El banco de pruebas para modelos de turbinas hidráulicas desempeña un papel fundamental en el desarrollo de la tecnología hidroeléctrica. Es un equipo fundamental para mejorar la calidad de los productos hidroeléctricos y optimizar el rendimiento de las unidades. La producción de cualquier rodete requiere primero desarrollar un rodete modelo y probarlo simulando la altura real de la central hidroeléctrica en el banco de pruebas de maquinaria hidráulica de alta presión. Si todos los datos cumplen con los requisitos de los usuarios, el rodete puede fabricarse oficialmente. Por ello, algunos fabricantes extranjeros de equipos hidroeléctricos cuentan con varios bancos de pruebas para altas presiones de agua que satisfacen las necesidades de diversas funciones. Por ejemplo, la empresa francesa Neyrpic cuenta con cinco bancos de pruebas avanzados de alta precisión; Hitachi y Toshiba cuentan con cinco bancos de pruebas con una presión de agua superior a 50 m. De acuerdo con las necesidades de producción, un importante instituto de investigación de maquinaria eléctrica ha diseñado un banco de pruebas con alta presión de agua, totalmente funcional y de alta precisión, capaz de realizar pruebas de modelos en maquinaria hidráulica tubular, de flujo mixto, de flujo axial y reversible, respectivamente, con una presión de agua de hasta 150 m. Este banco de pruebas se adapta a las pruebas de modelos de unidades verticales y horizontales. El banco de pruebas está diseñado con dos estaciones A y B. Cuando la estación A está en funcionamiento, se instala la estación B, lo que permite acortar el ciclo de prueba. Las dos estaciones A y B comparten un sistema de control eléctrico y un sistema de prueba. El sistema de control eléctrico utiliza PROFIBUS como núcleo, el PLC NAIS fp10sh como controlador principal y el IPC (ordenador de control industrial) para el control centralizado. El sistema adopta tecnología de bus de campo para implementar un modo de control digital avanzado, lo que garantiza la fiabilidad, la seguridad y la facilidad de mantenimiento del sistema. Es un sistema de control de pruebas de maquinaria de conservación de agua con un alto grado de automatización en China. Composición del sistema de control.
El banco de pruebas de alta carga de agua consta de dos motores de bomba con una potencia de 550KW y un rango de velocidad de 250 ~ 1100r/min, que aceleran el flujo de agua en la tubería hasta los medidores de carga de agua requeridos por el usuario y mantienen la carga de agua funcionando sin problemas. Los parámetros del corredor son monitoreados por el dinamómetro. La potencia del motor del dinamómetro es de 500kW, la velocidad está entre 300 ~ 2300r/min, y hay un dinamómetro en las estaciones a y B. El principio del banco de pruebas de maquinaria hidráulica de alta carga se muestra en la Figura 1. El sistema requiere que la precisión del control del motor sea inferior al 0,5% y el MTBF sea superior a 5000 horas. Después de mucha investigación, se selecciona el sistema de regulación de velocidad DCS500 DC producido por una empresa * * *. DCS500 puede recibir comandos de control de dos maneras. Una es recibir señales de 4 ~ 20 mA para cumplir con los requisitos de velocidad; El segundo método consiste en añadir un módulo PROFIBUS DP para recibir en modo digital y cumplir con los requisitos de velocidad. El primer método ofrece un control sencillo y un bajo coste, pero presenta interferencias en la transmisión de corriente, lo que afecta a la precisión del control. Si bien el segundo método es costoso, garantiza la precisión de los datos y del control durante la transmisión. Por lo tanto, el sistema utiliza cuatro DCS500 para controlar dos dinamómetros y dos motores de bomba de agua, respectivamente. Como estación esclava PROFIBUS DP, los cuatro dispositivos se comunican con el PLC de la estación maestra en modo maestro-esclavo. El PLC controla el arranque y la parada del dinamómetro y del motor de la bomba de agua, transmite la velocidad del motor al DCS500 a través de PROFIBUS DP y obtiene el estado de funcionamiento del motor y sus parámetros del DCS500.
El PLC selecciona el módulo afp37911, fabricado por NAIS Europe, como estación maestra, compatible con los protocolos FMS y DP simultáneamente. Este módulo es la estación principal de FMS y se encarga de la comunicación en modo principal con el IPC y el sistema de adquisición de datos. También es la estación maestra DP y se encarga de la comunicación maestro-esclavo con el DCS500.
Todos los parámetros del dinamómetro se recopilarán y mostrarán en pantalla mediante la tecnología VXI Bus (la empresa VXI recopilará los demás parámetros). El IPC se conecta al sistema de adquisición de datos mediante FMS para completar la comunicación. La composición del sistema completo se muestra en la Figura 2.
1.1 Bus de campo PROFIBUS es un estándar formulado por 13 empresas y 5 instituciones de investigación científica en el marco de un proyecto de desarrollo conjunto. Está incluido en la norma europea EN50170 y es uno de los estándares de bus de campo industriales recomendados en China. Incluye los siguientes formatos:
PROFIBUS FMS resuelve las tareas generales de comunicación en el taller, proporciona una gran cantidad de servicios de comunicación y completa las tareas de comunicación cíclica y ascíclica con una velocidad de transmisión media. El módulo Profibus de NAIS admite una velocidad de comunicación de 1,2 Mbps y no admite el modo de comunicación cíclica. Solo puede comunicarse con otras estaciones maestras FMS mediante MMA (transmisión de datos ascíclica, conexión maestra) y el módulo no es compatible con FMS. Por lo tanto, no puede usar solo una forma de PROFIBUS en el diseño del esquema.
PROFIBUS-DP: conexión de comunicación optimizada, de alta velocidad y económica, diseñada para la comunicación entre el sistema de control automático y las E/S descentralizadas a nivel de equipo. Dado que DP y FMS adoptan el mismo protocolo de comunicación, pueden coexistir en el mismo segmento de red. Entre NAIS y a, msaz: transmisión de datos no cíclica; conexión maestro-esclavo; la estación esclava no se comunica activamente.
PROFIBUS PA, tecnología de transmisión intrínsecamente segura estándar, diseñada específicamente para la automatización de procesos, implementa los procedimientos de comunicación especificados en la norma IEC 1158-2 para aplicaciones con altos requisitos de seguridad y estaciones alimentadas por el bus. El medio de transmisión utilizado en el sistema es par trenzado blindado de cobre, el protocolo de comunicación es RS485 y la velocidad de comunicación es de 500 kbps. La aplicación del bus de campo industrial garantiza la seguridad y la fiabilidad del sistema.
1.2 Ordenador de control industrial IPC
El ordenador de control industrial superior utiliza el sistema operativo de estación de trabajo Windows NT4.0 de Taiwan Advantech. El software de configuración industrial WinCC de Siemens se utiliza para mostrar la información del estado operativo del sistema en una pantalla grande y representar gráficamente el flujo y los bloqueos de las tuberías. Todos los datos se transmiten desde el PLC a través de PROFIBUS. El IPC está equipado internamente con una tarjeta de red Profiboard, fabricada por la empresa alemana Softing, especialmente diseñada para PROFIBUS. A través del software de configuración proporcionado por Softing, se puede completar la red, establecer la relación de comunicación de red Cr (relación de comunicación) y el diccionario de objetos OD (diccionario de objetos). WINCC es producido por Siemens. Solo admite la conexión directa con el PLC S5/S7 de la empresa y solo puede comunicarse con otros PLC a través de la tecnología DDE proporcionada por Windows. Softing proporciona software de servidor DDE para realizar la comunicación PROFIBUS con WinCC.
1.3 PLC
La empresa FP10sh de NAIS fue seleccionada como PLC.
2 funciones del sistema de control
Además de controlar dos motores de bomba de agua y dos dinamómetros, el sistema de control también debe controlar 28 válvulas eléctricas, 4 motores de pesaje, 8 motores de bomba de aceite, 3 motores de bomba de vacío, 4 motores de bomba de drenaje de aceite y 2 válvulas solenoides de lubricación. La dirección y el caudal de agua se controlan mediante el interruptor de válvulas para cumplir con los requisitos de prueba de los usuarios.
2.1 carga constante
Ajuste la velocidad de la bomba de agua: manténgala estable a un valor determinado, y la carga hidráulica será constante en ese momento. Ajuste la velocidad del dinamómetro a un valor determinado y recopile los datos relevantes después de que la condición de trabajo se estabilice durante 2 a 4 minutos. Durante la prueba, es necesario mantener la carga hidráulica constante. Se coloca un disco de código en el motor de la bomba de agua para registrar la velocidad del motor, de modo que el DCS500 establezca un control de bucle cerrado. La velocidad de la bomba de agua se introduce mediante el teclado del IPC.
2.2 velocidad constante
Ajuste la velocidad del dinamómetro para estabilizarlo a un valor determinado. En este momento, la velocidad del dinamómetro se mantiene constante. Ajuste la velocidad de la bomba a un valor determinado (es decir, ajuste la altura de la bomba) y recopile los datos relevantes después de que la condición de trabajo se estabilice durante 2 a 4 minutos. El DCS500 crea un circuito cerrado para la velocidad del dinamómetro y la estabiliza.
2.3 prueba de fuga
Ajuste la velocidad del dinamómetro a un valor determinado y manténgala constante. Ajuste la velocidad de la bomba de agua para que el par de salida del dinamómetro sea cercano a cero (en estas condiciones de funcionamiento, el dinamómetro funciona para la generación de energía y el funcionamiento eléctrico) y recopile los datos pertinentes. Durante la prueba, la velocidad del motor de la bomba de agua debe mantenerse constante y ajustada por el DCS500.
2.4 calibración de flujo
El sistema está equipado con dos tanques de corrección de flujo para calibrar el medidor de flujo en el sistema. Antes de la calibración, determine primero el valor de flujo marcado, luego arranque el motor de la bomba de agua y ajuste continuamente la velocidad del motor de la bomba de agua. En este momento, preste atención al valor de flujo. Cuando el valor de flujo alcance el valor requerido, estabilice el motor de la bomba de agua a la velocidad actual (en este momento, el agua circula en la tubería de calibración). Ajuste el tiempo de conmutación del deflector. Una vez que la condición de trabajo sea estable, abra la válvula solenoide, inicie el cronometraje y transfiera el agua en la tubería al tanque de corrección al mismo tiempo. Cuando finalice el tiempo de cronometraje, la válvula solenoide se desconecta. En este momento, el agua se transfiere nuevamente a la tubería de calibración. Reduzca la velocidad del motor de la bomba de agua, estabilícelo a una velocidad determinada y lea los datos relevantes. Luego drene el agua y calibre el siguiente punto.
2.5 conmutación manual/automática sin interrupciones
Para facilitar el mantenimiento y la depuración del sistema, se diseñó un teclado manual. El operador puede controlar la acción de una válvula de forma independiente a través del teclado, sin restricciones de enclavamiento. El sistema incorpora el módulo de E/S remotas NAIS, que permite operar el teclado en diferentes ubicaciones. Durante la conmutación manual/automática, el estado de la válvula permanece inalterado.
El sistema adopta un PLC como controlador principal, lo que simplifica el sistema y garantiza una alta fiabilidad y un fácil mantenimiento. PROFIBUS permite la transmisión completa de datos, evita interferencias electromagnéticas y garantiza que el sistema cumpla con los requisitos de precisión del diseño. Se permite el intercambio de datos entre diferentes dispositivos. La flexibilidad de PROFIBUS facilita la expansión del sistema. El diseño de sistemas con bus de campo industrial como núcleo se convertirá en la norma en las aplicaciones industriales.
Hora de publicación: 17 de febrero de 2022
