El banco de pruebas de turbinas hidráulicas desempeña un papel fundamental en el desarrollo de la tecnología hidroeléctrica. Es un equipo esencial para mejorar la calidad de los productos hidroeléctricos y optimizar el rendimiento de las unidades. La producción de cualquier rotor requiere, en primer lugar, el desarrollo de un modelo y su posterior prueba mediante la simulación de los caudales reales de la central hidroeléctrica en un banco de pruebas de maquinaria hidráulica de alta presión. Si todos los datos cumplen con los requisitos del usuario, el rotor puede producirse oficialmente. Por ello, algunos fabricantes extranjeros de equipos hidroeléctricos disponen de varios bancos de pruebas de alta presión para satisfacer las necesidades de diversas funciones. Por ejemplo, la empresa francesa Neyrpic cuenta con cinco bancos de pruebas de modelos avanzados de alta precisión; Hitachi y Toshiba disponen de cinco bancos de pruebas de modelos 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 de alta presión con funciones completas y 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 que puede alcanzar los 150 m. El banco de pruebas puede adaptarse 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 estaciones A y B comparten un sistema de control eléctrico y un sistema de prueba. El sistema de control eléctrico utiliza PROFIBUS como núcleo, un PLC NAIS fp10sh como controlador principal y un IPC (ordenador de control industrial) para el control centralizado. El sistema adopta tecnología de bus de campo para lograr un modo de control totalmente digital avanzado, lo que garantiza la fiabilidad, la seguridad y la facilidad de mantenimiento. Se trata de un sistema de control de pruebas para maquinaria de conservación de agua con un alto grado de automatización en China. Composición del sistema de control.
El banco de pruebas de alta presión de agua consta de dos motores de bomba con una potencia de 550 kW y un rango de velocidad de 250 ~ 1100 r/min, que aceleran el flujo de agua en la tubería hasta los medidores de presión de agua requeridos por el usuario y mantienen la presión de agua funcionando sin problemas. Los parámetros del corredor son monitoreados por el dinamómetro. La potencia del motor del dinamómetro es de 500 kW, la velocidad está entre 300 ~ 2300 r/min, y hay un dinamómetro en las estaciones a y B. El principio del banco de pruebas de maquinaria hidráulica de alta presión se muestra en la Figura 1. El sistema requiere que la precisión del control del motor sea menor al 0,5 % y el MTBF sea mayor a 5000 horas. Después de mucha investigación, se seleccionó el sistema de regulación de velocidad DCS500 DC producido por una empresa * * *. El DCS500 puede recibir comandos de control de dos maneras. Una es recibir señales de 4 ~ 20 mA para cumplir con los requisitos de velocidad; La segunda opción consiste en añadir un módulo PROFIBUS DP para recibir datos en modo digital y cumplir con los requisitos de velocidad. El primer método ofrece un control sencillo y un precio bajo, pero puede sufrir interferencias en la transmisión de corriente y afectar la precisión del control. Si bien el segundo método es más 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 estaciones esclavas 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 de funcionamiento del motor al DCS500 a través de PROFIBUS DP y obtiene el estado y los parámetros de funcionamiento del motor desde el DCS500.
El PLC selecciona el módulo afp37911 fabricado por NAIS Europe como estación maestra, que admite simultáneamente los protocolos FMS y DP. Este módulo es la estación principal del FMS, que permite la comunicación en modo principal con el IPC y el sistema de adquisición de datos; además, es la estación maestra del DP, que permite la comunicación maestro-esclavo con el DCS500.
Todos los parámetros del dinamómetro se recopilarán y mostrarán en pantalla mediante la tecnología de bus VXI (la empresa VXI recopilará otros parámetros). El IPC se conecta con el sistema de adquisición de datos a través del FMS para completar la comunicación. La composición del sistema completo se muestra en la Figura 2.
1.1 El bus de campo PROFIBUS es un estándar formulado por 13 empresas y 5 instituciones de investigación científica en 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 las siguientes formas:
PROFIBUS FMS resuelve las tareas de comunicación generales a nivel de taller, proporciona una gran cantidad de servicios de comunicación y completa las tareas de comunicación cíclicas y no cíclicas 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 no cíclica, conexión maestra) y el módulo no es compatible con FMS. Por lo tanto, no puede utilizar una única forma de PROFIBUS en el diseño del esquema.
·PROFIBUS-DP La conexión de comunicación optimizada, de alta velocidad y económica está diseñada para la comunicación entre el sistema de control automático y las E/S descentralizadas a nivel de equipo. Debido a 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 es una tecnología de transmisión intrínsecamente segura estándar, especialmente diseñada 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 un 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 confiabilidad del sistema.
1.2 Computadora de control industrial (IPC)
El ordenador de control industrial superior adopta un ordenador de control industrial taiwanés Advantech que ejecuta el sistema operativo de estación de trabajo Windows NT4 0 El software de configuración industrial WinCC de Siemens se utiliza para mostrar la información de las condiciones de funcionamiento del sistema en la pantalla grande y representar gráficamente el flujo y las obstrucciones de la tubería. 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. Mediante el software de configuración proporcionado por softing, se puede completar la conexión en red, establecer la relación de comunicación de red Cr (relación de comunicación) y el diccionario de objetos OD (diccionario de objetos). WINCC es fabricado por Siemens. Solo admite la conexión directa con los PLC S5/S7 de la empresa y solo puede comunicarse con otros PLC a través de la tecnología DDE proporcionada por Windows. La empresa softing proporciona el software de servidor DDE para realizar la comunicación PROFIBUS con WinCC.
1.3 PLC
Fp10sh de la empresa NAIS ha sido 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 contrapeso, 8 motores de bomba de aceite, 3 motores de bomba de vacío, 4 motores de bomba de drenaje de aceite y 2 electroválvulas de lubricación. La dirección y el caudal del agua se controlan mediante la conmutación de válvulas para cumplir con los requisitos de prueba de los usuarios.
2.1 cabeza constante
Ajuste la velocidad de la bomba de agua: estabilícela en un valor determinado, manteniendo así la altura de elevación constante. Ajuste la velocidad del dinamómetro a un valor específico y recopile los datos relevantes tras un periodo de estabilidad de 2 a 4 minutos. Durante la prueba, es necesario mantener la altura de elevación constante. Se coloca un disco de código en el motor de la bomba para registrar su velocidad, de modo que el DCS500 implemente un control de lazo cerrado. La velocidad de la bomba se introduce mediante el teclado del IPC.
2.2 velocidad constante
Ajuste la velocidad del dinamómetro para estabilizarla en un valor determinado. En este momento, la velocidad del dinamómetro es constante. Ajuste la velocidad de la bomba a un valor determinado (es decir, ajuste la altura de elevación) y recopile los datos pertinentes después de que la condición de funcionamiento se estabilice durante 2 a 4 minutos. El DCS500 crea un circuito cerrado para estabilizar la velocidad del dinamómetro.
2.3 Prueba de descontrol
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 opera 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 permanecer constante y ajustarse mediante el DCS500.
2.4 Calibración de flujo
El sistema está equipado con dos tanques de corrección de caudal para calibrar el caudalímetro. Antes de la calibración, determine el valor de caudal de referencia, encienda la bomba de agua y ajuste continuamente su velocidad. Durante este proceso, observe el valor de caudal. Cuando el caudal alcance el valor requerido, estabilice la velocidad de la bomba (mientras el agua circula por la tubería de calibración). Configure el tiempo de conmutación del deflector. Una vez que la condición de funcionamiento sea estable, active la electroválvula, inicie el temporizador y, simultáneamente, desvíe el agua de la tubería hacia el tanque de corrección. Transcurrido el tiempo programado, desconecte la electroválvula. En ese momento, el agua vuelve a circular por la tubería de calibración. Reduzca la velocidad de la bomba, estabilícela a una velocidad determinada y lea los datos correspondientes. Finalmente, vacíe el agua y calibre el siguiente punto.
2.5 conmutación manual/automática sin interrupciones
Para facilitar el mantenimiento y la depuración del sistema, se ha diseñado un teclado manual. El operador puede controlar el funcionamiento de cada válvula de forma independiente mediante el teclado, sin las limitaciones del enclavamiento. El sistema incorpora el módulo de E/S remotas NAIS, que permite operar el teclado desde diferentes ubicaciones. Durante la conmutación manual/automática, el estado de la válvula permanece inalterado.
El sistema utiliza un PLC como controlador principal, lo que simplifica su funcionamiento 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 facilita el intercambio de datos entre diferentes dispositivos. La flexibilidad de PROFIBUS proporciona condiciones favorables para la expansión del sistema. El diseño del sistema, con el bus de campo industrial como núcleo, se convertirá en la norma en las aplicaciones industriales.
Fecha de publicación: 17 de febrero de 2022
