Il banco prova per modelli di turbine idrauliche riveste un ruolo fondamentale nello sviluppo della tecnologia idroelettrica. È un'apparecchiatura essenziale per migliorare la qualità dei prodotti idroelettrici e ottimizzare le prestazioni delle unità. La produzione di qualsiasi girante richiede innanzitutto lo sviluppo di un modello e la sua successiva verifica mediante la simulazione dei dislivelli effettivi della centrale idroelettrica su un banco prova per macchinari idraulici ad alta prevalenza. Se tutti i dati soddisfano i requisiti degli utenti, la girante può essere ufficialmente prodotta. Pertanto, alcuni produttori stranieri di apparecchiature idroelettriche dispongono di diversi banchi prova ad alta prevalenza per soddisfare le esigenze di varie funzioni. Ad esempio, l'azienda francese Neyrpic possiede cinque banchi prova per modelli avanzati ad alta precisione; Hitachi e Toshiba ne hanno cinque con una prevalenza superiore a 50 metri. In base alle esigenze di produzione, un importante istituto di ricerca sulle macchine elettriche ha progettato un banco prova ad alta prevalenza 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 prevalenza che può raggiungere i 150 metri. Il banco prova è adattabile al collaudo 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, che consente di ridurre i tempi del ciclo di prova. Le due stazioni A e B condividono un unico sistema di controllo elettrico e di prova. Il sistema di controllo elettrico utilizza PROFIBUS come nucleo, un PLC NAIS fp10sh come controllore principale e un IPC (computer di controllo industriale) per la gestione centralizzata. Il sistema adotta la tecnologia fieldbus per realizzare la modalità di controllo completamente digitale avanzata, garantendo affidabilità, sicurezza e facilità di manutenzione. Si tratta di un sistema di controllo per il collaudo di macchinari idraulici ad alto grado di automazione, prodotto in Cina. Composizione del sistema di controllo
Il banco prova per alte prevalenze è costituito da due motori di pompaggio con una potenza di 550 kW e una velocità compresa tra 250 e 1100 giri/min, che accelerano il flusso d'acqua nella tubazione fino ai misuratori di prevalenza richiesti dall'utente e mantengono la prevalenza in funzione senza intoppi. I parametri della girante sono monitorati dal dinamometro. La potenza del motore del dinamometro è di 500 kW, la velocità è compresa tra 300 e 2300 giri/min e vi è un dinamometro nelle stazioni a e B. Il principio del banco prova per macchinari idraulici ad alta prevalenza è mostrato in Figura 1. Il sistema richiede che la precisione del controllo del motore sia inferiore allo 0,5% e che l'MTBF sia superiore a 5000 ore. Dopo molte 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. Uno è ricevere segnali da 4 a 20 mA per soddisfare i requisiti di velocità; La seconda soluzione consiste nell'aggiungere un modulo PROFIBUS DP per la ricezione in modalità digitale al fine di soddisfare i requisiti di velocità. Il primo metodo presenta un controllo semplice e un costo contenuto, ma può essere soggetto a interferenze durante la trasmissione di corrente, compromettendo la precisione del controllo. Il secondo metodo, invece, pur essendo più costoso, garantisce l'accuratezza dei dati e del controllo durante la trasmissione. Pertanto, il sistema adotta quattro DCS500 per controllare rispettivamente due dinamometri e due motori di pompe idrauliche. In qualità di stazioni slave PROFIBUS DP, i quattro dispositivi comunicano con il PLC master in modalità master-slave. Il PLC controlla l'avvio e l'arresto del dinamometro e del motore della pompa idraulica, trasmette la velocità di rotazione del motore al DCS500 tramite PROFIBUS DP e riceve dal DCS500 lo stato di funzionamento e i parametri del motore.
Il PLC seleziona il modulo afp37911 prodotto da NAIS Europe come stazione master, che supporta simultaneamente i protocolli FMS e DP. Il modulo è la stazione principale FMS, che realizza la comunicazione principale in modalità master con IPC e il sistema di acquisizione dati; è anche la stazione master DP, che realizza la comunicazione master-slave con DCS500.
Tutti i parametri del dinamometro verranno raccolti e visualizzati sullo schermo tramite la tecnologia VXI Bus (gli altri parametri verranno raccolti dalla società VXI). L'IPC si collega al sistema di acquisizione dati tramite FMS per completare la comunicazione. La composizione dell'intero sistema è mostrata in Figura 2.
1.1 Il bus di campo PROFIBUS è uno standard formulato da 13 aziende e 5 istituti di ricerca scientifica nell'ambito di un progetto di sviluppo congiunto. È stato incluso nello standard europeo EN50170 ed è uno degli standard di bus di campo industriali raccomandati in Cina. Comprende le seguenti forme:
·Il sistema PROFIBUS FMS risolve le problematiche di comunicazione generali a livello di officina, fornisce un'ampia gamma di servizi di comunicazione e gestisce le attività di comunicazione cicliche e non cicliche con 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 la connessione master MMA (trasmissione dati non ciclica) e non è compatibile con FMS. Pertanto, nella progettazione dello schema non è possibile utilizzare un'unica forma di PROFIBUS.
·PROFIBUS-DP La connessione di comunicazione ottimizzata, veloce ed economica è progettata 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 a, msaz trasmissione dati non ciclica connessione master-slave la stazione slave non comunica attivamente.
• PROFIBUS PA è una tecnologia di trasmissione intrinsecamente sicura, progettata specificamente per l'automazione di processo , che realizza le procedure di comunicazione specificate nella norma IEC 1158-2 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 un computer di controllo industriale Advantech di Taiwan, con sistema operativo Windows NT4.0. Il software di configurazione industriale WinCC di Siemens viene utilizzato per visualizzare le informazioni sulle condizioni operative del sistema sul grande schermo e per rappresentare graficamente il flusso e le ostruzioni della tubazione. 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, specificamente progettata per PROFIBUS. Tramite il software di configurazione fornito da Softing, è possibile completare la rete e stabilire la relazione di comunicazione di rete Cr (relazione di comunicazione) e il dizionario degli oggetti OD (dizionario degli oggetti). 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
Il modello FP10SH dell'azienda NAIS è stato selezionato come PLC.
2 funzioni del sistema di controllo
Oltre a controllare due motori per pompe dell'acqua e due dinamometri, il sistema di controllo deve gestire anche 28 elettrovalvole, 4 motori per contrappesi, 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 e la portata dell'acqua sono controllate tramite l'azionamento delle valvole per soddisfare i requisiti di prova degli utenti.
2.1 prevalenza costante
Regolare la velocità della pompa dell'acqua: stabilizzarla a un determinato valore, assicurandosi che la prevalenza dell'acqua sia costante. Regolare la velocità del dinamometro a un determinato valore e raccogliere i dati pertinenti dopo che le condizioni di lavoro si sono stabilizzate per 2-4 minuti. Durante il test, è necessario mantenere la prevalenza dell'acqua invariata. Un disco codificato viene posizionato sul motore della pompa dell'acqua per registrare la velocità del motore, in modo che il DCS500 formi un controllo ad anello chiuso. La velocità della pompa dell'acqua viene inserita tramite tastiera IPC.
2.2 velocità costante
Regolare la velocità del dinamometro per stabilizzarla a un determinato valore. In questa fase, la velocità del dinamometro è costante; regolare la velocità della pompa a un determinato valore (ovvero regolare la prevalenza) e raccogliere i dati pertinenti dopo che le condizioni di lavoro si sono stabilizzate per 2-4 minuti. Il DCS500 forma un circuito chiuso per la velocità del dinamometro al fine di stabilizzarla.
2.3 test di fuga
Regolare la velocità del dinamometro a un certo valore e mantenerla invariata. Regolare la velocità della pompa dell'acqua in modo che la coppia di uscita del dinamometro sia prossima a zero (in queste condizioni di lavoro, il dinamometro funziona sia per la generazione di energia che per 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 del flusso per la calibrazione del flussometro. Prima della calibrazione, determinare innanzitutto il valore di flusso di riferimento, quindi avviare il motore della pompa dell'acqua e regolarne continuamente la velocità. Durante questa fase, monitorare attentamente il valore di flusso. Quando il valore di flusso raggiunge il valore richiesto, stabilizzare il motore della pompa dell'acqua alla velocità corrente (in questa fase, l'acqua circola nella tubazione di calibrazione). Impostare il tempo di commutazione del deflettore. Una volta stabilizzate le condizioni di funzionamento, attivare l'elettrovalvola, avviare il cronometraggio e deviare contemporaneamente l'acqua dalla tubazione al serbatoio di correzione. Allo scadere del tempo di cronometraggio, disattivare l'elettrovalvola. A questo punto, l'acqua viene nuovamente deviata nella tubazione di calibrazione. Ridurre la velocità del motore della pompa dell'acqua, stabilizzarla a una determinata velocità e leggere i dati pertinenti. Quindi svuotare l'acqua e calibrare il punto successivo.
2.5 commutazione manuale/automatica ininterrotta
Per facilitare la manutenzione e la messa a punto del sistema, è stata progettata una tastiera manuale. L'operatore può controllare l'azione di una valvola in modo indipendente tramite la tastiera, senza essere vincolato da interblocchi. Il sistema adotta un modulo I/O remoto NAIS, che consente di utilizzare la tastiera in diverse postazioni. Durante la commutazione tra modalità manuale e automatica, lo stato della valvola rimane invariato.
Il sistema adotta un PLC come controllore principale, semplificando la configurazione e garantendo elevata affidabilità e facilità di manutenzione; PROFIBUS realizza una trasmissione dati completa, evita interferenze elettromagnetiche e consente al sistema di soddisfare i requisiti di precisione previsti dal progetto; è possibile la condivisione dei dati tra diversi dispositivi; la flessibilità di PROFIBUS offre condizioni favorevoli per l'espansione del sistema. Lo schema di progettazione del sistema con bus di campo industriale come nucleo centrale diventerà lo standard per le applicazioni industriali.
Data di pubblicazione: 17 febbraio 2022
