Kompakt hajtásrendszer a DLR által fejlesztett Synlight Napszimulátorban

A németországi Jülichben működő DLR Napkutató Intézet 2017. március 23-án helyezte üzembe Synlight elnevezésű, nagy fluxussűrűségű Napszimulátorát. A maga nemében a világon eddig egyedülálló nagyteljesítményű sugárzóelrendezés 149 darab elemi forrást tartalmaz, melyek intenzitása egyenként egy-egy mozivetítő fényerejével egyenértékű. Az így létrehozott eredő fényintenzitás legalább tízezerszer meghaladja a Föld felszínén mérhető természetes napsugárzás szintjét. Három darab beágyazott számítógép biztosítja az elemi források precíziós mozgatását, 447 darab Beckhoff gyártmányú léptetőmotor-terminált vezérelve.

A Synlight létesítményben végzett kutatások középpontjában napenergia-alapú üzemanyagok – azaz napsugárzás segítségével előállított hajtóanyagok – kifejlesztése áll, de nap-hőerőműveket építő, továbbá repülés- és űrtechnikai területen tevékenykedő kutatók, cégek számára is kitűnő tesztelési lehetőséget nyújt, különféle egységek készre szerelt, teljes terjedelemben történő bevizsgálására. A napenergia-alapú üzemanyag-termelés egy lehetséges módja a CO₂-kibocsátás szempontjából kedvező hidrogén hatékony, vízbontással történő előállítása. E célból a napszimulátor 800 °C-os hőmérsékletre felhevít egy fémfelületet, melyre vízgőzt juttatva a vízmolekula oxigénje kölcsönhatásba lép a fémmel, miközben hidrogén szabadul fel. A fémet ezt követően 1400 °C-ra tovább hevítve eltávolítható az oxigén.

Nagy sugárzási teljesítmény és precíz fókuszálás

Az újszerű, modulrendszerű Synlight berendezés egyedülálló abban a tekintetben, hogy 149 darab, külön-külön állítható, a napsugárzáséhoz rendkívül hasonló spektrummal rendelkező, rövid ívű xenon-lámpa alkotja. Ezekkel három, egymástól függetlenül használható kamrában 1 x 300 KW-ig, illetve 2 x 240 KW-ig terjedő sugárzási teljesítmény hozható létre, 11 MW/m²-t meghaladó maximális fluxussűrűséggel. Dr. Dmitrij Laaber, a DLR Napkutató Intézet Synlight rendszerért felelős vezérléstechnikai szakembere szerint ez a mesterséges Nap nagyságrendileg tízszer nagyobb kimeneti teljesítményt szolgáltat, mint a hagyományos laboratóriumi rendszerek.

A három mérőkamrából kettőt kifejezetten napsugárzással indukált kémiai folyamatokhoz szükséges tesztelésekhez terveztek. Ezekhez közvetlenül gáztisztítók és közömbösítők csatlakoznak, lehetőséget adva a folyamatok minősítésére a napenergia-alapú üzemanyagok előállítása során. A bejárati redőnyfal szélessége és magassága egyaránt 4 m, a helyiség belmagassága pedig 4,5 m, aminek köszönhetően nagykiterjedésű egységek, például űrjárművek elemei is besugározhatók. A Synlight egyik alapvető tulajdonsága, hogy a sugárzást több pontra képes fókuszálni. A fénynyaláb így precíziósan, az igényeknek megfelelően koncentrálható, akár egy nagyobb területre, akár több kisebb felületre irányítva.

Kompakt, rendszerbe integrált hajtásvezérlés

A lámpák belső, reflektorként szolgáló tükörfelületének átmérője 1 m. Ezek az elemi sugárzók egy 16 m széles és 14 m magas területen, méhsejt-cellákhoz hasonló alakzatban helyezkednek el. A Beckhoff PC-alapú vezérléstechnikája segítségével az abszolút és egymáshoz viszonyított helyzetük is pontosan beállítható, létrehozva a kívánt megvilágítási mintát. Minden egyes elemi sugárzó külön-külön vezérelhető, aminek köszönhetően nagyon sokféle megvilágítási függvény és hőmérsékleti kép alakítható ki a célfelületen – még abban az esetben is, ha egyidejűleg háromféle vizsgálatot végeznek. Mindehhez igen sok léptetőmotor szükséges, melyeket összesen 447 darab, kompakt, KL2541 és KL2531 típusú, közvetlenül moduláris be-kimeneti rendszerbe épített léptetőmotor-terminál vezérel. A terminálok három darab, CX5130 típusú beágyazott PC-hez kapcsolódnak, 50 darab, BK9000 típusú Ethernet TCP/IP buszcsatolón keresztül.

Az inkrementális jeladóval működő, 50 V-os egyenfeszültség és 5 A-es áram leadására képes, KL2541 típusú léptetőmotor-vezérlő terminálokat közepes követelményszintű alkalmazásokhoz tervezték. Széles áram- és feszültségtartományban terhelhető impulzusszélesség-modulált kimeneti fokozatokat tartalmaznak, továbbá két darab, végálláskapcsoló kezelésére szolgáló bemenettel is rendelkeznek. A méretük mindezek ellenére nagyon kedvező, 24 mm széles buszterminálban kaptak helyet. A csupán 12 mm széles, 24 V-os egyenfeszültségre és 1,5 A-es áramfelvételhez méretezett, KL2531 típusú buszterminállal számos különféle kisebb léptetőmotor hajtható meg. Dr. Dmitrij Laaber szerint a gyakorlatban azonnal megmutatkoztak a kompakt kivitel előnyei, mivel a rendszer igen sok hajtásvezérlőt tartalmaz: „Hagyományos léptetőmotor-vezérlők használata esetén, a 447 darab eszköz igen sok helyet foglalt volna el, ráadásul mindegyiket a saját hálózati kábelével kellett volta bekötnünk, ami nem csak bonyolultabbá tette volna a rendszert, hanem az üzembiztonságot érintő hibalehetőségek száma is megnőtt volna. Ezzel ellentétben a jelenlegi kialakítás, azaz busz-terminálokba szerelt, közvetlenül csatlakoztatott, rendszerbe integrált léptetőmotor-vezérlőkből felépített elrendezés lényegesen könnyebben kezelhető és kisebb helyet igényel. Az elmondottak jól érzékelhetők, ha belegondolunk, hogy a terminálok tíz teminál-boxban, öt szinten helyezkednek el. További előnyt jelent, hogy a BK9000 típusú Ethernet TCP/IP buszcsatolók segítségével mind a hálózati adatkommunikáció, mind a vezérlőrendszer integrálása egyszerűen, kényelmesen biztosítható. A TwinCAT automatizálási szoftver lehetőségei is nagy segítségünkre voltak, mert egy ilyen jellegű, tisztán automatizálási környezetet sokkal könnyebb programozni, mint a léptetőmotorok gyártói által általában kínált, magas szintű nyelvekre épülő rendszert.”

További információ: www.beckhoff.hu