一种定日镜驱动一体式控制装置和方法与流程

1.本发明涉及定日镜驱动技术领域，特别涉及一种定日镜驱动一体式控制装置和方法。


背景技术：

2.塔式太阳能热发系统中，通过定日镜追踪太阳的运动轨迹，并将太阳光反射汇聚至高塔的吸热装置上，加热吸收器内的工质，将太阳能转化为热能，利用高温工质产生高温高压的蒸汽推动汽轮发电机组发电。定日镜作为塔式太阳能电站中的核心部件，其追日跟踪精度与整个光热电站发电效率密切相关。
3.目前塔式太阳能热发电站中定日镜的跟踪技术多种多样，主要有plc加伺服驱动器以及以太网模块、电源一类的跟踪控制器，也有dsp加单片机组合控制伺服电机实现定日镜旋转的跟踪控制器。这些跟踪控制器有多个独立的单元构成，占用空间较大，成本较高，同时设备的可靠性大大下降，维修难度高且增加了运维成本。尤其驱动定日镜的电机在面对高温和强风等情况，电机负载提高，且电机驱动模块温度过高导致驱动器在恶劣环境下寿命降低等问题仍无法解决。


技术实现要素：

4.本发明提供一种定日镜驱动一体式控制装置，所述定日镜驱动一体式控制装置包括方位轴控制单元、俯仰轴控制单元、方位电机和俯仰电机；
5.所述方位轴控制单元和俯仰轴控制单元采用相同结构，均包括中央处理器、电机驱动模块和温度监测模块；所述方位轴控制单元用于控制方位电机调节定日镜方位，所述俯仰轴控制单元用于控制俯仰电机调节定日镜俯仰角；
6.所述中央处理器用于控制电机驱动模块驱动电机运转；
7.所述电机驱动模块与中央处理器连接用于根据中央处理器的命令，分别控制所述方位电机和俯仰电机转动；
8.温度监测模块用于监测所述电机驱动模块工作温度；
9.所述中央处理器记录有电机频率扭矩曲线，根据所述电机驱动模块的温度生成温度-频率控制曲线以及设定各频率下电机驱动模块保护温度；
10.所述中央处理器针对所述方位电机和俯仰电机根据所述电机频率扭矩曲线设定工作频率；当工作温度超过所述电机驱动模块的保护温度时，所述中央处理器依据温度-频率控制曲线降低电机频率提高扭矩。
11.更近一步地，所述方位轴控制单元和俯仰轴控制单元还包括供电模块；所述供电模块用于为控制器的各个模块进行供电。
12.更近一步地，所述方位轴控制单元和俯仰轴控制单元还包括定日镜旋转角度信息采集模块；
13.所述定日镜旋转角度信息采集模块与中央处理器连接，用于分别通过编码器采集
所述方位电机和俯仰电机的转动信息。
14.更近一步地，所述中央处理器还包括数据处理模块；
15.所述数据处理模块用于计算出的目标值与定日镜当前时刻的所述方位电机和俯仰电机的转动信息进行比较，差值即为当前时刻方位电机和俯仰电机所需转动角度。
16.更近一步地，所述方位轴控制单元和俯仰轴控制单元还包括信息传输模块；
17.所述信息传输模块用于所述中央处理器与工程师中心站进行双向通信连接，根据所述中央处理器接收到定日镜旋转角度信息计算后通过信息传输模块传输至工程师中心站进行处理；或将工程师中心站下发的指令，输送至所述中央处理器。
18.更近一步地，所述定日镜驱动一体式控制装置还包括方位轴零位开关和俯仰轴零位开关；
19.定日镜在方位转动平面和俯仰转动平面上分别预设方位零位区和俯仰零位区；所述方位轴零位开关设置在方位零位区，所述俯仰轴零位开关设置在俯仰零位区。
20.还提供了一种定日镜驱动一体式控制方法，所述定日镜驱动一体式控制方法包括以下步骤：
21.步骤1，中央处理器根据工程师中心站的指令生成方位轴和俯仰轴调节角度；
22.步骤2，中央处理器分别获取电机驱动模块的实时温度，并选择对应驱动电机的转速；
23.步骤3，重复执行步骤2，直至方位电机和俯仰电机调整定日镜达到工程师中心站的指令要求的方位轴和俯仰轴调节角度。
24.更近一步地，在步骤2中还包括以下步骤：
25.步骤21，中央处理器根据电机驱动模块温度及电机频率扭矩曲线生成预设的温度-频率控制曲线；
26.步骤22，中央处理器设定电机驱动模块的保护温度；
27.步骤23，中央处理器根据电机频率扭矩曲线驱动电机，当超过电机驱动模块的保护温度时，依据温度-频率控制曲线降低电机频率。
28.更近一步地，在步骤1中，所述中央处理器获取工程师中心站的指令，所述指令包括定日镜调节的目标方位轴和俯仰轴位置；
29.所述中央处理器通过定日镜旋转角度信息采集模块获取的当前定日镜方位轴和俯仰轴位置，并结合工程师中心站的指令计算方位电机和俯仰电机需要进行调节的角度。
30.更近一步地，在步骤23中，当电机驱动模块的温度超过电机驱动模块的保护温度时，中央处理器控制电机依据温度-频率控制曲线降低工作频率；
31.若不再触发电机驱动模块的保护温度，依据该频率完成定日镜调节；
32.若在当前频率下仍然触发电机驱动模块的保护温度，则进一步降低驱动频率来提高电机扭矩。
33.本发明达到的有益效果是：
34.本发明的定日镜驱动一体式控制器精简了电路结构，提高了控制器的可靠性；本发明通过将原本多个独立的功能模块集中在一块电路板上，可直接将控制器固定于电机尾部，便于安装，节约了控制器占用空间，减少了成本。
35.本发明通过采用编码器直接将定日镜上电机转动的信息传输给中央处理器，大大
提升了定日镜的跟踪精度；本发明所设计的控制器自身能耗低，可降低整个发电站的能耗，提升了整个发站的发电效率和运营成本。
36.本发明通过将驱动器温度与电机频率扭矩曲线相结合，生成温度-频率控制曲线，进一步在改善了在大风环境下，定日镜电机扭矩不足驱动器发热造成定日镜驱动器过度损耗的问题，极大的提高了电机驱动器的寿命。
附图说明
37.图1为实施例一中一种定日镜驱动一体式控制装置的结构示意图；
38.图2为一种定日镜驱动一体式控制装置中电机频率扭矩曲线的示意图；
39.图3为实施例二中一种定日镜驱动一体式控制装置的结构示意图；
40.图4为实施例三中一种定日镜驱动一体式控制装置的结构示意图；
41.图5为实施例四中一种定日镜驱动一体式控制方法的流程示意图。
具体实施方式
42.下面结合附图对本发明的技术方案进行更详细的说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
43.实施例一
44.如附图1所示，本实施例提供了一种定日镜驱动一体式控制装置，该一体式控制装置包括方位轴控制单元、俯仰轴控制单元、方位电机和俯仰电机，方位轴控制单元和俯仰轴控制单元均包括中央处理器、电机驱动模块、定日镜旋转角度信息采集模块和温度监测模块。
45.中央处理器用于根据工程师中心站下发的指令，控制电机驱动模块驱动电机运转。
46.中央处理器还包括数据处理模块，由工程师中心站下发的数据信息经过中央处理器的数据处理模块进行计算，将计算出的目标值与定日镜当前时刻的所读编码器的实际值进行比较，差值即为当前时刻方位电机和俯仰电机所需转动角度。
47.电机驱动模块与中央处理器连接，用于根据中央处理器的命令，分别控制定日镜方位或俯仰轴上的两台电机转动。
48.定日镜旋转角度信息采集模块与中央处理器连接，用于分别通过编码器采集定日镜方位或俯仰轴上两台电机转动的信息，并通过中央处理器计算后反馈至工程师中心站。
49.方位电机和俯仰电机分别用于驱动定日镜的方位轴和俯仰轴，以调节定日镜方位；方位电机和俯仰电机均采用步进电机。
50.温度监测模块用于监测电机驱动模块的工作温度。
51.温度监测模块与中央处理器配合，用于根据电机驱动模块的温度及电机频率扭矩曲线生成预设的温度-频率控制曲线以及设定各频率下电机驱动模块的保护温度；电机频率扭矩曲线如附图2所示；
52.在方位电机和俯仰电机工作中，当工作温度超过电机驱动模块的保护温度时，依据温度-频率控制曲线降低电机频率。
53.本实施例的定日镜驱动一体式控制器采用编码器直接将定日镜上电机转动的信
息传输给中央处理器，大大提升了定日镜的跟踪精度；本发明所设计的控制器自身能耗低，可降低整个发电站的能耗，提升了整个发站的发电效率和运营成本。同时，通过将驱动器温度与电机频率扭矩曲线相结合，生成温度-频率控制曲线，进一步在改善了在大风环境下，定日镜电机扭矩不足驱动器发热造成定日镜驱动器过度损耗的问题，极大的提高了电机驱动器的寿命。
54.实施例二
55.如附图3所示，本实施例中提出的定日镜生产线在实施例一中定日镜驱动一体式控制装置的基础上还包括方位轴和俯仰轴两个限位传感器接口，用于连接定日镜方位轴零位开关和俯仰轴零位开关，方位轴零位开关和俯仰轴零位开关用于确定定日镜的零位位置。
56.在定日镜方位转动平面和俯仰转动平面上分别预设方位零位区和俯仰零位区；方位轴零位开关设置在方位零位区，俯仰轴零位开关设置在俯仰零位区。当定日镜在方位轴和俯仰轴转动至零位区时，触发对应的零位开关，用于确定方位轴和仰轴限的零位。
57.方位轴零位开关和俯仰轴零位开关均与中央处理器连接，中央处理器包括两种零位开关控制方案：
58.当定日镜转动到方位零位区或俯仰零位区时，定日镜的中央处理器通过电机驱动模块控制方位电机或俯仰电机停止；这样在定日镜复位的过程中不需要控制定日镜的转动角度，只需设置方位和俯仰转动即可实现定日镜复位的转动和停止。
59.当定日镜转动到方位零位区或俯仰零位区时，定日镜旋转角度信息采集模块重新生成编码数值，这样运行过程中能够克服定日镜旋转角度信息采集模块的齿轮与回转装置的齿轮出现打滑导致编码器的数据漂移，进而导致定日镜无法准确定位的情况出现。
60.本实施例的定日镜驱动一体式控制装置通过设置零位开关，通过零位开关能够有效的校准编码器的数据漂移，实现了定日镜角度调节的精度；同时，零位开关与零位区能够在定日镜复位过程中提供准确的复位位置。
61.实施例三
62.如附图4所示，本实施例中提出的定日镜驱动一体式控制装置在实施例一和实施例二中记载的定日镜驱动一体式控制装置的基础上还包括信息传输模块和供电模块。
63.信息传输模块用于中央处理器与工程师中心站进行双向通信连接，根据中央处理器接收到定日镜旋转角度信息计算后通过信息传输模块传输至工程师中心站进行处理；或将工程师中心站下发的指令，输送至中央处理器。
64.供电模块用于为控制器的各个模块进行供电。在本实施例中，一体式控制装置的供电模块设有36v直流电源接口，通过隔离电源和稳压器输出为5v、3.3v电压给中央处理器及其外围电路进行供电。
65.本实施例的定日镜驱动一体式控制装置精简了电路结构，提高了控制器的可靠性；本发明通过将原本多个独立的功能模块集中在一块电路板上，可直接将控制器固定于电机尾部，便于安装，节约了控制器占用空间，减少了成本。
66.实施例四
67.如附图5所示，本实施例提供了一种定日镜驱动一体式控制方法，该控制方法应用于实施例一至实施例三中提供的定日镜驱动一体式控制装置，包括以下步骤：
68.步骤1，中央处理器根据工程师中心站的指令生成方位轴和俯仰轴调节角度；
69.中央处理器获取工程师中心站的指令，该指令包括定日镜调节的目标方位轴和俯仰轴位置。同时，中央处理器通过定日镜旋转角度信息采集模块获取的当前定日镜方位轴和俯仰轴位置，并结合工程师中心站的指令计算方位电机和俯仰电机需要进行调节的角度。
70.步骤2，中央处理器获取电机驱动模块的实时温度，并选择对应驱动转速；
71.具体还包括以下步骤：
72.步骤21，中央处理器根据电机驱动模块的温度及电机频率扭矩曲线生成预设的温度-频率控制曲线；
73.中央处理器首先获取电机频率扭矩曲线，并在不同环境温度下进行测试，获取电机驱动模块在电机运行时不同频率的工作状态下的时机温度，生成各温度区间的温度-频率控制曲线。
74.步骤22，中央处理器设定电机保护温度；
75.中央处理器根据环境温度和温度-频率控制曲线设定各频率下电机驱动模块的保护温度，避免电机驱动模块温度过高降低寿命。
76.步骤23，中央处理器根据电机频率扭矩曲线驱动电机，当超过电机驱动模块的保护温度时，依据温度-频率控制曲线降低电机频率。
77.在通常状态下，中央处理器根据电机频率扭矩曲线驱动电机调整定日镜朝向；当定日镜在强风等气候下转动阻力增大时，依据电机频率扭矩曲线驱动时，由于阻力增加设定的扭矩无法驱动定日镜转动，并导致电机温度升高。
78.当电机驱动模块的温度超过电机驱动模块的保护温度时，中央处理器控制电机依据温度-频率控制曲线降低工作频率；若能够在当前频率下驱动定日镜，则不会再进一步触发电机驱动模块的保护温度，并依据该频率完成定日镜调节；若在当前频率下驱动定日镜仍然不能克服阻力，触发电机驱动模块的保护温度，则进一步降低驱动频率来提高电机扭矩，直至完成定日镜调节。
79.步骤3，重复执行步骤2，直至方位电机和俯仰电机调整定日镜达到工程师中心站的指令要求的方位轴和俯仰轴调节角度。
80.本实施例提供的定日镜驱动一体式控制方法通过将驱动器温度与电机频率扭矩曲线相结合，生成温度-频率控制曲线，进一步在改善了在大风环境下，定日镜电机扭矩不足驱动器发热造成定日镜驱动器过度损耗的问题，极大的提高了电机驱动器的寿命。
81.本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据实施例和附图公开内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变换或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

技术特征：
1.一种定日镜驱动一体式控制装置，其特征在于，所述定日镜驱动一体式控制装置包括方位轴控制单元、俯仰轴控制单元、方位电机和俯仰电机；所述方位轴控制单元和俯仰轴控制单元采用相同结构，均包括中央处理器、电机驱动模块和温度监测模块；所述方位轴控制单元用于控制方位电机调节定日镜方位，所述俯仰轴控制单元用于控制俯仰电机调节定日镜俯仰角；所述中央处理器用于控制电机驱动模块驱动电机运转；所述电机驱动模块与中央处理器连接用于根据中央处理器的命令，分别控制所述方位电机和俯仰电机转动；温度监测模块用于监测所述电机驱动模块工作温度；所述中央处理器记录有电机频率扭矩曲线，根据所述电机驱动模块的温度生成温度-频率控制曲线以及设定各频率下电机驱动模块保护温度；所述中央处理器针对所述方位电机和俯仰电机根据所述电机频率扭矩曲线设定工作频率；当工作温度超过所述电机驱动模块的保护温度时，所述中央处理器依据温度-频率控制曲线降低电机频率提高扭矩。2.根据权利要求1所述定日镜驱动一体式控制装置，其特征在于，所述方位轴控制单元和俯仰轴控制单元还包括供电模块；所述供电模块用于为控制器的各个模块进行供电。3.根据权利要求1所述定日镜驱动一体式控制装置，其特征在于，所述方位轴控制单元和俯仰轴控制单元还包括定日镜旋转角度信息采集模块；所述定日镜旋转角度信息采集模块与中央处理器连接，用于分别通过编码器采集所述方位电机和俯仰电机的转动信息。4.根据权利要求3所述定日镜驱动一体式控制装置，其特征在于，所述中央处理器还包括数据处理模块；所述数据处理模块用于计算出的目标值与定日镜当前时刻的所述方位电机和俯仰电机的转动信息进行比较，差值即为当前时刻方位电机和俯仰电机所需转动角度。5.根据权利要求1所述定日镜驱动一体式控制装置，其特征在于，所述方位轴控制单元和俯仰轴控制单元还包括信息传输模块；所述信息传输模块用于所述中央处理器与工程师中心站进行双向通信连接，根据所述中央处理器接收到定日镜旋转角度信息计算后通过信息传输模块传输至工程师中心站进行处理；或将工程师中心站下发的指令，输送至所述中央处理器。6.根据权利要求1所述定日镜驱动一体式控制装置，其特征在于，所述定日镜驱动一体式控制装置还包括方位轴零位开关和俯仰轴零位开关；定日镜在方位转动平面和俯仰转动平面上分别预设方位零位区和俯仰零位区；所述方位轴零位开关设置在方位零位区，所述俯仰轴零位开关设置在俯仰零位区。7.一种根据权利要求1-6中任一所述定日镜驱动一体式控制装置的定日镜驱动一体式控制方法，其特征在于，所述定日镜驱动一体式控制方法包括以下步骤：步骤1，中央处理器根据工程师中心站的指令生成方位轴和俯仰轴调节角度；步骤2，中央处理器分别获取电机驱动模块的实时温度，并选择对应驱动电机的转速；步骤3，重复执行步骤2，直至方位电机和俯仰电机调整定日镜达到工程师中心站的指令要求的方位轴和俯仰轴调节角度。
8.根据权利要求7所述定日镜驱动一体式控制方法，其特征在于，在步骤2中还包括以下步骤：步骤21，中央处理器根据电机驱动模块温度及电机频率扭矩曲线生成预设的温度-频率控制曲线；步骤22，中央处理器设定电机驱动模块的保护温度；步骤23，中央处理器根据电机频率扭矩曲线驱动电机，当超过电机驱动模块的保护温度时，依据温度-频率控制曲线降低电机频率。9.根据权利要求7所述定日镜驱动一体式控制方法，其特征在于，在步骤1中，所述中央处理器获取工程师中心站的指令，所述指令包括定日镜调节的目标方位轴和俯仰轴位置；所述中央处理器通过定日镜旋转角度信息采集模块获取的当前定日镜方位轴和俯仰轴位置，并结合工程师中心站的指令计算方位电机和俯仰电机需要进行调节的角度。10.根据权利要求8所述定日镜驱动一体式控制方法，其特征在于，在步骤23中，当电机驱动模块的温度超过电机驱动模块的保护温度时，中央处理器控制电机依据温度-频率控制曲线降低工作频率；若不再触发电机驱动模块的保护温度，依据该频率完成定日镜调节；若在当前频率下仍然触发电机驱动模块的保护温度，则进一步降低驱动频率来提高电机扭矩。

技术总结
本发明提出了一种定日镜驱动一体式控制装置和方法，该装置根据工程师中心站下发的指令，控制电机驱动模块驱动电机运转，并将定日镜旋转角度信息采集模块中的信息进行逻辑运算后反馈至工程师中心站；同时对方位电机和俯仰电机根据电机频率扭矩曲线设定工作频率；当工作温度超过电机保护温度时，中央处理器依据温度-频率控制曲线降低电机频率提高扭矩。本发明的定日镜驱动一体式控制器精简了电路结构，提高了控制器的可靠性；同时，本发明通过将温度与电机频率扭矩曲线相结合，生成温度-频率控制曲线，进一步在改善了在大风环境下，定日镜电机扭矩不足发热造成定日镜电机过度损耗的问题，极大的提高了电机的寿命。极大的提高了电机的寿命。极大的提高了电机的寿命。


技术研发人员：刘家颖 姚志豪
受保护的技术使用者：恒基能脉新能源科技有限公司
技术研发日：2023.08.01
技术公布日：2023/10/15