Система управления гелиостатом Советский патент 1992 года по МПК G05B11/01 

VI

00

Јь

о о

со

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано при управлении группами гелиостатов солнечных энергетических установок. Цель изобретения - повышение точности системы. Система содержит фотопреобразователь 1, гелиостат 2, функциональный преобразователь 3, блок управления 4, исполнительные механизмы 5, датчик аварийного управления 6, формирователь аварийного управления 7, датчик солнечной радиации 8, устройство приоритета 9 и точечный источник инфракрасного излучения 10. Цель достигается путем одновременной регистрации наряду с солнечным излучением излучения точечного сканирующего источника, установленного на теплоприемнике. Оба излучения регистрируются фотопреобразователем, выполненным в виде матричлой системы фотоэлементов. 4 ил. Ё

Фие.2

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано при управлении группами гелиостатов солнечных энергетических установок.

Известна автоматическая система управления гелиостатом, содержащая датчик отраженных от гелиостатата лучей, подключенный ко входу функционального преобразователя, соединенного с блоком управления исполнительными механизмами привода гелиостата. Солнеч ные лучи, отраженные от гелиостата, попадают в датчик отраженных от гелиостата лучей, который определяет направление светового потока гелиостата к приемнику излучения путем сравнения направления отраженных от гелиостата лучей с заданным направлением. При отклонении отраженных лучей от заданного направления датчик отраженных лучей дает сигнал функциональному преобразователю, соединенному с блоком управления исполнительными механизмами привода гелиостата и гелиостат поворачивается в пространстве до восстановления заданного направления отраженного светового потока.

В качестве аналога используется система управления гелиостатами.

Недостатком этой системы являются ограниченные функциональные возможности, . автоматическая система не реагирует на аварийную ситуацию,

Известна система управления группами ведущих гелиостатов с корректирующими устройствами по числу ведомых гелиостатов, с одним звукоординатным оптическим датчиком на ведущем гелиостате, обеспечивающая выполнение аварийных режимов. Недостатком этой системы является необходимость периодически вводить в постоянную память определения азимутального угла солнца и определять азимутальный угол ведущего гелиостата, что будет давать погрешности до нескольких учебных минут. Для повторения управления ведомыми гелиостатами будет присутствовать также погрешность их точкой привязки. Наложение погрешностей дает значительное расхождение при управлении ведущих и ведомых ге- лиостатов, а необходимая точность наведения на СН-5 например 4 уч.минуты и данная система необходимой точности не обеспечивала.

Недостатком этого решения является необходимость постоянной корректировки положения центра теплоприемника, оси положения фотодатчика, вертикальности колонны гелиостата. Например, смещение теплоприемника за 3 года - 200 мм, гелиостат смещается за год на 11 угловых минут,

отклоняется оптическая ось датчика, что значительно влияет на точность ориентации гелиостата.

Цель изобретения - повышение точности системы.

Поставленная цель достигается тем, что система управления гелиостатом, содержащая датчик аварийной ситуации, соединенный выходом со входом блока аварийного

0 управления, подключенного выходом к первому входу блока приоритета, соединенного вторым входом с выходом датчика солнечной радиации, первым выходом - с первым входом блока управления, а вторым

5 выходом - с первым.входом функционального преобразователя, подключенного выходом ко второму входу блока управления, соединенного выходом со входом исполни- , тельного механизма, выходом кинематиче0 ски связанного с зералом гелиостата, которое оптически связано с Солнцем и с теплоприемником башенного типа и в центре которого установлен двухкоординатный фотоэлектрический датчик, нормаль которо5 го совпадает с нормалью зеркала, который автоматически связан с Солнцем, а электрический выход которого подключен ко второму входу функционального преобразователя, а в центре линейных геомет0 рических размеров теплоприемника установлен сканирующий точечный источник инфракрасного излучения, оптически связанный с двухкоординантным фотоэлектрическим датчиком, корпус чувс ;вительно5 го элемента которого выполнен в виде полусферы с плоским основанием, в центре которой имеется диафрагмирующее отверстие, а на основании установлена матричная двухкоординатная структура

0 фотоэлементов, выходы фотоэлементов - столбцов левой и правой половин которой подключены ко входам, соответственно, первого и второго блоков нормирующих преобразователей, а выходы фотоэлемен5 тов строк верхней и нижней половин которой подключены ко входам, соответственно, третьего и четвертого блоков нормирующих преобразователей, выходы блоков нормирующих преобразователей соединены с ин0 формационными входами соответствующих регистров, тактовыми входами подключенных к выходу генератора тактовых импульсов, выходы первого и второго регистров соединены с первым и со вторым входами

5 первого блока сравнения, выходы третьего и четвертого регистров соединены с первым и со вторым входами второго блока сравнения, выходы блоков сравнения являются выходами двухкоординатного фотоэлектрического датчика.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию новизна. При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки. отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию существенные отличия.

На фиг. 1 представлена схема расположения фотопреобразователя и источника сканирующего излучения; на фиг. 2 - блок- схема системы управления гелиостатом; на фиг. 3 - блок-схема фотопреобразователя; на фиг. 4 - матричная система фотоэлементов.

Система содержит фотопреобразователь 1, расположенный на гелиостате 2 (см. фиг.1). Фотопреобразователь 1 подключен. ко входу функционального преобразователя 3 (см. фиг.2), соединенного с блоком 4 управления исполнительными механизмами 5 привода гелиостата 2. Система также содержит датчик 6 аварийного управления совместно с формирователем аварийного управления, датчик солнечной радиации 8. Блок 7 аварийного управления подключен к устройству приоритета 9, через которое сигнал подается на блок управления 4 испол- нительными механизмами 5. Датчик солнечной радиации 8 соединен с устройством приоритета 9, подключенным к функциональному преобразователю 3. Сигнал точечного сканирующего источника 10 улав- ливает фотопреобразователь 1. Коллимационный сканирующий источник излучения 10 устанавливается строго в центре линейных геометрических размеров теплоприемника (см. фиг.1), а фотодатчик в центре гелиоста- та 2 и его нормаль N (см. фиг. 3) должна совпадать с нормалью к центру отражателя гелиостата.

Фотопреобразователь 1 (см. фиг.З) состоит из корпуса 11 с диафрагмирующим отверстием 12 и матричной системой фотоэлементов 13. Одноименные фотоэлементы строк и столбцов матрицы через нормирующие преобразователи 14 - 17 электрически связаны с регистровыми формирователями 18-21, которые управляются генератором тактовых импульсов 22. Блок 23 - схема сравнения по оси ОХ. Блок 24 - схема сравнения по оси ОУ. Блоки схем сравнения вырабатывают сигналы, которые поступают на функциональный преобразователь 3.

Матричная система фотоэлементов 13 (см. фиг.4) имеет двухкоординатную структуру, разбитую на 4 части, соответствующие столбцы и строки которой заведены на одновременные формирователи в виде многоразрядных регистров 25, 26, 27, 28. Башня обозначена 29, солнце - S, теплоприемник - Т.

Многоразрядный регистр - это блок, объедениющий соответствующие нормирующие преобразователи и регистровые формирователи координат.

Система работает следующим образом. Солнечное излучение и излучение точечного сканирующего источника улавливается фотопреобразователем 1. После формирования координат падающего и сканирующего лучей происходит поразрядное сравнение их координат и на основе сравнения вырабатываются одноименные сигналы по следующему принципу:

азимут вперед;

- азимут назад;

- зенит вперед;

- зенит назад.

Эти сигналы поступают на функциональный преобразователь. При возникновении аварийной ситуации на теплотехническом оборудовании или по метеоусловиям датчики аварийной ситуации б выдают сигналы, поступающие на формирователь закона аварийного управления 7, который в зависимости от вида аварийного сигнала:

а)сигнального анемометра типа М-95 по повышению скорости ветра до максимально установленной, выводит отражатель гелиостата в горизонтальное состояние;

б)при граде в качестве датчика могут служить контакты пульта ручной установки, отражатель гелиостата выставляется в вертикальное положение;

в)при аварии на теплосиловс.-i оборудовании от контактов реле защит блока, фоку- сированная гелиостатами солнечная энергия должна быть убрана с теплоприемника путем перемещения отражателя в сторону, противоположную движению солнца на заданный угог.

Сигнал формирователя аварийного закона управления 7, при поступлении со- ответстоующего сигнала на вход, воздействует на устройство приоритета 9 и независимо от сигналов доугих датчиков сигнал с устройства 9 постулат на блок управления исполнительными механизмами 4.

На уровне элементарных фунциональ- ных элементов формирователь аварийного закона управления 7 может состоять из нормализатора входного сигнала до уровня логических О и 1 и 2х и 3х Р ОДНЫХ элементов И - НЕ, И - ИЛИ - НЕ, crropwe

могут запускаться управляемым генератором синхроимпульсов и управлять счетным устройством, которое будет определять величину управления в зависимости от сигнала аварийного датчика 6,

Устройство приоритета 9 при возникновении аварийной ситуации поступления на него информации необходимости аварийного управления определяет на основании этого номер электропривода и направление управления, блокирует работу системы от других датчиков и по закону управления, сформированному формирователем 7, включает блок управления исполнительными механизмами до окончания выполнения на уровне функциональных элементов это может быть RS-тритгеры с различными связями между собой через элементы логики И - НЕ, которые взводятся и сбрасываются по мере отработки аварийного управления.

При отсутствии аварийных сигналов в режиме фокусированного отраженного луча гелиостата на теплоприемник, сигналы от фотопреобразователя 1 поступают для реализации управления на функциональный преобразователь 3, который преобразует код рассогласования фотопреобразователя в код управления для блока управления исполнительными механизмами 4, определяя также направление управления и номер привода исполнительного механизма. На элементарном уровне это может быть реверсивный счетчик, в который заносится код отработки и системы триггеровугТгЖвления для задания номера исполнительного механизма и направления движения может применяться общий или местный управляемый генератор синхроимпульсов. Дополнительный входной сигнал с устройства приоритета 9 подтверждает отсутствие солнца, определяемое по датчику солнечной радиации 8, который может представлять собой пирометр или анемометр типа М-3 с пороговой схемой.

Управление приводами исполнительных механизмов 5 осуществляется блоком 4, который логические сигналы формирователя 7 функционального преобразователя 3, преобразует в непосредственное управление исполнительными механизмами, сигналы с формирователя 7 обладают большим приоритетом, подтвержденным 9 и блокируют сигналы по управлению с преобразователя 3. На уровне простейших функций он может представлять систему силовых вентилей, которые бткрываютсл по сигналам управления с 9 и 3 и на время управления подключают питание на эл. приводы исполнительных механизмов нужной частоты, полярности.

Фотопреобразователь 1 включает в себя фотодатчик, который состоит из корпуса 11, отверстия 12 и фотоматрицы 13 и преобразователь, который разницу координат показания на матрице солнечного и сканирующею лучей преобразует в определенный код и включает в себя элементы 14 + 23 (или может включать). На устройство фотопреобразователя может быть оформ0 лен патент.

Нормирующие преобразователи 14 + 17 представляют собой пороговые элементы сравнения аналоговых сигналов, поступающих с соответствующих строк и столбцов

5 фотоматрицы, и преобразуют их до уровня цифровой логики О, 1. На элементарном уровне это могут быть операционные усилители. Начиная с заданного уровня нормирующий преобразователь по освещенной

0 координате матрицы формирует сигнал логической 1, который потбм обрабатывается элементами цифровой схемотехники.

Регистрирующие преобразователями 18 + 21 по сигналу тактовых импульсов с

5 генератора 22 записывают информацию с нормирующих преобразователей в виде кода, Представляют собой сдвиговые регистры.

Далее по сигналам тактовых импульсов

0 эта информация поразрядно сравнивается в блоках сравнения 23 и 24, которые сравнивают или выявляют разницу между регистрами 18-19 и 20-21 соответственно. Код разницы остается в устройствах 23 и 24 со5 ответственно. Код разницы остается в устройствах 23 и 24 соответственно по координатам фотоматрицы X и Y. Блоками сравнения могут быть сумматоры или полусумматоры.

0 В процессе эксплуатации СЭС-5 неоднократно проводились операции по повторной юстировке оптического датчика и ежегодно проверяется вертикальное положение гелиостатов, башни с теплоприемни5 ком, т.к. эти отклонения значительно влияют на точность управления. При организации ориентации гелиостатов с использованием точечного сканирующего источника инфракрасного излучения,установленного на теп0 лоприемнике, все эти отклонения будут автоматически компенсироваться, что значительно снизит эксплуатационные затраты. Исходя из этого достигается повышение точности управления гелиостатом по наве5 дению отраженных лучей на теплоприемник, т.к. центр отраженного гелиостатом потока будет совпадать с точкой излучения на теплоприемнике и снижаются эксплуатационные погрешности, связанные с вертикальными отклонениями гелиостатов и

башни теплоприемника при осадках грунтов, деформации опор фотодатчика, установленного перед гелиостатом, т.к. датчик и точка прицеливания перемещаются вместе с конструкцией.

Установка датчиков 6 и 8 не имеет таких жестких требований как установка фотопреобразователя и источника излучения 10. При этом источник излучения может действовать на группу гелиостатов также, как и датчики 6 и 8.

Изобретение позволяет устанавливать фотодатчик непосредственно на гелиостате, исключая строительство опор перед каждым гелиостатом для фотодатчика и повышает точность управления, которая будет сохраняться в процессе эксплуатации и не требовать ежегодной точной вертикальной установки гелостатов, оценки отклонения башни и дополнительной юстировки, фотодатчиков. Это составляет примерно экономию около 30 тыс. рублей на Крымской СЭС-5 ежегодно.

Формулаизобретения

Система управления гелиостатом, содержащая датчик аварийной ситуации, сое- диненный выходом с входом блока аварийного управления, подключенного выходом к первому входу блока приоритета, соединенного вторым входом с выходом датчика солнечной радиации, первым выходом 7 с первым входом блока управления, а вторым выходом - с первым входом функционального преобразователя, подключение- го выходом к второму входу блока управления, соединенного выходом с входом исполнительного механизма, выходом кинематически связанного с зеркалом ге- лиостатата, которое оптически связано с Солнцем и с теплоприемником башенного

S

типа и в центре которого установлен двухко- ординатный фотоэлектрический датчик, нормаль которого совпадает с нормалью зеркала и который оптически связан с Солнцем, а двухкоординатный электрический выход которого подключен к второму входу функционального преобразователя, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы, в ней в центре линейных геометрических размеров теплоприемника установлен сканирующий точечный источник инфракрасного излучения, оптически связанный с двухкоординатным фотоэлектрическим датчиком, корпус чувствительного элемента которого выполнен в виде полусферы с плоским основанием, в центре которого имеется диафрагмическое отверстие, а на основании установлена матричная двухкоординатная структура фотоэлементов, выходы фотоэлементов - столбцов левой и правой половин которой подключены к входам соответственно первого и второго блоков нормирующих преобразователей, а выходы фотоэлементов - столбцов верхней и нижней половин которой подключены к входам соответственно третьего и четвертого блоков нормирующих преобразователей, выходы блоков нормирующих преобразователей соединены с информационными входами соответствующих регистров, тактовыми входами подкпючен- ных к выходу генератора тактовых импульсов, выходы первого и второго регистров соединены с первым и с вторым входами первого блока сравнения, выходы третьего и четвертого регистров соединены с первым и с вторым входами второго блока сравнения, выходы блоков сравнения являются двухкоординатным электрическим выходом двух координатного фотоэлектрического датчика.

five./

cptfr S.

X

Y

X.

Составитель А Трофимов Редактор М.Кузнецова Техред М.МоргенталКорректор С.Пекарь

Заказ 4529ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

turn no X

сигнлл яв У