槽式光热反光镜数字液压驱动控制

目前槽式光热发电领域的执行机构基本采用两种方案：一种是电机减速器（或涡轮、蜗杆）驱动，另一种是双液压缸驱动。电机减速器的成本低、结构简单，但长期在风载荷影响下，减速机精度快速衰退甚至造成严重故障，因而近些年随着反光镜尺寸的不断加大，电机减速机驱动已逐步退出市场，双液压缸驱动的方式逐渐成为主流。双液压缸驱动出力较大，液压蓄能减小了系统总的装机功率，降低了对电网的冲击，但采用开关阀或高速开关阀通过开闭时间长短对活塞杆行程的控制精度低，容易造成结构干涉受力而损坏，因而不得不加大结构强度，增加了额外成本，或添加额外液压控制阀件和传感器，不仅造成成本增加，还严重降低了系统的可靠性。上述两种执行结构均为开环或简单闭环控制，精度较低，直接影响发电效率。为了进一步提升反光镜控制精度，人们开始考虑通过伺服阀对液压缸进行控制。伺服阀控液压缸每一路都设有开环增益调整、反馈增益调整、零位调整和输入与反馈相位调整，系统结构上增加昂贵的精密角位移或者在液压缸上增加线性位移传感器，利用高性能的伺服控制器或者带有运动控制能力的PLC进行整个系统的控制，成本将大幅提升。然而伺服阀其内部细小射流孔的磨损和伺服阀的温飘、零点漂移、系统易振荡等不稳定因素，加之极宽的温度范围导致液压油流动性严重变化，因而伺服阀控系统长期使用须要不断调整系统参数，方可保证系统的正常运转，严重阻碍了槽式光热发电反光镜控制技术进一步发展。

数字液压技术作为最新国际发展趋势，其精确的控制能力和精度、宽泛的环境耐受、简单的系统构成、无需现场复杂的调试、长维护周期等一系列明显的优势已经在军工、水利发电、冶金、重型机床等领域获得批量使用，在光热发电塔式定日镜的控制上，数字液压技术也率先在出口西班牙的系统中被采用。

槽式光热发电反光镜装置数字液压控制系统特点：

▊数字缸运动控制精度高，避免由于油缸控制精度低导致结构干涉受力；

▊数字化系统调试时间短，工程建设周期可大幅压缩；

▊宽温度范围和高抗污染使系统运行可靠，减少维护工作量和费用；

▊数字缸支持网络远程控制；

▊更大的驱动功率满足反光镜装置需求；

▊更低的综合成本；

亿美博科技的数字缸将数字阀、反馈机构、液压缸等作为一个整体进行集成，阀口开度由内部的反馈系统进行自动调节，无需外界的干预。液压系统控制三个要素：方向、位置、速度。步进电机的旋转方向决定了数字缸的方向；脉冲数量决定了数字缸的行程；发送脉冲频率决定了数字缸的速度。数字液压系统有以下优势：

▊高抗污染。对油液的清洁度没有严格要求，甚至液压油受到污染，也不会造成系统的精度降低，更不会造成严重的误动作甚至是事故；

▊运动特性完全数字化。速度、行程与电脉冲有直接的对应关系，只要控制好电脉冲，就能简单地实现控制要求，无需复杂的控制参数和算法，更不用现场进行参数设定和调整，建设周期大幅压缩；

▊数字缸的运行不受负载和环境因素变化的影响；

▊无损失远程控制执行，能实现多缸高精度同步或协同工作。

亿美博科技的每套光热液压系统控制一台反光镜装置，两条数字缸协同控制反光镜装置。采用数字缸控制反光镜装置，反光镜装置的转角完全实现矢量化和数字化。每个脉冲对应固定的数字缸位移，仅需控制电脉冲信号即可控制数字缸的工作行程和速度。当工作行程位移可以数字量化，对两条数字缸的控制只需要将各个动作照太阳的行进轨迹进行编程，然后两条数字缸在同一时间内完成各自设定的工作行程即可。数字缸位置控制不受负载、油压甚至是泄漏等的影响。

数字液压系统可实现网络控制，由于采用数字传输，不存在失真，也不存在通讯接口上的障碍，尤其是数字缸能自动构成速度闭环和位置闭环，避开了伺服控制在远程网络控制中的时间滞后难题。

控制系统包括主控PC、PLC、控制柜等，控制柜包含运动控制器等系统必需的控制硬件模块。一台主控PC通过以太网或工业以太网同时控制多台PLC，PLC接收主控PC的指令，并将当前状态反馈到主控PC。液压驱动元件采用亿美博数字缸进行控制，反光镜装置角度由两条数字缸协同控制。

数字液压是国家“十五”科技攻关项目、国家级重点新产品，国家“十三五”液气密行业发展重点规划产品。数字液压受到工信部大力支持，推进其在装备制造业中的创新应用。数字液压是一种内建闭环、使用开环的系统工程级单一元件。使用者只需将电脉冲送入接上高低压油管的数字缸即可，而无需复杂的各种参数的设定和调整，即可实现微米级的控制精度。特别适用于高精度速度、位置控制、协同运动控制等传动系统。其控制信号采用的是数字脉冲信号，而非传统控制的模拟量信号（如0~10V，4~20mA）。脉冲信号对周边电磁环境的抗干扰性远强于模拟量信号，其在传输过程中不存在信号失真，最终在终端执行元件体现的结果是达到高定位精度。中国工程院周济院长在调研数字液压时总结道：“数字液压是将控制还给电(机)，将液压还原其功率放大的本质”。

液压功率密度大，相同体积重量下，液压相比电传动输出功率大5~10倍，液压蓄能方式简单、廉价、长寿命。但以往由于液压控制复杂，很难实现高精度，因而用户不得不采用电传动技术替代。数字液压大大改善了液压的控制精度，不仅实现了微米级的控制精度，更使其环境耐受能力大幅度提升，是大功率、高精度传动无可取代的最优器件。采用小功率的泵源与液压蓄能器配合工作，配合亿美博数字缸的高精度及低能耗特点，让槽式光热反光镜装置实现精密控制，减少装机功率，减少对电网的冲击，同时数字液压具有网络化控制能力，为光热发电提供了保障，推动光热发电进入新纪元。