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1　項目介紹

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。這臺迄今為止世界上唯一的一款大功率發(fā)光體由149個小的發(fā)光體構(gòu)成，每個發(fā)光體的功率都相當(dāng)于一臺大型電影放映機(jī)。將這些發(fā)光體聚集在一起，產(chǎn)生的輻射強(qiáng)度是地球表面正常太陽能輻射功率的10,000倍。而連接447個倍福步進(jìn)電機(jī)端子模塊的三臺嵌入式控制器可以高精度校準(zhǔn)各個發(fā)光體。

Synlight裝置

Synlight裝置的重點是開發(fā)太陽能燃料的生產(chǎn)工藝。研究人員、太陽能發(fā)電廠和航空工業(yè)中的行業(yè)合作伙伴將為測試此太陽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(dāng)加入蒸汽時，金屬片與水中的氧氣反應(yīng)，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　項目實施

Synlight采用新穎的模塊化設(shè)計，通體由149盞可單獨調(diào)節(jié)的短弧氙燈組成，其頻譜與太陽非常相似。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240kW，第三個高達(dá)300kW，最大可達(dá)到超過11MW/m 2的光通密度。據(jù)DLR太陽能研究院的控制專家DmitrijLaaber博士稱，人造太陽的輻射功率輸出比傳統(tǒng)實驗室系統(tǒng)的輻射功率輸出要高10倍。

在這三個測試室中，有兩個測試室已被專門設(shè)計用于太陽光化學(xué)反應(yīng)的開發(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)太陽能燃料的工藝過程進(jìn)行資格認(rèn)證。房間的高度為5m，測試室門的寬度和高度均為4m，能夠照射大型零件，即便是航天專用的零部件。Synlight具備多點聚集功能的基本特點，可精確聚集光束，甚至在子系統(tǒng)中也具備這種功能，并根據(jù)具體需要，可用于大型應(yīng)用或多種小型測試應(yīng)用中。

用作反射鏡的內(nèi)部鏡面燈罩直徑為1m，呈蜂巢狀安裝在14m高和16m寬的區(qū)域上。倍福基于PC的控制技術(shù)可確保精確對準(zhǔn)和定位各個反射鏡，以實現(xiàn)所需的輻射聚焦功能。每盞燈都可以被單獨控制，因此，可實現(xiàn)在目標(biāo)點上同步創(chuàng)建多樣化的布局和溫度。為實現(xiàn)此目的，采用的多臺步進(jìn)電機(jī)共由447個直接集成在I/O模塊系統(tǒng)中的KL2541和KL2531步進(jìn)電機(jī)端子模塊控制。這些模塊又通過50臺EthernetTCP/IP總線耦合器BK9000與三臺CX5130嵌入式控制器控制。

倍福接線盒

帶增量編碼器的KL2541步進(jìn)電機(jī)端子模塊專為中等規(guī)模的控制任務(wù)設(shè)計，輸出50V DC，電流為5A。這些寬度為24毫米的總線端子模塊結(jié)構(gòu)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(guān)的輸入。KL2531總線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(jī)配套使用。

3　項目效益

此項目通過采用大量驅(qū)動控制器，在實際應(yīng)用中的優(yōu)勢顯而易見，比采用傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)控制器中所需447個單臺設(shè)備節(jié)省了大量的空間。不僅如此，傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)控制器必須搭配使用自己的網(wǎng)絡(luò)電纜連接每臺設(shè)備，這將使應(yīng)用變得錯綜復(fù)雜從而更容易出錯。相反，目前采用的解決方案，即以倍福總線端子模塊的形式直接連接的系統(tǒng)集成式步進(jìn)電機(jī)控制器，更加方便、緊湊，尤其在考慮總線端子模塊分布在10個接線盒中的五個層級時，這種布局優(yōu)勢體現(xiàn)得更加明顯。此外，采用這種布局，還具備其他顯著的特點，包括通過倍福Ethernet TCP/IP總線耦合器BK9000能夠非常便捷、簡單地實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)和控制系統(tǒng)的集成。使用倍福的TwinCAT軟件也帶來不少益處，憑借TwinCAT純粹的自動化環(huán)境的編程比步進(jìn)電機(jī)制造商通常提供的基于高級語言的解決方案更加簡單易用。

摘自《自動化博覽》2018年9月刊