Устройство управления гелиостатом Советский патент 1987 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к гелиотехнике и может найти широкое приме- нение в солнечных энергетических установках, солнечных металлургических печах, и т.д.

Целью изобретения является повьше-i ние быстродействия и увеличение срока безотказной работы устройства.

На фиг. 1 приведена блок-схема ус- ;Тройства в составе системы управления; на фиг. 2 - принципиальная схема оптической части солнечного датчика; на фиг. 3 - принципиальная схема электрической части солнечного , датчика; на фиг, 4 - конструктивное вьтолнение гелиостата; на фиг. 5 кинематическая схема редуктора, .

единяющего солнечный датчик и гелиостат; на фиг. 6 - диаграммы положений солнечного датчика и гелиостата в зависимости от положения Солнца; на фиг. 7 - принципиальные электрические схемы блока контактных колец фазного ротора двигателя, блока секционных резисторов и блока реле; на фиг. 8 - принципиальная электрическая схема формирователя импульсов; на фиг. 9 - циклограмма работы формирователя импульсов.

Устройство содержит гелиостат I ., электродвигатели 2 и 3, усилители 4 и 5 мощности, концентратор 6 солпеч- ной энергии, солнечную установку 7, концевые выключатели 8 и 9, элементы НЕ 10 и М, датчик 12 солнечной радиации, солнечный датчик 13 угла места, редуктор 14, пороговые блоки 15 и 16J элемент И-НЕ 17, элементы И 18 и 19, преобразователь 20 угла поворота в код Грея, преобразователь 2 кода Гре} в двоичный код, сумматоры 22 и 23, счетчик 24, генератор 25 импульсов, регистр 26 памяти, таймер 27, блоки элементов И 28 и 29, элементы ИЛИ 30 и 31, блок 32 регулирования скорости, блок 33 реле, блок 34 секционных резисторов, элементы И 35 и 36, шторку 37 гелиостата, электродвигатель 38, усили- трль 39 мощности, элементы И 40-42, формирователь 43 импульсов, элементы НЕ 44 и 45, элемент И 46, элемент ШШ 47, сумматор 48, задатчик 49 температуры, элемент НЕ 50, реверсивный счетчик 51, аналого-цифровой преобразователь 52, датчик 53 температуры, элемент И 54, .триггеры 55 и 56, эле- мент И 57, элемент ИЛИ 58, концевые ,

выключатели 59 и 60, элементы НЕ 61 и 62, азимутальную и угломестную оси 63 и 64 гелиостата 1, оптические .элементы 65 солнечного датчика 13 угла места, главную оптическую ось 66 солнечного датчика 13 угла места, фоточувствительные элементы 67, блоки оптических элементов 68 и 69, диоды 70, эластичные сетки 71, светозащитные

5

пленки 72, пружины 73, приводные цепи 74, звездочки 75 с осями 76, рейки 77, раму 78, зеркало 79, звездочки 80 с осями 81, подшипники 82, шестерни 83, азимутальную , звездочки 85 и 86, гибкий вал 87, азимутальную ось 88 солнечного датчика 13 угла места, подшипники 89, звеэдоч- ки 90 и 91, цепь 92, основание 93 гелиостата, источники 94 постоянного напряжения, блок 95 контактных колец, азимутальный привод 96, устройство 97 управления гел.иостатом, генератор 98 импульсов, нагрузку 99 солнечного датчика 13 угла места. Солнце 100, элементы И ,реле 104- 108, резисторы 109-113, обмотки статора и ротора 114 и 115 двигателя 3, триггеры 116 и 117, элемент ШШ 118, усилитель 119, конденсатор 120, источник 121 постоянного напряжения, резистор 122, общую шину 123, блок 124 обнуления, замыкающие контакты 125- 134.

На фиг. 9 введены следующие обоз- начения: ,U, - выходной сигнал i-ro блока, и - сигнал на j-м выходе i-ro период генератора 98 им0

5

0

блока, пульсов

Ч

Азимутальный привод 96 (фиг. Г) содержит двигатель 3, усилитель 5 мощности, датчик 12 солнечной радиации, преобразователь 20 угла поворота (вала) в код Грея, преобразователь 21 кода Грея в двоичньй (позиционный) код, (двоичный комбинационный) сумматор 22, (двоичный комбинационный) сумматор 23, (двоичный) счетчик 24, генератор 25 импульсов, регистр 26 памяти, таймер 27, блоки элементов И 28 и 29, элементов ИЛИ 30 и 31, число элементов ИЛИ 31 равно К, где К - количество младших разрядов кода, используемых при регулировании скорости, блок 32 регулирования скорости электродвигателя 3, элементы И 35 и 36, блок 95 контактных коец.

Блок 32 регулирования скорости (фиг. 1 и 7) содержит блок 33 реле и блок 34 секционных резисторов.

Блок 33 реле (фиг. 7) содержит реле 104-108.

Блок 34 секционных резисторов (фиг.. 7) содержит резисторы 109-113 и замыкающие контакты 125-134.

Азимутальная ось 63 гелиостата 1 (фиг. 1 и 5) соединена с входным валом преобразователя 20 угла поворота (вала) в код Грея, который своими разрядными выходами подсоединен к входам преобразователя 21 кода Грея в двоичньш (позиционный) код, прямые и инверсные выходы которого соединены с первыми соответственными входами (двоичных комбинационных) сумматоров 22 и 23, вторые входы которых соединены соответственно с инверсными и прямыми выходами (двоичного) счетчика 24, вход тактовых импульсов которого соединен с выходом генератора 25 импульсов, установочньй вход с выходом регистра 26 памяти, а вход Разрешение записи - с выходом таймера 27. Разрядные выходы (двоичных комбинационных) сумматоров 22 и 23 соединены соответственно с первыми входами блоков групп элементов И 28 и 29, вторые входы которых соединены с выходами Перенос старшего разряда соответственно (двоичных комбинационных) сумматоров 22 и 23 и с первыми входами элементов И 35 и 36, выходы старших hK-разрядов каждого блока элементов И 28 и 29 соединены с входами первого элемента ИЛИ 30, а каждый элемент ИЛИ 31 двумя входами соединен с выходами К-го, К-1,... 1 разрядов (двоичных комбинационных) сумматоров 22 и 23, а третьим входом - с выходом предыдущего элемента ИЛИ 30 и 31, начиная с первого,несущего старшие по отношению к нему выходы разрядов кода. Выходы каждого элемента ИЛИ 30 и 31 соединены с К+1 входами блока реле 33, образующего совместно с блоком 34 секционных резисторов блок 32 регулирования скорости, выходы которого соединены с входами блока 95 контактных колец двигателя 3 азимутального привода 96 Входы Перенос младшего разряда (двичных комбинационных) сумматоров 22 и 23 соединены с выходом источника 9 постоянного напряжения, выходное напряжение которого соответствует ко

5

0

5

0

5

0

5

0

5

довому символу 1. Выход последнего элемента ИЛИ 31 соединен с вторыми входами элементов И 35 и 36, третьи входы которых соединены с выходом (фотоэлектрического) датчика I2 солнечной радиации, а выходы - с входами усилителя 5 мопщости электродвигателя 3 азимутального привода 96.

Устройство 97 управления гелиостатом (фиг. 1) содержит двигатель 2, усилитель 4 мощности, элементы НЕ 10 и 11, солнечный датчик 13 угла мес- . та, редуктор 14, пороговые блоки 15 и 16, элемент И-НЕ 17, элементы И I8 и 19, шторку гелиостата 37, двигатель 38, усилитель 39 мощности, элементы И 40-42, формирователь 43 импульсов, элементы НЕ 44 и 45, элемент И 46, элемент ИЛИ 47, (двоичный комбинационный) сумматор 48, элемент НЕ 50, реверсивный счетчик 51, аналого-цифровой преобразо ва ель 52, (инфракрасный) датчик 53 температуры, элемент И 54, триггер 55 и 56, элемент И 57, элемент ИЛИ 58, концевые выключатели 59 и 60, элементы НЕ 61 и 62.

При этом азимутальная и угломест- ная оси 63 и 64 гелиостата 1 (фиг.1 и 5) кинематически посредством редуктора 14 солнечного датчика I3 угла места соединены с установленным на гелиостате 1 солнечным датчиком 13 угла места, выходы которого соеди- . нены с входами пороговых блоков 15 и 16, с релейной характеристикой, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И-НЕ 17 и с первыми входами элементов И 18 и 19, вторые входы которых соединены с выходом элемента И-НЕ 17, третьи их входы соединены с выходами элементов НЕ 10 и II соответственно, а их выходы подключены к соответствующим входам усилителя 4 мощности. Выход усилителя 4 мощности соединен с входом двигателя 2.

Солнце 100 воздействует на гелиостат 1. Отраженные от гелиостата 1 солнечные лучи через концентратор 6 воздействует на солнечную установку 7. Текущее значение температуры солнечной установки 7 измеряется с помощью (инфракрасного) датчика 53 температуры, оптически связанного с солнечной установкой 7.

Заданное значение температуры формируется в задатчике 49. Выходы задатчика 49 и датчика темпе атуры подключены к устройству 97 управления гелиостатом.

Дат.чик 53 температуры соединен своим выходом с входом аналого-цифрового преобразователя 52, соединенного разрядными выходами с установочными выходами реверсивного счетчика 51, Разрядные выходы последнего соединены с первыми соответственными входами (Двоичного комбинационного) сумматора 48, вторые разрядные входы которого соединены с инверсными выходами задатчика (регистра задания температуры) 49. Вход Перенос младшего разряда (двоичного комбинационного) сумматора 48 соединен с выходом источника 94 постоянного напряжения, выходное напряжение которого соответствует кодовому символу 1, а его выход Перенос старшего разряда соединен с входами Разрешение сложения и Разрешение вычитания двоичного реверсивного счетчика 51 непосредственно и через элемент НЕ 50 соответственно, а также с первыми входами элементов И 40 и 41, Выходы элементов И 40 и 41 соединены с входами усилителя 39 мощности, выход которого соединен с входом двигателя 38 привода шторки гелиостата, кинематически связанного с шторкой гелиостата 37, жестко укрепленной на гелиостате 1. Разрядные выходы (двоичного комбинационного) сумматора 48 соединены с входами элемента ИЛИ 47, выход которого соединен с вторыми входами элементов И 40 и 41 и через элемент НЕ 45 - с первым входом элемента И 46. Выход элемента И 46 связан с обнуляющим входом формирователя 43 импульсов, первый вход которого соединен с входом Синхронизация выборки аналого-цифрового преобразователя 52, второй его вход соединен с входом Разрешение записи реверсивного счетчика 51, а третий его выход соединен с вторым входом элемента И 46 и с третьими входами элементов И 40 и 41 и через элемент НЕ 44 - с первым входом элемента И 42. Второй вход элемента И 42 и первые входы элементов И 54 и 57 соединены с выходом, генератора 98 импульсов. Выход элемента И 57 соединен с входом тактовых импульсов триггера 55, образующего с триггером 56 счетчик, у которого прямой выход триггера 56 соеди

5

0

5

0

5

0

5

0

5

нен с вторым входом элемента И 57. Инверсный выход триггера 56 соединен с вторым входом элемента И 54, третий вход которого и обнуляющие входы триггеров 55 и 56 соединены с выходом элемента ИЛИ 58. Входы элемента ИЛИ 58 соединены с входами элементов И 40 и 41, четвертые входы которых соединены соответственно через элементы НЕ 61 и 62 с концевыми выключателями (датчиками предельных положений Закрыто, Открыто) 59 и 60.

- Солнечный датчик 13 угла места (фиг. 1-3) выполнен в виде 2 пар оптических элементов 65, расположенных симметрично относительно главной его оптической оси 66, угол зрения которых увеличивается по мере их удаления от этой оси. Выходы фоточувствительных элементов 67 каждого из двух блоков оптических элементов 68 и 69, разделенных главной оптической осью 66,, объединены в общие точки через диоды 70, установленные в проводящем направлении.

Солнечньм датчик 13 угла места предназначен для образования и выдачи сигнала рассогласования при наличии отклонения главной его оптической оси от направления на Солнце 100 по углу места. При наличии Солнца 100 датчик 13 обеспечивает захват и слежение из любого положения Солнца I00 по углу места без предварительного поиска. Датчик 13 имеет два канала, нагруженные нагрузками 99 пороговых блоков 15 и 16 с релейными характеристиками. Дифференциальное включение датчика 13 достигается путем подключения пороговых блоков 15 и 16 с релейными характеристиками по входам усилитедя 4 мощности через элементы И-НЕ 17, И 18 и 19. При отсутствии рассогласования на выходах элементов И 18 и 19 сигнал равен О. При отсутствии рассогласования лишь на выходе одного из них сигнал равен 1. Блоки оптических элементов 68 и 69 датчика 13 угла места вьшолнены многотубусными. Расположенные симметрично, относительно главной оптической оси пары оптических элементов 65 (тубусов) имеют углы зрения 70°, 20° и 5 , уменьшающиеся- к главной оптической .оси 66. Этим обеспечивается перекрытие угла зрения ±90°. Оптические оси оптических элементов 65 с наименьшим углом зрения также установлены V-образно относительно главной оптической оси 66 из расчета получения сигналов на их выходах равных 0,5 максимального значения при ориентации главной оптической оси датчика на Солнце 100. Это повышает точность ориентации датчика 13 (и гелиостата) на Солнце 100. Фоточувствительные элементы 67 каждого блока оптических элементов 68 и 69 датчика 13 развязны между собой диодами 70. Таким образом, только наибольший сигнал попадает на выход каждого блока, а меньшие сигналы запираются.

Солнечный датчик 13 угла места установлен на азимутальной раме 84 гелиостата. Ось вращения по углу места солнечного датчика 13 связана с осью 64 вращения гелиостата 1 по углу места цепной передачей. Звездочка 85 жестко соединена с указанной осью 64 гелиостата 1, а звездочка 86 через гибкий вал 87 соединена с осью по углу места солнечного датчика 13 угла места, с которой последний связан жестко. Передаточное отношение звездочек 85 и 86 составляет 2:1. Азимутальная ось 88 солнечного датчика 13 установлена в подшипниках 89, жестко укрепленных на азимутальной раме 84 гелиостата 1. Звездочки 90 и 91 и цепь 92 образуют цепную передачу, обеспечивающую вращение солнечного датчика 13 по азимуту. Передаточное отношение звездочек 90 и 91 равно 2:1. Звездочка 90 укреплена жестко на основании 93 ге лиостата 1.

Шторка гелиостата 37 (фиг. 1 и 4) вьтолнена из двух идентичных половин, представляющих эластичные сетки 7 1 с прикрепленными к ним сменными светозащитными пленками 72. Сетки 71 через пружины 73 подсоединены к торцам осей приводных цепей 74, навешенных на звездочки 75, оси 76 которых укреплены на рейках 77, жестко прикрепленных к раме 78 зеркала 19, гелиостата 1 по обе стороны зеркала 79. При STOW смежные звездочки 80 двух половин шторки 37 на каждой половине попарно укреплены на вращающихся осях 81, установленных в подшипниках 82, укрепленных на той же раме 78, и связанные между собой шестернями 83, одна из которых является ведущей и связана кинематически

5

0

с двигателем 38 привода шторки 37 гелиостата.

Ус шители 4, 5 и 39 мощности предназначены для усиления дискретного сигнала О и 1 по мощности.- В качестве этих усилителей может быть использован оптотиристорный малогабаритный переключатель ПТМОЗ, предназначенный для включения, отключения, реверса и динамического торможения 3-фазных асинхронных двигателей, а также двигателей постоянного тока.

Электродвигатели 2 и 38 являются 3-фазными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором.

Электродвигатель 3 является 3-фаз- ным асинхронным двигателем с фазным ротором.

Фотоэлектрический датчик 12 сол

5

0

нечнои радиации служит для подачи сигнала при появлении Солнца 100. В качестве датчика используется полированный шар из оргстекла, половина которого открыта лучам Солнца, а вторая половина покрыта фоточувствительным слоем, образующим сопротивление между центральным электродом, имеющим контакт с этим покрытием, и контактом, расположенным по диаметру шара в месте его крепления в корпусе, по границе открытой Солнцу 100 половины.Делитель напряжения, образованный этим фотосопротивлением и постоянным сопротивлением, устанавливается на вхо- 5 де триггера Шмидта, выход.которого используется в качестве датчика 12. В качестве датчика 12 может быть также использован модифицированный датчик

включения городского освещения. 0

Формирователь 43 импульсов предназначен для выработки последовательности импульсов, обеспечивающих последовательность действий широтно-им- пульсного устройства 97 управления гелиостатом на каждом цикле регулирования, включающим длительность паузы и длительность управляющего импульса. Формирователь 43 импульсов представляет двоичный счетчик, разрядные выходы которого нагружены элементами И, подсоединенными соответствуюш,им образом. Например, для получения импульса, соответствующего показаниям счет- чика 1010101010, надо подсоединить к элементу И выходы четных и нечетных разрядов. Выходами формирователя 43 импульсов служат выходы элементов И.

5

0

91291925

Формирователь 43 HMnynbi B (фиг. 1 и 8) содержит элементы И 101-103,триг- геры 116 и 117, элемент ИЛИ 118, усилитель 119, конденсатор 120, источник 121 постоянного напряжения, резистор 122, общую шину 123, блок 124 обнуления, который используется для обнуления формирователя 43 при подаче на него напряжения питания.

Концевые выключатели 8, 9, 59 и 60 (датчики предельных положений) используются соответственно для ограничения движения гелиостата 1 по углу места и шторки 37 гелиостата. Б качестве этих датчиков могут использоваться различные контактные и бесконтактные концевые выключатели, например, типа БВК-24. Двоичный счетчик 24 используется в качестве веду

10

быть выполнен на тумШ

15

пературы может блерах.

Блок 32 регулирования скорости предназначен для ступенчатого регулирования сГкорости асинхронного двигателя 3. Он включает блок 33 реле, число реле которого равно числу входов, и блок 34 секционных резисторов, число ступеней сопротивлений которого так же равно числу входов. Резисторы 109-113 соединены ступенями звездой. Для закоротки каждой ступени используются два контакта 125 и 126, 127 и 128, 129 и 130, 131 и 132, 133 и 134.

Использование двух (двоичных комбинационных) сумматоров 22 и 23 в азимутальном приводе 96 обеспечивает отработку равных величин рассогласова25

щего задатчика, обеспечивающего выра- ния равного знака одинаковой скорос- ботку в каждый момент времени сигна- тью. Блок 32 регулирования скорости ла рассогласования (двоичными комби- обеспечивает плавнос.ть хода гелиоста- национными) сумматорами 22 и 23 и обеспечивающего ориентацию гелиостата на Солнце 100 независимо от погодных условий. Число двоичных разрядов счетчика 24 и преобразователя 21 yi- ла поворота (вала) в код Грея одинаково.

Преобразователь 21 угла поворота (вала) в код Грея установлен во избежание грубой ошибки считывания кодовой информации.

Регистр 26 памяти используется для хранения двоичного числа,соответствующего точно выбранному моменту времени суток, например 12 часам дня. В этот момент от таймера 27 на вход

30

та 1, имеющего большую массу,в моменты пуска и остановки.

Схема, включающая триггеры 55 и 56, элемент И 57, элемент ИЛИ 58, обеспечивает точность отработки рассогласования за счет исключения первого импульса в последовательности, подаваемой на тактовый вход реверсивного счетчика 51. Так, если надо отработать рассогласование, равное 1, то первый же импульс перебросит счет- . чик 51 практически при нулевой дли- 35 тельности управляющего импульса (в отсутствие этой схемы).

Инфракрасный датчик 53 температуры служит для измерения температуры нагреваемого образца. Он представляет фотомагнитный приемник из антимо- нида индия, работающий в инфракрасной области спектра, включенный в одно плечо моста,напряжение измерительной диагонали которого преобразует Разрешение записи счетчика 24 поступает импульс и число из регистра 26 памяти записывается в йчетчик 24 независимо от того, что он до этого показывал. Так осуществляется коррекция счетчика 24, выполняющего роль часов.

Инфракрасный датчик 53 температу ры служит для измерения температуры нагреваемого образца. Он представля ет фотомагнитный приемник из антимо нида индия, работающий в инфракрасной области спектра, включенный в од но плечо моста,напряжение измерител ной диагонали которого преобразует40

50

Регистр 26 памяти представляет набор ся в цифру, постоянных запоминающих устройств. Шторка 37 гелиостата использует- Таймер 27 является генератором одиночного импульса, образуемого, например, после соответствующего сигнала, передаваемого по радио.

В качестве задатчика 49 температуры может быть использован триггерный регистр памяти, если нагрев осущест- вляетря по определенной программе, вводимой в регистр памяти извне. Если же в процессе нагрева образца требуется лишь поддержание заданной температуры нагрева, то задатчик 49 тем55

ся для поддержания заданного темпер турного режима образца путем измене- ,ния затенной площади гелиостата.

Устройство 97 управления гелиостатом и азимутальный цривод 96 обес печивают автоматический поиск Солнца 100 и слежение за ним гелиостата 1 по азимуту и по углу места, а также автоматическое поддержание за данного температурного режима образ ца.

1925

10

быть выполнен на тум

5

пературы может блерах.

Блок 32 регулирования скорости предназначен для ступенчатого регулирования сГкорости асинхронного двигателя 3. Он включает блок 33 реле, число реле которого равно числу входов, и блок 34 секционных резисторов, число ступеней сопротивлений которого так же равно числу входов. Резисторы 109-113 соединены ступенями звездой. Для закоротки каждой ступени используются два контакта 125 и 126, 127 и 128, 129 и 130, 131 и 132, 133 и 134.

Использование двух (двоичных комбинационных) сумматоров 22 и 23 в азимутальном приводе 96 обеспечивает отработку равных величин рассогласова ния равного знака одинаковой скорос- тью. Блок 32 регулирования скорости обеспечивает плавнос.ть хода гелиоста-

ния равного знака одинаковой скорос- тью. Блок 32 регулирования скорости обеспечивает плавнос.ть хода гелиоста-

та 1, имеющего большую массу,в моменты пуска и остановки.

Схема, включающая триггеры 55 и 56, элемент И 57, элемент ИЛИ 58, обеспечивает точность отработки рассогласования за счет исключения первого импульса в последовательности, подаваемой на тактовый вход реверсивного счетчика 51. Так, если надо отработать рассогласование, равное 1, то первый же импульс перебросит счет- чик 51 практически при нулевой дли- тельности управляющего импульса (в отсутствие этой схемы).

Инфракрасный датчик 53 температуы служит для измерения температуры агреваемого образца. Он представляет фотомагнитный приемник из антимо- нида индия, работающий в инфракрасной области спектра, включенный в одо плечо моста,напряжение измерительой диагонали которого преобразует

ся в цифру, Шторка 37 гелиостата использует-

50

ся в цифру, Шторка 37 гелиостата использует-

55

ся для поддержания заданного температурного режима образца путем измене- ,ния затенной площади гелиостата.

Устройство 97 управления гелиостатом и азимутальный цривод 96 обеспечивают автоматический поиск Солнца 100 и слежение за ним гелиостата 1 по азимуту и по углу места, а также автоматическое поддержание заданного температурного режима образца.

1 11

Положение Солнца 100 на небосводе по азимуту в данной точке Земли оп- ределяется значением местного времени. Этот принцип положен в основу слжения за Солнцем по азимуту гелиоста том 1 солнечной установки 7,

Слежение за Солнцем по азимуту с помощью данного технического решения происходит следующим образом.

После подачи напряжения питания показания преобразователя 20 угла поворота вала в код Грея соответствуют значению, определяемому положение гелиостата 1 по азимуту. Показания (двоичного) счетчика 24 в этот момен могут принять произвольное значение из множества чисел, определяемых числом его разрядов. Экспериментально установлено, что контроль положения гелиостата 1 по азимуту, осуществляемый в дискретные моменты времени с интервалами менее 10 с, обеспечивает заданную точность сопровождения. Тогда число дискретных отсчетов при повороте гелиостата 1 на угол 180 , соответствующим его рабочим пределам, должно быть более 8640, а требуемое число разрядов кода преобразователя 20 угла поворота (вала) в код Грея - не менее 14. Предположим, что гелиостат 1 ранее был остановлен в некотором положении, при котором показания преобразователя 20 угла поворота (вала) в код Грея равны 01101000001000, что соответствует двоичному числу 01001111110000, получающемуся на выходе преобразователя 21 кода Грея в двоичный код, или десятичному числу 5104. Пусть после полуночи к моменту включения питания прошло 14027 с, что составляет 3 ч

53 мин. 47 с. Тогда из регистра 26

I

памяти в счетчик 24 должно быть вве

214 14027

86400

соответствует двоичному числу 00101001100100. Тогда в (двоичном комбинационном) сумматоре 22 осуществляется вычитание меньшего числа 266 из большего числа 5104, а в (двоичном комбинационном) сумматоре 23 наоборот, большее число 5104 вычитается из меньшего 2660, так как на сумматор 23 в инверсном коде подается большее число. Операция, производимая (двоичным комбинационным) сумматором 22, может быть представлена в таком виде:

дено число X

2660, что

5

+

12

0100111II10000

+

11010110011011

1

1,00100110001100

Операция, производимая (двоичным комбинационным) сумматором 23, может быть записана в следующем виде:

1011000000111 +

00101001100100

+

1

0

25

30

35

40

5

50

55

0,11011001110100

На выходе Перенос старшего разряда (двоичного комбинационного) сумматора 22 образовался кодовой символ 1, стоящий слева от точки, а на этом же выходе (двоичного комбинационного) сумматора 23 - символ

О. Поэтому только на выходе первого блока элемента И 28, своими входами соединенного с разрядными выходами (двоичного комбинационного) сумматора 22 и его выходом Перенос старшего разряда, присутствует число, соответствующее разрядным выходам (двоичного комбинационного) сумматора 22. Из общего числа разрядов (двоичных комбинационных) сумматоров 22 .и 23 для регулирования скорости двигателя 3 используется К разрядов, подсоединенных к входам элемента ИЛИ 31. Остальные hK-разрядов . обоих сумматоров 22 и 23 подсоединены к входам элемента ИЛИ 30. Если К 4 (фиг. I), а величина рассогласования превышает 2 , то сигналы, соответствующие кодовому символу I, будут присутствовать как на выходе элемента ИЛИ 30, так и на выходах каждого из элементов ИЛИ 31. Эти сигналы обеспечивают срабатывание всех реле 104-108, установленньпс в блоке 33 реле и закорачивание всех секций резисторов блока секционных резисторов 34. При этом фазный ротор двигателя 3 азимутального привода 96 становится короткозамкнутым. С выхода Перенос старшего разряда (двоичного комбинационного) сумматора 22 сигнал, соответствующий кодовому символу 1, поступает на первый вход элемента И 35, на второй вход которого поступает такой же сигнал с выхода

последнего элемента ШШ 31 . При наличии Солнца I00 сигнал от (фотоэлектрического) датчика 12 солнечной

радиации, соответствующий кодовому символу 1, поступает на третьи вхо

ды элементов И 35 и 36. В результате этого на выходе элемента И 35 образуется сигнал, соответствующий символу 1, который усиливается телем 5 мощности, запитывающим двигатель 3 азимутального привода 96 на вращение гелиостата 1 в направлении с востока на запад по южному участку траектории. При этом до момента достижения величины рассогласования, равной числу 16, вращение гелиостата осуществляется с максимальной скоростью двигателя 3, ротор которого закорочен накоротко контактами блока 33 реле, так как до этого момента сигнал 1 присутствует на выходах всех элементов ИЛИ 30 и 31 и все контакты реле блока 33 закорочены. При величине рассогласования, равной 15, подсоединяется первая ступень резисторов в блоке секционных резисторов 34 к фазному ротору и скорость двигателя 3 уменьшается. Далее, при достижении рассогласования, равного 7, подключается вторая ступень резисторов блоке 34 и скорость снова снижается и т.д., уменьшаясь до нуля при устранении рассогласования. За счет плавности остановки гелиостата 1 после отработки рассогласования повьша- ется долговечность устройства. Если бы в начальный момент меньшее из чисел соответствовало показаниям преобразователя 20 угла поворота (вала) в код Грея, а большее - показаниям (двоичного) с;ч етчйка 24, то в результате их вычитания сигнал, соответствующий кодовому символу 1, появился бы на выходе Перенос старшего разряда (двоичного комбинационного) сумматора 23, и следовательно, на выходах второго блока элемента И 29 присутствовал бы выходной код (двоичного комбинационного) сум- мэтора 23, в то время, как на выходах первого блока элемента И 28 код соответствовал бы О. Поступающий с выхода Перенос старшего разряда (двоичного комбинационного) сумматора 23 на первый вход элемента И 36 сигнал 1 и такие же сигналы с выхода последнего ИЛИ 31 - на второй его вход и на третий его вход с вы

хода фотоэлектрического датчика 12 солнечной радиации, привели бы к включению усилителя 5 мощности двигателя 3 азимутального привода 96 гелиостата 1 на отработку рассогла- сорания в противоположном направлении, т.е. с запада на восток по южному участку траектории. Таким образом, каждый из двух (двоичных комбинационных) сумматоров 22 и 23 обеспечивает устранение рассогласования только своего знака. При этом одинаковые значения рассогласования отрабатываются одинаковой скоростью

двигателя 3. Коммутируемые резисторы в блоке 34 подобраны так, что отработка мальЕС рассогласования осуществляется величиной вращающегося момента двигателя 3, большей пускового момента при короткозамкну- том роторе. Это повьш1ает точность отработки рассогласования. Режим слежения гелиостата 1 за Солнцем 100 по азимуту обеспечивается непрерывным устранением рассогласования между показаниями (двоичного) счетчика 24 и показаниями преобразователя 20 угла поворота (вала) в код Грея, вал которого кинематически связан с гелиостатом I. Для обеспечения правильного слежения гелиостата 1 за Солнцем 100 его показания корректируются по времени. Для этого в регистре 26 памяти заранее устанавливается число,

соответствуюЕ ее показаниям преобразователя 20 утла поворота (вала) в код Грея для некоторого заданного момента времени и в это время импульсом таймера 27 это число вводится в (двоичный) счетчик 24 с регистра -26 памяти путем подачи этого импульса на вход Разрешение записи (двоичного) счетчика 24. В процессе работы в регистре 26 памяти сохраняется од- по и то же число, которое в одно и то же время суток .таймером (т.е. датчиком сигналов точного времени) 27 вводится в (двоичный) счетчик 24 для коррекции его показаний. В частности, это число может быть нулем, если сигнал от таймера 27 подается в полночь. Вращение гелиостата 1 по азимуту ограничено углом, соответствующим светлой части суточного вращения . Это ограничение обеспечивается фотоэлектрическим датчиком I2 солнечной радиации, сигнал которого, соответст

вующии кодовому символу

присут15

лтвует на третьих входах элементов И 35 и 36 только при наличии солнечной радиации. В остальное время двигатель 3 азимутального привода 96 отключен, чем достигается экономия электроэнергии. Хотя при отсутствии солнечной радиации движение гелиостата 1 прекращается (двоичный) счетчик 24 продолжает отсчет/времени и в полночь, проходя положение нуля, начинает новый суточный цикл отсчета, что обеспечивается соответственным подбором частоты генератора 25 импульсов и дополнительной коррекцией показаний счетчика 24 сигналами точного времени. При появлении солнечной радиации сигнал от фотоэлектрического датчика 12 солнечной радиации поступает на третьи входы элементов И 35 и

36, происходит устранение рассогласо-20 вого блока 16 ведет к образованию

вания, возникшего в отсутствие солнечной радиации, в результате чего гелиостат 1 из любого положения возвращается в положение, соответствуюсигнала 1 на вЕлходе элемента И 18 Этими сигналами управляется усилитель 4 мощности на отработку возник шего рассогласования того или иного

щее положению Солнца 100 на небосводе знака. Если же на выходе пороговых

по азимуту. Таким образом, слежение гелиостатом 1 за Солнцем 100 по азимуту осуществляется только при наличии солнечной радиации. Максимальный угол вращения гелиостата 1 соответст вует солнечному времени самого длинного дня.

Рассмотрим теперь работу устройства 97 управления гелиостатом 1 при сопровождении Солнца 100 по углу мес- та.

Солнечный датчик 13 угла места установлен на азимутальной раме 84 и через редуктор 14 кинематически связан с осями гелиостата 1 по азиму- ту 63 и углу места 64. Датчик 13 обеспечивает захват и слежение за Солнцем I00 из любого положения при его появлении.

-

Углы вращения датчика 13 по ази- муту и углу места в два раза превышают эти же углы вращения гелиостата 1 . В рабочем состоянии оптическая ось датчика 13 направлена на Солнце 100. Датчик 13 вьшолнен так, что , больший половины его максимального значения, может существовать только на одном из двух его выходов. При ориентации его главной оптической оси 66 на Солнце 100 на обоих его выходах образуются равные сигналы, соответствующие половине для срабатывания пороговых блоков 15 и 16 с ре192516

лейными характеристиками, с выходов которых сигналы поступают на входы элемента И-НЕ 17 и на первые входы элементов И 18 и 19. Только наличие сигнала 1 на выходе одного из уси- лител чй 15 (или 16) ведет к включению усилителем 4 мощности двигателя 2 угломестного привода гелиостата 1 при условии, что он не находится в каком-либо крайнем положении, т.е. оба концевых выключателя (т.е. датчика предельных положений) 8 и 9 разомкнуты. При этом на выходе элементов НЕ 10 и 11 сигналы равны 1 lit II

fO

15

и наличие сигнала Г на выходе порогового блока 15 ведет к возникновению сигнала 1 на выходе элементов И-НЕ 17 и И 19. И наоборот, наличие сигнала 1 на выходе порогосигнала 1 на вЕлходе элемента И 18. Этими сигналами управляется усилитель 4 мощности на отработку возникшего рассогласования того или иного

знака. Если же на выходе пороговых

35

0блоков 15 и 16 одновременно сигналы равны О, что соответствует отсутствию Солнца 100, или равны 14, что соответствует точной ориентации оп- -30 тической оси 66 датчика 13 угла места на Солнце 100, сигналы на выходах элементов И 18 и 19 будут равны О и двигатель 2 привода угла места будет обесточен.

Концевые выключатели 8 и 9 предотвращают движение гелиостата 1 по углу места за допустимые пределы путем обесточивания двигателя 2 усилителем 4 мощности..

Расположение датчика 13 и его кинематическая связь с гелиостатом показана на фиг. 5. На фиг. 6 показаны. три положения гелиостата 1 и датчика 13 в зависимости от расположения Солнца. Время на поиск°и захват Солнца 100 для автоматического сопровож- дения по азимуту и углу места в данном случае равно времени устранения

известного рассогласова1шя по этим координатам.

Теперь рассмотрим работу устройства 97 управления гелиостатом при регулировании температуры нагреб а образца. Регулирование температуры нагрева образца, размещаемого в солнечной установке 7, осуществляется путем изменения светового потока, отраженного от гелиостата , с помощью

1712

шторки 37 гелиостата, укрепленной на раме те зеркала 79 гелиостата 1,представленной на фиг. 4. Две идентичные половины шторки 37 выполнены из эластичной сетки 71, прикрепленной через пружины 73 к осям роликов приводных роликовых цепей 74, установленных на звездочках 75. Ведущие смежные звездочки 80 с помощью шестерен 83, одна из которых соединены с двигателем 38 привода шТорки 37 гелиостата, обеспечивают синхронное перемещение сеток 71 в противоположных направлениях. Прикрепленные к сеткам 71 светозащитные пленки 72, выполненные, например, в виде полос, при затемнении ими гелиостата 1 уменьшают количество лучистой энергии, попадающей на концентратор 6 солнечной энергии, а значит и температуру нагрева образца, измеряемую дистанционно (инфракрасным) датчиком 53 температуры. Нагрев образца представляет собой процесс с запаздыванием, поэтому цикл регулирования температуры нагрева

включает время паузы t., и длительность управляющего импульса t

an

Т

t + tuj. По еле. подачи напряжения питания на устройство происходит автоматическое обдуление формирователя 43 импульсов, который далее последовательно отрабатывает заданную паузу, после чего посылает импульс в аналого-цифровой преобразователь 52 на смену выборки, по которому последний осуществляет новьш цикл преобра- зования аналогового значения температуры в цифровую форму и хранит его на разрядных выходах до прихода очередного импульса смены выборки. Импульсом с второго вйхода формирователя 43 импульсов, поступающим на вход Разрешение записи реверсивного счетчика 51, производится запись в этот счетчик числа, хранящегося на разрядных выходах аналого-цифрового преобразователя 52, которое с разрядных выходов реверсивного счетчика 51 подается на первые разрядные входы (двоичного комбинационного) сумматора 48, на вторые входы которого с выхода задатчика 49 температуры подается заданное значение температуры в обратном коде. Пусть это задание составляет 1500 С, или в двоичном коде 10111011100, а в обратном коде - 01000100011. На первые входы (двоичного комбинационного) сумма10

1925

18

тора 48 подается в начальный тияент заведомо меньшее число, так как образец еще не нагрелся, например 300, или в двоичном коде 00100101100. В двоичном комбинационном) сумматоре 48 осуществляется следующая операция:

00 00100101100 + 01000100011 1

0. 01101010000

Слева от точки стоит кодовый сим- J2 вол О, образующийся на выходе Перенос старшего разряда (двоичного

0

0

0

0

5

комбинационного) сумматора 48. Этот сигнал, инвертируясь в элементе НЕ 50, поступает в виде сигнала 1 на вход Разрешение сложения реверсивного счетчика 51 и на первый вход элемента И 40, на второй вход которого поступает кодовый сигнал 1 с выхода элемента ИЛИ 47. После отработки па5 узы сигнал 1 с третьего выхода формирователя 43 импульсов поступает на третьи входы элементов И 40 и 41.Этот же сигнал, инвертируясь в элементе НЕ 44, в виде сигнала О поступает на второй вход элемента И 42 и останавливает формирователь 43 импульсов. Но так как на всех трех входах элемента И 40 присутствуют сигналы 1, а при условии, что концевой выключатель 59 (т.е. датчик предельного положения шторки гелиостата) разомкнут и на четвертом входе элементы И 40 присутствует сигнал 1, то и на его выходе образуется сигнал 1, который воздействует на усилитель 39 мощности, вклгочая двигатель 38 на открытие шторки 37 гелиостата. Одновременно эТот же сигнал через элемент ИЛИ 58 снимает обнуляющее напряжение

г с обнуляющих входов триггеров 55 и 56 и поступает на третий вход элемента И 54. Первый же импульс выхода генератора 98, поступающий после снятия обнуляющего напряжения на первый вход элемента И 57, перебросит триггер 55, а второй импульс перебросит триггер 56. В результате этого на втором входе элемента И 57 возникает сигнал О, а на втором входе элемента И 54 - сигнал 1, что обеспечивает запуск реверсивного счетчика 40 на отработку рассогласования вторым, и последующими импульсами, поступающими с выхода генератора 98 импульсов после включения двигателя 38 открытия шторки 37 гелиостата. Запуск реверсивного счетчика 51 вторым импульсом позволяет отработать рассогласование, равное единице. За счет включения двигателя 38 шторки 37 гелиостата на время, равное интервалу между первым и вторым импульсами, удается избеI1

жать погрешности при отра- .„

ЬОЦГ из„IU

ботке рассогласования, Х,.- Х,, которая получается за счет прихода первого импульса, перед которым нет свободного интервала времени, т.е. в этом случае счетчик 51 сосчитает п . 15 импуль сов не за м интервалов времени, а за (1-1. Так как в рассматриваемом

случае в начальный момент рассогласование велико, то.при полном открытии шторки 37 гелиостата срабатывает кон- 20 ценой выключатель 59 и обесточит .усилитель 39 мощности, а значит и двигатель 38. Реверсивный счетчик 51 будет продолжать счет до тех пор, пока его показания не совпадут с числом, записанным в задатчике 49 температуры. На протяжении всего времени отработки рассогласования, равного длительности управляющего импульса, формирователь 43 импульсов находится в остановленном состоянии, так как на выходе элемента НЕ 44 сигнал равен 0. После совпадения этих показаний на

разрядных выходах (комбинационного двоичного) сумматора 48, а значит и на выходе элемента ИЛИ 47 образуется сигнал, соответствующий кодовому символу О. Этот сигнал через элемент НЕ 45 поступает на первый вход элемента И 46 в виде сигнала 1.На второй вход элемента И 46 сигнал 1 поступает с третьего выхода формирователя 43 импульсов. Возникший в результате этого на выходе элемента И 46 сигнал 1 обнуляет -формирователь 43 импульсов и на его третьем выходе образуется сигнал О. Сиг„V

5

40

45

налы О образую.тся на выходах элементов И 40, ИЛИ 58 и И 54. Это приводит к обнулению усилителя 39 мощности (если бы к этому времени не сработал концевой выключатель 59), прекращению счета импульсов реверсивным счетчиком 51 и к установке в нулевое состояние с триггеров 55 и 56. На второй вход элемента И 42 через элемент НЕ 44 поступает разрешающий сигнал 1, а сигналы с выхода

5

0

генератора 98 поступают на первый вход формирователя 43 импульсов, который начинает отрабатывать паузу следующего цикла. Полностью открытое состояние шторки 37 гелиостата продолжается до тех пор, пока измеренное значение температуры, получаемое на выходе аналого-цифрового преобразователя 52, не превысит заданное, хранящееся в задатчике 49. При этом возникшее рассогласование противоположного знака вызывает появление сигнала 1 на выходе Перенос старшего разряда (двоичного комбинационного) сумматора 48, который поступает на вход Разрешение вычитания реверсивного счетчика 51, обеспечивая устранение рассогласования про- тивоположного знака, и на первый вход элемента И 41 и на вход усилителя 39 мощности. Последний включает двигатель 38, обеспечивая противоположное движение шторки 37 гелиоV стата на прикрытие зеркала 79, при этом включается ранее выключенный концевой выключатель 59. Устройство автоматически будет поддержать заданную температуру нагрева образца, установленного в солнечной установ- ке 7 путем прикрытия или открытия шторки 37 гелиостата в дискретные моменты времени, определяемы е циклом регулирования. При отсутствии сигнала рассогласования формирователь 43

5 импульсов будет циклически отрабатывать паузу, не вызывая никаких изменений в положении шторки 37 гелиостата.

Регулирование температуры является процессом с запаздыванием, поэтому при настройке устройства 37 управления длительность управляющего импульса устанавливают точной лишь для малых значений рассогласований. Большие же значения рассогласования отрабатываются за несколько циклов регулирования .в

Таким образом, предлагаемое техническое решение по сравнению с известными позволяет сократить время ориентации гелиостата на Солнце при его появлении, повысить долговечность системы и обеспечивает поддержание заданного температурного режима нагрева, образца.

Формула изобретения Устройство управления гелиостатом, содержащее солнечный датчик узла мес0

5

0

5

21

та, элемент И-НЕ, первьй, и орой, третий и четвертый элементы НЕ, первый элемент ИЛИ, первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, последовательно соединенные первый усилитель мощности и первый двигатель, последовательно соединенные второй элемент ИЛИ, последовательно соединенные первый концевой выключатель, пя129192522

сложения реверсивного счетчика, с первым входом первого элемента И и с входом второго элемента НЕ, подключенного выходом к входу Разрешение вычитания реверсивного счетчика и к второму входу третьего элемента И, разрядные выходы сумматора соединены с входами второго элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу седьмого

тый элемент НЕ и четвертый элемент И, О элемента И и к второму входу первого последовательно соединенные второй концевой выключатель,шестой элемент НЕ и пятый элемент И, последовательно соединенные седьмой элемент НЕ и шестой элемент И, последовательно соединенные седьмой элемент И и первый триггер, последовательно соединенные второй триггер и восьмой элемент И, отличающееся

элемента И, соединенного выходом с вторым выходом второго усилителя мощности и с первым входом первого элемента ИЛИ, подключенного вторым вхо- 5 дом к выходу третьего элемента И, выход шестого элемента И соединен с обнуляющим входом формирователя импульсов, подключенного первым выходом к входу Синхронизация выборки аналотем, что, с целью повышения быстро- 20 го-цифрового преобразователя, вторым

действия и увеличения срока безотказной работы устройства, в нем дополнительно установлены шторка гелиостата, третий и четвертый концевые выключатели, формирователь импульсов,, генератор импульсов, источник посто- янного напряжения, сумматор, аналого- цифровой преобразователь, первый и второй релейные блоки и редуктор, кинематически связанный выходом с солнечным датчиком угла места, подключенного выходами к входам первого и второго релейных блоков, соединенных выходами соответственно с первым и с

вторым входами элемента И-НЕ и с вто- 35 дом - с обнуляющим входом реверсив - рыми входами соответственно четверто- ного счетчика, инверсный выход перго и пятого элементов И, подключенных третьими входами к выходу элемента И-НЕ, а выходами - соответственно к первому и второму входам первого усилителя мощности, разрядные выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с установочными входами реверсивного счетчика, подключенного разрядными входами к соответствующим первым входам сумматора, соединенного входом Перенос младшего разряда с выходом источника постоянного напряжения, а выходом Перенос старшего разряда - с выходом Разрешение

192522

сложения реверсивного счетчика, с первым входом первого элемента И и с входом второго элемента НЕ, подключенного выходом к входу Разрешение вычитания реверсивного счетчика и к второму входу третьего элемента И, разрядные выходы сумматора соединены с входами второго элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу седьмого

элемента И и к второму входу первого

элемента И, соединенного выходом с вторым выходом второго усилителя мощности и с первым входом первого элемента ИЛИ, подключенного вторым вхо- дом к выходу третьего элемента И, выход шестого элемента И соединен с обнуляющим входом формирователя импульсов, подключенного первым выходом к входу Синхронизация выборки анало

выходом - к входу Разрешение записи реверсивного счетчика, третьим выходом - к второму входу шестого элемента И, к третьим входам первого и третьего элементов И и к входу первого элемента НЕ, соединенного выходом с первым входом второго элемента И, подключенного вторым входом к выходу генератора импульсов, к первому входу седьмого элемента И и к второму входу восьмого элемента И, соединенного третьим входом с выходом первого элемента И и с обнуляющими входами первого и второго триггеров, а выхового триггера подключен к тактовому входу второго триггера, соединенного прямым выходом с вторым входом седь 0 мого элемента И, выход второго элемента И соединен с информационным входом формирователя импульсов, выход второго двигателя кинематически связан с шторкой гелиостата, которая

5 кинематически связана с третьим и четвертым концевыми выключателями, выходы которых через соответственно третий и четвертый элементы НЕ подключены к четвертым входам,соответстве50 нно третьего и первого элементов И. .

п

Изобретение относится к гелиотехнике и может найти широкое применение в солнечных энергетических установках, солнечных металлургических печах и т.д. Целью изобретения является повьшение быстродействия и увеличение срока безотказной работы устройства. Поставленная цель достигается за счет раздельного управления гелиостатом по углу места и по площади его отражающего зеркала. Управление по углу места осуществляется н а основании информации с выхода оптического солнечного датчика угла места, установленного на гелиостате. Выходные сигналы этого датчика через релейные блоки и логические элементы воздействуют на усилитель мощности таким образом, что исполнительный двигатель компенсирует рассогласование между оптической осью датчика и направлением на Солнце. Управление по площади отражающей поверхности зеркала гелиостата осуществляется на основании разности текущей температуры солнечной установки и заданной задатчи ком температуры. Указанная разность выявляется в двоичном комбинационном сумматоре и подается на цифровой регулятор, который через усилитель мощности и исполнительный двигатель воздействует на шторки гелиостата, меняя площадь отражающей поверхности его зеркала. 9 ил. i (Л N9 IsD СЛ

CN4

го

JL-3L

и и

CHJ

Jff f4iiimJta M III

grLrJJj

69

69

фиг. 2

39

770 770

//

ZV .V Z :ч. Z

L±Lh5 7 L±

70 770

iff

±Г)57

//

.V Z :ч. Z

L±Lh5 7 L±

}ff7 70

7O 67

сриг.3

74

82, 8г

78

т

79 7ц

Sft

Puz.tf

Soe/пвк

фиг.

Т%

Nfpn

I ШгЕго

юг

а

j

сриг.9

Составитель Ю. Гладков

Редактор В. Иванова Техред И.Попович Корректор л. Пата

Заказ 261/45 Тираж 86/+Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, А

Ю1

/r