Il banco prova per modelli di turbine idrauliche svolge un ruolo importante nello sviluppo della tecnologia idroelettrica. Si tratta di un'attrezzatura fondamentale per migliorare la qualità dei prodotti idroelettrici e ottimizzare le prestazioni delle unità. La produzione di qualsiasi turbina idraulica richiede innanzitutto lo sviluppo di un modello e il relativo collaudo simulando i misuratori di portata effettivi della centrale idroelettrica sul banco prova per macchinari idraulici ad alta portata. Se tutti i dati soddisfano i requisiti degli utenti, la turbina può essere ufficialmente prodotta. Pertanto, alcuni produttori esteri di apparecchiature idroelettriche dispongono di diversi banchi prova per modelli ad alta portata per soddisfare le esigenze di diverse funzioni. Ad esempio, l'azienda francese Neyrpic dispone di cinque banchi prova per modelli ad alta precisione; Hitachi e Toshiba dispongono di cinque banchi prova per modelli con una portata d'acqua superiore a 50 m. In base alle esigenze di produzione, un importante istituto di ricerca su macchinari elettrici ha progettato un banco prova per modelli ad alta portata con funzionalità complete e alta precisione, in grado di eseguire test su modelli di macchinari idraulici tubolari, a flusso misto, a flusso assiale e reversibili, con una portata d'acqua che può raggiungere i 150 m. Il banco prova può adattarsi al test di modelli di unità verticali e orizzontali. Il banco prova è progettato con due stazioni A e B. Quando la stazione A è in funzione, viene installata la stazione B, il che può ridurre il ciclo di prova. Le due stazioni A e B condividono un set di sistema di controllo elettrico e un sistema di prova. Il sistema di controllo elettrico utilizza PROFIBUS come core, il PLC NAIS FP10SH come controller principale e l'IPC (computer di controllo industriale) realizza il controllo centralizzato. Il sistema adotta la tecnologia fieldbus per realizzare una modalità di controllo completamente digitale avanzata, che garantisce affidabilità, sicurezza e facilità di manutenzione del sistema. Si tratta di un sistema di controllo per test di macchinari per la conservazione dell'acqua con un elevato grado di automazione in Cina. Composizione del sistema di controllo
Il banco prova per alte portate idrauliche è costituito da due motori pompa con una potenza di 550 kW e un intervallo di velocità di 250 ~ 1100 giri/min, che accelerano il flusso d'acqua nella tubazione fino ai misuratori di portata richiesti dall'utente e mantengono il flusso d'acqua fluido. I parametri del rotore sono monitorati dal dinamometro. La potenza del motore del dinamometro è di 500 kW, la velocità è compresa tra 300 ~ 2300 giri/min ed è presente un dinamometro nelle stazioni A e B. Il principio del banco prova per macchine idrauliche ad alte portate è illustrato nella Figura 1. Il sistema richiede che la precisione di controllo del motore sia inferiore allo 0,5% e che l'MTBF sia superiore a 5000 ore. Dopo numerose ricerche, è stato selezionato il sistema di regolazione della velocità DCS500 prodotto da un'azienda * * *. Il DCS500 può ricevere comandi di controllo in due modi. Il primo è ricevere segnali da 4 ~ 20 mA per soddisfare i requisiti di velocità; Il secondo metodo consiste nell'aggiungere un modulo PROFIBUS DP per la ricezione in modalità digitale, al fine di soddisfare i requisiti di velocità. Il primo metodo offre un controllo semplice e un costo contenuto, ma interferisce con la trasmissione della corrente e compromette la precisione del controllo; sebbene il secondo metodo sia costoso, garantisce l'accuratezza dei dati e la precisione del controllo durante la trasmissione. Pertanto, il sistema adotta quattro DCS500 per controllare rispettivamente due dinamometri e due motori per pompe idrauliche. Come stazione slave PROFIBUS DP, i quattro dispositivi comunicano con il PLC della stazione master in modalità master-slave. Il PLC controlla l'avvio/arresto del dinamometri e del motore della pompa idrauliche, trasmette la velocità di rotazione del motore al DCS500 tramite PROFIBUS DP e riceve da quest'ultimo lo stato di funzionamento e i parametri del motore.
Il PLC seleziona il modulo afp37911 prodotto da NAIS Europe come stazione master, che supporta contemporaneamente i protocolli FMS e DP. Il modulo è la stazione principale del protocollo FMS, che realizza la comunicazione principale in modalità principale con l'IPC e il sistema di acquisizione dati; è anche la stazione master DP, che realizza la comunicazione master-slave con il DCS500.
Tutti i parametri del dinamometro saranno raccolti e visualizzati sullo schermo tramite la tecnologia VXI Bus (altri parametri saranno raccolti dall'azienda VXI). L'IPC si collega al sistema di acquisizione dati tramite FMS per completare la comunicazione. La composizione dell'intero sistema è illustrata in Figura 2.
1.1 Fieldbus PROFIBUS è uno standard formulato da 13 aziende e 5 istituti di ricerca scientifica nell'ambito di un progetto di sviluppo congiunto. È incluso nella norma europea EN50170 ed è uno degli standard per i bus di campo industriali raccomandati in Cina. Include le seguenti forme:
·PROFIBUS FMS risolve i problemi di comunicazione generali a livello di officina, fornisce un'ampia gamma di servizi di comunicazione e completa i problemi di comunicazione ciclica e non ciclica con una velocità di trasmissione media. Il modulo Profibus di NAIS supporta una velocità di comunicazione di 1,2 Mbps e non supporta la modalità di comunicazione ciclica. Può comunicare con altre stazioni master FMS solo tramite MMA (trasmissione dati non ciclica) e connessione master. Il modulo non è compatibile con FMS. Pertanto, non può utilizzare un solo tipo di PROFIBUS nella progettazione dello schema.
· Il collegamento di comunicazione ottimizzato ad alta velocità ed economico PROFIBUS-DP è progettato per la comunicazione tra il sistema di controllo automatico e gli I/O decentralizzati a livello di apparecchiatura. Poiché DP e FMS adottano lo stesso protocollo di comunicazione, possono coesistere nello stesso segmento di rete. Tra NAIS e un, msaz trasmissione dati non ciclica connessione master-slave la stazione slave non comunica attivamente.
·PROFIBUS PA tecnologia di trasmissione standard a sicurezza intrinseca, specificamente progettata per l'automazione di processo realizza le procedure di comunicazione specificate nella norma IEC1158-2 per applicazioni con elevati requisiti di sicurezza e stazioni alimentate dal bus. Il mezzo di trasmissione utilizzato nel sistema è un doppino intrecciato schermato in rame il protocollo di comunicazione è RS485 e la velocità di comunicazione è di 500 kbps. L'applicazione del bus di campo industriale garantisce la sicurezza e l'affidabilità del sistema.
1.2 Computer di controllo industriale IPC
Il computer di controllo industriale superiore adotta il computer di controllo industriale Taiwan Advantech con sistema operativo Windows NT4 0 Workstation Il software di configurazione industriale WinCC di Siemens viene utilizzato per visualizzare le informazioni sullo stato operativo del sistema su un ampio schermo e rappresentare graficamente il flusso e gli intasamenti delle tubazioni. Tutti i dati vengono trasmessi dal PLC tramite PROFIBUS. L'IPC è dotato internamente di una scheda di rete Profiboard prodotta dall'azienda tedesca Softing, progettata specificamente per PROFIBUS. Tramite il software di configurazione fornito da Softing, è possibile completare il networking, stabilire la relazione di comunicazione di rete Cr (Communication Relationship) e il dizionario degli oggetti OD (Object Dictionary). WINCC è prodotto da Siemens. Supporta solo la connessione diretta con i PLC S5/S7 dell'azienda e può comunicare con altri PLC solo tramite la tecnologia DDE fornita da Windows. Softing fornisce il software server DDE per realizzare la comunicazione PROFIBUS con WinCC.
1.3 PLC
Fp10sh della società NAIS è stata selezionata come PLC.
2 funzioni del sistema di controllo
Oltre a controllare due motori per pompe idrauliche e due dinamometri, il sistema di controllo deve anche gestire 28 elettrovalvole, 4 motori per pesi, 8 motori per pompe dell'olio, 3 motori per pompe del vuoto, 4 motori per pompe di scarico dell'olio e 2 elettrovalvole di lubrificazione. La direzione del flusso e la portata dell'acqua sono controllate tramite l'interruttore delle valvole per soddisfare i requisiti di prova degli utenti.
2.1 prevalenza costante
Regolare la velocità della pompa dell'acqua: mantenerla stabile a un certo valore e la portata d'acqua è certa in quel momento; regolare la velocità del dinamometro a un certo valore e raccogliere i dati rilevanti dopo che le condizioni di lavoro si sono stabilizzate per 2 ~ 4 minuti. Durante il test, è necessario mantenere invariata la portata d'acqua. Un disco di codice viene posizionato sul motore della pompa dell'acqua per raccogliere la velocità del motore, in modo che il DCS500 formi un controllo a circuito chiuso. La velocità della pompa dell'acqua viene inserita tramite la tastiera IPC.
2.2 velocità costante
Regolare la velocità del dinamometro per mantenerla stabile a un determinato valore. In questo momento, la velocità del dinamometro è costante; regolare la velocità della pompa a un determinato valore (ovvero regolare la prevalenza) e raccogliere i dati rilevanti dopo che le condizioni di lavoro si sono stabilizzate per 2 ~ 4 minuti. Il DCS500 crea un circuito chiuso per la velocità del dinamometro, stabilizzandola.
2.3 test di fuga
Regolare la velocità del dinamometro a un determinato valore e mantenerla invariata. Regolare la velocità della pompa dell'acqua per portare la coppia di uscita del dinamometro prossima allo zero (in queste condizioni di lavoro, il dinamometro funziona per la generazione di energia e il funzionamento elettrico) e raccogliere i dati pertinenti. Durante il test, la velocità del motore della pompa dell'acqua deve rimanere invariata e regolata dal DCS500.
2.4 calibrazione del flusso
Il sistema è dotato di due serbatoi di correzione della portata per la calibrazione del misuratore di portata. Prima della calibrazione, determinare il valore di portata indicato, quindi avviare il motore della pompa dell'acqua e regolarne costantemente la velocità. A questo punto, prestare attenzione al valore di portata. Quando il valore di portata raggiunge il valore richiesto, stabilizzare il motore della pompa dell'acqua alla velocità corrente (a questo punto, l'acqua circola nella tubazione di calibrazione). Impostare il tempo di commutazione del deflettore. Una volta che le condizioni di funzionamento si sono stabilizzate, accendere l'elettrovalvola, avviare la temporizzazione e contemporaneamente trasferire l'acqua dalla tubazione al serbatoio di correzione. Al termine del tempo di temporizzazione, l'elettrovalvola viene scollegata. A questo punto, l'acqua viene nuovamente trasferita alla tubazione di calibrazione. Ridurre la velocità del motore della pompa dell'acqua, stabilizzarla a una determinata velocità e leggere i dati rilevanti. Quindi scaricare l'acqua e calibrare il punto successivo.
2.5 commutazione manuale/automatica indisturbata
Per facilitare la manutenzione e il debug del sistema, è stata progettata una tastiera manuale. L'operatore può controllare l'azione di una valvola in modo indipendente tramite la tastiera, che non è vincolata da interblocchi. Il sistema adotta un modulo I/O remoto NAIS, che consente di utilizzare la tastiera in diverse posizioni. Durante la commutazione manuale/automatica, lo stato della valvola rimane invariato.
Il sistema adotta un PLC come controllore principale, che ne semplifica il funzionamento e ne garantisce l'elevata affidabilità e la facile manutenzione; il protocollo PROFIBUS garantisce una trasmissione dati completa, evita interferenze elettromagnetiche e consente al sistema di soddisfare i requisiti di precisione del progetto; la condivisione dei dati tra diversi dispositivi è garantita; la flessibilità del protocollo PROFIBUS offre condizioni favorevoli per l'espansione del sistema. Lo schema di progettazione del sistema con bus di campo industriale come nucleo diventerà la norma nelle applicazioni industriali.
Data di pubblicazione: 17 febbraio 2022
