1　项目介绍

由德国航空太空中心（DLR）打造的Synlight高通量太阳模拟器于2017年3月23日开始了正式实验。这台迄今为止世界上唯一的一款大功率发光体由149个小的发光体构成，每个发光体的功率都相当于一台大型电影放映机。将这些发光体聚集在一起，产生的辐射强度是地球表面正常太阳能辐射功率的10,000倍。而连接447个倍福步进电机端子模块的三台嵌入式控制器可以高精度校准各个发光体。

Synlight装置

Synlight装置的重点是开发太阳能燃料的生产工艺。研究人员、太阳能发电厂和航空工业中的行业合作伙伴将为测试此太阳模拟器中所有尺寸的组件找到理想的条件，旨在高效生产出氢——这种二氧化碳中性能源。该测试的原理为太阳能模拟器将金属片加热到800℃，利用高温将水分解成氢气和氧气。当加入蒸汽时，金属片与水中的氧气反应，释放出氢气，然后再进一步加热至1400℃，使氧化物与金属分离。

2　项目实施

Synlight采用新颖的模块化设计，通体由149盏可单独调节的短弧氙灯组成，其频谱与太阳非常相似。因此可以用于三个可单独使用的辐射室中，其中两个辐射室的太阳能辐射功率为240kW，第三个高达300kW，最大可达到超过11MW/m 2的光通密度。据DLR太阳能研究院的控制专家DmitrijLaaber博士称，人造太阳的辐射功率输出比传统实验室系统的辐射功率输出要高10倍。

在这三个测试室中，有两个测试室已被专门设计用于太阳光化学反应的开发测试，并可以直接进入气体洗涤器与中和器，允许对生产太阳能燃料的工艺过程进行资格认证。房间的高度为5m，测试室门的宽度和高度均为4m，能够照射大型零件，即便是航天专用的零部件。Synlight具备多点聚集功能的基本特点，可精确聚集光束，甚至在子系统中也具备这种功能，并根据具体需要，可用于大型应用或多种小型测试应用中。

用作反射镜的内部镜面灯罩直径为1m，呈蜂巢状安装在14m高和16m宽的区域上。倍福基于PC的控制技术可确保精确对准和定位各个反射镜，以实现所需的辐射聚焦功能。每盏灯都可以被单独控制，因此，可实现在目标点上同步创建多样化的布局和温度。为实现此目的，采用的多台步进电机共由447个直接集成在I/O模块系统中的KL2541和KL2531步进电机端子模块控制。这些模块又通过50台EthernetTCP/IP总线耦合器BK9000与三台CX5130嵌入式控制器控制。

倍福接线盒

带增量编码器的KL2541步进电机端子模块专为中等规模的控制任务设计，输出50V DC，电流为5A。这些宽度为24毫米的总线端子模块结构非常紧凑，集成了适用于各种电压和电流的PWM输出，以及两个用于限位开关的输入。KL2531总线端子模块的宽度仅为12毫米，输出24V DC，电流为1.5A，适合与各种小型步进电机配套使用。

3　项目效益

此项目通过采用大量驱动控制器，在实际应用中的优势显而易见，比采用传统步进电机控制器中所需447个单台设备节省了大量的空间。不仅如此，传统步进电机控制器必须搭配使用自己的网络电缆连接每台设备，这将使应用变得错综复杂从而更容易出错。相反，目前采用的解决方案，即以倍福总线端子模块的形式直接连接的系统集成式步进电机控制器，更加方便、紧凑，尤其在考虑总线端子模块分布在10个接线盒中的五个层级时，这种布局优势体现得更加明显。此外，采用这种布局，还具备其他显著的特点，包括通过倍福Ethernet TCP/IP总线耦合器BK9000能够非常便捷、简单地实现联网和控制系统的集成。使用倍福的TwinCAT软件也带来不少益处，凭借TwinCAT纯粹的自动化环境的编程比步进电机制造商通常提供的基于高级语言的解决方案更加简单易用。

摘自《自动化博览》2018年9月刊