Система управления гелиостатом

(19) (11) В 11/О 51) 5 Фн ЕТЕН К, ПАТЕНТ й энергетиОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗ(71) Обнинский институт атомноки(73) Обнинский институт атомной энергетики(54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГЕЛИОСТАТОМ(57) 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 солнеч ным излучением излучения точечногосканирующего источника, установленного , на теплоприемнике. Оба излучения регист-рируются фотопреобразователем, выполненным в виде матричной системы фотоэлементов. 4 ил.ФИзобретение относится к гелиотехникеи мокет быть использовано при управлениигруппами гелиостатов солнечных энергетических установок,Известна автоматическая система управления гелиостатом, содержащая датчикотраженных от гелиостатата лучей, .подключенный ко входу функциональногопреобразователя, соединенного с блокомуправления исполнительными механизмами привода гелиостата. Солнечные лучи, отраженные от гелиостата, попадаютв датчикотраженных от гелиостата лучей, которыйопределяет направление светового потокагелиостата к приемнику излучения путем 15сравнения йаправления отраженных от гелиостата лучей с заданным направлением.При отклонении отраженных лучей от заданного направления датчик отраженныхлучей дает сигнал функциональному преобразователю, соединенному с блоком-управле"йия "исполнитеМьными механизмамипривода гелиостата и гелиостат поворачивается в пространстве до воссгановлениязаданного направления отраженного светового потока,В качестве аналога используется система управления гелйостатами.Недостатком этой системы являются ограниченные функцйональные воэможности, 30т.к",автоматическая-система не реагирует нааварийную ситуацию,Известнасистема управления группамиведущих гелиостатов с корректирующимиустройствами по числу ведомых гелиостатов, с-одним звукоординатным оптическимдатчиком на ведущем гелиостате, обеспечивающая выполнение аварийных режимов.Недостатком этой системы является необходимость периодически вводить в постоя нную память определения азимутальногоугЛа солнца и определять азимутальныйугол ведущегогелиостата, что будет даватьпогрешности до нескольких учебных минут.Для повторенияуправления ведомыми гелиостатами будет присутствовать также погрешность их точкой привязки. Наложениепогрешностей дает значительное расхожде-ние при управлении ведущих и ведомых гелиостатов, а необходимая точность 50наведения на СНнапример 4 уч.минуты иданная система необходимой точности необеспечивала.Недостатком этого решения являетсянеобходимость постоянной корректировкй 55положения центра теплоприемника, оси положения фотодатчика, вертикальности колонны гелиостата. Например, смещениетеплоприемника 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 управлейия гелиостатом, содержащая датчик аварийной ситуации, соединенный выходом со 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 первымвходом функционального преобразователя, подключенного выходом. ко второму входу блока управления, соединенного выходом со входом исполнительного. механизма, выходом кинематически связанного с зералом гелиостата, которое оптически связано с Солнцем и с теплоприемником башенного типа и в центре которого установлен двухкоординатный фотоэлектрический датчик, нормаль которого совпадает с нормалью зеркала, который автоматически связан с Солнцем, а электрический вйход которого подключен ко второму входу функционального преобразователя, а в центре линейных геометрическихразмеров теплоприемника установлен сканирующий точечный источник инфракрасного излучения, оптически связанный с двухкоординантным фотоэлектрическим датчиком, корпус чувс" вительного элемента которого выполнен в виде . полусферы с плоским основанием, в центре которой имеется диафрагмирующее отверстие, а на основании установлена матричная двухкоординатная структура фотоэлементов, выходы фотоэлементов - столбцов левой и правой половин которой подключены ко входам, соответственно, первого и второго блоков нормирующих преобразователей, а выходы фотоэлементов строк верхней и нижней половин которой подключены ко 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 со вторым входами 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 располокения 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 (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 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 М (см. фиг. 3) должна совпадать с нормалью к центру отражателя гелиостата,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 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, соо ветствующие столбцы и строки которой заведены на од 10 Система работает следующим образом 15 50 55 На уровне элементарных фунциональ 20 25 30 35 40 45 новременные формирователи в виде многоразрядных регистров 25, 26, 27, 28. Башня обозначена 29, солнце - 3, 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;Х 1 Х 2 - азимут вперед;Х 1 Х 2 - азимут назад;У 1 У 2 - зенит вперед;У 1 У 2 - 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 взависимости от вида аварийного сигнала:а) сигнального анемометра типа Мпо 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.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 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 - НЕ, И - И.ПИ - НЕ, куторь:емогут запускаться управляемым генератором синхроимпульсов и управлять счетным устройством, которое будет определять величину управления в зависимости от сигнала аварийного датчика б,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 по закону управления, сформированному формирователем 7, включает блок уйравления исполнительнымимеханизмами до окончания выполнения на уровне функциональных элементов это может быть ВЯ-триггеры с различными связями между собой через элементы логики И - НЕ, которые взводятся и сбрасываются по мере отработки аварийного управления,При отсутствии аварийных сигналов о режиме фокусированного отраженного луча гелиостата на теплоприемник, сигналы от фотопреобразооателя 1 поступают для реализации управления на функциональныйпреобразователь 3, который преобразует код рассогласования фотопреобразователя о код управления для блока управления исполнительными механизмами 4, определяя также направление управления и номерпривода исполнительного механизма. На элементарном уровне это может-быть реверсивный счетчик, в который заносится код отработки и системы триггеровуправлениядля задания номера исполнительного механизма и направления движения может применяться общий или местный управляемыйгенератор 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 Мс пороговой схемой,Управление приводами исполнительных механизмов 5 осуществляется блоком 4, который логические сигналы формирователя 7 функционального преобразователя 3, преобразует в непосредственное управление исполнительными механизмами, сигна 5 10 15 2030354050 лы с формирователя 7 обладают большим прйоритетом, подтвержденным 9 и блокируют сйгналы по управлению с преобразователя 3, Науровне простейших функций он может представлять систему силооых оен тилей, -которые" Открывавтся по сигналам управления с 9 и 3 и на время управления подключают питание на эл, прйводы исполнительных механизмов нужной частоты, полярности. Фотопреобразователь 1 включает в себя фотодатчик, который состоит из корпуса 11, отверстия 12 и фотомат 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 мохет включать). На устройство фотопреобразователя может быть оформлен патент.Нормирующие преобразователи 14+ 17 представляют собой пороговые элементы сравнения аналоговых сигналов, поступающих с соответстоующих строк и столбцов фотоматрицы, 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 потОм обрабатывается элементами цифровой схемотехники.Регистрирующие преобразователями 18 + 21 по сигналу тактовых импульсов с генератора 22 записыва 1 от информацию с нормирующих 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 Х и У, блоками сравнения могут быть сумматоры или полусумматоры,В процессе эксплуатации СЭСнеоднократно проводились операции по повторной юстировке оптического датчика и екегодно проверяется вертикальное полокение 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 повьшение точности управления гелиостатом по наведению отраженных лучей на теплоприемник, т.к. центр отраженного гелиоСтатом потока будет совпадать с точкой излучения на теплоприемнике и снижаются эксплуатационнь 1 е погрешности, связанные с вертикальнь 1 ми отклонениями гелиостатов ибашни 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 СЭ Сежегодно. ф о р мул а из об рете н и яСистема, 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 башенного8 5 10 15 20 25 30 35 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 входамсоответственно 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 фотоэлектрическбго датчика,1784100 1о бог 1Составитель А,ТрофимовТехред М,Моргентал Корректор С,П дактор М.К ов каэ 4529 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК 113035, Москва, Ж, Рвушская наб 4(5 зводственно-издательскийкомбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10