专利名称：一种定日镜控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能热发电领域，特别涉及一种用于塔式热发电技术的低成本的定日镜控制系统。
背景技术：
太阳能光热发电技术(英文名Concentrating Solar Power,简称CSP)利用聚光器将太阳辐射能量反射到集热器上，集热器将太阳辐射能转换成热能，并通过热力循环过程进行发电。作为太阳能大规模发电的重要方式，太阳能光热发电具有一系列明显优点。首先，其全生命周期的碳排放量非常低，根据国外研究仅有18g/kWh。其次，该技术在现有太阳能发电技术中成本最低，更易于迅速实现大规模产业化。最后，太阳能光热发电还具有非常强的与现有火电站及电网系统的相容性优势。太阳能光热发电技术主要有以下四种:槽式聚光热发电、塔式聚光热发电、碟式聚光热发电和菲涅尔式聚光热发电。塔式光热发电技术使用多面定日镜将吸收到的太阳光集中聚焦到吸热塔上的集热器，对传热工作介质加热进而发电。相比上述其他三种光热发电技术，塔式光热发电不需要长距离管道传输系统，热能损失减小，系统效率高，同时便于储存热量。塔式的工作介质可用空气、水或水蒸气以及熔盐等。定日镜是塔式光热发电系统的重要组成部分，它至少包括支架、传动部分、控制部分和反射镜。为使太阳辐射能量集中于集热器的中心点，要求定日镜具备高反射率和高定日精度，并可在如沙漠、戈壁等复杂地理环境和酷热、严寒、大风等恶劣气候条件下工作。目前，在建或已建成的大规模塔式光热电站通常采用传统的大尺寸定日镜方案，每台定日镜的镜面面积可达100平方米以上。例如，建于西班牙塞维利亚的PS20太阳能电站，发电能力为20MW，使用了 1255面定日镜，每台定日镜镜面面积为120平方米。如此大尺寸的定日镜存在聚光效率较低、设计和生产工艺复杂、生产成本较高、安装和维护工作难度很大以及防风能力较差等缺点和不足，不利于降低塔式光热电站的投入成本。使用镜面面积为10平米左右的小尺寸定日镜能够非常明显地解决大尺寸定日镜的上述问题，显著地降低定日镜装置成本，但小尺寸定日镜方案会使得定日镜数量10倍以上地增加，相应地，由于每台定日镜都配置一台定日镜控制器，也会同等倍数地增加定日镜控制器的数量，从而增加了定日镜控制系统的成本和复杂度，在一定程度上抵消了使用小尺寸定日镜方案带来的好处。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的定日镜控制系统结构复杂，成本高的缺陷，从而提供一种成本低廉，性能可靠的定日镜控制系统。为了实现上述目的，本发明提供了一种定日镜控制系统，包括定日镜装置1、分控制器2、主控制器3以及上位机4;其中，
所述的定日镜装置I有多个，每一个定日镜装置I配备有一个独立的分控制器2，所述的主控制器3至少有一个，每一个主控制器3能够控制多个分控制器2 ;所述的上位机4与所述的主控制器3相连；所述的上位机4生成控制命令并将所述控制命令发送到所述的主控制器3 ；所述的主控制器3根据控制命令生成控制指令，并将所述控制指令发送到所述的分控制器2 ；所述的分控制器2根据所述控制指令对所述定日镜装置I进行驱动控制与跟踪。上述技术方案中，还包括用于记录定日镜的数据信息的数据库模块5，所述数据库模块5连接到所述的上位机4。上述技术方案中，所述的定日镜装置I包括定日镜支架8、定日镜镜面6、定日镜驱动装置7;其中，所述的定日镜镜面6以一定的倾斜角度安装在所述的定日镜支架8上，所述的定日镜支架8固定安装在地面上；在所述定日镜支架8上安装有所述的定日镜驱动装置7。上述技术方案中，所述的定日镜驱动装置7包括水平电机11、俯仰电机13、水平限位开关9、俯仰限位开关10、水平旋转编码器14和俯仰旋转编码器15 ;所述的水平电机11用于驱动定日镜在水平方向转动；所述的俯仰电机13用于驱动定日镜在俯仰方向转动；所述的水平限位开关9用于定日镜水平转动的行程控制和限位保护；所述的俯仰限位开关10用于定日镜俯仰转动的行程控制和限位保护；所述的水平旋转编码器14用于测量定日镜水平转动的方向和转速；所述的俯仰旋转编码器15用于测量定日镜俯仰转动的方向和转速。上述技术方案中，所述的分控制器2包括分控单元12，所述分控单元12直接控制所述定日镜驱动装置7中的水平电机11、俯仰电机13、水平限位开关9、俯仰限位开关10、水平旋转编码器14和俯仰旋转编码器15，向这些装置下发命令，并接收它们的上传信号。上述技术方案中，所述主控制器3包括跟踪参数计算模块17、控制模块18、上位通信模块19以及定日镜通信模块20 ;其中，所述的跟踪参数计算模块17用于根据太阳位置的天文公式，代入当前的地理参数和位置参数，计算出所控制的定日镜装置I跟踪太阳所需要的水平和俯仰双轴驱动参数；所述的控制模块18用于根据所述跟踪参数计算模块17的计算结果和所述上位机4所发出的控制命令，为所控制的定日镜装置I生成控制指令，将所生成的控制指令发送到对应的分控制器2，由所述分控制器2实现对定日镜装置I的驱动和跟踪；所述的上位通信模块19用于实现所述主控制器3与上位机4之间的网络通信；所述的定日镜通信模块20用于实现所述主控制器3与多台分控制器2之间的串口通信。上述技术方案中，所述主控制器3还包括就地控制模块16，所述的就地控制模块16用于对某一台定日镜装置I进行手动控制。上述技术方案中，一个主控制器3控制10-20个分控制器2。上述技术方案中，所述的主控制器3采用DSP芯片实现。上述技术方案中，所述的分控制器2采用单片机实现。本发明的优点在于:本发明显著减少了定日镜控制器数量，从而极大地降低了塔式光热电站投入成本。
图1是所述的定日镜控制系统在一个实施例中的结构示意图；图2是定日镜装置在一个实施例中的结构示意图；图3是一个实施例中的定日镜驱动装置和定日镜分控制器结构示意图；图4是一个实施例中的用于控制多台定日镜装置的主控制器结构示意图；图5是一个实施例中的在主控器上对定日镜进行就地控制的流程图；图6是一个实施例中的通过上位机对定日镜进行控制的流程图。图面说明I定日镜装置2分控制器 3主控制器4上位机5数据库模块 6定日镜镜面7定日镜驱动装置 8定日镜支架 9水平限位开关10俯仰限位开关 11水平电机 12分控单元13俯仰电机14水平旋转编码器 15俯仰旋转编码器16就地控制模块 17跟踪参数计算模块 18控制模块19上位通信模块 20定日镜通信模块
具体实施例方式现结合附图对本发明作进一步的描述。参考图1，本发明的定日镜控制系统包括定日镜装置1、分控制器2、主控制器3、上位机4以及数据库模块5。其中，所述的定日镜装置I有多个，每一个定日镜装置I配备有一个独立的分控制器2，所述的主控制器3至少有一个，每一个主控制器3能够控制多个分控制器2 ;所述的上位机4与所述的主控制器3相连，用户能够通过所述的上位机4对所述的主控制器3进行管理和控制；所述的数据库模块5与所述上位机4相连，该模块中存储有与定日镜有关的数据信息。下面对定日镜控制系统中的各个部分做进一步的说明。如图2所示，所述的定日镜装置I包括定日镜支架8、定日镜镜面6、定日镜驱动装置7，其中，所述的定日镜镜面6以一定的倾斜角度安装在所述的定日镜支架8上，所述的定日镜支架8固定安装在地面上。在所述定日镜支架8的头部，安装有所述的定日镜驱动装置7。所述的定日镜驱动装置7可以有多种不同的实现方式。在一个实施例中，如图3所示，所述的定日镜驱动装置7包括水平电机11、俯仰电机13、水平限位开关9、俯仰限位开关10、水平旋转编码器14和俯仰旋转编码器15 ;所述的水平电机11用于驱动定日镜在水平方向转动；所述的俯仰电机13用于驱动定日镜在俯仰方向转动，同时使用水平电机11和俯仰电机13使定日镜能以双轴方式精确地跟踪太阳；所述的水平限位开关9是一种接近开关，用于定日镜水平转动的行程控制和限位保护；所述的俯仰限位开关10用于定日镜俯仰转动的行程控制和限位保 护；所述的水平旋转编码器14用于测量定日镜水平转动的方向和转速；所述的俯仰旋转编码器15用于测量定日镜俯仰转动的方向和转速。参考图3，所述的分控制器2用于对定日镜驱动装置7进行驱动控制，并转发定日镜驱动装置7所返回的反馈信号。具体的说，所述分控制器2中的分控单元12能够直接控制定日镜驱动装置7中的水平电机11、俯仰电机13、水平限位开关9、俯仰限位开关10、水平旋转编码器14和俯仰旋转编码器15，给上述装置下发命令，并接收它们的上传信号。在本实施例中，如图2所示，所述分控制器2直接安装在所述定日镜装置I上，但在其他实施例中，所述分控制器2也可安装在定日镜装置I外的其他位置。所述分控制器2可采用单片机实现。所述的主控制器3用于向分控制器2下达控制命令，从所述分控制器2接收定日镜装置I的状态信息，并能从所述上位机4接收控制命令，向所述上位机4发送定日镜装置I的状态信息。一个主控制器3控制多个分控制器2，一个主控制器3所控制的分控制器2的数目一般在10-20之间，在其他实施例中，一个主控制器3所能控制的分控制器2的数目也可根据实际需要确定。所述主控制器3能够在DSP芯片上实现。如图4所示，所述主控制器3包括就地控制模块16、跟踪参数计算模块17、控制模块18、上位通信模块19以及定日镜通信模块20。其中，所述的就地控制模块16用于对某一台定日镜装置I进行手动控制；所述的跟踪参数计算模块17用于根据已有的太阳位置的天文公式，代入当前的地理参数和位置参数，来计算出所控制的定日镜装置I跟踪太阳所需要的水平和俯仰双轴驱动参数；所述的控制模块18用于根据跟踪参数计算模块的计算结果和上位机4所发出的控制命令，为所控制的定日镜装置I生成具体的控制指令，将所生成的控制指令发送到对应的分控制器2，由所述分控制器2实现对定日镜装置I的驱动和跟踪；所述的上位通信模块19用于实现所述主控制器3与上位机4之间的网络通信；所述的定日镜通信模块20用于实现所述主控制器3与多台分控制器2之间的串口通信。在其他实施例中，主控制器3可不含就地控制模块16，这虽然减少了 一种对定日镜进行控制的方式，但能够进一步降低成本。如图5所示，用户通过所述就地控制模块对定日镜做手动控制时，用户打开就地控制模块中的就地控制开关，主控制器3进入就地控制模式；用户在就地控制模块中通过输入定日镜号来选择要控制的定日镜，然后用户对所选定的定日镜做手动控制。例如，用户以手动方式指定定日镜进行水平顺时针方向转动；控制模块根据该命令生成水平顺转的控制指令并发送给分控制器2，分控制器2再将该水平顺转控制指令发送给定日镜，定日镜按命令进行做水平顺转运动。所述上位机4向用户提供了一个接口，用户通过上位机4能够对所有的主控制器3进行控制和管理，进而实现对所有定日镜装置I的控制和管理。用户通过上位机4所实现的控制和管理，可以是自动实现，也可以是手动操作。如图6所示，用户在上位机4中选择要控制的定日镜，打开手动控制开关，进行手动操作，上位机4根据手动操作生成相应的控制指令，该控制指令经由主控制3、分控制器2发送到定日镜装置1，实现对定日镜装置I的操作。通过在所述上位机4中设置相应的控制程序，所述上位机4也能实现对定日镜装置I的自动控制。所述的数据库模块5用于记录和存储一定时间段内定日镜的各种数据信息，包括各种传感器数据，工作状态和操作记录等。这些数据信息可为管理塔式光热发电系统提供帮助。在其他实施例中，本发明的定日镜控制系统可不包含数据库模块5，这将有助于降低成本。
从以上说明可以看出，由于本发明将控制器分为主控制器与分控制器，所述分控制器只需要完成基本的控制功能，可以采用成本低廉的单片机实现，而一个采用诸如DSP芯片实现的主控制器可以同时控制多达十台到二十台的定日镜，显著减少了定日镜控制器数量，从而极大地降低了塔式光热电站投入成本。此外，本发明的定日镜控制系统既可以对定日镜做自动控制，也可由用户手动控制，控制方式灵活多样，整个系统的可靠性大大增加。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种定日镜控制系统，其特征在于，包括定日镜装置(I)、分控制器(2)、主控制器(3)以及上位机(4);其中， 所述的定日镜装置(I)有多个，每一个定日镜装置(I)配备有一个独立的分控制器(2)，所述的主控制器(3)至少有一个，每一个主控制器(3)能够控制多个分控制器⑵；所述的上位机(4)与所述的主控制器(3)相连； 所述的上位机(4)生成控制命令并将所述控制命令发送到所述的主控制器(3)； 所述的主控制器(3)根据控制命令生成控制指令，并将所述控制指令发送到所述的分控制器⑵； 所述的分控制器(2)根据所述控制指令对所述定日镜装置(I)进行驱动控制与跟踪。
2.根据权利要求1所述的定日镜控制系统，其特征在于，还包括用于记录定日镜的数据信息的数据库模块(5)，所述数据库模块(5)连接到所述的上位机(4)。
3.根据权利要求1或2所述的定日镜控制系统，其特征在于，所述的定日镜装置(I)包括定日镜支架(8)、定日镜镜面(6)、定日镜驱动装置(7);其中，所述的定日镜镜面(6)以一定的倾斜角度安装在所述的定日镜支架(8)上，所述的定日镜支架(8)固定安装在地面上；在所述定日镜支架(8)上安装有所述的定日镜驱动装置(7)。
4.根据权利要求3所述的 定日镜控制系统，其特征在于，所述的定日镜驱动装置(7)包括水平电机(11)、俯仰电机(13)、水平限位开关(9)、俯仰限位开关(10)、水平旋转编码器(14)和俯仰旋转编码器(15);所述的水平电机(11)用于驱动定日镜在水平方向转动；所述的俯仰电机(13)用于驱动定日镜在俯仰方向转动；所述的水平限位开关(9)用于定日镜水平转动的行程控制和限位保护；所述的俯仰限位开关(10)用于定日镜俯仰转动的行程控制和限位保护；所述的水平旋转编码器(14)用于测量定日镜水平转动的方向和转速；所述的俯仰旋转编码器(15)用于测量定日镜俯仰转动的方向和转速。
5.根据权利要求3所述的定日镜控制系统，其特征在于，所述的分控制器(2)包括分控单元(12)，所述分控单元(12)直接控制所述定日镜驱动装置(7)中的水平电机(11)、俯仰电机(13)、水平限位开关(9)、俯仰限位开关(10)、水平旋转编码器(14)和俯仰旋转编码器(15)，向这些装置下发命令，并接收它们的上传信号。
6.根据权利要求1或2所述的定日镜控制系统，其特征在于，所述主控制器(3)包括跟踪参数计算模块(17)、控制模块(18)、上位通信模块(19)以及定日镜通信模块(20);其中，所述的跟踪参数计算模块(17)用于根据太阳位置的天文公式，代入当前的地理参数和位置参数，计算出所控制的定日镜装置(I)跟踪太阳所需要的水平和俯仰双轴驱动参数；所述的控制模块(18)用于根据所述跟踪参数计算模块(17)的计算结果和所述上位机(4)所发出的控制命令，为所控制的定日镜装置(I)生成控制指令，将所生成的控制指令发送到对应的分控制器⑵，由所述分控制器⑵实现对定日镜装置⑴的驱动和跟踪；所述的上位通信模块(19)用于实现所述主控制器(3)与上位机(4)之间的网络通信；所述的定日镜通信模块(20)用于实现所述主控制器(3)与多台分控制器(2)之间的串口通信。
7.根据权利要求6所述的定日镜控制系统，其特征在于，所述主控制器(3)还包括就地控制模块(16)，所述的就地控制模块(16)用于对某一台定日镜装置(I)进行手动控制。
8.根据权利要求1或2所述的定日镜控制系统，其特征在于，一个主控制器(3)控制10-20个分控制器(2)。
9.根据权利要求1或2所述的定日镜控制系统，其特征在于，所述的主控制器(3)采用DSP芯片实现。
10.根据权 利要求1或2所述的定日镜控制系统，其特征在于，所述的分控制器(2)采用单片机实现。
全文摘要
本发明涉及一种定日镜控制系统，包括定日镜装置、分控制器、主控制器以及上位机；其中，定日镜装置有多个，每一个定日镜装置配备有一个独立的分控制器，主控制器至少有一个，每一个主控制器能够控制多个分控制器；上位机与主控制器相连；上位机生成控制命令并将控制命令发送到主控制器；主控制器根据控制命令生成控制指令，并将控制指令发送到分控制器；分控制器根据控制指令对定日镜装置进行驱动控制与跟踪。本发明显著减少了定日镜控制器数量，从而极大地降低了塔式光热电站投入成本。
文档编号G05B19/418GK103092157SQ20121059002
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者姚志豪, 罗田唯 申请人:首航节能光热技术股份有限公司