Национальной академии наук республики казахстан
жүктеу/скачать 9,42 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- ISSN 2224–5227
- Обсуждение результатов
- ТІРЕКТІ-БҰРЫЛЫСТЫ МЕХАНИЗМДІ ГЕЛИОСТАТТЫ БАСҚАРУ ҮШІН РІС МИКРОКОНТРОЛЛЕР НЕГІЗІНДЕ КҮН ҚОЗҒАЛЫСЫН БАҚЫЛАУ ЖҮЙЕСІНІҢ ЭЛЕКТРОНДЫ СХЕМАСЫ
- С.У. Исмаилов 2 , Ф.А. Сатыбалдиева 1 , Р.Н. Бейсембекова 1 , А.С. Сарибаев 2
- Түйін сөздер
1 , А.С. Сарибаев 2 , А.А. Мусабеков 2 , А.С. Исмаилова 2 1 Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева, Алматы, Республика Казахстан; 2 Южно–Казахстанский государственный университет им. М.Ауэзова, Шымкент, Республика Казахстан Ключевые слова: микроконтроллер, гелиостат, оптоэлектронные счетчики, фототранзисторы, датчики. Аннотация. В нынешнее время во многих изданиях дальнего и ближнего зарубежья предлагается множество различных электронных схем для слежения за движением Солнца, но каждая из них обладает определенными недостатками, особенно это касается в плане их совершенствования [1-9]. ISSN 2224–5227 № 3. 2016 67 В работе предлагается использование комбинированной системы слежения за движением Солнца в небесной сфере. Объединение программного управления и системы слежения с обратной связью связано следующими причинами: программное управление удобно использовать, когда возникает необходимость устанавливать гелиостат на нужное положение, например, при прояснении погоды после дождя, смены погоды с пасмурного на ясный день и т.д. Система слежения с обратной связью автоматически в течение дня будет проводить процесс слежения за Солнцем, но когда будут происходить перемены погоды, когда будут моменты недостаточного излучения Солнечной энергии, гелиостат остановится и перейдет в режим ожидания. После того, как погода прояснится и Солнечного излучения будет достаточно, система слежения программного управления расчетным путем определит координаты положения Солнца и установит гелиостат в нужное положение, затем система слежения программного управления передаст управление системе слежения с обратной связью. Таким образом, будет осуществляться экономия потребления энергии гелиостатными установками и оперативное управление. Для реализации автоматизированной системы управления гелиостатом зеркально-концентрирующей системы возможно применение PIC микроконтроллера со специальной подпрограммой, которая реализует функцию уравнение движения объекта. Поэтому разработка электронной схемы системы слежения на основе PIC микроконтроллера позволит адаптировать и совместить функции управления и слежения в одно единое целое, позволит уменьшить коэффициент инерционности и запаздывание системы слежения, за счет использования комбинированной системы слежения. Программная часть управления «постоянно на опережение» корректирует координаты положения Солнца и гелиостата и тем самым меньше затрачивается времени на поиск Солнца в небесной сфере. Введение. Ориентация гелиостата в режиме непосредственного слежения с помощью оптоэлектронных счетчиков (ОЭС) имеет свои достоинства и недостатки. К преимуществам таких систем относятся: относительно простое регулирование положения; автоматическая компенсация неточностей опорно-поворотного устройства (ОПУ). К недостаткам ОЭС относятся: необходимость наличия для каждой зеркально-концентрирующей системы (ЗКС) пары оптоэлектронных датчиков, отдельных достаточно жестких стоек, на которые устанавливаются оптические датчики; потеря Солнца при наличии облачности; при выполнении ОЭС функции, как перевод ЗКС в утреннее или безаварийное положение, требуется включение в них дополнительных электронных устройств и подпрограмм. Практика использования ОЭС показала, что до настоящего времени практически неисследованы точности слежения ЗКС с помощью угломерных датчиков, в том числе величина "зоны нечувствительности", их точности слежения, обеспечиваемые оптическими датчиками, в целом не исследована динамика изменения углов ориентации ЗКС (в том числе и гелиостатных) в течение дня и года, особенно при наличии облачности [10-12]. Методы исследования. За основу разработки интеллектуального датчика для системы слежения принято электронное устройство, для гелиостата описанное в работе Т. Байерса [13]. Данное электронное устройство собрано из фототранзисторов, операционных усилителей выполняющие функции компаратора, цифровые логические элементы и силовых элементов для управления двигателями постоянного тока. В качестве фотодатчика использованы четыре фототранзистора, которые закрыты друг от друга специальной перегородкой и направлены Север- Юг, Восход-Запад. Когда фототранзистор достаточно освещен его сигнал поступает на вход компаратора и компаратор вырабатывает сигнал «1», если транзистор затемнен или недостаточно освещен, то компаратор вырабатывает сигнал «0». Сигналы от компараторов поступает на цифровые логические элементы, которые вырабатывают определенную логику работы системы слежения в соответствии с вырабатываемыми сигналами от четырех фототранзисторов. И зависимости от того какие фототранзисторы достаточно освещены и какие фототранзисторы затемнены или недостаточно освещены включаются и выключаются двигатели ОПУ гелиостата, тем самым обеспечивается непрерывное слежение за движением Солнца и ориентация гелиостата.[14-16] В этой схеме имеются следующие недостатки: 1) Непрерывное слежение и тем самым постоянное потребление электроэнергией ОПУ; 2) Ручная установка ориентира гелиостата на утреннее время; 3) При неблагоприятной погоде происходит потеря ориентации и при этом система слежения постоянно работает; 4) При потере ориентира гелиостата система слежения восстанавливается длительное время; Доклады Н 5) Эл 6) Ло 7) П усложняе Пред совершен размещен принципи тем самы включены обеспечен Данн возможно показанна для просм ориентаци За с постоянн повышать техническ Резул слежения контроли системы PIC мик Национальной лектронная с огика работы При добавле ется. длагаемая э нно иная. О ния фототр иально отли ым расшир ы функции ния. Разрабо ная схема остям намн ая на схеме мотра на жи ии. счет того, ого соверше ь точность кие и эксплу льтаты исс я можно пе ровать и уп автоматизац кроконтролл й академии н схема не об ы жесткая и ении каких- электронной От взятой за ранзисторов ичается. Циф рены функц контроля и отанная элек гораздо м ного превы предназнач идко-кристал что микро енствования и качест уатационны Рисунок 1 – следования ередавать п правлять раб ции. Возмо лера практи аук Республи ладает гибк и не обладае -либо функ й схемы си а основу сх в специа фровые логи циональные и управлен ктронная сх меньше по ышает взяту чена для руч ллическом д оконтроллер я автоматич тво слежени ые параметры – Принципиаль я. Получаем по каналу ботой систем жности дан ически не ики Казахста 68 костью в ее р ет гибкостью кции работы истемы сле хемы приме альном кор ические эле е возможно ния работой хема для сис отребляет э ую за осн чной установ дисплее (ЖК р можно п ческой систе ия за дви ы работы вс ьная схема сис ые данные RS-232 в мы слежени нной электр ограничен ан развитии; ю; ы в систем ежения на енена тольк рпусе, оста ементы заме ости работы й гелиостат стемы слеже электроэнер нову схему вки гелиост КД) парамет программир емы слежен жением Со сей системы стемы слежени в процессе персональн ия и гелиост ронной схем ны. Операт му слежения основе PI ко конструк альное в р енены на PIC ы системы а и функци ения предст ргии, но п у. Функцио тата в нужно тров работы ровать появ ния новыми олнца, ори ы. ия гелиостата работы авто ный компью тата с помощ мы системы тивную и я, электрон C микроко кция распол разработанн C микрокон слежения, ии информ авлена на ри по функци ональная кл ое положени ы системы с вляется воз функциями иентацию г оматическо ютер (ПК), щью разраба ы слежения постоянную ная схема онтроллера ложения и ной схеме нтроллер и , а также ационного исунке 1. иональным лавиатура, ие, а также слежения и зможность и работы и гелиостата, й системы , а также атываемой на основе ю память ISSN 2224–5227 № 3. 2016 69 микроконтроллера можно наращивать и тем самым можно расширять возможности программы вшитой в микроконтроллер. К данной схеме без труда можно подключать, какие либо дополнительные устройства.[17-18] Уменьшение инерционности и запаздывание системы достигается за счет использование комбинированной системы слежения. Программная часть управления «постоянно на опережение» корректирует координаты положения Солнца и гелиостата и тем самым меньше затрачивается времени на поиск Солнца в небесной сфере. Качество и точность наведения гелиостата на Солнце обеспечивается за счет корректирующих воздействии получаемых в процессе программного вычисления координат и сравнения их с координатами получаемых от системы слежения с обратной связью. Обсуждение результатов. Развитие цивилизации достигло такого уровня, когда для решения глобальных задач необходимо объединение усилий всех стран мира. И в первую очередь это относится к обеспечению прогресса в сфере производства и использования энергии. Одной из приоритетных задач мирового сообщества является создание системы глобальной энергетики, которая позволила бы осуществлять бесперебойное снабжение широких слоев населения во всем мире энергетическими ресурсами по экономически обоснованным ценам, поддерживать долгосрочную стабильность на мировом и региональных энергетических рынках и обеспечивать экологическую безопасность [19]. В развитие отечественной и мировой гелиотехники, а именно, фотоэлектрического способа преобразования солнечной энергии внесли большой вклад российские ученые: Алферов Ж.И., Андреев В.М., Баум В.А., Баранов В.К., Вавилов B.C., Васильев A.M., Евдокимов В.М., Каган М.Б., Колтун М.М., Кондратьев К .Я., Ландсман А.П., Лидоренко Н.С., Пивоварова З.И., Полисан A.A., Потапов В.Н., Рябиков C.B., Тарнижевский Б.В., Тверьянович Э.В., Тюхов И.И., Стребков Д.С., Селиванов Н.П., а также зарубежные ученые Бекман У., Даффи Дж., Анто-нио Луки, Клейн С., Колларес - Перейра М., Лю Б., Джордан Р., Холландс К. и ряд других выдающихся ученых. Выводы. Таким образом, разработанная электронная схема обладает следующими преимуществами: 1) Схема обладает гибкостью для совершенствования; 2) Есть возможность улучшать и повышать работу микроконтроллера за счет расширения памяти, замены другим более совершенным микроконтроллером, добавлять и подключать дополнительные элементы и устройства к микроконтроллеру и самой схеме; 3) Практически не ограничены функциональные возможности системы слежения и системы контроля и управления работой гелиостата; 4) Программно можно постоянно улучшать технические параметры процесса слежения, контроля и управления; 5) Есть возможность обмениваться данными с другими системами и самой системой автоматизации; 6) Расширяются возможности информационного обеспечения системы слежения и системы автоматизации; 7) Малая инерционность и запаздывание системы слежения. В дальнейшем при модернизации электронной схемы системы слежения на основе PIC микроконтроллера возможна замена оптоэлектронных датчиков на абсолютные энкодеры, работающие на эффекте Холла.[20] ЛИТЕРАТУРA [1] Патент RU2043583 РФ. Устройство для ориентации гелиоустановки / Кузьменко В.В., Долик Ю.С., Кузьменко И.П; опубл. 1992. [2] Патент RU2280918 РФ. Солнечная электростанция / Прокопов О.И., Ярмухаметов У.Р; опубл. 2005. [3] Патент RU2286517 РФ. Солнечная фотоэлектрическая установка / Алферов Ж.И., Андреев В.М. и др; опубл. 2005. [4] Патент RU2285210 РФ. Солнечная комбинированная концентрирующая энергоустановка / Стребков Д.С. и др; опубл. 2005. Доклады Национальной академии наук Республики Казахстан 70 [5] Заявка: 2006143012/06. Система ориентации солнечных модулей с концентраторами для нагрева теплоносителя (варианты) / Майоров В.А; 2008. [6] Патент RU2280217 РФ. Панель солнечной батареи конструкции / Буркова Л.Н., Бурков Л.Н; опубл. 2005. [7] Патент №2380624. Устройство для управления солнечной энергией / Тачелт Морис Дж; 2005. [8] Патент RU2026515 РФ. Гелиоустановка для слежения за положением солнца/ Ашурлы З.И.О., Гаджиев М.Г. и др; опубл. 1992. [9] Патент № 2416767. Фотоэлектрический солнечный модуль для слежения за положением солнца и управления ориентацией солнечных фотоэлектрических модулей / Худыш А.И. и др; 2011. [10] Кивалов С.Н., Захидов Р.А. Применение концентрирующих систем для фотоэлектрического преобразования солнечного излучения// Гелиотехника. -2001. -№3. C.66-78. [11] Harkonen J. Processing of high efficiency silicon solar cells. Helsinki University of Technology Reports in Electron Physics. – Helsinki, 2001. Р.45-51. [12] Абдурахманов А., Акбаров Р.Ю., Сарибаев А, Юлдашев А.А. Расширение функциональных возможностей системы управления гелиополя Большой Солнечной Печи. // Тезисы докладов 2-ой Международной конференции. - Ташкент, 2000. С.81. [13] Байерс Т. 20 конструкций солнечных элементов / пер. с англ. -М.: Мир, 1988. С.40-60. [14] Лакота Н.А. Проектирование следящих систем: физические и методические основы. – М.: Машиностроение, 2004. – 352 с. [15] Peter Wurfel. Phisics of Solar Cells. WILEY–VCH Verlag GmbH & Co, KGaA, Weinheim 2005 [16] Сибикин Ю. Д., Сибикин М. Ю. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. – К.: РадиоСофт, 2008. –338с. [17] Gerwin Harry L. A mini–size low cost heliostat system // «Solar Energy», 1986.– 36.– № 1.– Р.3–9 [18] Сарыбаев А.С Системы слежения гелиоустановок «Международный форум по обсуждению разбития продуктов и технология солнечной энергетики» Междунар. конференция 4–5 Июля 2007г, Ланджоу Китай [19] http://www.dissercat.com/content/povyshenie-effektivnosti-ispolzovaniya-solnechnoi-energii-v-energeticheskikh- ustanovkakh-s-k#ixzz3tW5Td3f8 [20] Abdurahmanov A. Akbarov R.Yu., Saribaev A, Kudrin O.I.Sabirov Yu.B.Mamatkasimov M. Big Solar Technological Furnace.// 7 th International Symposium on Solar Thermal Concentrating Technologies. – M.; Russia, 1994. –P.86 REFERENCES [1] Patent RU2043583 RF. Ustrojstvo dlja orientacii gelioustanovki / Kuz'menko V.V., Dolik Ju.S., Kuz'menko I.P; opubl. 1992. [2] Patent RU2280918 RF. Solnechnaja jelektrostancija / Prokopov O.I., Jarmuhametov U.R; opubl. 2005. [3] Patent RU2286517 RF. Solnechnaja fotojelektricheskaja ustanovka / Alferov Zh.I., Andreev V.M. i dr; opubl. 2005. [4] Patent RU2285210 RF. Solnechnaja kombinirovannaja koncentrirujushhaja jenergoustanovka / Strebkov D.S. i dr; opubl. 2005. [5] Zajavka: 2006143012/06. Sistema orientacii solnechnyh modulej s koncentratorami dlja nagreva teplonositelja (varianty) / Majorov V.A; 2008. [6] Patent RU2280217 RF. Panel' solnechnoj batarei konstrukcii / Burkova L.N., Burkov L.N; opubl. 2005. [7] Patent №2380624. Ustrojstvo dlja upravlenija solnechnoj jenergiej / Tachelt Moris Dzh; 2005. [8] Patent RU2026515 RF. Gelioustanovka dlja slezhenija za polozheniem solnca/ Ashurly Z.I.O., Gadzhiev M.G. i dr; opubl. 1992. [9] Patent № 2416767. Fotojelektricheskij solnechnyj modul' dlja slezhenija za polozheniem solnca i upravlenija orientaciej solnechnyh fotojelektricheskih modulej / Hudysh A.I. i dr; 2011. [10] Kivalov S.N., Zahidov R.A. Primenenie koncentrirujushhih sistem dlja fotojelektricheskogo preobrazovanija solnechnogo izluchenija// Geliotehnika. -2001. -№3. C.66-78. [11] Harkonen J. Processing of high efficiency silicon solar cells. Helsinki University of Technology Reports in Electron Physics. – Helsinki, 2001. R.45-51. [12] Abdurahmanov A., Akbarov R. Ju., Saribaev A, Juldashev A.A. Rasshirenie funkcional'nyh vozmozhnostej sistemy upravlenija geliopolja Bol'shoj Solnechnoj Pechi. // Tezisy dokladov 2-oj Mezhdunarodnoj konferencii. -Tashkent, 2000. S.81. [13] Bajers T. 20 konstrukcij solnechnyh jelementov / per. s angl. -M.: Mir, 1988. S.40-60. [14] Lakota N.A. Proektirovanie sledjashhih sistem: fizicheskie i metodicheskie osnovy. – M.: Mashinostroenie, 2004. – 352 s. ISSN 2224–5227 № 3. 2016 71 [15] Peter Wurfel. Phisics of Solar Cells. WILEY–VCH Verlag GmbH & Co, KGaA, Weinheim 2005 [16] Sibikin Ju. D., Sibikin M. Ju. Netradicionnye vozobnovljaemye istochniki jenergii. – K.: RadioSoft, 2008. –338s. [17] Gerwin Harry L. A mini–size low cost heliostat system // «Solar Energy», 1986.– 36.– № 1.– R.3–9 [18] Sarybaev A.S Sistemy slezhenija gelioustanovok «Mezhdunarodnyj forum po obsuzhdeniju razbitija produktov i tehnologija solnechnoj jenergetiki» Mezhdunar. konferencija 4–5 Ijulja 2007g, Landzhou Kitay [19] http://www.dissercat.com/content/povyshenie-effektivnosti-ispolzovaniya-solnechnoi-energii-v-energeticheskikh- ustanovkakh-s-k#ixzz3tW5Td3f8 [20] Abdurahmanov A. Akbarov R.Yu., Saribaev A, Kudrin O.I.Sabirov Yu.B.Mamatkasimov M. Big Solar Technological Furnace.// 7 th International Symposium on Solar Thermal Concentrating Technologies. – M.; Russia, 1994. –P.86 ТІРЕКТІ-БҰРЫЛЫСТЫ МЕХАНИЗМДІ ГЕЛИОСТАТТЫ БАСҚАРУ ҮШІН РІС МИКРОКОНТРОЛЛЕР НЕГІЗІНДЕ КҮН ҚОЗҒАЛЫСЫН БАҚЫЛАУ ЖҮЙЕСІНІҢ ЭЛЕКТРОНДЫ СХЕМАСЫ С.У. Исмаилов 2 , Ф.А. Сатыбалдиева 1 , Р.Н. Бейсембекова 1 , А.С. Сарибаев 2 , А.А. Мусабеков 2 , А.С. Исмаилова 2 1 Қ.И. Сəтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық зерттеу университеті Алматы, Қазақстан Республикасы; 2. М.О. Əуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік университеті, Шымкент, Қазақстан Республикасы Түйін сөздер: микроконтроллер, гелиостат, оптоэлектронды есептегіштер, фототранзистор, датчиктер. Аннотация. Қазіргі уақытта жақын жəне шетелдің көптеген басылымдарында əр түрлі Күн қозғалысын бақылау үшін ұсынылатын əртүрлі электронды схемалар ұсынылады, бірақ олардың əрқайсысының жетілдіру бағытындағы өзіндік кемшіліктері бар [1-9]. Бұл жұмыста аспан кеңістігінде Күн қозғалысын бақылаудың аралас жүйесін қолдануы ұсынылған. Бағдарламалық басқару мен кері байланысты бақылау жүйесін біріктіру мынадай себептермен түсіндіріледі: бағдарламалық басқаруды гелиостатты керек орынға орналастыру қажет болған кезде пайдалану ыңғайлы, мысалы, жаңбырдан соң күн ашылғанда, ала бұлт ашық күнге ауысқанда жəне т.б. Кері байланысты бақылау жүйесі күні бойы автоматты түрде Күнді бақылау үрдісін жүргізеді, бірақ ауа райы ауысқанда немесе Күн энергиясы жеткіліксіз болғанда, гелиостат тоқтайды жəне күту режиміне өтеді. Ауа райы ашылған соң, яғни Күн сəулесі жеткілікті болған кезде, бағдарламалық басқарудың бақылау жүйесі Күн координаталарын есептеп анықтайды жəне гелиостатты керек орынға орналастырады, одан соң бағдарламалық басқарудың бақылау жүйесі басқаруды кері байланысты бақылау жүйесіне береді. Осылайша, гелиостаты қондырғылардың энергияны тиімді пайдалануы мен оперативті басқаруы жүзеге асырылады. Айна-концентрациялық жүйелі гелиостатты басқарудың автоматтандырылған жүйесін жүзеге асыру үшін объект қозғалысының теңдеу функциясын жүзеге асыратын арнайы подпрограммасы бар PIC микроконтроллерді қолдануға болады. Сондықтан PIC микроконтроллер негізіндегі бақылау жүйесі бар электронды схеманы құрастыру басқару мен бақылау функцияларын біріктіруге жəне адаптациялауға мүмкіндік береді, бақылау жүйесінің инерция коэффициенті мен кешігуін аралас бақылау жүйесін қолдану есебінен кемітуге мүмкіндік бар. Басқарудың бағдарламалық бөлігі «əрқашан алдын-ала» Күн мен гелиостат координаталарын коррекциялайды жəне аспан кеңістігінде Күнді іздеуге аз уақыт жұмсалады. Поступила 16.05.2016 г. Доклады Национальной академии наук Республики Казахстан 72 жүктеу/скачать 9,42 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|