本发明专利技术一种基于多层架构的塔式太阳能集热定日镜场控制系统，从上至下由三个控制层级构成：镜场级调度与控制层、定日镜子群控制层和跟踪太阳装置层；镜场级调度与控制层由镜场控制机、气象监测装置、现场观测装置、通信接口、光斑校验装置五部分组成；定日镜子群控制层由采用了双机备份的冗余技术的控制器构成，该控制器兼有底层定日镜功能；跟踪太阳装置层由开环控制和开闭环混合控制的底层定日镜组成。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及塔式太阳能集热系统、工业自动化控制领域，特别是一种基于多层架构的塔式太阳能集热定日镜场控制系统。
技术介绍
随着市场对清洁能源的需求量不断增加，太阳能热发电领域出现了大量以跟踪太阳运行轨迹为主的跟踪太阳装置。其中，塔式太阳能集热系统在跟踪复杂程度和精度要求方面都高于槽式系统和蝶式等其他系统。且塔式太阳能集热系统已经充分体现了其优越的 经济与技术发展前景，对于促进可再生能源的发展意义重大。塔式太阳能集热系统技术与装备正处于市场化、产业化的前期。其现阶段技术的主攻方向将是提高系统的性能、降低系统的成本，使其能够大批量的生产并参与激烈的市场竞争。现有技术中存在的问题I、现有技术中还没有对大、小光斑组合定日镜场实施调控的系统；2、现阶段定日镜控制器通常使用价格昂贵且具有通用功能的底层控制单元及装置，多数是定日镜控制过程不需要的功能，造成了资源的浪费，不适用于工业生产及市场竞争;3、定日镜场中的定日镜子群控制器性能较高，尚有开发利用的空间。现有技术中只令其作为专门的子群控制器，造成了资源的浪费；4、现有基于光敏传感器的开闭环混合控制定日镜装置由于其光敏传感器所指向的方向不能实时调节，无法将镜场的一些光斑投射到集热器的不同位置来实现对集热器表面温度场的调度与控制。
技术实现思路
为了实现塔式太阳能集热系统技术与装备在低成本/高性能产业化市场化发展阶段的要求，解决上述现有技术中的问题，本专利技术提供了一种基于多层架构的塔式太阳能集热定日镜场控制系统。本专利技术按照下述方案实现一种基于多层架构的塔式太阳能集热定日镜场控制系统，从上至下由三个控制层级构成镜场级调度与控制层、定日镜子群控制层和跟踪太阳装置层；镜场级调度与控制层由镜场控制机、气象监测装置、现场观测装置、通信接口、光斑校验装置五部分组成；定日镜子群控制层由采用了双机备份的冗余技术的控制器构成，该控制器兼有底层定日镜功能；跟踪太阳装置层由开环控制和开闭环混合控制的底层定日镜组成；所述镜场级调度与控制层与其它两层所属控制装置有以下关联(I)计算镜场所处地理位置、观测太阳运行轨迹相关数据并发至各定日镜子群；(2)向各定日镜子群控制装置发出指令并接收其反馈的相关信息；(3)接收塔式集热系统控制平台的指令并反馈相关信息；(4)根据时段、光热转换系统温度场变化等需求，确定执行光斑投射、散焦等任务的相关定日镜子群、定日镜以及极端气候的镜场处理措施，并将指令发至相关定日镜子群控制装置；(5)通过定日镜子群控制装置逐一完成定日镜的机械损伤误差校准工作；(6)监测镜场的运行状态并向塔式集热系统控制平台上报相关数据；所述定日镜子群级控制层包含至少两台兼有定日镜底子群控制功能和自动跟踪太阳运行功能的控制器，一台发生故障时，自动切换到另一台控制器。所述跟踪太阳装置层的开环控制装置是包含通信接口电路、扩展存储单元、手动控制按键电路、看门狗电路、掉电检测电路、实时时钟电路和报警信号接收电路的控制芯片，控制芯片内置计算、控制定日镜方位角和高度角电机转动的程序，外部监控计算机通过通信接口向该控制芯片发送控制指令及数据，控制芯片接收到监控计算机发送的控制指令后，进行分析处理，然后控制高度角和方位角电机转动，进而控制定日镜按照指定的方式运动；高度角电机和方位角电机通过各自的编码器把自身转过的角度值反馈至控制芯片，控制芯片存储电机反馈的角度值并据此计算出定日镜的当前角度值，然后将定日镜的当前角度值反馈至监控计算机；所述跟踪太阳装置层的开闭环定日镜包括反光镜(7)、立柱(I)、反光镜方位角和高度角驱动机构(3)、(4)、定日镜控制器(2)、光敏传感器及其支杆(8)、光敏传感器角度调整机构(5)，小反光镜(6)，定日镜立柱(I)树立于地面，定日镜方位角角调整机构(3)和高度角调整机构⑷安装在定日镜立柱⑴顶端，反光镜(7)中心留有小孔，小反光镜(6)镜面面向光敏传感器(10)，带有弧形的光敏传感器支杆(8)穿过反光镜(7)中心的小孔，与光敏传感器角度调整机构(5)连接，定日镜控制器(2)固定在定日镜立柱(I)侧面，内置控制程序。与现有技术相比，本专利技术所述定日镜场调度方法及装置更合理，并且很好的平衡了定日镜场的生产效率与生产成本之间的关系。本专利技术能够降低生产成本，防止通讯过程中的通讯阻塞问题，实现高精度自动跟踪太阳运行轨迹，提高镜场工作效率。当定日镜的投射光斑较小且不能全部覆盖集热器的所有区域时，本专利技术可以调节光敏传感器调动定日镜将反射光斑打在接收器需要加热的指定位置，灵活调度与控制集热器表面温度场，从而使定日镜装置更加灵活。本专利技术控制精度高，控制器反应速度快；本专利技术成本低，适应太阳能大功率集热系统市场化、产业化的需求。附图说明图I为定日镜场级调度与控制层装置图；图中8_定日镜场顶层控制调度装置；I-主机；2_气象监测器；3_主机通信接口 ；4_红外摄像机、5-高精度摄像机；6_反射光斑的接收靶；7_反射光斑目标靶；9_定日镜场顶层控制调度装置与塔式集热系统控制平台之间的信息交换；10-定日镜场顶层(总体)控制调度装置与定日镜子群之间的信息交换。图2为兼有定日镜控制功能的冗余型定日镜子群控制装置工作示意图；图中2-1.数据清单及控制指令；2-2.兼有定日镜控制功能的子群控制装置；2-3.入射太阳光；2-4.备用的兼有定日镜控制功能的子群控制装置；2-5.定日镜子群；2-6.集热器；2-7.反射太阳光。图3是本专利技术开闭环混合控制定日镜结构及工作示意图；图中3-1.定日镜立柱；3-2.定日镜控制器；3-3.定日镜方位角调整机构；3-4.定日镜高度角调整机构；3-5.光敏传感器角度调整机构；3-6.小反光镜；3-7.定日镜反光镜；3-8.光敏传感器支杆；3-9.定日镜入射光线；3-10.光敏传感器；3-11.定日镜反射光线；3-12.定日镜反射光线接收靶(本实施例的靶面被划分为A BCDEFGH I九部分，实际应用中可根据需要将靶面任意划分)；3-13.塔式太阳能集热系统监控机；图4为所述开闭环混合控制定日镜工作流程示意图；图5为本专利技术开环定日镜控制器的结构示意框图； 图6为本专利技术开环定日镜控制器控制原理示意图；图7为专利技术开环定日镜控制器单片机复位及时钟电路模块电路原理图8为专利技术开环定日镜控制器单片机电源模块电路原理图；图9为专利技术开环定日镜控制器串口通讯模块电路原理图；图10专利技术开环定日镜控制器为掉电保护模块电路原理图；图11专利技术开环定日镜控制器为限位开关模块电路原理图；图12专利技术开环定日镜控制器为实时时钟模块电路原理图；图13专利技术开环定日镜控制器为伺服控制输出模块电路原理图；图14专利技术开环定日镜控制器为手动控制模块电路原理图。具体实施例方式场级调度与控制装置如图I所示，定日镜场控制调度装置(8)包括主机(I)、气象监测器(2)、主机通信接口(3)、红外摄像机(4)、高精度摄像机(5)。主机(I)功能为接收塔式集热系统控制平台的指令并反馈相关信息；向各定日镜子群控制装置发出指令并接收其反馈的相关信息；计算镜场所处地理位置观测太阳运行轨迹相关数据并发至各定日镜子群；根据时段、光热转换系统温度场变化等需求，确定执行光斑投射、散焦等任务的相关定日镜子群及定日镜以及极端气候的镜场处理措施，并将指令发至相关本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于多层架构的塔式太阳能集热定日镜场控制系统，从上至下由三个控制层级构成：镜场级调度与控制层、定日镜子群控制层和跟踪太阳装置层；镜场级调度与控制层由镜场控制机、气象监测装置、现场观测装置、通信接口、光斑校验装置五部分组成；定日镜子群控制层由采用了双机备份的冗余技术的控制器构成，该控制器兼有底层定日镜功能；跟踪太阳装置层由开环控制和开闭环混合控制的底层定日镜组成。
【技术特征摘要】
1.一种基于多层架构的塔式太阳能集热定日镜场控制系统，从上至下由三个控制层级构成镜场级调度与控制层、定日镜子群控制层和跟踪太阳装置层；镜场级调度与控制层由镜场控制机、气象监测装置、现场观测装置、通信接口、光斑校验装置五部分组成；定日镜子群控制层由采用了双机备份的冗余技术的控制器构成，该控制器兼有底层定日镜功能；跟踪太阳装置层由开环控制和开闭环混合控制的底层定日镜组成。2.如权利要求I所述的控制系统，其特征在于镜场级调度与控制层由主机(2-1)、气象监测器(2-2)、主机通信接口(2-3)、红外摄像机(2-4)、高精度摄像机(2-5)、反射光斑的接收靶(2-6)、反射光斑目标靶(2-7)组成，主机(2-1)内置程序，主要完成以下任务 (1)计算镜场所处地理位置、观测太阳运行轨迹相关数据并发至各定日镜子群； (2)向各定日镜子群控制装置发出指令并接收其反馈的相关信息； (3)接收塔式集热系统控制平台的指令并反馈相关信息； (4)根据时段、光热转换系统温度场变化等需求，确定执行光斑投射、散焦等任务的相关定日镜子群及定日镜以及极端气候的镜场处理措施，并将指令发至相关定日镜子群控制装置； (5)通过定日镜子群控制装置逐一完成定日镜的机械损伤误差校准工作。3.如权利要求I所述的控制系统，其特征在于定日镜子群级控制层包含至少两台兼有定日镜底子群控制功能和自动跟踪太阳运行功能的控制器，一台发生故障时，自动切换到另一台控制器。4....
【专利技术属性】
技术研发人员：王涛明，王泽华，牛震宇，刘晓光，汪腾飞，马贵鹏，周永福，姚成生，冷贯南，陆栋，锁兴亚，
申请(专利权)人：宁夏光合能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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