LabVIEW开发高辐射通量太阳能熔炉的控制和数据采集系统.docVIP

LabVIEW开发 高辐射通量太阳能熔 炉的控制和数据采集 系统 凭借 CompactRIO， Compact Fieldpoint 和NI Compact Vision System内在的 坚固性、准确性、扩 展能力以及平台的网 络集成，我们能在项 目时间限制范围内开 发出一个可靠的、分 布式应用程序。 - Roberto G. Galàn, Centro de Investigación en Matemáticas A.C. The Challenge: 图1: 太阳能熔炉 组件架构图 开发能够操控高辐射 通量太阳能熔炉所有 子系统的分布式控制 和数据采集系统。 The Solution: 使用NI LabVIEW图形 化系统设计软件、 LabVIEW Real- Time、 LabVIEW FPGA和 LabVIEW视觉 开发模块，以及 NI CompactRIO、 Compact Fieldpoint 和NI Compact Vision System硬件平 台开发高辐射通量太 阳能熔炉的控制与数 据采集系统。 Author (s): Dr. Norberto Flores - Centro de Investigación en Matemáticas A.C. Roberto G. Galàn - Centro de Investigación en Matemáticas A.C. 简介 由于地处阳光地带， 墨西哥是利用太阳能 技术的理想之地。该 地区年平均日晒超过 5.5kWh/m2。 高质量的太阳能 资源使得该地区成为 实施集中太阳能技术 （CST）的理想选 择，CST技术可用 于发电或是生产太阳 能氢燃料。 为了促进CST在墨 西哥的发展，CIE 能源研究中心建造了 一个高辐射通量太阳 能熔炉 （HRFSF）。 HRFSF使得在基 础应用研究以及工业 生产过程的发展中利 用太阳辐射成为可 能。HRFSF的主 要目的是开发用于中 央塔发电厂的热电太 阳能塔组件。另一个 目的则是处理和制造 先进的材料，并且让 它们体现暴露在阳光 下的热物理，机械和 光学的材料特征。 我们需要一个控制和 数据采集系统，用于 操作HRFSF所有 集成组 件。 CIMAT （数学研究中心）的 工业数学系与CIE 的工作人员合作，共 同执行开发控制系统 的任务。 高辐射通量太阳能熔 炉（HRFSF）组件 高辐射通量太阳能熔 炉（HRFSF）主 要由以下三个组件组 成： 一个聚光镜， 一个定日镜和快门 （见图1）。 聚光 镜是该系统的核心， 其功能是将太阳辐射 集中至很高的水平， 从而在聚焦区域达到 高温（可达 3000° K）。 该聚光镜 被放置在一个太阳熔 炉内，且不发生移 动；所有追踪太阳所 需的移动都需定日镜 来执行。 这样做 是为了获得一个静态 的聚焦区域，它为进 行实验提供了一个更 容易控制的环 境。 熔炉的性能 取决于定日镜准确追 踪太阳的能 力。 快门在不同 的角度部分打开和关 闭，控制允许进入系 统的辐射量。值得一 提的是，HRFSF 包括占地面积81平 方米定日镜，占地面 积42.2 平方米的快门，以及 一个409六角形第 一表面抛光的玻璃镜 组成的光学聚光镜。 除了上述组件，还有 一个移动的平台，可 在聚焦地区的不同点 精确定位实验。数据 采集系统还要用于监 测不同的实验变量， 如温度、压力流量、 太阳辐射和集中的辐 射通量分布。 冷 却系统的实验也是必 须的。 此外，气象 监测站集成在系统 中， 除了定日镜、 冷却系统和一些太阳 辐射和风速传感器， 其它所有熔炉组件都 位于整个熔炉结构内 部。 开发平台 我们为控制和数据采 集系统选择了NI平 台，因为它能够通过 一个直观、灵活的开 发环境开发所有控 制、数据采集和视觉 功能。 凭借 CompactRIO， Compact Fieldpoint 和NI Compact Vision System内在的 坚固性、准确性、扩 展能力以及平台的网 络集成，我们能在项 目时间限制范围内开 发出一个可靠的、分 布式应用程序。 控制系统内有1台PXI电脑，4个NI cRIO- 9074集成系统控制器，1 个带有cFP-BP8背板的 cFP-2120控制器，以及一个与 以太网相连的CVS-1450。 熔炉构架组件分 布如图2所示： 定日镜由NI cRIO-9074 集成系统控制器控 制，它有两个 NI 9505伺服模块控制这两个 定日镜电机。其中一 个用于方位移动，一 个用于高度移动。 使用太阳能跟踪方程 可以得出定日镜的位 置，它能够根据定日 镜纬度和经度的位置 计算出太阳能矢 量。 通过了解太 阳能矢量，我们可以 精确判断定日镜的方 位和高