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. Per la produzione di qualsiasi turbina, è necessario innanzitutto sviluppare il modello della turbina, che può essere testato simulando il misuratore di portata effettivo della centrale idroelettrica sul banco prova per macchine idrauliche ad alta portata. Se tutti i dati soddisfano i requisiti dell'utente, la turbina può essere prodotta formalmente. Pertanto, alcuni noti produttori di apparecchiature idroelettriche all'estero dispongono di diversi banchi prova ad alta portata che soddisfano le esigenze di diverse funzioni, come i cinque banchi prova per modelli ad alta precisione della francese Nyrpic; Hitachi e Toshiba dispongono ciascuna di cinque banchi prova per modelli con portata superiore a 50 m. In base alle esigenze di produzione, un importante istituto di ricerca sulle macchine elettriche ha progettato un banco prova ad alta portata con funzionalità complete e elevata precisione, in grado di condurre test su modelli di macchine idrauliche tubolari, a flusso misto, a flusso assiale e reversibili. La portata può raggiungere i 150 m. Il banco prova può essere adattato 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 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 del sistema di controllo per i test di macchinari idraulici con un elevato grado di automazione in Cina. Composizione del sistema di controllo
Il banco prova per alte portate idrauliche è composto da due motori pompa con una potenza installata di 550 kW e una velocità di rotazione compresa tra 250 e 1100 giri/min per accelerare il flusso d'acqua nella tubazione fino al misuratore di portata richiesto dall'utente e mantenere il flusso d'acqua fluido. I parametri del rotore sono monitorati dal dinamometro. La potenza del motore del dinamometro è di 500 kW e la velocità di rotazione è compresa tra 300 e 2300 giri/min. Un dinamometro è presente nelle stazioni A e B. Il principio del banco prova per macchine idrauliche ad alte portate è illustrato in Figura 1. Il sistema richiede che la precisione del controllo del motore sia inferiore allo 0,5% e che il tempo medio tra guasti (MTTF) sia superiore a 5000 ore. Dopo numerose ricerche, è stato selezionato il sistema di controllo della velocità DCS500. Il DCS500 può ricevere comandi di controllo in due modi: uno ricevendo segnali 4-20 mA per soddisfare i requisiti di velocità; L'altro metodo consiste nell'aggiungere un modulo PROFIBUS DP per soddisfare i requisiti di velocità tramite la ricezione in modalità digitale. Il primo metodo è semplice ed economico, ma interferisce con la trasmissione corrente, compromettendo la precisione del controllo; sebbene la seconda modalità sia costosa, garantisce l'accuratezza dei dati nel processo di trasmissione e la precisione del controllo. Pertanto, il sistema utilizza 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, trasmette la velocità di funzionamento del motore al DCS500 tramite PROFIBUS DP e riceve lo stato di funzionamento e i parametri del motore dal DCS500, trasmettendoli all'IPC superiore tramite PROFIBUS FMS per il monitoraggio in tempo reale.
Il PLC seleziona il modulo afp37911 prodotto da NAIS Europe come stazione master, che supporta contemporaneamente i protocolli FMS e DP. Questo modulo è la stazione principale dell'FMS e comunica con l'IPC e il sistema di acquisizione dati in modalità master-master; è anche una stazione master DP, che realizza la comunicazione master-slave con il DCS500.
Il sistema di acquisizione dati adotta la tecnologia bus VXI per raccogliere vari parametri del dinamometro e visualizzarli sul grande schermo, trasformando i risultati in tabelle e grafici (questa parte è realizzata da altre aziende). IPC comunica con il sistema di acquisizione dati tramite FMS. La composizione dell'intero sistema è illustrata in Figura 2.
1.1 Fieldbus PROFIBUS. Il PROFIBUS è uno standard sviluppato da 13 aziende, tra cui Siemens e AEC, e da 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 compiti di comunicazione generali a livello di officina fornisce un gran numero di servizi di comunicazione completa i compiti di comunicazione ciclici e non ciclici 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 utilizzare solo MMA trasmissione dati non ciclica connessione master comunicazione con altre stazioni master FMS e questo modulo non è compatibile con il PROFIBUS FMS di un'azienda pertanto, una sola forma di PROFIBUS non può essere utilizzata durante la progettazione dello schema.
·PROFIBUS PA , la tecnologia di trasmissione standard a sicurezza intrinseca specificamente progettata per l'automazione di processo realizza il protocollo di comunicazione specificato in IEC1158-2 ed è utilizzata in luoghi con elevati requisiti di sicurezza e in 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 Advantech di Taiwan. Esegue il sistema operativo Windows NT 4.0 per workstation. Utilizza il software di configurazione industriale WinCC di Siemens. L'ampio schermo visualizza le condizioni operative e le informazioni di quotazione del sistema, e mostra graficamente il flusso della tubazione e le condizioni di blocco. 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 la rete, 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. L'azienda software 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) funzione del sistema di controllo
Oltre a controllare due motori per pompe idrauliche e due dinamometri, il sistema di controllo deve anche controllare 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 dall'interruttore della valvola per soddisfare i requisiti di prova degli utenti.
2.1 Prevalenza costante Regolare la velocità di rotazione della pompa dell'acqua: mantenerla stabile a un certo valore e la prevalenza dell'acqua è costante in questo momento; Regolare la velocità del dinamometro a un certo valore. Dopo che le condizioni di lavoro sono stabili per 2-4 minuti, raccogliere i dati rilevanti. Durante il test, è necessario mantenere invariata la prevalenza dell'acqua. Un disco di codice è posizionato sul motore della pompa 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 certo valore e mantenerla costante; regolare la velocità della pompa a un certo 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 in modo che la coppia di uscita del dinamometro sia approssimativamente pari a zero (in queste condizioni di funzionamento, 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 deve essere costante e regolata dal DCS500.
2.4 calibrazione del flusso
Il sistema è dotato di due serbatoi di correzione della portata per la calibrazione dei misuratori di portata. Prima della calibrazione, determinare il valore di portata indicato, quindi avviare il motore della pompa dell'acqua e regolarne costantemente la velocità di rotazione. 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 di rotazione corrente (in questo momento, l'acqua circola nella tubazione di calibrazione). Impostare il tempo di commutazione del deflettore. Una volta che le condizioni di funzionamento si sono stabilizzate, attivare l'elettrovalvola e avviare la temporizzazione. Contemporaneamente, trasferire l'acqua dalla tubazione al serbatoio di calibrazione. Al termine del tempo di temporizzazione, l'elettrovalvola viene scollegata. A questo punto, l'acqua viene trasferita alla tubazione di calibrazione e la velocità di rotazione del motore della pompa dell'acqua viene ridotta per stabilizzarsi a una determinata velocità. Leggere i dati pertinenti. 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 determinata valvola in modo indipendente tramite la tastiera, senza essere vincolato dall'interblocco. 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 l'utilizzo e ne garantisce l'elevata affidabilità e manutenibilità; il protocollo PROFIBUS garantisce una trasmissione dati completa, evita interferenze elettromagnetiche e consente al sistema di soddisfare i requisiti di accuratezza di progettazione; la condivisione dei dati tra diversi dispositivi è garantita; la flessibilità del protocollo PROFIBUS offre condizioni ottimali per l'espansione del sistema. Lo schema di progettazione del sistema basato su bus di campo industriali diventerà la norma nelle applicazioni industriali.
Data di pubblicazione: 24 agosto 2022
