《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 測試測量 > 解決方案 > 利用LabVIEW和NI Single-Board RIO開發(fā)太陽能供電的牛奶冷藏系統(tǒng)

利用LabVIEW和NI Single-Board RIO開發(fā)太陽能供電的牛奶冷藏系統(tǒng)

2011-07-07
作者:Sorin Grama

  為了解決印度缺少運(yùn)輸新鮮食品的冷鏈設(shè)施問題,Promethean Power Systems公司最近開發(fā)了一套冷藏系統(tǒng),成功解決了印度奶業(yè)的面臨的一系列特殊挑戰(zhàn),。印度的牛奶供應(yīng)來源分散于廣大農(nóng)村中的無數(shù)個小農(nóng)場?,F(xiàn)在的牛奶收集過程十分低效,主要依賴于每日兩次的熱牛奶收集工作,其結(jié)果是過高運(yùn)輸成本和頻繁的牛奶變質(zhì)—炎熱季節(jié)會高達(dá)30%。如果牛奶企業(yè)能夠在鄉(xiāng)村收集中心對原奶進(jìn)行速冷處理,那么運(yùn)輸成本能夠減少一半,,并能避免牛奶變質(zhì)問題,還可以給奶農(nóng)帶來更多的收入,。市場上已經(jīng)有專用的牛奶冷藏設(shè)備銷售了,,然而農(nóng)村地區(qū)電力供應(yīng)不穩(wěn)定,如果采用該方案就需要利用柴油發(fā)電機(jī)為這些設(shè)備供電,,毫無疑問這增加了投資和運(yùn)行成本,,不是一種好的解決方案。
 
  基于這些調(diào)查,,我們開始設(shè)計一套更適合偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村地區(qū)的牛奶冷藏系統(tǒng),。因?yàn)槲覀冋莆樟祟I(lǐng)先的太陽能設(shè)備的專業(yè)知識與技術(shù),并且對于例如像印度這些陽光充足的地區(qū),,太陽能普遍被認(rèn)為是一種可行而且經(jīng)濟(jì)的能源,,所以我們基于太陽能進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計。然而,,由于牛奶冷卻系統(tǒng)格外重要,,必須全年全天候運(yùn)行,因此我們將太陽能和可用的電網(wǎng)電力結(jié)合起來成為一個更完美的系統(tǒng),,即使在長時間烏云蔽日的天氣或者電網(wǎng)中斷的情況下也能正常運(yùn)行(圖1),。
 
  系統(tǒng)設(shè)計的一個關(guān)鍵部分就是管理兩套電源(太陽能和電網(wǎng))與負(fù)載配電的控制系統(tǒng)。負(fù)載通常為一個冷水箱,,它利用一個制冷壓縮機(jī)將電力能源轉(zhuǎn)化為制冷功并將熱能儲存起來,。然后這部分冷水在早晨和晚間收集牛奶時用于冷卻牛奶。另外,,還有一套小的電池負(fù)載系統(tǒng)用于確??刂葡到y(tǒng)和制冷泵在沒有太陽能和電網(wǎng)電力時正常運(yùn)行。
 
  我們意識到需要設(shè)計一套嵌入式控制系統(tǒng)以運(yùn)行各種復(fù)雜算法,,同時為奶農(nóng)提供一個簡單的操作界面,。因此,我們決定采用NI Single-Board RIO平臺和LabVIEW實(shí)時模塊作為我們的開發(fā)系統(tǒng)。
  
  在簡單操作界面(圖2)的后面是一套復(fù)雜的系統(tǒng),,它結(jié)合LabVIEW軟件和NI硬件來控制牛奶冷藏系統(tǒng)的運(yùn)行,,并為后續(xù)工程分析和改進(jìn)設(shè)計收集寶貴的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的輸入包括溫度,、電流和流量傳感器,,輸出為數(shù)字控制信號,大部分輸出是通過對可重配置I/O(RIO)平臺內(nèi)置FPGA硬件編程生成的,。
  
  控制軟件包括多個不同的且獨(dú)立的并行運(yùn)行的比例-積分-微分(PID)控制循環(huán)以控制系統(tǒng)溫度保持在系統(tǒng)的關(guān)鍵溫度點(diǎn)。另外,,嵌入式軟件為后續(xù)分析收集和存儲了數(shù)據(jù),。這套系統(tǒng)的一個特點(diǎn)是配合簡單的文本通信協(xié)議及專用的Twitter賬號(圖3),使用手機(jī)通信--通常偏遠(yuǎn)地區(qū)只有這種通訊方式--發(fā)布運(yùn)行的概要數(shù)據(jù),。
  
  系統(tǒng)一個重要的方面是動態(tài)負(fù)載平衡算法,。該算法調(diào)節(jié)系統(tǒng)以太陽能獨(dú)立供電、電網(wǎng)獨(dú)立供電或者太陽能與電網(wǎng)聯(lián)合供電的方式運(yùn)行(如圖4),。動態(tài)負(fù)載平衡通過利用FPGA平臺自行編程,、使用PWM信號控制流向制冷壓縮機(jī)的電力得以實(shí)現(xiàn)。
  
  系統(tǒng)由于加入的電池,,因而變得更加復(fù)雜,。電池在系統(tǒng)中扮演了負(fù)載和電源的雙重角色。針對這一特性設(shè)計了一套控制算法,,用于判定何時電池需要充電,、何時電池作為系統(tǒng)的電源。電池控制經(jīng)過仔細(xì)的設(shè)計能夠確保電池組始終高效地充電,。
  
結(jié)論
  使用LabVIEW實(shí)時模塊和NI Single-Board RIO平臺,,我們設(shè)計并搭建現(xiàn)場試驗(yàn)原型系統(tǒng),這套系統(tǒng)運(yùn)行著復(fù)雜的控制算法并采集寶貴的工程數(shù)據(jù),,同時系統(tǒng)具有操作方便,、易于糾錯的特點(diǎn)。系統(tǒng)現(xiàn)在運(yùn)行于印度南部偏遠(yuǎn)地區(qū),,每天進(jìn)行牛奶冷卻工作,。隨著我們向批量生產(chǎn)和商業(yè)化方向不斷推進(jìn),從這個原型上收集的數(shù)據(jù)將用于后續(xù)的系統(tǒng)改進(jìn)和簡化設(shè)計中,。

本站內(nèi)容除特別聲明的原創(chuàng)文章之外,,轉(zhuǎn)載內(nèi)容只為傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點(diǎn),。轉(zhuǎn)載的所有的文章,、圖片、音/視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有權(quán)人所有。本站采用的非本站原創(chuàng)文章及圖片等內(nèi)容無法一一聯(lián)系確認(rèn)版權(quán)者,。如涉及作品內(nèi)容,、版權(quán)和其它問題,請及時通過電子郵件或電話通知我們,,以便迅速采取適當(dāng)措施,,避免給雙方造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。聯(lián)系電話:010-82306118,;郵箱:[email protected],。