自动控制技术在太阳能行业应用

自动控制技术在太阳能行业应用第一页，共61页。河北省机电一体化中试基地信息技术在太阳能领域的应用第二页，共61页。河北省科学院机电研究所简介1

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自动化技术在太阳能领域的应用2CompanyLogo河北省科学院太阳能行业的发展趋势--两化融合机电研究所第三页，共61页。2000-2015年十年发展2000年科技体制改革1996年通过重点实验室验收1992年开始组建测控技术省级工程中心整体转制为科技型企业隶属科学院处级差额事业单位申办省级重点实验室

研究所基本情况1河北省科学院机电研究所第四页，共61页。机电所河北省科技创新企业河北省科学院八个研究所之一河北省自动化学会常务理事单位河北省计算机学会常务理事单位河北省工业测控工程技术研究中心河北省中小企业自动控制技术服务机构中试基地

研究所基本情况1CompanyLogo河北省科学院机电研究所第五页，共61页。办公楼外景机构设置综合办公室技术推广部阳光计算机培训学校计算机研究室机电技术研究室测控技术研究室1CompanyLogo河北省科学院机电研究所第六页，共61页。机电一体化产品开发工业机器人应用生产过程自动控制大型沼气自动控制系统半干法脱硫自动控制系统污水处理生产过程自动控制系统水泥生产自动控制系统大型石灰窑自动控制及窑下计量卸料系统连续输送散装物料静态计量系统大型输送线智能控制系统软包装袋高位码垛生产线塑胶密炼小料自动配料系统机器人自动码垛系统机器人自动焊接系统机器人自动喷涂系统锻压生产线机器人自动上下料系统橡胶硫化工序机器人自动上下料系统河北省科学院………………机电研究所

研究所基本情况1第七页，共61页。

坚持以提高科研创新能力为目标，通过建立一系列引进人才、培养人才、激励人才的机制，逐步成长为一支专业搭配合理、技术素质过硬、具有创新意识的队伍。★人员组成、专业和年龄结构

辅助人员技术人员管理人员自动控制机电一体化机械制造计算机技术仪器仪表博士学士正高副高中级35岁以下45岁以上河北省科学院硕士机电研究所

研究所基本情况1第八页，共61页。研发团队：

研究所现有固定人员46人，其中高级职称13人，中级职称9人，专业技术人员占人员总数的90%以上，人员结构合理，专业设置齐全，拥有一支集科研、开发、教学于一体、经验丰富的技术团队，在自动控制、机电一体化技术与产品开发、计算机技术等领域逐步形成了明显的技术优势和自己的专业特色。通过多层次、全方位引进人才，注重人才培养，加强对外的合作交流，单位整体科研水平得到了明显提升。我们开发的产品和推广的科研成果覆盖我省经济建设的很多领域，得到了社会各界的好评和充分肯定，创造了良好的社会效益和经济效益。

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研究所基本情况1第九页，共61页。

在过去的三年中，研究所承担省、市院项目20余项，获得国家专利多项，代表性成果有：太阳能地暖控制器地下桶式机械立体停车库自动控制系统水泥预制构件全自动码垛车大型沼气自动控制系统污水处理厂自控系统连续物料静态计量系统热泵烘干节能技术研究热泵烘干技术应用——

金银花烘干、粮食烘干热力交换站全自动节能控制器工业机器人技术应用全自动包装码垛生产线大型输送线集中监控系统矿用全自动布料车……CompanyLogo河北省科学院机电研究所

研究所基本情况1第十页，共61页。

规模化沼气生产过程测控系统是大型沼气工程必备的的配套技术之一。根据沼气工程规模和原料的不同，采用集散控制系统和PLC控制技术，实现大型沼气工程的集中监控和分级管理，增加整个系统的安全性和可靠性；采用模拟工艺流程图实现人机交互，操作简便易用；采用视频监控技术，实现厂区和重要操作工段的实时监控；通过互联网技术实现远程监控管理。大型沼气自动控制系统CompanyLogo河北省科学院机电研究所

研究所基本情况1第十一页，共61页。采用中温发酵技术，发酵罐温度根据设定温度自动调节，控制精度优于±2℃。温度测量精度达到±1℃，压力、流量、物位、成分测量精度优于5%。实现对电机、控制阀门等设备状态信号、故障信号的自动监测和报警。根据发酵罐压力和储气罐压力实现沼气增压泵的连锁控制。负压保护与高压放空实现连锁控制，与本地控制形成双重保护。对沼气净化车间和电器控制室进行甲烷含量实时监测，甲烷含量超标时自动启动通风设备并报警。采用视频监控和互联网技术，对上料间、操作间和厂区实施全天24小时监控，实现远程监控管理。系统主要技术指标河北省科学院机电研究所研究所基本情况1第十二页，共61页。鹿泉市石界寨林牧种植有限公司秸秆沼气联户供气工程巨鹿县苏营二村秸秆沼气联户供气工程栾城县青牧原养牛场大中型沼气工程项目藁城市朱家寨秸秆沼气联户供气工程平山县南马冢秸秆沼气联户供气工程沧州小屯沼气工程沧州黄骅下堡村沼气工程家庄龙凤湖沼气工程承德市双桥区沼气工程沧州小屯沼气工程张家口张北沼气工程承德市双桥区秸秆沼气联户供气工程……河北省科学院机电研究所

研究所基本情况1第十三页，共61页。

热泵干燥技术是一种节能干燥技术，比现有的燃煤干燥装备节能30%以上，减少二氧化碳排放40-60%；热泵干燥装备的温湿度控制精确，可以提高粮食干燥效率和品质，减少加工过程的成本，降低碳排放和颗粒污染物排放，具有节能减排的双重效果，经济和社会效益显著。而我国是能源短缺国家，因此充分利用热泵节能的特点进行中药及农特产品干燥作业，是重要的发展方向。项目的技术核心来源于中国科学院理化技术研究所，主要突破和创新点是通过物料干燥过程流变特性与热泵运行特性的耦合机理研究、热泵干燥过程中高效能量回收机理的研究，实现热泵干燥系统的高效化、低成本化。通过高温热泵烘烤过程中物料尺度特性对烤房内温度场、流场、烘烤质量和变色特性等因素的分析研究，优化高温热泵烘烤工艺条件；通过烘烤过程湿度场和湿球温度稳定性的研究，优化烘烤工艺.热泵烘干节能技术研究

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研究所基本情况1第十四页，共61页。河北省科学院机电研究所

研究所基本情况1第十五页，共61页。协作单位:中国科学院理化技术研究所金银花烘干工艺是金银花生产的关键环节，传统的燃煤烘干方法烘干的金银花品质不易控制，也污染环境。我所与中科院理化技术研究所合作，研制了金银花热泵干燥成套设备，并在巨鹿县前堤村金银花合作社进行了应用。热泵干燥装备的温湿度控制精确，自动化程度高，提高了金银花的品质，降低了加工成本，增加了农民和加工企业收入。

热泵烘干技术应用——

金银花烘干控制界面前三次实验烤制效果烘干现场河北省科学院机电研究所

研究所基本情况1第十六页，共61页。协作单位:中国科学院理化技术研究所粮食仓储前必须进行烘干，粮食的烘干具有烘干量大、过程连续等特点。传统的粮食烘干设备采用燃煤热风炉加塔式烘干窑，既浪费能源，又污染环境。我所与中科院理化技术研究所合作，开展粮食干燥机理研究和粮食热泵干燥成套设备的研制，试制了成套的小型粮食烘干设备，并在河北永安粮库安装使用，取得了良好的效果，得到了用户的肯定。本项目可面向粮储企业和农场进行推广，能够保证粮食入仓前粮食的含水量，提高储运粮食的质量，降低发霉变质的可能性。

热泵烘干技术应用——

粮食烘干小型烘干塔系统结构图河北省科学院机电研究所

研究所基本情况1第十七页，共61页。

我单位与中科院常州先进制造所联合开展了工业机器人应用技术研究，购买了ABB等高端机器人装备，建立了机器人应用实验平台。在机器人焊接、锻造、喷涂、搬运、码垛等方面进行了研究开发和应用，取得良好的效果。工业机器人技术应用

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研究所基本情况1第十八页，共61页。河北省科学院现有研发条件:单位有科研、教学、办公用房2000多平方米，另有一座1000平方米机械加工车间，各种机加设备齐全。拥有各种研发、实验及生产设备50余台套，主要有西门子PLC开发试验平台、施耐德PLC开发试验平台、运动控制实验平台、工业机器人开发平台、CAD/CAM机械设计开发平台、工业称重测试平台、单片机开发系统、美国NI虚拟测试仪器、接地电阻测试仪、数字示波器、逻辑分析仪等开发试验设备。机电研究所研究所基本情况1第十九页，共61页。河北省科学院机电研究所

研究所基本情况1河北省科学院机电研究所第二十页，共61页。随着国民经济的发展，对能源的需求在不断增加，能源紧缺问题日益突出。太阳能作为一种新型、可再生的绿色能源，可在一定条件下取代紧缺的传统能源，越来越受到人们的重视，因而，太阳能技术得到了突飞猛进的发展。但我国对于太阳能的利用仍处在初级阶段，如何合理有效的利用太阳能，是亟待解决的一个课题。太阳能利用的方式主要有光热利用、光电利用、光化利、光生物利用四大类。其中应用最为普遍的是太阳能的光热利用。将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用；未来太阳能的大规模利用方式是用来发电，利用光伏效应将太阳辐射能直接转换为电能；光化利用是通过太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式，目前应用成本高，应用不普遍；光生物利用是通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程；目前主要有速生植物（如薪炭林）、地膜覆盖、温室大棚和巨型海藻等。

自动化技术在太阳能领域的应用2河北省科学院机电研究所第二十一页，共61页。

在太阳能利用的四种方式中，太阳能的光热应用最为普及，太阳能的光电利用是今后发展的方向。在太阳能光热产业领域，太阳能热水器、太阳能地暖产品销量很大，市场竞争也最为激烈。各个生产厂家产品性能相近，产品技术含量不高，主要靠价格和销量占领市场，企业利润率难以提高，大企业做的很辛苦，而有些小企业不得不面对生存危机。企业要想从这种激烈的市场竞争中摆脱出来，最有效的方法是提高产品的技术含量，实行成本领先和差异化发展战略。实现这两种发展战略的关键是提高企业产品的技术含量和产品生产过程的自动化程度。下面就自动化技术在太阳能光热产品中的应用问题作一简要分析，与各位企业家共同探讨。自动化技术在太阳能领域的应用2河北省科学院机电研究所第二十二页，共61页。河北省科学院机电研究所自动化技术在太阳能领域的应用2自动化

的概念定义：

自动化是指装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。广义的讲，自动化还包括模拟或再现人的智能活动。什么是自动化？

应用领域：

自动化技术广泛应用于工业、农业、国防、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务及家庭等各方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力、部分脑力以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动化是一个国家或社会现代化水平的重要标志。自动化技术在太阳能领域的应用2第二十三页，共61页。

自动化技术的特点：

自动化技术是自动控制理论为基础，以电子技术、电力电子技术、传感器技术、计算机技术、网络与通信技术为主要工具，面向工业生产过程自动控制及各行业、各部门的自动化。它具有“控（制）管（理）结合，强（电）弱（电）并重，软（件）硬（件）兼施”等鲜明的特点，自动化技术涵盖半导体变流技术、自动控制系统、电力拖动与电气控制、最优控制、计算机控制技术、计算机通讯与网络、数字信号处理、软件工程、传感器原理、自动检测技术、系统工程概论、运筹学和情报检索等多个技术领域。

自动化技术在太阳能领域的应用2河北省科学院机电研究所第二十四页，共61页。自动化技术的应用领域非常广。它已经渗透到我们生活的方方面面，其应用面之广是其他专业难以比拟的。同时，自动化技术发展很快，特别是最近几年，随着计算机技术和电子器件的发展，各种高性能、智能化传感器的出现，自动化技术的发展可以说是是日新月异。我们平常所说的自动化一般指工业生产自动化或设备自动化。主要包括流程工业自动化、工业生产线自动化、专用设备自动化等。自动化技术在太阳能领域的应用2河北省科学院机电研究所第二十五页，共61页。1.自动化技术在太阳能热水器产品中的应用

自动化技术在太阳能领域的应用2河北省科学院机电研究所①通过水位检测和控制，实现太阳能热水器自动上水

第二十六页，共61页。自动化技术在太阳能领域的应用2河北省科学院机电研究所②通过水温检测和混水控制，实现太阳能热水器恒温出水在混水阀的混合水侧装有一个温度传感器，当系统的热水或冷水温度发生变化时，传感器和弹簧系统配合作用，使出水温度保持在设定值。对于单管的水龙头，使用恒温混水阀的优点更突出，因为混合水的温度不会随用水量的变化而变化。恒温混水阀安装在生活热水系统中，可以节约能源和舒适的使用热水，及避免被高温热水烫伤。

电子恒温阀则是在机械恒温阀的基础上，加入了电脑程序，用户只需要输入理想的沐浴温度，工作过程中，通过机器自动检测进出水温度、自动检测进水流量、自动分配冷热水比例、自动调节出水量大小，从而达到出水温度恒定如一的效果，为用户完美解决洗浴时水温忽冷忽热的问题。第二十七页，共61页。

自动化技术在太阳能领域的应用2河北省科学院机电研究所③通过在储水桶中增加电辅加热和温度检测与控制，实现太阳能热水器全天候使用

第二十八页，共61页。

自动化技术在太阳能领域的应用2河北省科学院机电研究所

主要功能：

1、开机自检

2、水温指示

3、

水位指示

4、

水温预置

5、水位预置

6、缺水报警

8、缺水上水

9、炸管保护

10、掉电记忆

11、自动防溢流

④通过开发设计专用控制器，完善产品功能

第二十九页，共61页。

自动化技术在太阳能领域的应用2河北省科学院机电研究所⑤采用太阳跟踪技术，提高太阳能热水器的集热效率

太阳自动跟踪技术已经在太阳能发电领域得到普遍应用，对于高端太阳能热水器可以考虑增加太阳自动跟踪系统，使得热水器集热面始终正对着太阳，提高人水汽的集热效率。

第三十页，共61页。

自动化技术在太阳能领域的应用2河北省科学院机电研究所⑥采用移动通讯及互联网技术，实现太阳能热水器的远程监控

第三十一页，共61页。2.自动化技术在太阳能热水器产品生产过程中的应用我国传统制造业发展已经相对成熟,但太阳能行业是一个新兴的行业,太阳能家用热水器生产行业也就成为制造业中的新兴行业,虽然近几年来得到较快的发展,但整体装备水平还比较落后,专业化、自动化的生产设备相对较少,很多工序还主要靠人工操作，生产效率低、产品质量不稳定。随着用人成本的不断攀升，产品生产成本也在提高。采用自动化技术对现有的生产线进行升级改造势在必行。自动化技术在太阳能领域的应用2河北省科学院机电研究所第三十二页，共61页。

自动化技术在太阳能领域的应用2河北省科学院机电研究所

充分发挥信息技术和工业自动化技术的渗透性、倍增性作用，在传统产业的生产和服务上具有提高自动化、智能化水平和现代化管理水平，提升产品质量，增加经济效益，推动传统产业结构升级，是实现经济发展方式转变的战略性举措。应用信息技术和自动化改造提升传统产业，是实现自动化产业和传统产业互动与融合的重要机遇。工业自动化技术是改造提升传统产业的思路和重点。用高新技术改造传统产业的关键是必须用微电子技术改造传统产业，加快发展机电一体化设备和计算机辅助设计、辅助制造系统；用智能化、柔性化的设备来武装各个产业，通过大量使用机电一体化设备改造传统产业；特别要在围绕电子信息、生物技术与新药、新材料和新能源、精细化工、环保等高新技术产业和新兴产业，大力发展应用软件产品、石油深加工产品、生物制药及系列产品、环保工程技术设备等高新技术产品，把改造传统产业与发展高新技术产业相结合，加快采用高新技术和先进适用技术，推进传统工业现代化。第三十三页，共61页。3.自动化技术在太阳能光伏系统中的应用

自动化技术在太阳能领域的应用2河北省科学院机电研究所随着光伏行业的技术进步，太阳能发电成本逐步降低，在经济性上已经能够与核能发电、水力发电展开竞争。当前，在煤电占主导地位的电力行业，因环境承载力限制，煤电发展受到制约。太阳能为干净的自然能源，没有常规能源（煤电，油电）与核电会造成环境污染的问题。我国太阳能资源丰富，太阳能利用得到了政府的政策支持，太阳能发电产业面临前所未有的发展机遇。随着国家政策的支持和智能电网的建设，大量的分布式光伏发电系统接入电网对传统配用电系统提出了严峻的挑战，自动化技术在并网太阳能光伏电站的应用是保证真正实现分布式光伏电源“无缝”接人电网的基础。第三十四页，共61页。自动化技术在太阳能领域的应用2河北省科学院机电研究所在并网太阳能光伏电站中必须采用自动化技术来保证太阳能光伏发电站接人电网的安全稳定的运行。(1)最大功率跟踪控制太阳能电池的输出功率会随着日照强度和太阳能电池表面的温度改变而改变，通过逆变器的调节使光伏阵列输出电压趋近于最大功率点输出电压，以保证光伏阵列在最大功率点运行而获得最大能源。(2)交流电源跟踪技术当电网供电端的电压和频率等参数在正常范围内变化时，并网光伏发电系统的输出可跟踪电网的电压、频率和相位等的变化，随时调整其交流输出功率、交流输出电流、频率和相位，使之与电网相匹配。第三十五页，共61页。自动化技术在太阳能领域的应用2河北省科学院机电研究所

(3)

并网保护装置一般内置在逆变器中，在电网侧和逆变器侧发生异常时，应迅速停止逆变器，确保电网的安全。

(4)无功补偿装置根据电网需要，在光伏发电站内安装静态或动态无功补偿装置，以满足其最大输出功率及功率变化率不超过电网调度部门的给定值，并在电网故障和特殊运行方式时保证电力系统稳定性。

(5)电能质量监测分析装置监测光伏电站的电能质量信息，包括谐波、波形畸变、直流分量、频率、电压偏差、电压不平衡度、电压波动和闪变等电能质量指标，并将电能质量数据远程传送到电网企，保证电网企业对电能质量的监控。第三十六页，共61页。自动化技术在太阳能领域的应用2河北省科学院机电研究所(6)有功功率控制系统并网太阳能光伏电站应具有有功功率调节能力，并能根据电网频率、调度部门指令等信号自动调节电站的有功功率输出，确保输出功率及变化率不超过给定值。(7)太阳能光伏功率预测系统对光伏电站的输出功率进行预测有助于电力系统调度部门统筹安排常规能源和光伏发电的协调配合，及时调整调度计划，合理安排电网运行方式，一方面有效地降低光伏接入对电网的影响，提高电网运行的安全性和稳定性，另一方面减少电力系统的旋转备用和运行成本，以充分利用太阳能资源，获得更大的经济效会效益。第三十七页，共61页。对信息化与工业化融合的理解：

以自动化技术应用推进太阳能产业两化融合进程3以微电子技术改造传统产业以信息化带动工业化，以工业化促进信息化坚持走中国特色新型工业化道路，推进信息化与工业化融合机电研究所第三十八页，共61页。机器生产时代电气生产时代化学工业时代约在17世纪末至19世纪初叶约在19世纪至20世纪中叶大致在20世纪20年代至60年代20世纪50年代至90年代20世纪80年代以后自动化生产时代网络生产时代河北省科学院机电研究所第三十九页，共61页。人均国内生产总值产业结构劳动力结构消费结构外贸结构技术进步贡献率

《机械工业走新型工业化道路的实施途径》课题研究报告依据上述六项标准的相关指标，认为我国目前正处于工业化的中后期河北省科学院机电研究所第四十页，共61页。工业化信息化制造业信息化制造业工业社会信息社会工业化、信息化制造业河北省科学院机电研究所第四十一页，共61页。制造技术自动化技术现代管理技术信息技术实现产业升级改善企业生产、经营、管理、产品开发河北省科学院机电研究所第四十二页，共61页。我国制造业产品多样化用户需求变化市场多样化竞争白热化原材料价格上涨人民币汇率变化出口政策调整国际贸易摩擦工资指数提高资金成本提高企业社会责任加大贯彻劳动法同行产能增加利润空间减小环境压力加大资源相对短缺河北省科学院机电研究所第四十三页，共61页。主要依靠资源和投资拉动主要依靠技术进步和提高劳动者素质推动注重生产能力的扩张注重技术能力的积聚生产型制造服务型制造世界制造业价值链低端世界制造业价值链高端挤压环境环境友好河北省科学院机电研究所第四十四页，共61页。传统产品PLC传感器数控技术工控机现场总线激光技术网络技术微处理器……数字化产品与装备

机电一体化产品河北省科学院机电研究所第四十五页，共61页。信息技术与制造技术相融合，将进一步给设计与制造技术带来深刻的，甚至是革命性的变化。信息化使装备制造业更好、更快、更省、更可靠地制造出创新产品。数字化设计与制造使Boeing777的研发周期缩短40%，工程返工减少50%。河北省科学院机电研究所第四十六页，共61页。加快新产品开发、提高成功率提高设备利用率提高制造过程自动化、智能化提高质量和效率加速资金周转、减少库存充分利用资源……实现：◆提高效率、效益◆节省物质消耗

◆减少污染、排放河北省科学院机电研究所第四十七页，共61页。小批量多品种质量高成本低研发期短生产柔性环境友好

河北省科学院机电研究所第四十八页，共61页。全能企业网络制造动态联盟核心技术核心业务辅助业务外包大规模定制生产方式规模生产河北省科学院机电研究所第四十九页，共61页。交换平台信息交换EDI网关一对一因特网软件开发工具因特网应用服务器Oracle数据库InterMedia,

iFS,

OPS,

Security,

OID,...,...企业内联网订单ERP商业战略决策支持SCM采购供应商和伙伴CRM产品销售市场开拓客户服务呼叫中心移动通信网站管理电子帐单电子支付Web商店电子商务客户EC网关一对多企业外联网引自张曙教授河北省科学院机电研究所第五十页，共61页。绿色设计和产品绿色的能源和原材料的使用与转换绿色加工制造绿色包装产品的绿色再生（维修、拆卸、回用、处置）全寿命周期的环境管理体系引自房贵如讲稿大力推行绿色制造河北省科学院机电研究所第五十一页，共61页。集中供热和热电联产用中、大容量工业锅炉高效燃煤锅炉和清洁燃烧锅炉循环流化床锅炉和水煤浆锅炉使用各种燃料的特种用途锅炉超临界和超超临界火电机组新型、高效电热材料余热余压利用设备新型、高效保温材料和隔热材料超高效率三相