447 個步進電機端子模塊助力控制全球最大的人造太陽
DLR：緊湊型驅動技術應用于 Synlight 大功率發光體
http://www.debgrams.com 2018-08-10 11:22 來源：德國倍福自動化有限公司
由德國航空太空中心（DLR）打造的 Synlight 高通量太陽模擬器于 2017 年 3 月 23 日開始了正式實驗。這臺大功率發光體（迄今為止世界上唯一的一款）由 149 個小的發光體構成，每個的功率都相當于一臺大型電影放映機。將這些發光體聚集在一起，產生的輻射強度是地球表面正常太陽能輻射功率的 10,000 倍。連接 447 個倍福步進電機端子模塊的三臺嵌入式控制器可以高精度校準各個發光體。
Synlight 共由 149 盞 7kW 短弧氙燈組成，每個燈泡單獨拿出來都強大到足以在電影放映機中使用
Synlight 裝置的重點是開發太陽能燃料（即使用太陽產生的燃料）的生產工藝。此外，研究人員和太陽能發電廠或航空工業中的行業合作伙伴將為測試其所有尺寸的組件找到理想條件。其目標是高效生產出氫這種二氧化碳中性能源。太陽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，金屬片與水中的氧氣反應，釋放出氫氣。然后再進一步加熱至 1400℃，使氧化物與金屬分離。
大輻射功率和高精度聚焦能力
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，其頻譜與太陽的非常相似。因此可以用于三個可單獨使用的輻射室中，其中兩個輻射室的太陽能輻射功率為 240 千瓦，而第三個更是高達 300 KW，最大可達到超過 11MW/m2 的光通密度。據 DLR 太陽能研究院的控制專家 Dr. Dmitrij Laaber 稱，人造太陽的輻射功率輸出比傳統實驗室系統的輻射功率輸出要高 10 倍。
與自然光不同，Synlight 可以產生高達 3500 °C 的溫度，能夠融化金屬
在這三個測試室中，有兩個已經專門設計用于太陽光化學反應的開發測試，并可以直接進入氣體洗滌器和中和器，允許對生產太陽能燃料的工藝過程進行資格認證。測試室門的寬度和高度都是 4 米，房間高度為 5 米，能夠照射大型零件，即便是航天用零部件。Synlight 的一個基本特點是它具有多點聚集功能。這樣可以精確聚集光束（甚至在子系統中）并根據需要使用，既可以用于大型應用，也可以用于很多小型測試應用。
系統集成的緊湊型驅動控制系統
用作反射鏡的內部鏡面燈罩直徑為 1 米，呈蜂巢狀安裝在 14 米高和 16 米寬的區域上。倍福基于 PC 的控制技術確保精確對準和定位各個反射鏡，以實現所需的輻射聚焦。每盞燈都可以單獨控制，因此，可以在目標點上創建多樣化的布局和溫度，即使在同時進行三個測試時也是如此。為實現此目的使用的多臺步進電機由總共 447 個直接集成在 I/O 模塊系統中的 KL2541 和 KL2531 步進電機端子模塊控制。這些模塊又通過 50 臺 Ethernet TCP/IP 總線耦合器 BK9000 與三臺 CX5130 嵌入式控制器控制。
共有 447 個 KL2541/KL2531 步進電機 I/O 端子模塊分布在 10 個接線盒中的五個層級中
帶增量編碼器的 KL2541 步進電機端子模塊專為中等規模的控制任務設計，輸出 50 V DC，電流 5 A。這些寬度為 24 毫米的總線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，以及兩個用于限位開關的輸入。KL2531 總線端子模塊的寬度僅為 12 毫米，輸出 24 V DC，電流 1.5 A，適合與各種小型步進電機配套使用。Dmitrij Laaber 認為，由于使用了大量驅動控制器，實際應用的優點也顯而易見：“如果我們當時使用的是傳統步進電機控制器，所需 447 個單臺設備將需要大量的空間。不僅如此，我們還不得不使用自己的網絡電纜連接每臺設備，這將會使事情變得錯綜復雜，容易出錯。相反，目前使用的解決方案，即以總線端子模塊的形式直接連接的系統集成式步進電機控制器，更加方便和緊湊，特別是如果你考慮到總線端子模塊分布在 10 個接線盒中的五個層級時。其它優點包括通過 Ethernet TCP/IP 總線耦合器 BK9000 能夠非常方便和簡單地實現聯網和控制系統集成。TwinCAT 軟件的使用也讓我們受益良多，因為像 TwinCAT 這么純粹的自動化環境的編程要比步進電機制造商通常提供的基于高級語言的解決方案簡單得多。”
DLR 太陽能研究院負責 Synlight 控制系統的 Dr. Dmitrij Laaber（右）與倍福萊茵河/魯爾工業區辦事處經理 Ralf Stachelhaus 在介紹太陽模擬器的尺寸
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