Система управления гелиостатом

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 05 В 11/01

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К, ПАТЕНТУ (21) 4827642/24 (22) 23.02.90 (46) 23.12.92. Бюл, М 47 (71) Обнинский институт атомной энергетики (72) А.И.Трофимов и А,И,Курятов (73) Обнинский институт атомной энергетики (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1149210, кл. G 05 В 11/01, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N 800516, кл. F 24 J 3/02, 1971. (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГЕЛИОСТАТ ОМ (57) Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано при управлении группами гелиостатов солнечных энергети5U 1784100 АЗ

2 ческих 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 солнеч- l ным излучением излучения точечного сканирующего источника, установленного; на теплоприемнике. Оба излучения регист- рируются фотопреобразователем, выполненным в виде матричной системы: ф фотоэлементов. 4 ил.

1784100

Изобретение относится к гелиотехнике отклоняется оптическая ось датчика, что и мо>кет быть использовано при управлении значительно влияет на точность ориентации группами гелиостатов солнечных энергети- гелиостата, ческих установок. Цель изобретения — повышение точноИзвестна автоматическая система уп- 5 сти системы. равления гелиостатом, содержащая датчик Поставленная цель достигается тем, что отраженных от гелиостатата лучей, .под- система управления гелиостатом, содержаключенный ко входу функционального щая датчик аварийной ситуации, соединенпреобразователя, соединенного с блоком ный выходом со входом блока аварийного управления исполнительными механизма- 10 yïðàaëåíèë, подключенного выходом к пер ми привода гелиостата. Солнечные лучи, от- вому входу блока приоритета, соединенного раженные от гелиостата, попадают в датчик вторым входом с выходом датчика солнечотраженных от гелиостата лучей, который ной радиации, первым выходом — с первым определяет направление светового потока входом блока управления, а вторым гелиостата к приемнику излучения путем 15 выходом — с первым входом функциональсравнения йаправления отраженных от ге- ного преобразователя, подключенного вылиостата лучей с заданным направлением. ходом.ко второму входу блока управления, При отклонении отраженных лучей от за- соединенного выходом со входом исполниданного направления датчик отраженных, тельного. механизма, выходом кинематичелучей дает сигнал функциональному преоб- 20 ски связанного с зералом гелиостата, разователю, соединенному с блоком-управ- которое оптически связано с Солнцем и с лейия исполнительными механизмами теплоприемником башенного типа и в ценпривода гелиостата и гелиостат поворачи- тре которого установлен двухкоординатный вается в пространстве до воссгановления фотоэлектрическийдатчик, нормаль котороэаданного направления отраженного свето- 25 ro совпадает с нормалью зеркала, который вого потока.. автоматически связан с Солнцем, а электВ качестве аналога используется систе- рический вйход которого подключен ко ма управления гелйостатами. второму входу функционального преобНедостатком этой системы являются oi разователя, а в центре линейных геометраниченныефункцйональныевозможности, 30 рических размеров теплоприемника т.к,автоматическая-системанереагируетна установлен сканирующий точечный источаварийную ситуацию, ник инфракрасного излучения, оптически

Известна система управления группами связанный с двухкоординантным фотоэлекведущих гелиостатов с корректирующими трическим датчиком, корпус чувст-вительноустройствами по числу ведомых гелиоста- 35 го элемента которого выполнен в виде . тов, с-одним звукоординатным"оптическим полусферы с плоским основанием, в центре датчиком на ведущем гелиостате, обеспечи- которой имеется диафрагмирующее отвервающая выполнение аварийных режимов. стие, а на основании установлена матричНедостатком этой системы является необ- ная двухкоординатная . структура ходимость периодически вводить в постоя н- 40 фотоэлементов, выходы фотоэлементов— ную память определения азимутального столбцов левой и правой половин которой угла солнца и определять азимутальный подключены ко входам, соответственно, угол ведущего гелиостата, что будет давать первого и второго блоков нормирующих погрешностидонесколькихучебныхминут. преобразователей, а выходы фотоэлеменДля повторения управления ведомыми ге- 45 тов строк верхней и нижней половин котолиостатами будет присутствовать также по- рой подключены ко входам, соответственно, грешность их точкой привязки. Наложение третьего и четвертого блоков нормирующих погрешностей дает значительное расхожде- преобразователей, выходы блоков нормируние при управлении ведущих и ведомых re- ющих преобразователей соединены с инлиостатов, а необходимая точность 50 формационными входами соответствующих наведения на СН-5 например 4 уч.минуты и регистров, тактовыми входами подключенданная система необходимой точности не ных к выходу генератора тактовых импульобеспечивала. сов, выходы первого и второго регистров

Недостатком этого решения является соединены с первым и со вторым входами необходимость постоянной корректировкй 55 первого блока сравнения, выходы третьего положения центра теплоприемника, оси по- и четвертого регистров соединены с первым ложения фотодатчика, вертикальности ко- и со вторым входами второго блока сравлонны гелиостата. Например, смещение нения, выходы блоков сравнения являются теплоприемника за 3 года — 200 мм, гелио- выходами двухкоординатного фотоэлектристат смещается за год на 11 угловых минут, ческого датчика.

1784100

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 располо>кения фотопреобразователя и источника сканирующего излучения; на фиг. 2 — блоксхема 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 (cM. 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 7, датчик солнечной радиации 8.

Блок 7 аварийного управления подключен к устройству приоритета 9, через которое сигнал подается на блок управления 4 исполнительными механизмами 5. Датчик солнечной радиации 8 соединен с устройством приоритета 9, подключенным к функциональному преобразователю 3. Сигнал точечного сканирующего источника 10 улавливает фотопреобразователь 1. Коллимационный сканирующий источник излучения 10 устанавливается строго в центре линейных геометрических размеров теплоприемника (см. фиг.1), а фотодатчик в центре гелиостата 2 и его нормаль N (см. фиг. 3) должна совпадать с нормалью к центру отражателя гели остата, Фотопреобразователь 1 (см. фиг.3) со стоит 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 OX. 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, соо ветствующие столбцы и строки которой заведены на од10 Система работает следующим образом

50

55 На уровне элементарных фунциональ20

35>

45 новременные формирователи в виде многоразрядных регистров 25, 26, 27, 28. Башня обозначена 29, солнце — $, теплоприемник—

Т.

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

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;

X»X2 — азимут вперед;

X«X2 — азимут назад;

У»У2 — зенит вперед;

У«У2 — зенит назад.

Эти сигналы поступают на функциональный преобразователь, При возникновении аварийной ситуации на теплотехническом оборудовании или по метеоусловиям датчики аварийной ситуации 6 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 теплосиловсл оборудовании от контактов реле защит блока, фокусированная гелиостатами солнечная энергия должна быть убрана с теплоприемника путем перемещения отражателя в сторону, противоположную движению солнца на заданный угол:.

Сигнал формирователя аварийного закона управления 7, при поступлении соответствующего сигнала на вход, воздействует на устройство приоритета 9 и независимо от сигналов других датчиков сигнал с устройства 9 поступат на блок управления исполнительными механизмами

4 ных элементов формирователь аварийного закона управления 7 может состоять из нормализатора входного сигнала до уровня логических "0" и "1" и 2" и 3 входных элементов И вЂ” НЕ, И - ИЛИ вЂ” НЕ, vrторые

1784100 могут запускаться управляемым генератоpQM синхраимпульсов 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 йомер электроприоода и направление управления, блокирует работу системы от других датчиков и tlo закону управления, сформированному формирователем 7, включает блок уйравления исполнительными механизмами до окончания выполнения на уровне функциональных элементов эта может быть RS-триггеры с различными связями между собой через элементы логики И вЂ” НЕ, которые взводятся и сбрасыва атся по мере отработки аварийного управления.

При отсутствии аварийных сигналов о режиме факусираванного отраженного луча гелиастата на теплоприемник, сигналы от фотопреабразавателя 1 поступают для реализации управления на функциональный преобразователь 3, который преобразует код рассогласования фотопреобразователя о кад 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 триггеров управления 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, сигна5

50 лы с формирователя 7 обладают большим прйоритетом, подтвержденным 9 и блокируют сйгналы по управлению с преобразователя 3. На уровне простейших функций он может представлять систему силовых вен- 55 тилей, -которые открывавтся по сигналам управления с 9 и 3 и на время управления подключают питание на эл, прйводы исполнительныхых механизмов нужной частоты, lloлярности.

Фотопреабразователь 1 включает в себя фатодатчик, который состоит из корпуса

11, отверстия 12 и фатомат рицы 13 и преобразователь. который разницу координат показания на матрице солнечного и сканирующего лучей преобразует в определенный код и включает в себя элементы 14

+ 23 (или мох<ет включать). На устройство фотопреобразователя может быть оформлен патент.

Нормирующие преобразователи 14+ 17 представляют собой пороговые элементы сравнения аналоговых сигналов, поступающих с соответствующих строк и столбцов фотаматрицы, и преобразуют их до уровня цифровой логики "0", "1". На элементарном уровне это могут быть операционные усилители. Начиная с заданного уровня нормирующий преобразователь по освещенной координате матрицы формирует сигнал логической "1, который потам обрабатывается элементами цифровой схемотехники.

Регистрирующие преобразователями

18 + 21 по сигналу тактовых импульсов с генератора 22 записыва1от информацийка с нармирующих преобразователей в виде кода, Представляют собой сдоиговые регистры.

Далее по сигналам тактовых импульсов 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 о устройствах 23 и 24 соответственно. Код разницы остается в устройствах 23 и 24 соответственно по координатам фотоматрицы X u Y. Блоками сравнения могут быть сумматоры или полусумматоры, В процессе эксплуатации СЭС-5 неоднократно проводились операции по повторной астиравке оптического датчика и е>кегодно проверяется вертикальное поло>кение гелиостатов, башни с теплоприемником, т,к. эти отклонения значительно влияют на точность управления. При органиэации ориентации гелиостатов с использованием точечного сканирующего источника инфракрасного.излучения, установленного на теплоприемнике, все эти отклонения будут автоматически компенсироваться, что значительно снизит эксплуатационные затраты. Исходя из этого достигается повышение точности управления гелиостатом по наведению 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

1784100

10 башни теплоприемника при осадках грунтов, деформации опор фотодатчика, уста. новленного 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.

Формула изобретения

Система управления гелиостатом, содержащая датчик аварийной ситуации, соединенный выходом с входом блока аварийного 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 выходом- с первым входом функционального преобразователя, подключенного выходом к второму входу блока управления, соединенного выходом с входом исполнительного механизма, выходом кинематически связанного с зеркалом гелиостатата, которое. оптически связано с

Солнцем и с теплоприемником башенного

40 типа и в центре которого установлен деухкоординатный 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, о т л ич а ю щ а я с я 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 подключенных 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 двухкоординатного фотоэле ктри ческого датчика.

1784100

I о лю Х люУ

Рое Ф

Составитель А,Трофимов

Техред М,Моргентал Корректор С.Пекарь

Редактор M.Êóçíåöoâà

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 4529 Тираж . Подписное

BHVIMllN Государственного комитета по изобретениям и открытиям при- ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5