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. Para la producción de cualquier rodete, primero se debe desarrollar el rodete modelo, el cual se puede probar 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 del usuario, el rodete puede fabricarse formalmente. Por ello, algunos fabricantes internacionales de equipos hidroeléctricos de renombre cuentan con varios bancos de pruebas de alta presión que satisfacen diversas necesidades, como los cinco bancos de pruebas de modelos avanzados de alta precisión de la empresa francesa Nyrpic; Hitachi y Toshiba cuentan con cinco bancos de pruebas de modelos con una presión de agua superior a 50 m cada uno. De acuerdo con las necesidades de producción, un importante instituto de investigación de máquinas eléctricas ha diseñado un banco de pruebas de alta presión de agua 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. La presión de agua puede alcanzar los 150 m. El banco de pruebas es compatible con 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. Es el sistema de control de pruebas de maquinaria hidráulica con un alto grado de automatización en China. Composición del sistema de control.
El banco de pruebas de alta carga de agua está compuesto por dos motores de bomba con una potencia instalada de 550KW y un rango de velocidad de rotación de 250-1100r/min para acelerar el flujo de agua en la tubería hasta el medidor de carga de agua requerido por el usuario y mantener 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 y la velocidad de rotación está entre 300 y 2300r/min. Hay un dinamómetro en la estación a y la estación B. El principio del banco de pruebas de maquinaria hidráulica de alta carga se muestra en la Fig. 1. El sistema requiere que la precisión del control del motor sea inferior al 0,5% y que el tiempo medio entre fallos (MTTF) sea superior a 5000 horas. Después de mucha investigación, se selecciona el sistema de control de velocidad DCS500 DC. 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 otra es agregar un módulo PROFIBUS DP para cumplir con el requisito de velocidad mediante la recepción en modo digital. El primer método es simple y económico, pero interferirá en la transmisión de corriente, lo que afectará la precisión del control; aunque el segundo modo es costoso, puede garantizar la precisión de los datos en el proceso de transmisión y la precisión del control. 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/parada del dinamómetro y el motor de la bomba, transmite la velocidad de funcionamiento del motor al DCS500 a través de PROFIBUS DP, obtiene el estado de funcionamiento del motor y los parámetros del DCS500 y los transmite al IPC superior a través de PROFIBUS FMS para realizar la monitorización en tiempo real.
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 comunica con el IPC y el sistema de adquisición de datos en modo maestro-maestro. También es una estación maestra DP, que realiza la comunicación maestro-esclavo con el DCS500.
El sistema de adquisición de datos utiliza tecnología de bus VXI para recopilar diversos parámetros del dinamómetro, mostrarlos en una pantalla grande y generar resultados en tablas y gráficos (esta parte la realizan otras empresas). El IPC se comunica con el sistema de adquisición de datos a través de FMS. La composición del sistema completo se muestra en la Fig. 2.
1.1 Bus de campo PROFIBUS. PROFIBUS es un estándar desarrollado por 13 empresas, como Siemens y AEC, 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 los siguientes formatos:
PROFIBUS FMS resuelve las tareas generales de comunicación en el taller proporciona una gran cantidad de servicios de comunicación completa las tareas de comunicación cíclica y no cíclica 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 utilizar MMA transmisión de datos no cíclica conexión maestra comunicación con otras estaciones maestras FMS y este módulo no es compatible con PROFIBUS FMS de una empresa por lo tanto, no se puede utilizar una forma de PROFIBUS durante el diseño del esquema.
PROFIBUS PA, la tecnología de transmisión intrínsecamente segura estándar, diseñada específicamente para la automatización de procesos, implementa el protocolo de comunicación especificado en IEC 1158-2 y se utiliza en lugares 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 adopta el ordenador de control industrial Advantech de Taiwán ejecuta el sistema operativo de estación de trabajo Windows NT4.0 adopta el software de configuración industrial WinCC de Siemens la pantalla grande muestra las condiciones de operación y la información de cotización del sistema, y muestra gráficamente el flujo de la tubería y las condiciones de bloqueo. Todos los datos son transmitidos por PLC a través de PROFIBUS. IPC está equipado internamente con una tarjeta de red profiboard producida por la compañía alemana softing, que está especialmente diseñada para PROFIBUS. A través del software de configuración proporcionado por softing, se puede completar la red, se puede establecer la relación de comunicación de red Cr (relación de comunicación) y se puede establecer 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 compañía y solo puede comunicarse con otros PLC a través de la tecnología DDE proporcionada por Windows. La compañía de software 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) función 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 pesas, 8 motores de bomba de aceite, 3 motores de bomba de vacío, 4 motores de bomba de descarga de aceite y 2 válvulas solenoides de lubricación. La dirección y el caudal de agua se controlan mediante el interruptor de válvula para cumplir con los requisitos de prueba de los usuarios.
2.1 Presión constante: Ajuste la velocidad de rotación de la bomba de agua: estabilícela a un valor determinado, manteniendo la presión constante. Ajuste la velocidad del dinamómetro a un valor determinado. Tras un periodo de funcionamiento estable de 2 a 4 minutos, recopile los datos pertinentes. Durante la prueba, la presión constante debe mantenerse constante. Se coloca un disco de código en el motor de la bomba para registrar la velocidad, de modo que el DCS500 establezca un control de lazo 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 y mantenerlo 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 las condiciones de trabajo se estabilicen durante 2 a 4 minutos. El DCS500 crea un circuito cerrado para estabilizar la velocidad del dinamómetro.
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 aproximadamente 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 debe ser constante y regulada por el DCS500.
2.4 calibración de flujo
El sistema está equipado con dos tanques de corrección de flujo para calibrar los medidores de flujo en el sistema. Antes de la calibración, primero determine el valor de flujo marcado, luego arranque el motor de la bomba de agua y ajuste continuamente la velocidad de rotación 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 de rotación actual (en este momento, el agua circula en la tubería de calibración). Ajuste el tiempo de conmutación del deflector. Después de que la condición de trabajo sea estable, abra la válvula solenoide e inicie la temporización. Al mismo tiempo, cambie el agua en la tubería al tanque de calibración. Cuando finalice el tiempo de temporización, la válvula solenoide se desconecta. En este momento, el agua se cambia a la tubería de calibración y la velocidad de rotación del motor de la bomba de agua se reduce para estabilizarse a una velocidad determinada. 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 específica de forma independiente a través del teclado, sin verse limitado por el 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 su alta fiabilidad y facilidad de mantenimiento. PROFIBUS permite la transmisión completa de datos, evita interferencias electromagnéticas y garantiza que el sistema cumpla con los requisitos de precisión de diseño. Se permite el intercambio de datos entre diferentes dispositivos. La flexibilidad de PROFIBUS facilita la expansión del sistema. El diseño de sistemas basado en buses de campo industriales se convertirá en la norma en las aplicaciones industriales.
Hora de publicación: 24 de agosto de 2022
