1　項目介紹

由德國航空太空中心（DLR）打造的Synlight高通量太陽(yáng)模擬器于2017年3月23日開(kāi)始了正式實(shí)驗。這臺迄今為止世界上唯一的一款大功率發(fā)光體由149個(gè)小的發(fā)光體構成，每個(gè)發(fā)光體的功率都相當于一臺大型電影放映機。將這些發(fā)光體聚集在一起，產(chǎn)生的輻射強度是地球表面正常太陽(yáng)能輻射功率的10,000倍。而連接447個(gè)倍福步進(jìn)電機端子模塊的三臺嵌入式控制器可以高精度校準各個(gè)發(fā)光體。

Synlight裝置

Synlight裝置的重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能燃料的生產(chǎn)工藝。研究人員、太陽(yáng)能發(fā)電廠(chǎng)和航空工業(yè)中的行業(yè)合作伙伴將為測試此太陽(yáng)模擬器中所有尺寸的組件找到理想的條件，旨在高效生產(chǎn)出氫——這種二氧化碳中性能源。該測試的原理為太陽(yáng)能模擬器將金屬片加熱到800℃，利用高溫將水分解成氫氣和氧氣。當加入蒸汽時(shí)，金屬片與水中的氧氣反應，釋放出氫氣，然后再進(jìn)一步加熱至1400℃，使氧化物與金屬分離。

2　項目實(shí)施

Synlight采用新穎的模塊化設計，通體由149盞可單獨調節的短弧氙燈組成，其頻譜與太陽(yáng)非常相似。因此可以用于三個(gè)可單獨使用的輻射室中，其中兩個(gè)輻射室的太陽(yáng)能輻射功率為240kW，第三個(gè)高達300kW，最大可達到超過(guò)11MW/m 2的光通密度。據DLR太陽(yáng)能研究院的控制專(zhuān)家DmitrijLaaber博士稱(chēng)，人造太陽(yáng)的輻射功率輸出比傳統實(shí)驗室系統的輻射功率輸出要高10倍。

在這三個(gè)測試室中，有兩個(gè)測試室已被專(zhuān)門(mén)設計用于太陽(yáng)光化學(xué)反應的開(kāi)發(fā)測試，并可以直接進(jìn)入氣體洗滌器與中和器，允許對生產(chǎn)太陽(yáng)能燃料的工藝過(guò)程進(jìn)行資格認證。房間的高度為5m，測試室門(mén)的寬度和高度均為4m，能夠照射大型零件，即便是航天專(zhuān)用的零部件。Synlight具備多點(diǎn)聚集功能的基本特點(diǎn)，可精確聚集光束，甚至在子系統中也具備這種功能，并根據具體需要，可用于大型應用或多種小型測試應用中。

用作反射鏡的內部鏡面燈罩直徑為1m，呈蜂巢狀安裝在14m高和16m寬的區域上。倍?；赑C的控制技術(shù)可確保精確對準和定位各個(gè)反射鏡，以實(shí)現所需的輻射聚焦功能。每盞燈都可以被單獨控制，因此，可實(shí)現在目標點(diǎn)上同步創(chuàng )建多樣化的布局和溫度。為實(shí)現此目的，采用的多臺步進(jìn)電機共由447個(gè)直接集成在I/O模塊系統中的KL2541和KL2531步進(jìn)電機端子模塊控制。這些模塊又通過(guò)50臺EthernetTCP/IP總線(xiàn)耦合器BK9000與三臺CX5130嵌入式控制器控制。

倍福接線(xiàn)盒

帶增量編碼器的KL2541步進(jìn)電機端子模塊專(zhuān)為中等規模的控制任務(wù)設計，輸出50V DC，電流為5A。這些寬度為24毫米的總線(xiàn)端子模塊結構非常緊湊，集成了適用于各種電壓和電流的PWM輸出，以及兩個(gè)用于限位開(kāi)關(guān)的輸入。KL2531總線(xiàn)端子模塊的寬度僅為12毫米，輸出24V DC，電流為1.5A，適合與各種小型步進(jìn)電機配套使用。

3　項目效益

此項目通過(guò)采用大量驅動(dòng)控制器，在實(shí)際應用中的優(yōu)勢顯而易見(jiàn)，比采用傳統步進(jìn)電機控制器中所需447個(gè)單臺設備節省了大量的空間。不僅如此，傳統步進(jìn)電機控制器必須搭配使用自己的網(wǎng)絡(luò )電纜連接每臺設備，這將使應用變得錯綜復雜從而更容易出錯。相反，目前采用的解決方案，即以倍?？偩€(xiàn)端子模塊的形式直接連接的系統集成式步進(jìn)電機控制器，更加方便、緊湊，尤其在考慮總線(xiàn)端子模塊分布在10個(gè)接線(xiàn)盒中的五個(gè)層級時(shí)，這種布局優(yōu)勢體現得更加明顯。此外，采用這種布局，還具備其他顯著(zhù)的特點(diǎn)，包括通過(guò)倍福Ethernet TCP/IP總線(xiàn)耦合器BK9000能夠非常便捷、簡(jiǎn)單地實(shí)現聯(lián)網(wǎng)和控制系統的集成。使用倍福的TwinCAT軟件也帶來(lái)不少益處，憑借TwinCAT純粹的自動(dòng)化環(huán)境的編程比步進(jìn)電機制造商通常提供的基于高級語(yǔ)言的解決方案更加簡(jiǎn)單易用。

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年9月刊