置，整套系统驱动定日镜来最大限度地采集太阳释放的能量，实现热能与电能之间的高效转换。
如图1所示，本发明实施例提供一种塔式太阳能发电站定日镜控制装置，所述定日镜控制装置安装在定日镜立柱上；包括：嵌入式控制器、步进电机、用于检测定日镜转动角度的绝对值编码器、气象传感器；
所述嵌入式控制器包括两路RS485接口、两路以太网接口以及用于获取定日镜安装地精确经纬度、海拔、时区和时间信息的GPS模块；
所述步进电机直接和所述嵌入式控制器连接，且所述步进电机和减速机连接并通过所述减速机驱动定日镜跟随太阳转动；
所述绝对值编码器通过一路RS485接口和所述嵌入式控制器连接，所述气象传感器通过另一路RS485接口和所述嵌入式控制器连接；如图2所示，为本实用新型实施例中RS485接口总线连接图。其中绝对值编码器1和绝对值编码器2连接到嵌入式控制器的RS485接口1；风速风向传感器和辐照传感器连接到嵌入式控制器的RS485接口2；实现了传感器远距离、多节点的连接，即可节省大量的布线，又可实现信号的高可靠数字化传输。
所述两路以太网接口为冗余设置，所述嵌入式控制器通过以太网接口和远程监控PC保持数据通讯连接。其中，两路以太网接口的冗余设置能够保障在出现故障时可以自动旁路，不影响其他节点使用，方便与监控PC连接通信或者进行组网群控。
在塔式太阳能发电系统中，定日镜由立柱和减速器进行支撑，用于驱动定日镜的驱动电机通常设置在立柱处。在本实施例中，作为驱动机构的动力源——步进电机通过减速机驱动定日镜实现水平方位和俯仰方位运转，跟踪太阳的运行角度。
具体地，所述嵌入式控制器通过GPS模块获取的定日镜安装所在地的精确经纬度、海拔、时区和时间信息通过以太网传输给远程监控PC，远程监控PC运行太阳位置算法，计算获得太阳的运行角度，并将定日镜在水平和俯仰角度要追踪的目标角度发送给嵌入式控制器，嵌入式控制器通过步进电机、减速机驱动定日镜跟随太阳转动。优选地，其中，减速机可以采用双轴回转支撑减速机或双轴齿轮箱式减速机。需要特别说明的是：本实施例中所采用的监控PC的太阳位置算法为常规算法，本领域技术人员完全可以实现，本实用新型并不涉及对该算法的改进。并且本实用新型所保护的发明点并非是监控PC计算太阳位置算法，而是采用以太网将监控PC计算获得的太阳运行角度传送给嵌入式控制器后在通过步进电机、减速机对定日镜的转动进行控制。
在本实施例中，所述嵌入式控制器采用基于Cortex-M3架构的32bit微控制器，型号为MB9BF618S。MB9BF618S嵌入式控制器的工作温度为-40℃～85℃，能够满足定日镜工作现场的恶劣环境，环境适应性强。
在本实施例中，所述嵌入式控制器内集成了步进电机驱动电路，所述步进电机驱动电路采用TB6560型步进电机驱动芯片。日本东芝公司生产的TB6560型步进电机驱动芯片具有优良的驱动特性，极低的发热，驱动电流最大可达3.0A。相对于现有技术中将步进电机配置专用的步进驱动器，成本较高的问题，本发明通过在嵌入式控制器内集成步进电机驱动电路能够降低成本，提高可靠性。
所述步进电机驱动电路用于驱动两路步进电机，两路步进电机通过减速机分别驱动定日镜在水平和俯仰角度跟随太阳转动。
为了达到节约能源的设计目的，本实施例中，嵌入式控制器采用断续追踪的控制策略，即嵌入式控制器并不是控制定日镜实时追踪太阳的运行角度，而是在检测到定日镜与太阳之间的角度偏差大于设定阈值后(譬如阈值为2mrad)，再控制驱动机构运行，驱动定日镜追踪太阳的运行位置。
在本实施例中，所述绝对值编码器包括用于检测定日镜转动角度的水平绝对值编码器和俯仰绝对值编码器；所述水平绝对值编码器和所述俯仰绝对值编码器均通过一路RS485接口和所述所述嵌入式控制器连接；所述水平绝对值编码器和所述俯仰绝对值编码器分别安装于方位角和俯仰角方向的回转式减速机蜗杆的末端。绝对值编码器将实时检测获得的定日镜的转动角度反馈至嵌入式控制器，进而能够构成角度闭环控制回路实现对定日镜转动角度的调节、校正。其中，所述水平绝对值编码器和所述俯仰绝对值编码器能够精确获取定日镜双轴角度信息，以保证定日镜跟踪的精度，提高单台定日镜的发电效率。
在本实施例中，所述定日镜控制装置还包括用于生成时间信号的RTC实时时钟芯片，具体可以采用晶振内置的高精度温补RTC芯片RX8025T，所述实时时钟芯片和所述嵌入式控制器连接，并且所述实时时钟芯片的供电端和电池连接。
所述定日镜控制装置还包括电源模块，电源模块中的电池用于为RTC实时时钟芯片进行备份供电，保证系统基准时钟的准确性；并且电源模块能够用于为定日镜控制装置中其他需要供电的模块提供电源供应。
在本实施例中，所述气象传感器包括风速风向一体式传感器、辐照传感器，用于实时获取风速、风向、辐照度参数。气象传感器将获取的气象参数传输给所述嵌入式控制器；当风力较大且超过定日镜支架的承载能力时，控制器发出控制信号，以使定日镜以最快的速度旋转到避险位置；避险位置根据风向的不同，也会略有不同。如果太阳辐照强度不满足跟踪要求，则会停止跟踪，以节省电能。
在本实施例中，所述定日镜控制装置还包括数据储存单元和看门狗电路；所述数据储存单元和所述看门狗电路均和所述嵌入式控制器连接。所述数据储存单元设置有FLASH和F-RAM存储器；用于存储控制器在每个阶段的运行数据。所述看门狗电路用于防止控制器因意外干扰进入进入死循环而导致死机，确保控制器正常运行。
在本实施例中，嵌入式控制器的所有电子元器件均选用工业级宽温度设计，工作温度为：-40℃-85℃，能够满足定日镜工作现场的恶劣环境，可靠性强。
当然，上述说明并非是对本实施例的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种塔式太阳能发电站定日镜控制装置，其特征在于，所述定日镜控制装置安装在定日镜立柱上；包括：嵌入式控制器、步进电机、用于检测定日镜转动角度的绝对值编码器、气象传感器；
所述嵌入式控制器包括两路RS485接口、两路以太网接口以及用于获取定日镜安装地精确经纬度、海拔、时区和时间信息的GPS模块；
所述步进电机直接和所述嵌入式控制器连接，且所述步进电机和减速机连接并通过所述减速机驱动定日镜跟随太阳转动；
所述绝对值编码器通过一路RS485接口和所述嵌入式控制器连接，所述气象传感器通过另一路RS485接口和所述嵌入式控制器连接；
所述两路以太网接口为冗余设置，所述嵌入式控制器通过以太网接口和远程监控PC保持数据通讯连接。
2.根据权利要求1所述一种塔式太阳能发电站定日镜控制装置，其特征在于，所述嵌入式控制器采用基于Cortex-M3架构的32bit微控制器，型号为MB9BF618S；所述嵌入式控制器按照工作温度为-40℃-85℃的工业级宽温设计。
3.根据权利要求1或2所述一种塔式太阳能发电站定日镜控制装置，其特征在于，所述嵌入式控制器内集成了步进电机驱动电路，所述步进电机驱动电路采用TB6560型步进电机驱动芯片；
所述步进电机驱动电路用于驱动两路步进电机，两路步进电机通过减速机分别驱动定日镜在水平和俯仰角度跟随太阳转动。
4.根据权利要求1所述一种塔式太阳能发电站定日镜控制装置，其特征在于，所述绝对值编码器包括用于检测定日镜转动角度的水平绝对值编码器和俯仰绝对值编码器；所述水平绝对值编码器和所述俯仰绝对值编码器通过一路RS485接口和所述嵌入式控制器连接；
所述水平绝对值编码器和所述俯仰绝对值编码器分别安装于方位角和俯仰角方向的回转式减速机蜗杆的末端。
5.根据权利要求1所述一种塔式太阳能发电站定日镜控制装置，其特征在于，所述定日镜控制装置还包括用于生成时间信号的实时时钟芯片，所述实时时钟芯片和所述嵌入式控制器连接，并且所述实时时钟芯片的供电端和电池连接。
6.根据权利要求1所述一种塔式太阳能发电站定日镜控制装置，其特征在于，所述气象传感器包括风速风向一体式传感器、辐照传感器，用于实时获取风速、风向、辐照参数。
7.根据权利要求1所述一种塔式太阳能发电站定日镜控制装置，其特征在于，所述定日镜控制装置还包括数据储存单元和看门狗电路；所述数据储存单元和所述看门狗电路均和所述嵌入式控制器连接。
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