اهمیت بستر تست مدل توربین هیدرولیکی در توسعه فناوری برق آبی

بستر تست مدل توربین هیدرولیک نقش مهمی در توسعه فناوری برق آبی ایفا می‌کند. این یک تجهیز مهم برای بهبود کیفیت محصولات برق آبی و بهینه‌سازی عملکرد واحدها است. برای تولید هر نوع رانر، ابتدا باید رانر مدل توسعه داده شود و مدل را می‌توان با شبیه‌سازی فشارسنج واقعی ایستگاه برق آبی روی میز تست ماشین‌آلات هیدرولیک با فشار بالا آزمایش کرد. اگر همه داده‌ها الزامات کاربر را برآورده کنند، رانر می‌تواند به طور رسمی تولید شود. بنابراین، برخی از تولیدکنندگان شناخته شده تجهیزات برق آبی در خارج از کشور چندین میز تست فشار بالا دارند که نیازهای عملکردهای مختلف را برآورده می‌کنند، مانند پنج میز تست مدل پیشرفته با دقت بالا از شرکت نیرپیک فرانسه؛ هیتاچی و توشیبا هر کدام پنج پایه تست مدل با فشار آب بیش از 50 متر دارند. با توجه به نیازهای تولید، یک موسسه تحقیقاتی بزرگ ماشین الکتریکی یک میز تست فشار آب بالا با عملکردهای کامل و دقت بالا طراحی کرده است که می‌تواند آزمایش‌های مدل را به ترتیب روی ماشین‌آلات هیدرولیک لوله‌ای، جریان مختلط، جریان محوری و برگشت‌پذیر انجام دهد. فشار آب می‌تواند به 150 متر برسد. میز آزمایش می‌تواند با تست مدل واحدهای عمودی و افقی سازگار شود. میز آزمایش با دو ایستگاه a و B طراحی شده است. وقتی ایستگاه a کار می‌کند، ایستگاه B نصب می‌شود که می‌تواند چرخه آزمایش را کوتاه کند. دو ایستگاه A و B یک مجموعه سیستم کنترل الکتریکی و سیستم تست را به اشتراک می‌گذارند. سیستم کنترل الکتریکی PROFIBUS را به عنوان هسته، NAIS fp10sh PLC را به عنوان کنترل کننده اصلی و IPC (کامپیوتر کنترل صنعتی) را به عنوان کنترل متمرکز در نظر می‌گیرد. این سیستم از فناوری فیلد باس برای تحقق حالت کنترل دیجیتال کامل پیشرفته استفاده می‌کند که قابلیت اطمینان، ایمنی و نگهداری آسان سیستم را تضمین می‌کند. این سیستم، سیستم کنترل تست ماشین آلات هیدرولیک با درجه بالایی از اتوماسیون در چین است. ترکیب سیستم کنترل

میز آزمایش هد آب بالا از دو موتور پمپ با توان نصب شده 550 کیلووات و محدوده سرعت چرخش 250-1100 دور در دقیقه تشکیل شده است تا جریان آب را در خط لوله به کنتور هد آب مورد نیاز کاربر تسریع کرده و هد آب را به طور روان نگه دارد. پارامترهای راهگاه توسط دینامومتر کنترل می‌شوند. توان موتور دینامومتر 500 کیلووات و سرعت چرخش بین 300 تا 2300 دور در دقیقه است. یک دینامومتر در ایستگاه a و ایستگاه B وجود دارد. اصول میز آزمایش ماشین آلات هیدرولیک هد بالا در شکل 1 نشان داده شده است. سیستم نیاز دارد که دقت کنترل موتور کمتر از 0.5٪ و میانگین زمان بین خرابی‌ها (MTTF) بیشتر از 5000 ساعت باشد. پس از تحقیقات فراوان، سیستم کنترل سرعت DCS500 انتخاب شد. DCS500 می‌تواند دستورات کنترلی را به دو روش دریافت کند، یکی دریافت سیگنال‌های 4-20 میلی‌آمپر برای برآورده کردن الزامات سرعت؛ روش دیگر، اضافه کردن یک ماژول PROFIBUS DP برای برآورده کردن نیاز سرعت با دریافت در حالت دیجیتال است. روش اول ساده و ارزان است، اما در انتقال جریان تداخل ایجاد می‌کند و بر دقت کنترل تأثیر می‌گذارد. اگرچه حالت دوم گران است، اما می‌تواند دقت داده‌ها را در فرآیند انتقال و دقت کنترل تضمین کند. بنابراین، سیستم از چهار DCS500 برای کنترل دو دینامومتر و دو موتور پمپ آب به ترتیب استفاده می‌کند. به عنوان ایستگاه فرعی PROFIBUS DP، چهار دستگاه در حالت اصلی-فرعی با PLC ایستگاه اصلی ارتباط برقرار می‌کنند. PLC شروع/توقف دینامومتر و موتور پمپ را کنترل می‌کند، سرعت کارکرد موتور را از طریق PROFIBUS DP به DCS500 منتقل می‌کند و وضعیت و پارامترهای کارکرد موتور را از DCS500 دریافت می‌کند و آنها را از طریق PROFIBUS FMS به IPC بالایی منتقل می‌کند تا نظارت بلادرنگ را محقق کند.

PLC ماژول afp37911 تولید شده توسط NAIS Europe را به عنوان ایستگاه اصلی انتخاب می‌کند که همزمان از پروتکل‌های FMS و DP پشتیبانی می‌کند. این ماژول ایستگاه اصلی FMS است و با IPC و سیستم جمع‌آوری داده در حالت اصلی (master) ارتباط برقرار می‌کند. همچنین یک ایستگاه اصلی DP است که ارتباط اصلی-فرعی (master-slave) را با DCS500 برقرار می‌کند.

سیستم جمع‌آوری داده‌ها از فناوری گذرگاه VXI برای جمع‌آوری پارامترهای مختلف دینامومتر و نمایش آنها روی صفحه نمایش بزرگ و تبدیل نتایج به جداول و نمودارها استفاده می‌کند (این بخش توسط شرکت‌های دیگر تکمیل می‌شود). IPC از طریق FMS با سیستم جمع‌آوری داده‌ها ارتباط برقرار می‌کند. ترکیب کل سیستم در شکل 2 نشان داده شده است.
۱.۱ فیلدباس پروفیباس پروفیباس استانداردی است که توسط ۱۳ شرکت مانند زیمنس و AEC و ۵ موسسه تحقیقات علمی در پروژه توسعه مشترک توسعه داده شده است. این استاندارد در استاندارد اروپایی en50170 فهرست شده است و یکی از استانداردهای فیلدباس صنعتی توصیه شده در چین است. این استاندارد شامل اشکال زیر است:
·PROFIBUS FMS  وظایف ارتباطی عمومی را در سطح کارگاه حل می‌کند.  تعداد زیادی از خدمات ارتباطی را ارائه می‌دهد.  وظایف ارتباطی چرخه‌ای و غیر چرخه‌ای را با سرعت انتقال متوسط ​​​​انجام می‌دهد. ماژول Profibus NAIS از * * * نرخ ارتباط 1.2 مگابیت در ثانیه پشتیبانی می‌کند و از حالت ارتباط چرخه‌ای پشتیبانی نمی‌کند.  فقط می‌تواند از MMA  انتقال داده غیر چرخه‌ای  اتصال اصلی  ارتباط با سایر ایستگاه‌های اصلی FMS  استفاده کند و این ماژول با PROFIBUS FMS یک شرکت * * * سازگار نیست. بنابراین، نمی‌توان از یک نوع PROFIBUS در طول طراحی طرح استفاده کرد.
پروفیباس PA، فناوری استاندارد انتقال ذاتاً ایمن که به‌طور ویژه برای اتوماسیون فرآیند طراحی شده است، پروتکل ارتباطی مشخص‌شده در iec1158-2 را تحقق می‌بخشد و در مکان‌هایی با الزامات ایمنی بالا و ایستگاه‌هایی که توسط باس تغذیه می‌شوند، استفاده می‌شود. رسانه انتقال مورد استفاده در سیستم، زوج سیم به هم تابیده با روکش مسی است. پروتکل ارتباطی RS485 و نرخ ارتباط 500 کیلوبیت بر ثانیه است. استفاده از باس میدانی صنعتی، ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم را تضمین می‌کند.
۱.۲ کامپیوتر کنترل صنعتی IPC
کامپیوتر کنترل صنعتی بالایی، کامپیوتر کنترل صنعتی Advantech تایوان را به کار می‌گیرد.  سیستم عامل ایستگاه کاری ویندوز NT4.0 را اجرا می‌کند.  نرم‌افزار پیکربندی صنعتی WinCC زیمنس را به کار می‌گیرد.  صفحه نمایش بزرگی شرایط عملیاتی و اطلاعات قیمت سیستم را نمایش می‌دهد و جریان خط لوله و شرایط انسداد را به صورت گرافیکی نشان می‌دهد. همه داده‌ها توسط PLC از طریق PROFIBUS منتقل می‌شوند. IPC به صورت داخلی به یک کارت شبکه profiboard تولید شده توسط شرکت softing آلمانی مجهز شده است که به طور ویژه برای PROFIBUS طراحی شده است. از طریق نرم‌افزار پیکربندی ارائه شده توسط softing، می‌توان شبکه را تکمیل کرد، رابطه ارتباطی شبکه Cr (رابطه ارتباطی) برقرار کرد و دیکشنری شیء OD (فرهنگ لغت شیء) را ایجاد کرد. WINCC توسط زیمنس تولید می‌شود. این دستگاه فقط از اتصال مستقیم با PLC های S5 / S7 این شرکت پشتیبانی می‌کند و فقط می‌تواند از طریق فناوری DDE ارائه شده توسط ویندوز با سایر PLC ها ارتباط برقرار کند. شرکت نرم‌افزاری، نرم‌افزار سرور DDE را برای برقراری ارتباط PROFIBUS با WinCC ارائه می‌دهد.
۱.۳ PLC
شرکت Fp10sh از شرکت NAIS به عنوان PLC انتخاب شد.

(2) عملکرد سیستم کنترل
علاوه بر کنترل دو موتور پمپ آب و دو دینامومتر، سیستم کنترل همچنین باید ۲۸ شیر برقی، ۴ موتور وزنه، ۸ موتور پمپ روغن، ۳ موتور پمپ خلاء، ۴ موتور پمپ تخلیه روغن و ۲ شیر برقی روان کننده را کنترل کند. جهت جریان و دبی آب توسط سوئیچ شیر کنترل می‌شود تا نیازهای تست کاربران را برآورده کند.
۲.۱ هد ثابت سرعت چرخش پمپ آب را تنظیم کنید: آن را در یک مقدار مشخص پایدار کنید و هد آب در این زمان ثابت باشد؛ سرعت دینامومتر را روی یک مقدار مشخص تنظیم کنید. پس از اینکه شرایط کار به مدت ۲ تا ۴ دقیقه پایدار شد، داده‌های مربوطه را جمع‌آوری کنید. در طول آزمایش، لازم است هد آب بدون تغییر نگه داشته شود. یک دیسک کد روی موتور پمپ قرار داده می‌شود تا سرعت موتور را جمع‌آوری کند، به طوری که DCS500 یک کنترل حلقه بسته تشکیل می‌دهد. سرعت پمپ آب توسط صفحه کلید IPC وارد می‌شود.
۲.۲ سرعت ثابت
سرعت دینامومتر را تنظیم کنید تا در مقدار مشخصی پایدار شود و سرعت دینامومتر ثابت بماند؛ سرعت پمپ را روی مقدار مشخصی تنظیم کنید (یعنی هد را تنظیم کنید) و پس از اینکه شرایط کاری به مدت ۲ تا ۴ دقیقه پایدار شد، داده‌های مربوطه را جمع‌آوری کنید. DCS500 یک حلقه بسته برای سرعت دینامومتر تشکیل می‌دهد تا سرعت دینامومتر را تثبیت کند.
۲.۳ آزمون فرار
سرعت دینامومتر را روی مقدار مشخصی تنظیم کنید و سرعت دینامومتر را بدون تغییر نگه دارید.  سرعت پمپ آب را طوری تنظیم کنید که گشتاور خروجی دینامومتر تقریباً صفر باشد (در این شرایط کاری، دینامومتر برای تولید برق و عملکرد الکتریکی کار می‌کند) و داده‌های مربوطه را جمع‌آوری کنید. در طول آزمایش، سرعت موتور پمپ باید ثابت باشد و توسط DCS500 تنظیم شود.
۲.۴ کالیبراسیون جریان
این سیستم به دو مخزن تصحیح جریان برای کالیبراسیون کنتورهای جریان در سیستم مجهز شده است. قبل از کالیبراسیون، ابتدا مقدار جریان مشخص شده را تعیین کنید، سپس موتور پمپ آب را روشن کنید و سرعت چرخش موتور پمپ آب را به طور مداوم تنظیم کنید. در این زمان، به مقدار جریان توجه کنید. هنگامی که مقدار جریان به مقدار مورد نیاز رسید، موتور پمپ آب را در سرعت چرخش فعلی پایدار کنید (در این زمان، آب در خط لوله کالیبراسیون گردش می‌کند). زمان تعویض دفلکتور را تنظیم کنید. پس از پایدار شدن شرایط کار، شیر برقی را روشن کنید و زمان‌بندی را شروع کنید. همزمان، آب موجود در خط لوله را به مخزن کالیبراسیون تغییر دهید. هنگامی که زمان‌بندی تمام شد، شیر برقی قطع می‌شود. در این زمان، آب به خط لوله کالیبراسیون تغییر داده می‌شود و سرعت چرخش موتور پمپ آب کاهش می‌یابد تا در سرعت مشخصی تثبیت شود. داده‌های مربوطه را بخوانید. سپس آب را تخلیه کرده و نقطه بعدی را کالیبره کنید.
۲.۵ سوئیچینگ دستی / اتوماتیک بدون اختلال
به منظور تسهیل نگهداری و اشکال‌زدایی سیستم، یک صفحه کلید دستی برای سیستم طراحی شده است. اپراتور می‌تواند عملکرد یک شیر خاص را به طور مستقل از طریق صفحه کلید و بدون محدود شدن توسط قفل داخلی کنترل کند. این سیستم از ماژول ورودی/خروجی از راه دور NAIS بهره می‌برد که می‌تواند باعث شود صفحه کلید در مکان‌های مختلف کار کند. در طول تعویض دستی/خودکار، وضعیت شیر ​​بدون تغییر باقی می‌ماند.
این سیستم از PLC به عنوان کنترل‌کننده اصلی استفاده می‌کند که سیستم را ساده کرده و قابلیت اطمینان و نگهداری بالای سیستم را تضمین می‌کند؛ PROFIBUS انتقال کامل داده‌ها را محقق می‌کند، از تداخل الکترومغناطیسی جلوگیری می‌کند و باعث می‌شود سیستم الزامات دقت طراحی را برآورده کند؛ اشتراک‌گذاری داده‌ها بین دستگاه‌های مختلف محقق می‌شود؛ انعطاف‌پذیری PROFIBUS شرایط مناسبی را برای گسترش سیستم فراهم می‌کند. طرح طراحی سیستم مبتنی بر فیلدباس صنعتی به جریان اصلی کاربردهای صنعتی تبدیل خواهد شد.