Thermomax 公司使用 NI LabVIEW 與 FieldPoint 測試太陽能真空集熱管

Author(s):
Paul McEntee - Thermomax Ltd.

Industry:
Energy/Power

Products:
Motion Control, LabVIEW, Datalogging and Supervisory Control, FieldPoint Real-Time Controllers

The Challenge:
建立高品質設備，以有效並經濟的將太陽輻射轉換為熱能。

The Solution:
使用 NI FieldPoint、LabVIEW、LabVIEW 資料記錄與監控 (DSC) 模組，與運動控制，建立雙電腦架構的全自動化測試系統。

建立系統以確保產品品質

Thermomax Ltd. 公司為高品質設備的領先製造商，專精於有效並經濟的將太陽能轉換為熱能。我們的太陽能真空集熱管 (Evacuated tube solar collector) 可產生純淨的能源，並用於家庭/工業熱水、空間加熱，與海水淡化作業。在北愛爾蘭 Bangor 市的製造廠房中，我們已經安裝了 2 組新的測試設備 – 室外實際條件測試與室內的太陽能模擬器。新的設備可大幅縮短測試時間，並降低產品開發成本，且能夠進一步確保產品品質。透過太陽能模擬器，不輪實際的天氣狀況為何，我們隨時均可進行所需的測試作業。

 

使用 NI FieldPoint、LabVIEW，與運動控制建立系統

我們使用 FieldPoint 架構的軟體與硬體，包含 NI FP-1601 網路模組、繼電器、計時器/計數器、類比輸入/輸出、熱電偶模組、建立全自動化的測試系統，NI LabVIEW DSC，與 LabVIEW 軟體，以建立雙電腦架構的全自動化測試系統。其中還有以 NI PCI-7342 運動控制器所控制的雙軸式運動系統，與使用 LabVIEW 的 NI UMI-7772 介面。我們並佈署了 6 組 FP-1601 網路模組於室外測試系統，透過 212 個通道進行控制與資料擷取。由於通道數較多，我們佈署了 LabVIEW DSC Module 以降低控制與資料擷取系統的開發時間，並可將資料儲存至易於存取的資料庫中。我們可以測試最多 4 組集熱系統，並將之排入至 9 個測試序列之一。

我們並於太陽能模擬器中佈署額外的 FP-1601 網路模組，以擷取並控制 34 個通道。我們並使用雙軸式的運動系統，以於每次測試作業中擷取模擬器光源陣列 (Lamp array) 的光照貼圖 (Irradiance map)。我們使用 LabVIEW 以程式設計所有的控制、資料擷取，與分析作業，並於 BS EN 12975 集熱器中進行自動化的有效測試。我們並已克服測試設備的特殊難題。在室外測試設備中，我們使用多個通道以處理必須長期進行記錄的資料。此外，若集熱器所產生的能源未妥善利用，將造成集熱器過熱現象。因此，我們亦將警示與安全聯鎖 (Interlock) 整合至系統中。我們使用相對可輕鬆設計並建置控制系統的 LabVIEW DSC Module。我們並使用標籤設定 (Tag configuration) 編輯軟體，以透過乙太網路介接 FieldPoint 通道；大幅降低需要撰寫的程式碼總數。透過標籤設定編輯軟體，可輕鬆建立通道調整、無感區 (Dead banding) 與警示功能。NI Measurement and Automation Explorer (MAX) 軟體亦提供眾多相關功能。在作業進行期間，我們不需再撰寫其他程式碼，即可使用 MAX 進行 FieldPoint 硬體的低階控制作業。當系統執行 MAX 時，僅需透過先前的檢視功能，即可輕鬆檢視並匯出資料庫中的資料。

在太陽能模擬器中，我們使用較少的通道，但是 BS EN 12975 測試作業需要更精確的溫度控制，與系統流體的質流 (Mass flow) 速率。為了達到此系統需求，我們安裝 2 組 Honeywell 的控制閥門：其 1 是用於控制冷媒至熱能交換器的流動溫度控制，而另 1 組則可控制待測集熱器的質流。我們使用 LabVIEW 中的進階 PID VI，透過 FP-AO-V10 的雙通道類比輸出模組，以產生控制訊號乃傳送至閥門。

我們使用進階的 PID VI，將無擾動 (Bumpless) 手動作業建置為自動作業，而將自動控制建置為手動控制。我們的第二個挑戰，即是要開發二維映射 (Two-dimensional mapping) 系統，以精確量測集熱器的光線變化。在剛開始時，我們以手動方式擷取映射圖 (Map)，但卻需要 2 名操作者並耗費大量時間。因此我們決定安裝 1 組雙軸式的運動系統，以移動日射計 (Pyranometer) 並記錄光線。我們使用 1 組 NI PCI-7342 運動控制器與 1 組 NI UMI-7772 運動介面，以控制 2 組步進驅動與馬達。我們並將 Kipp & Zonen CM11 日射計連接至 FieldPoint 組上的類比輸入通道，並記錄共 200 個點的映射圖。

 

使用 NI 產品的效果

透過 NI 硬體與 LabVIEW 軟體，我們迅速且輕鬆的建構了解決方案。此 2 組測試設備並成功使用於每日的例行測試。由於大幅縮短新產品的開發時間，我們不再需要將系統原型寄送至歐洲的測試機構，並降低了開發成本。該系統並縮短了多種新集熱器的上市時間。我們正持續擴展系統的應用範圍，並提升產品的品質。此外，我們的客戶亦可透過網路觀看該產品的現場測試作業。

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Paul McEntee
Thermomax Ltd.
Tel: 02 98 127 8530
Fax: 02 98 127 0572
paul_mcentee@thermomax.co.uk

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