El banco de pruebas de modelos 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. Para la producción de cualquier rotor, primero se debe desarrollar un modelo, el cual puede probarse simulando el nivel de agua real 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 formalmente. Por ello, algunos fabricantes de equipos hidroeléctricos de renombre internacional cuentan con varios bancos de pruebas de alta presión que satisfacen las necesidades de diversas funciones, como los cinco bancos de pruebas de modelos avanzados de alta precisión de la empresa francesa Nyrpic; Hitachi y Toshiba, por su parte, disponen de cinco bancos de pruebas de modelos con una altura 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. La altura de agua puede alcanzar los 150 m. El 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 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 la 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 del sistema de control de pruebas de maquinaria hidráulica con mayor grado de automatización en China. Composición del sistema de control.
El banco de pruebas de alta presión de agua está compuesto por dos motores de bomba con una potencia instalada de 550 kW y un rango de velocidad de rotación de 250-1100 r/min para acelerar el flujo de agua en la tubería hasta el medidor de presión de agua requerido por el usuario y mantener 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, y la velocidad de rotación está entre 300 y 2300 r/min. Hay un dinamómetro en la estación a y la estación B. El principio del banco de pruebas de maquinaria hidráulica de alta presión se muestra en la Fig. 1. El sistema requiere que la precisión del control del motor sea menor al 0,5%, y el tiempo medio entre fallas (MTTF) sea mayor a 5000 horas. Después de mucha investigación, se seleccionó 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 opción es añadir un módulo PROFIBUS DP para cumplir con el requisito de velocidad mediante la recepción en modo digital. El primer método es sencillo y económico, pero se verá afectado por interferencias en la transmisión de corriente, lo que repercutirá en la precisión del control. Si bien el segundo método es más costoso, garantiza la precisión de los datos durante la 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 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/parada del dinamómetro y del motor de la bomba, transmite la velocidad de funcionamiento del motor al DCS500 a través de PROFIBUS DP, obtiene el estado y los parámetros de funcionamiento del motor 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, que admite simultáneamente los protocolos FMS y DP. Este módulo es la estación principal del FMS y se comunica con el IPC y el sistema de adquisición de datos en modo maestro-maestro; además, funciona como estación maestra DP, estableciendo comunicación maestro-esclavo con el DCS500.
El sistema de adquisición de datos utiliza la tecnología de bus VXI para recopilar diversos parámetros del dinamómetro y visualizarlos en la pantalla grande, generando tablas y gráficos con los resultados (esta parte la realizan otras empresas). El IPC se comunica con el sistema de adquisición de datos a través del FMS. La composición del sistema completo se muestra en la figura 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 las siguientes formas:
·PROFIBUS FMS resuelve las tareas de comunicación generales a nivel de taller proporciona una gran cantidad de servicios de comunicación completa las tareas de comunicación cíclicas y no cíclicas con velocidad de transmisión media. El módulo Profibus de NAIS admite * * * velocidad de comunicación de 1,2 Mbps y no admite el modo de comunicación cíclica solo puede usar 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, una forma de PROFIBUS no se puede utilizar durante el diseño del esquema.
PROFIBUS PA la tecnología de transmisión intrínsecamente segura estándar especialmente diseñada 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 proporciona garantía para 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 Advantech de Taiwán ejecuta el sistema operativo de estación de trabajo Windows NT4.0 adopta el software de configuración industrial WinCC de Siemens la gran pantalla muestra las condiciones de funcionamiento y la información de cotización del sistema, y muestra gráficamente el flujo de la tubería y las condiciones de bloqueo. Todos los datos se transmiten por PLC a través de PROFIBUS. El IPC está equipado internamente con una tarjeta de red Profiboard fabricada por la empresa alemana Softing, que está especialmente diseñada para PROFIBUS. Mediante el software de configuración proporcionado por Softing, se puede completar la conexión en 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 fabricado por Siemens. Solo admite la conexión directa con PLC S5/S7 de la empresa, y solo puede comunicarse con otros PLC a través de la tecnología DDE proporcionada por Windows. La empresa de software proporciona el software de servidor DDE para realizar la comunicación PROFIBUS con WinCC.
PLC 1.3
Fp10sh de la empresa NAIS ha sido 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 contrapeso, 8 motores de bomba de aceite, 3 motores de bomba de vacío, 4 motores de bomba de descarga de aceite y 2 electroválvulas de lubricación. La dirección y el caudal del agua se controlan mediante el interruptor de válvula para cumplir con los requisitos de prueba de los usuarios.
2.1 Altura constante Ajuste la velocidad de rotación de la bomba de agua: estabilícela en un valor determinado, manteniendo la altura constante. Ajuste la velocidad del dinamómetro a un valor específico. Tras estabilizar la condición de funcionamiento durante 2-4 minutos, recopile los datos pertinentes. Durante la prueba, es necesario mantener la altura constante. Se coloca un disco de código en el motor de la bomba para registrar su velocidad, de modo que el DCS500 establezca 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 que se estabilice en un valor determinado y la velocidad del dinamómetro sea 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 2-4 minutos. El DCS500 forma 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 de manera que el par de salida del dinamómetro sea aproximadamente 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 debe ser constante y estar regulada por el DCS500.
2.4 Calibración de flujo
El sistema está equipado con dos tanques de corrección de caudal para calibrar los caudalímetros. Antes de la calibración, determine primero el valor de caudal de referencia, luego encienda la bomba de agua y ajuste continuamente su velocidad de rotación. Durante este proceso, observe el valor de caudal. Cuando el caudal alcance el valor requerido, estabilice la velocidad de rotación 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 e inicie el temporizador. Simultáneamente, desvíe el agua de la tubería al tanque de calibración. Al finalizar el tiempo programado, desconecte la electroválvula. En ese momento, el agua vuelve a la tubería de calibración y la velocidad de rotación de la bomba se reduce para estabilizarse. Lea los datos correspondientes. Finalmente, 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 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 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 posibilita 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.
Fecha de publicación: 24 de agosto de 2022
