基于NI CompactRIO的太阳能熔炉智能化控制和数据采集系统

　　［编辑简介］：本文介绍一个利用NI CompactRIO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的案例。

　　［关键词］：数据采集系统；太阳能熔炉智能化控制；NI CompactRIO；

　　［摘要］：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。

　　图1： 太阳能熔炉组件架构图

　　“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.

　　挑战：

　　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。

　　解决方案：

　　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。

　　作者：

　　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。