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. Pour la production d'une roue, la roue modèle doit d'abord être développée, puis testée en simulant la hauteur de chute réelle de la centrale hydroélectrique sur le banc d'essai de machines hydrauliques haute chute. Si toutes les données répondent aux exigences de l'utilisateur, la roue peut être produite. C'est pourquoi certains fabricants d'équipements hydroélectriques renommés à l'étranger disposent de plusieurs bancs d'essai haute chute répondant à diverses fonctions, comme les cinq bancs d'essai haute chute de haute précision de la société française Nyrpic ; Hitachi et Toshiba disposent chacun de cinq bancs d'essai haute chute de plus de 50 m. Pour répondre aux besoins de production, un grand institut de recherche sur les machines électriques a conçu un banc d'essai haute chute de plus de 50 m, doté de fonctions complètes et d'une grande précision, capable de réaliser des essais sur modèles de machines hydrauliques tubulaires, à flux mixte, à flux axial et réversibles. La hauteur de chute peut atteindre 150 m. Ce banc d'essai est adapté aux essais sur modèles d'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) assure le contrôle centralisé. Le système adopte la technologie des bus de terrain pour un mode de contrôle entièrement numérique avancé, garantissant fiabilité, sécurité et facilité de maintenance. Il s'agit du système de contrôle d'essai de machines hydrauliques le plus automatisé 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 installée de 550 kW et d'une plage de vitesses de rotation de 250 à 1 100 tr/min. Ces moteurs accélèrent le débit d'eau dans la canalisation jusqu'à la hauteur de chute requise 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 et la vitesse de rotation est comprise entre 300 et 2 300 tr/min. Un dynamomètre est installé aux postes 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 temps moyen entre pannes (MTTF) supérieur à 5 000 heures. Après de nombreuses recherches, le système de régulation de vitesse DCS500 a été sélectionné. Le DCS500 peut recevoir des commandes de deux manières : des signaux 4-20 mA pour répondre aux exigences de vitesse ; L'autre solution consiste à ajouter un module PROFIBUS DP pour répondre aux exigences de vitesse en recevant en mode numérique. La première méthode est simple et économique, mais elle perturbe la transmission du courant, affectant la précision du contrôle. Bien que coûteuse, la seconde permet de garantir la précision des données lors de la transmission et du contrôle. 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/arrêt du dynamomètre et du moteur de pompe, transmet la vitesse de fonctionnement du moteur au DCS500 via PROFIBUS DP, obtient l'état de fonctionnement et les paramètres du moteur du DCS500 et les transmet à l'IPC supérieur via PROFIBUS FMS pour une surveillance en temps réel.
L'automate programmable utilise le module afp37911 de NAIS Europe comme station maître, prenant en charge simultanément les protocoles FMS et DP. Ce module, station principale du FMS, communique avec l'IPC et le système d'acquisition de données en mode maître/esclave. Il s'agit également d'une station maître DP, assurant la communication maître-esclave avec le DCS500.
Le système d'acquisition de données utilise la technologie de bus VXI pour collecter les différents paramètres du dynamomètre, les afficher sur grand écran et convertir les résultats en tableaux et graphiques (cette partie est réalisée par d'autres entreprises). L'IPC communique avec le système d'acquisition de données via FMS. La composition de l'ensemble du système est illustrée à la figure 2.
1.1 Bus de terrain PROFIBUS. PROFIBUS est une norme développée conjointement par 13 entreprises, dont Siemens et AEC, et 5 instituts de recherche scientifique. 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 grand nombre de services de communication accomplit 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 Mbps et ne prend pas en charge le mode de communication cyclique il ne peut utiliser que MMA transmission de données non cyclique connexion maître communication avec d'autres stations maîtres FMS et ce module n'est pas compatible avec PROFIBUS FMS d'une * * * entreprise par conséquent, une forme de PROFIBUS ne peut pas être utilisée lors de la conception du schéma.
·PROFIBUS PA technologie de transmission de sécurité intrinsèque standard, spécialement conçue pour l'automatisation des processus , applique le protocole de communication spécifié dans la norme IEC1158-2 et est utilisée dans les endroits exigeant une sécurité élevée et pour 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 l'ordinateur de contrôle industriel Advantech de Taiwan, fonctionne sous Windows NT 4.0 et intègre le logiciel de configuration industrielle WinCC de Siemens. Un grand écran affiche les conditions de fonctionnement et les informations de cotation du système, ainsi qu'une représentation graphique du débit et des conditions de blocage des canalisations. Toutes les données sont transmises par l'automate programmable industriel (API) via PROFIBUS. L'IPC est équipé en interne d'une carte réseau Profiboard, produite par 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 API S5/S7 de l'entreprise et ne peut communiquer avec d'autres API que via la technologie DDE fournie par Windows. L'éditeur de logiciels fournit un logiciel serveur DDE pour réaliser la communication PROFIBUS avec WinCC.
1.1 PLC
Fp10sh de la société NAIS est sélectionnée comme PLC.
(2) fonction 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 poids, 8 moteurs de pompe à huile, 3 moteurs de pompe à vide, 4 moteurs de pompe de refoulement d'huile et 2 électrovannes de lubrification. Le sens et le débit d'eau sont contrôlés par le commutateur de la vanne afin de répondre aux exigences des utilisateurs en matière de tests.
2.1 Hauteur manométrique constante : régler la vitesse de rotation de la pompe à eau : la stabiliser à une valeur donnée, afin que la hauteur manométrique reste constante. Régler la vitesse du dynamomètre à une valeur donnée. Après 2 à 4 minutes de fonctionnement stables, collecter les données pertinentes. Pendant l'essai, la hauteur manométrique doit rester constante. Un disque de code est placé sur le moteur de la pompe 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 certaine valeur, et la vitesse du dynamomètre est constante ; réglez la vitesse de la pompe à une certaine valeur (c'est-à-dire ajustez la hauteur de refoulement) et collectez les données pertinentes une fois les conditions de fonctionnement stables pendant 2 à 4 minutes. Le DCS500 forme une boucle fermée pour la vitesse du dynamomètre afin de 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 de manière à ce 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 doit être constante et régulée par le DCS500.
2.4 étalonnage du débit
Le système est équipé de deux réservoirs de correction de débit pour l'étalonnage des débitmètres. 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 sa vitesse de rotation 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 et démarrez la temporisation. Simultanément, transférez l'eau de la conduite vers le réservoir d'étalonnage. Une fois la temporisation écoulée, déconnectez l'électrovanne. L'eau est alors transférée vers la conduite d'étalonnage et la vitesse de rotation du moteur de la pompe à eau est réduite pour se stabiliser à une certaine vitesse. Lisez 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 de manière autonome via le clavier, sans être limité par le 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 et une maintenabilité élevées. Le PROFIBUS assure une transmission complète des données, évite les interférences électromagnétiques et garantit la précision de conception. 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 un bus de terrain industriel deviendra la norme dans les applications industrielles.
Date de publication : 24 août 2022
