Le banc d'essai de turbine hydraulique joue un rôle important dans le développement de la technologie hydroélectrique. Il s'agit d'un équipement essentiel pour améliorer la qualité des produits hydroélectriques et optimiser les performances des unités. La production de toute turbine nécessite d'abord le développement d'une turbine modèle et son test en simulant les valeurs réelles de chute de la centrale sur un banc d'essai pour machines hydrauliques haute chute. Si toutes les données répondent aux exigences des utilisateurs, la turbine peut être produite officiellement. C'est pourquoi certains fabricants étrangers d'équipements hydroélectriques disposent de plusieurs bancs d'essai pour haute chute d'eau afin de répondre aux besoins de diverses fonctions. Par exemple, la société française Neyrpic dispose de cinq bancs d'essai de haute précision ; Hitachi et Toshiba disposent de cinq bancs d'essai pour des chutes d'eau supérieures à 50 m. Pour répondre aux besoins de production, un grand institut de recherche en machines électriques a conçu un banc d'essai pour haute chute d'eau complet et de haute précision, capable de réaliser des essais sur des machines hydrauliques tubulaires, à flux mixte, à flux axial et réversibles, avec une chute d'eau pouvant atteindre 150 m. Ce banc d'essai est adapté aux essais sur des unités verticales et horizontales. Le banc d'essai est conçu avec deux stations A et B. Lorsque la station A est en fonctionnement, la station B est installée, ce qui permet de raccourcir le cycle d'essai. Les deux stations A et B partagent un système de contrôle électrique et un système de test. Le système de contrôle électrique utilise PROFIBUS comme cœur, l'automate programmable industriel NAIS fp10sh comme contrôleur principal et un ordinateur de contrôle industriel (IPC) pour le contrôle centralisé. Le système adopte la technologie de bus de terrain pour un mode de contrôle entièrement numérique avancé, garantissant fiabilité, sécurité et facilité de maintenance. Il s'agit d'un système de contrôle d'essai de machines de conservation de l'eau hautement automatisé fabriqué en Chine. Composition du système de contrôle
Le banc d'essai pour hautes chutes d'eau est composé de deux moteurs de pompe d'une puissance de 550 kW et d'une plage de vitesse de 250 à 1 100 tr/min. Ces moteurs accélèrent le débit d'eau dans la canalisation jusqu'aux débitmètres requis par l'utilisateur et assurent un fonctionnement fluide. Les paramètres de la roue sont surveillés par un dynamomètre. La puissance du moteur est de 500 kW, la vitesse est comprise entre 300 et 2 300 tr/min, et un dynamomètre est présent aux stations A et B. Le principe du banc d'essai pour machines hydrauliques hautes chutes est illustré à la figure 1. Le système exige une précision de commande du moteur inférieure à 0,5 % et un MTBF supérieur à 5 000 heures. Après de nombreuses recherches, le système de régulation de vitesse DCS500, fabriqué par une entreprise ****, a été sélectionné. Le DCS500 peut recevoir des commandes de deux manières : la première consiste à recevoir des signaux de 4 à 20 mA pour répondre aux exigences de vitesse ; La deuxième méthode consiste à ajouter un module PROFIBUS DP pour la réception en mode numérique afin de répondre aux exigences de vitesse. La première méthode, simple à contrôler et économique, est cependant perturbée lors de la transmission du courant et affecte la précision du contrôle. Malgré son coût élevé, la seconde méthode garantit la précision des données et du contrôle lors de la transmission. Par conséquent, le système utilise quatre DCS500 pour contrôler respectivement deux dynamomètres et deux moteurs de pompe à eau. En tant que station esclave PROFIBUS DP, les quatre appareils communiquent avec l'automate programmable de la station maître en mode maître-esclave. L'automate contrôle le démarrage et l'arrêt du dynamomètre et du moteur de la pompe à eau, transmet la vitesse de rotation du moteur au DCS500 via PROFIBUS DP et obtient l'état de fonctionnement et les paramètres du moteur auprès du DCS500.
PLC a choisi le module afp37911, produit par NAIS Europe, comme station maître, prenant en charge simultanément les protocoles FMS et DP. Ce module est la station principale du FMS, assurant la communication en mode principal avec l'IPC et le système d'acquisition de données. Il est également la station maître DP, assurant la communication maître-esclave avec le DCS500.
Tous les paramètres du dynamomètre sont collectés et affichés à l'écran grâce à la technologie VXI Bus (les autres paramètres sont collectés par VXI). L'IPC est connecté au système d'acquisition de données via FMS pour assurer la communication. La composition de l'ensemble du système est illustrée à la figure 2.
1.1 Bus de terrain. PROFIBUS est une norme élaborée par 13 entreprises et 5 instituts de recherche scientifique dans le cadre d'un projet de développement conjoint. Elle est répertoriée dans la norme européenne EN50170 et fait partie des normes de bus de terrain industriels recommandées en Chine. Elle comprend les formes suivantes :
PROFIBUS FMS résout les tâches de communication générales au niveau de l'atelier, fournit un large éventail de services de communication et assure les tâches de communication cycliques et non cycliques avec une vitesse de transmission moyenne. Le module Profibus de NAIS prend en charge un débit de communication de 1,2 Mbit/s et ne prend pas en charge le mode de communication cyclique. Il ne peut communiquer avec d'autres stations maîtres FMS qu'en utilisant la connexion maître MMA (transmission de données non cyclique) et le module n'est pas compatible avec FMS. Par conséquent, il ne peut utiliser qu'une seule forme de PROFIBUS dans la conception du schéma.
·PROFIBUS-DP La connexion de communication optimisée, rapide et économique, est conçue pour la communication entre le système de contrôle automatique et les E/S décentralisées au niveau de l'équipement. Étant donné que DP et FMS adoptent le même protocole de communication, ils peuvent coexister dans le même segment de réseau. Entre NAIS et a, msaz transmission de données non cyclique connexion maître-esclave la station esclave ne communique pas activement.
·PROFIBUS PA technologie de transmission de sécurité intrinsèque standard, spécialement conçue pour l'automatisation des processus , met en œuvre les procédures de communication spécifiées dans la norme IEC1158-2 pour les applications exigeant une sécurité élevée et les stations alimentées par le bus. Le support de transmission utilisé dans le système est une paire torsadée blindée en cuivre , le protocole de communication est RS485 et le débit de communication est de 500 kbit/s. L'utilisation d'un bus de terrain industriel garantit la sécurité et la fiabilité du système.
1.2 Ordinateur de contrôle industriel IPC
L'ordinateur de contrôle industriel supérieur adopte un ordinateur de contrôle industriel taïwanais Advantech fonctionnant sous Windows NT4 0. Le logiciel de configuration industrielle WinCC de Siemens affiche les informations sur l'état de fonctionnement du système sur grand écran et représente graphiquement le débit et les blocages des canalisations. Toutes les données sont transmises par l'automate via PROFIBUS. L'IPC est équipé en interne d'une carte réseau Profiboard de la société allemande Softing, spécialement conçue pour PROFIBUS. Le logiciel de configuration fourni par Softing permet la mise en réseau, l'établissement d'une relation de communication réseau Cr (relation de communication) et d'un dictionnaire d'objets OD (dictionnaire d'objets). WINCC est produit par Siemens. Il prend uniquement en charge la connexion directe avec les automates S5/S7 de la société et ne peut communiquer avec d'autres automates que via la technologie DDE fournie par Windows. Softing fournit un logiciel serveur DDE pour réaliser la communication PROFIBUS avec WinCC.
1.3 PLC
Fp10sh de la société NAIS est sélectionnée comme PLC.
2 fonctions du système de contrôle
Outre le contrôle de deux moteurs de pompe à eau et de deux dynamomètres, le système de contrôle doit également piloter 28 électrovannes, 4 moteurs de pesée, 8 moteurs de pompe à huile, 3 moteurs de pompe à vide, 4 moteurs de pompe de vidange d'huile et 2 électrovannes de lubrification. Le sens et le débit d'eau sont contrôlés par le commutateur des vannes afin de répondre aux exigences des utilisateurs en matière de tests.
2.1 hauteur manométrique constante
Régler la vitesse de la pompe à eau : la stabiliser à une valeur donnée et maintenir la pression d'eau constante. Régler la vitesse du dynamomètre à une valeur donnée et collecter les données pertinentes après 2 à 4 minutes de fonctionnement stable. Pendant l'essai, maintenir la pression d'eau constante. Un disque de code est placé sur le moteur de la pompe à eau pour enregistrer la vitesse du moteur, permettant ainsi au DCS500 de réaliser une régulation en boucle fermée. La vitesse de la pompe à eau est saisie via le clavier IPC.
2.2 vitesse constante
Réglez la vitesse du dynamomètre pour la stabiliser à une valeur donnée. À ce stade, la vitesse du dynamomètre est constante. Réglez la vitesse de la pompe à une valeur donnée (réglage de la hauteur manométrique) et collectez les données pertinentes après 2 à 4 minutes de stabilisation des conditions de fonctionnement. Le DCS500 forme une boucle fermée pour stabiliser la vitesse du dynamomètre.
2.3 test d'emballement
Régler la vitesse du dynamomètre à une valeur donnée et la maintenir inchangée. Régler la vitesse de la pompe à eau pour que le couple de sortie du dynamomètre soit proche de zéro (dans ces conditions de fonctionnement, le dynamomètre fonctionne pour la production d'énergie et le fonctionnement électrique) et collecter les données pertinentes. Pendant l'essai, la vitesse du moteur de la pompe à eau doit rester inchangée et être ajustée par le DCS500.
2.4 étalonnage du débit
Le système est équipé de deux réservoirs de correction de débit pour l'étalonnage du débitmètre. Avant l'étalonnage, déterminez d'abord la valeur de débit indiquée, puis démarrez le moteur de la pompe à eau et ajustez-en continuellement la vitesse. Surveillez alors la valeur de débit. Lorsqu'elle atteint la valeur requise, stabilisez le moteur de la pompe à eau à la vitesse actuelle (l'eau circule alors dans la conduite d'étalonnage). Réglez le temps de commutation du déflecteur. Une fois le fonctionnement stabilisé, ouvrez l'électrovanne, démarrez la temporisation et transférez simultanément l'eau de la conduite vers le réservoir de correction. Une fois la temporisation écoulée, déconnectez l'électrovanne. L'eau est alors à nouveau transférée vers la conduite d'étalonnage. Réduisez la vitesse du moteur de la pompe à eau, stabilisez-la à une certaine vitesse et relevez les données correspondantes. Vidangez ensuite l'eau et étalonnez le point suivant.
2.5 commutation manuelle / automatique sans perturbation
Afin de faciliter la maintenance et le débogage du système, un clavier manuel a été conçu. L'opérateur peut contrôler l'action d'une vanne indépendamment grâce au clavier, sans être limité par un verrouillage. Le système intègre un module d'E/S déporté NAIS, permettant au clavier de fonctionner à différents endroits. Lors de la commutation manuelle/automatique, l'état de la vanne reste inchangé.
Le système adopte un automate programmable industriel (PLC) comme contrôleur principal, ce qui simplifie le système et garantit une fiabilité élevée et une maintenance aisée. Le PROFIBUS assure une transmission complète des données, évite les interférences électromagnétiques et garantit la précision requise. Le partage des données entre différents appareils est assuré. La flexibilité du PROFIBUS offre des conditions propices à l'extension du système. La conception du système, basée sur le bus de terrain industriel, deviendra la norme dans les applications industrielles.
Date de publication : 17 février 2022
