أهمية منصة اختبار نموذج التوربينات الهيدروليكية في تطوير تكنولوجيا الطاقة الكهرومائية

تلعب منضدة اختبار نماذج التوربينات الهيدروليكية دورًا هامًا في تطوير تكنولوجيا الطاقة الكهرومائية. فهي معدة مهمة لتحسين جودة منتجات الطاقة الكهرومائية وتحسين أداء الوحدات. يتطلب إنتاج أي جهاز تشغيل أولًا تطوير نموذج تشغيل واختبار النموذج من خلال محاكاة عدادات الضغط الفعلية لمحطة الطاقة الكهرومائية على منصة اختبار الآلات الهيدروليكية عالية الضغط. إذا استوفت جميع البيانات متطلبات المستخدمين، يُمكن إنتاج الجهاز رسميًا. لذلك، يمتلك بعض مصنعي معدات الطاقة الكهرومائية الأجانب العديد من منضدات اختبار ضغط المياه العالي لتلبية احتياجات وظائف مختلفة. على سبيل المثال، تمتلك شركة neyrpic الفرنسية خمسة منضدات اختبار نماذج متطورة وعالية الدقة؛ بينما تمتلك هيتاشي وتوشيبا خمسة منصات اختبار نماذج بضغط مياه يزيد عن 50 مترًا. ووفقًا لاحتياجات الإنتاج، صمم معهد كبير لأبحاث الآلات الكهربائية منصة اختبار ضغط مياه عالي بوظائف كاملة ودقة عالية، يمكنها إجراء اختبارات نموذجية على الآلات الهيدروليكية الأنبوبية، والتدفق المختلط، والتدفق المحوري، والقابلة للعكس على التوالي، ويمكن أن يصل ضغط المياه إلى 150 مترًا. يمكن لمنصة الاختبار التكيف مع اختبار الوحدات الرأسية والأفقية. صُممت المنصة بمحطتين (أ) و(ب). عند تشغيل المحطة (أ)، تُركّب المحطة (ب)، مما يُختصر دورة الاختبار. تشترك المحطتان (أ) و(ب) في نظام تحكم كهربائي ونظام اختبار واحد. يعتمد نظام التحكم الكهربائي على PROFIBUS كنظام أساسي، وNAIS fp10sh PLC كوحدة تحكم رئيسية، بينما يُحقق IPC (حاسوب التحكم الصناعي) تحكمًا مركزيًا. يعتمد النظام على تقنية Fieldbus لتحقيق وضع تحكم رقمي كامل متطور، مما يضمن موثوقية النظام وسلامته وسهولة صيانته. إنه نظام تحكم لاختبار آلات الحفاظ على المياه عالي الأتمتة في الصين. مكونات نظام التحكم

تتكون منصة اختبار رأس الماء العالي من محركين للمضخة بقوة 550 كيلو وات ونطاق سرعة يتراوح من 250 إلى 1100 دورة في الدقيقة، مما يعمل على تسريع تدفق المياه في خط الأنابيب إلى عدادات رأس الماء التي يحتاجها المستخدم والحفاظ على تشغيل رأس الماء بسلاسة. تتم مراقبة معلمات العداء بواسطة مقياس القوة. تبلغ قوة محرك مقياس القوة 500 كيلو وات، وتتراوح السرعة بين 300 إلى 2300 دورة في الدقيقة، ويوجد مقياس قوة واحد في المحطتين أ و ب. يظهر مبدأ منصة اختبار الآلات الهيدروليكية ذات الرأس العالي في الشكل 1. يتطلب النظام أن تكون دقة التحكم في المحرك أقل من 0.5٪ وأن يكون متوسط ​​الوقت بين الأعطال أكبر من 5000 ساعة. بعد الكثير من البحث، تم اختيار نظام تنظيم السرعة DCS500 DC الذي تنتجه شركة * * *. يمكن لـ DCS500 تلقي أوامر التحكم بطريقتين. الأولى هي تلقي إشارات من 4 إلى 20 مللي أمبير لتلبية متطلبات السرعة؛ الطريقة الثانية هي إضافة وحدة PROFIBUS DP للاستقبال في الوضع الرقمي لتلبية متطلبات السرعة. تتميز الطريقة الأولى بسهولة التحكم وانخفاض السعر، ولكنها ستؤثر على نقل التيار وتؤثر على دقة التحكم؛ على الرغم من أن الطريقة الثانية باهظة الثمن، إلا أنها تضمن دقة البيانات ودقة التحكم في عملية النقل. لذلك، يعتمد النظام على أربعة وحدات DCS500 للتحكم في مقياسي قوة ومحركي مضخة مياه على التوالي. كمحطة تابعة لـ PROFIBUS DP، تتواصل الأجهزة الأربعة مع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) للمحطة الرئيسية في وضع رئيسي تابع. تتحكم وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة في بدء/إيقاف مقياس القوة ومحرك مضخة المياه، وتنقل سرعة تشغيل المحرك إلى DCS500 عبر PROFIBUS DP، وتحصل على حالة تشغيل المحرك والمعلمات من DCS500.
اختارت وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) وحدة afp37911 من إنتاج شركة NAIS Europe كمحطة رئيسية، تدعم بروتوكولي FMS وDP في آنٍ واحد. تُعد هذه الوحدة المحطة الرئيسية لـ FMS، حيث تُحقق الاتصال الرئيسي مع نظام IPC ونظام جمع البيانات؛ كما أنها محطة رئيسية لـ DP، حيث تُحقق الاتصال الرئيسي والتابع مع DCS500.
سيتم جمع جميع معلمات الدينامومتر وعرضها على الشاشة من خلال تقنية ناقل VXI (وستقوم شركة VXI بجمع المعلمات الأخرى). يتصل IPC بنظام جمع البيانات عبر نظام إدارة الطاقة (FMS) لإتمام عملية الاتصال. يوضح الشكل 2 مكونات النظام بالكامل.

ناقل المجال 1.1 PROFIBUS هو معيارٌ صاغته 13 شركة و5 مؤسسات بحثية علمية في مشروع تطوير مشترك. وقد أُدرج في المعيار الأوروبي en50170، وهو أحد معايير ناقل المجال الصناعي الموصى بها في الصين. ويشمل الأشكال التالية:
يُعالج نظام PROFIBUS FMS مهام الاتصالات العامة على مستوى الورش، ويوفر عددًا كبيرًا من خدمات الاتصالات، ويُكمل مهام الاتصالات الدورية وغير الدورية بسرعة إرسال متوسطة. تدعم وحدة Profibus التابعة لـ NAIS معدل اتصال يبلغ 1.2 ميجابت في الثانية، ولا تدعم وضع الاتصال الدوري. لا يمكنها التواصل مع محطات FMS الرئيسية الأخرى إلا باستخدام MMA  نقل بيانات غير دوري  اتصال رئيسي ، والوحدة غير متوافقة مع FMS. لذلك، لا يُمكنها استخدام نموذج واحد فقط من PROFIBUS في تصميم المخطط.
·PROFIBUS-DP  هو اتصال اتصالات مُحسّن عالي السرعة واقتصادي مصمم للتواصل بين نظام التحكم الآلي ووحدات الإدخال/الإخراج اللامركزية على مستوى المعدات. ولأن DP وFMS يعتمدان بروتوكول الاتصال نفسه، يمكنهما العمل معًا في نفس قطاع الشبكة. بين NAIS وa، لا يتواصل msaz  نقل البيانات غير الدوري  اتصال رئيسي وتابع  بشكل نشط.
تقنية نقل البيانات PROFIBUS PA  القياسية الآمنة جوهريًا، المصممة خصيصًا لأتمتة العمليات  تُحقق إجراءات الاتصال المحددة في المعيار IEC1158-2  للحالات ذات متطلبات السلامة العالية والمحطات التي تعمل بالناقل. وسيط النقل المستخدم في النظام هو زوج مجدول محمي بالنحاس ، وبروتوكول الاتصال هو RS485، ومعدل الاتصال 500 كيلوبت في الثانية. يضمن استخدام ناقل البيانات الصناعي سلامة النظام وموثوقيته.

1.2 جهاز التحكم الصناعي IPC
يعتمد الكمبيوتر الصناعي العلوي للتحكم على كمبيوتر التحكم الصناعي Taiwan Advantech  الذي يعمل بنظام تشغيل محطة عمل Windows NT4 0  يتم استخدام برنامج التكوين الصناعي WinCC لشركة Siemens لعرض معلومات حالة تشغيل النظام على الشاشة الكبيرة، ويمثل تدفق خط الأنابيب والانسداد بيانياً. يتم نقل جميع البيانات من PLC عبر PROFIBUS. تم تجهيز IPC داخليًا ببطاقة شبكة profiboard التي تنتجها شركة Softing الألمانية، والتي تم تصميمها خصيصًا لـ PROFIBUS. من خلال برنامج التكوين الذي توفره Softing، يمكن إكمال الشبكات، ويمكن إنشاء علاقة اتصال الشبكة Cr (علاقة الاتصال) وقاموس الكائنات OD (قاموس الكائنات). يتم إنتاج WINCC بواسطة Siemens. إنه يدعم الاتصال المباشر فقط مع PLC S5 / S7 الخاص بالشركة، ويمكنه التواصل فقط مع أجهزة PLC الأخرى من خلال تقنية DDE التي توفرها Windows. توفر شركة Softing برنامج خادم DDE لتحقيق اتصال PROFIBUS مع WinCC.

1.3 وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة
تم اختيار شركة Fp10sh التابعة لشركة NAIS كشركة مساهمة عامة.

2 وظائف نظام التحكم
بالإضافة إلى التحكم في محركي مضخة مياه ومقياسي قوة، يحتاج نظام التحكم أيضًا إلى التحكم في 28 صمامًا كهربائيًا، و4 محركات وزن، و8 محركات مضخات زيت، و3 محركات مضخات تفريغ، و4 محركات مضخات تصريف زيت، وصمامي لولبي للتزييت. يتم التحكم في اتجاه تدفق المياه وتدفقها من خلال مفتاح الصمامات لتلبية متطلبات اختبار المستخدمين.

2.1 رأس ثابت
اضبط سرعة مضخة الماء: تأكد من ثباتها عند قيمة معينة، وتأكد من أن ضغط الماء ثابت. اضبط سرعة الدينامومتر على قيمة معينة، واجمع البيانات ذات الصلة بعد استقرار حالة العمل لمدة تتراوح بين دقيقتين وأربع دقائق. أثناء الاختبار، يجب الحفاظ على ضغط الماء ثابتًا. يُوضع قرص رمز على محرك مضخة الماء لجمع سرعة المحرك، مما يُشكل وحدة تحكم في حلقة مغلقة. يتم إدخال سرعة مضخة الماء عبر لوحة مفاتيح IPC.

2.2 سرعة ثابتة
اضبط سرعة الدينامومتر لضمان استقراره عند قيمة معينة. في هذه الحالة، تكون سرعة الدينامومتر ثابتة؛ اضبط سرعة المضخة على قيمة معينة (أي اضبط رأس المضخة)، واجمع البيانات ذات الصلة بعد استقرار حالة العمل لمدة دقيقتين إلى أربع دقائق. يُشكّل DCS500 حلقة مغلقة لسرعة الدينامومتر لتثبيتها.

2.3 اختبار الهروب
اضبط سرعة الدينامومتر على قيمة محددة، مع الحفاظ على سرعته ثابتة. اضبط سرعة مضخة الماء لجعل عزم خرج الدينامومتر قريبًا من الصفر (في هذه الحالة، يعمل الدينامومتر لتوليد الطاقة والتشغيل الكهربائي)، وجمع البيانات ذات الصلة. أثناء الاختبار، يجب أن تبقى سرعة محرك مضخة الماء ثابتة، ويتم ضبطها بواسطة DCS500.

2.4 معايرة التدفق
تم تجهيز النظام بخزانين لتصحيح التدفق لمعايرة مقياس التدفق في النظام. قبل المعايرة، حدد أولاً قيمة التدفق المحددة، ثم ابدأ تشغيل محرك مضخة المياه واضبط سرعته باستمرار. في هذا الوقت، انتبه لقيمة التدفق. عندما تصل قيمة التدفق إلى القيمة المطلوبة، ثبت محرك مضخة المياه عند السرعة الحالية (في هذا الوقت، يدور الماء في خط أنابيب المعايرة). اضبط وقت تبديل العاكس. بعد استقرار حالة العمل، قم بتشغيل صمام الملف اللولبي، وابدأ التوقيت، وقم بتحويل الماء في خط الأنابيب إلى خزان التصحيح في نفس الوقت. عندما ينتهي وقت التوقيت، يتم فصل صمام الملف اللولبي. في هذا الوقت، يتم تحويل الماء إلى خط أنابيب المعايرة مرة أخرى. قلل سرعة محرك مضخة المياه، وثبته عند سرعة معينة، واقرأ البيانات ذات الصلة. ثم صف الماء وعاير النقطة التالية.

2.5 التبديل اليدوي / التلقائي دون إزعاج
لتسهيل صيانة النظام وتصحيح أخطائه، صُممت لوحة مفاتيح يدوية. يمكن للمشغل التحكم في عمل الصمام بشكل مستقل من خلال لوحة المفاتيح، دون أي قيود على التشابك. يعتمد النظام على وحدة إدخال/إخراج عن بُعد NAIS، مما يسمح بتشغيل لوحة المفاتيح في أماكن مختلفة. أثناء التبديل اليدوي/التلقائي، تبقى حالة الصمام ثابتة.
يعتمد النظام على وحدة تحكم PLC كوحدة تحكم رئيسية، مما يُبسط النظام ويضمن موثوقية عالية وسهولة صيانة. يُحقق نظام PROFIBUS نقلًا كاملًا للبيانات، ويتجنب التداخل الكهرومغناطيسي، ويُلبي متطلبات دقة التصميم. يُحقق تبادل البيانات بين الأجهزة المختلفة. تُوفر مرونة نظام PROFIBUS ظروفًا مُلائمة لتوسيع النظام. سيصبح تصميم النظام، الذي يعتمد على ناقل المجال الصناعي كنواة أساسية، هو السائد في التطبيقات الصناعية.