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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。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能輻射功率的10,000倍。而連接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(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，采用的多臺步進電機共由447個直接集成在I/O模塊系統(tǒng)中的KL2541和KL2531步進電機端子模塊控制。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步進電機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電機配套使用。

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)步進電機控制器中所需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(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)集成式步進電機控制器，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)境的編程比步進電機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