חשיבותו של משטח ניסוי מודל טורבינות הידראוליות בפיתוח טכנולוגיית אנרגיה הידרואלקטרית

ספסל בדיקה לדגמי טורבינות הידראוליות ממלא תפקיד חשוב בפיתוח טכנולוגיית אנרגיה הידרואלקטרית. זהו ציוד חשוב לשיפור איכות מוצרי אנרגיה הידרואלקטרית ולמיטוב ביצועי היחידות. ייצור כל רץ חייב תחילה לפתח רץ מודל ולבדוק את המודל על ידי סימולציה של מדי גובה המים בפועל של תחנת הכוח ההידרואלקטרית על משטח בדיקה למכונות הידראוליות בעלות גובה מים גבוה. אם כל הנתונים עומדים בדרישות המשתמשים, ניתן לייצר את הרץ באופן רשמי. לכן, לחלק מיצרני ציוד האנרגיה הידרואלקטרית הזרים יש מספר ספסלי בדיקה לגובה מים גבוה כדי לענות על הצרכים של פונקציות שונות. לדוגמה, לחברת ניירפיק הצרפתית יש חמישה ספסלי בדיקה מתקדמים בעלי רמת דיוק גבוהה; להיטאצ'י וטושיבה יש חמישה עמדות בדיקה לדגמים עם גובה מים של יותר מ-50 מטר. בהתאם לצורכי הייצור, מכון מחקר גדול למכונות חשמליות תכנן משטח בדיקה לגובה מים גבוה עם פונקציות מלאות ודיוק גבוה, שיכול לבצע בדיקות מודל על מכונות הידראוליות צינוריות, זרימה מעורבת, זרימה צירית ומכונות הידראוליות הפיכות בהתאמה, וגובה המים יכול להגיע ל-150 מטר. ספסל הבדיקה יכול להתאים את עצמו לבדיקת מודל של יחידות אנכיות ואופקיות. שולחן הבדיקה מתוכנן עם שתי תחנות a ו-B. כאשר תחנה a פועלת, מותקנת תחנה B, מה שיכול לקצר את מחזור הבדיקה. A. B שתי תחנות חולקות מערכת בקרה חשמלית ומערכת בדיקה אחת. מערכת הבקרה החשמלית משתמשת ב-PROFIBUS כליבה, ב-NAIS fp10sh PLC כבקר הראשי, וב-IPC (מחשב בקרה תעשייתי) המממשת בקרה מרכזית. המערכת מאמצת טכנולוגיית Fieldbus כדי לממש את מצב הבקרה הדיגיטלי המתקדם, המבטיח את האמינות, הבטיחות והתחזוקה הקלה של המערכת. זוהי מערכת בקרת בדיקה למכונות חיסכון במים עם רמה גבוהה של אוטומציה בסין. הרכב מערכת הבקרה

ספסל הבדיקה ללחץ מים גבוה מורכב משני מנועי משאבה בהספק של 550 קילוואט וטווח מהירויות של 250 ~ 1100 סל"ד, אשר מאיצים את זרימת המים בצינור אל מדי הלחץ המים הנדרשים על ידי המשתמש ושומרים על הפעלה חלקה של הלחץ. פרמטרי המסלול מנוטרים על ידי הדינמומטר. הספק המנוע של הדינמומטר הוא 500 קילוואט, המהירות היא בין 300 ~ 2300 סל"ד, ודינמומטר אחד נמצא בתחנות a ו-B. עקרון ספסל הבדיקה למכונות הידראוליות ללחץ מים גבוה מוצג באיור 1. המערכת דורשת שדיוק בקרת המנוע יהיה פחות מ-0.5% ו-MTBF יהיה גדול מ-5000 שעות. לאחר מחקר רב, נבחרה מערכת ויסות מהירות DC DCS500 המיוצרת על ידי חברה * * *. DCS500 יכול לקבל פקודות בקרה בשתי דרכים. אחת היא לקבל אותות של 4 ~ 20mA כדי לעמוד בדרישות המהירות; השני הוא הוספת מודול PROFIBUS DP לקליטת נתונים במצב דיגיטלי כדי לעמוד בדרישות המהירות. לשיטה הראשונה יש בקרה פשוטה ומחיר נמוך, אך היא תיפגע בשידור הזרם ותשפיע על דיוק הבקרה; למרות שהשיטה השנייה יקרה, היא יכולה להבטיח את דיוק הנתונים ודיוק הבקרה בתהליך השידור. לכן, המערכת מאמצת ארבעה DCS500 לשליטה בשני דינמומטרים ושני מנועי משאבת מים בהתאמה. כתחנת עבדים PROFIBUS DP, ארבעת ההתקנים מתקשרים עם בקר ה-PLC של תחנת האב במצב מאסטר-עבד. הבקר שולט בהפעלה/עצירה של הדינמומטר ומנוע משאבת המים, מעביר את מהירות המנוע ל-DCS500 דרך PROFIBUS DP, ומקבל את מצב הפעולה והפרמטרים של המנוע מ-DCS500.
PLC בוחר את מודול afp37911 המיוצר על ידי NAIS Europe כתחנת מאסטר, התומך בפרוטוקולי FMS ו-DP בו זמנית. המודול הוא התחנה הראשית של FMS, המממשת את התקשורת הראשית עם IPC ומערכת רכישת נתונים; זוהי גם תחנת מאסטר DP, המממשת תקשורת מאסטר-סדי עם DCS500.
כל הפרמטרים של הדינמומטר ייאספו ויוצגו על המסך באמצעות טכנולוגיית VXI Bus (פרמטרים אחרים ייאספו על ידי חברת VXI). מערכת IPC מתחברת למערכת איסוף נתונים באמצעות FMS להשלמת התקשורת. הרכב המערכת כולה מוצג באיור 2.

תקן PROFIBUS 1.1 Fieldbus שגובש על ידי 13 חברות ו-5 מוסדות מחקר מדעיים בפרויקט פיתוח משותף. הוא רשום בתקן האירופי en50170 והוא אחד מתקני Fieldbus התעשייתיים המומלצים בסין. הוא כולל את הצורות הבאות:
·PROFIBUS FMS פותר את משימות התקשורת הכלליות ברמת הסדנה, מספק מספר רב של שירותי תקשורת ומשלים את משימות התקשורת המחזוריות והלא מחזוריות במהירות שידור בינונית. מודול Profibus של NAIS תומך בקצב תקשורת של 1.2mbps ואינו תומך במצב תקשורת מחזורית. הוא יכול לתקשר רק עם תחנות מאסטר FMS אחרות באמצעות MMA  שידור נתונים לא מחזורי  חיבור מאסטר  והמודול אינו תואם ל-FMS. לכן, הוא אינו יכול להשתמש רק בצורה אחת של PROFIBUS בתכנון הסכימה.
חיבור תקשורת PROFIBUS-DP  ממוטב, מהיר וזול, נועד לתקשורת בין מערכת בקרה אוטומטית לבין קלט/פלט מבוזר ברמת הציוד. מכיוון ש-DP ו-FMS מאמצים את אותו פרוטוקול תקשורת, הם יכולים להתקיים יחד באותו מקטע רשת. בין NAIS ל-a, חיבור master-slave , תחנת עבד אינה מתקשרת באופן פעיל.
· טכנולוגיית שידור סטנדרטית ובטוחה מהותית של PROFIBUS PA, שתוכננה במיוחד לאוטומציה של תהליכים, מממשת את נהלי התקשורת שצוינו ב-IEC1158-2 עבור אירועים עם דרישות בטיחות גבוהות ותחנות המופעלות על ידי האפיק. מדיום השידור המשמש במערכת הוא זוג שזור מסוכך נחושת, פרוטוקול התקשורת הוא RS485 וקצב התקשורת הוא 500kbps. יישום אפיק שדה תעשייתי מספק ערובה לבטיחות ולאמינות המערכת.

1.2 מחשב בקרה תעשייתי IPC
מחשב הבקרה התעשייתי העליון מאמץ את מחשב הבקרה התעשייתי של טייוואן אדוונטק  עם מערכת הפעלה של תחנת עבודה Windows NT4 0  תוכנת התצורה התעשייתית WinCC של חברת סימנס משמשת להצגת מידע על מצב ההפעלה של המערכת על גבי מסך גדול, ומייצגת גרפית את זרימת הצינור והחסימות. כל הנתונים מועברים מה-PLC דרך PROFIBUS. ה-IPC מצויד באופן פנימי בכרטיס רשת profiboard המיוצר על ידי חברת softing הגרמנית, אשר תוכנן במיוחד עבור PROFIBUS. באמצעות תוכנת התצורה המסופקת על ידי softing, ניתן להשלים רשת, ליצור קשרי תקשורת רשת Cr (קשרי תקשורת) ומילון אובייקטים OD (מילון אובייקטים). WINCC מיוצר על ידי סימנס. הוא תומך רק בחיבור ישיר עם PLC S5 / S7 של החברה, ויכול לתקשר רק עם PLCs אחרים באמצעות טכנולוגיית DDE המסופקת על ידי Windows. חברת Softing מספקת תוכנת שרת DDE כדי לממש תקשורת PROFIBUS עם WinCC.

1.3 בקר מופעל על ידי PLC
Fp10sh של חברת NAIS נבחרה כחברת PLC.

2 פונקציות מערכת בקרה
בנוסף לשליטה על שני מנועי משאבת מים ושני דינמומטרים, מערכת הבקרה צריכה לשלוט גם על 28 שסתומים חשמליים, 4 מנועי משקל, 8 מנועי משאבת שמן, 3 מנועי משאבת ואקום, 4 מנועי משאבת ניקוז שמן ו-2 שסתומי סולנואיד סיכה. כיוון הזרימה וזרימת המים נשלטים באמצעות מתג השסתומים כדי לעמוד בדרישות הבדיקה של המשתמשים.

2.1 ראש קבוע
כוונן את מהירות משאבת המים: ודא שהיא יציבה על ערך מסוים, וגובה המים יהיה ודא בשלב זה; כוונן את מהירות הדינמומטר לערך מסוים, ואסוף נתונים רלוונטיים לאחר שתנאי העבודה יציבים למשך 2 ~ 4 דקות. במהלך הבדיקה, יש לשמור על גובה המים ללא שינוי. דיסק קוד ממוקם על מנוע משאבת המים כדי לאסוף את מהירות המנוע, כך ש-DCS500 יוצר בקרה בלולאה סגורה. מהירות משאבת המים מוזנת באמצעות מקלדת IPC.

2.2 מהירות קבועה
כוונן את מהירות הדינמומטר כדי להפוך אותו ליציב על ערך מסוים. בשלב זה, מהירות הדינמומטר קבועה; כוונן את מהירות המשאבה לערך מסוים (כלומר, כוונן את ראש הלחץ), ואסוף נתונים רלוונטיים לאחר שתנאי העבודה יציבים למשך 2 ~ 4 דקות. DCS500 יוצר לולאה סגורה למהירות הדינמומטר כדי לייצב את מהירות הדינמומטר.

מבחן 2.3 בריחה
כוונן את מהירות הדינמומטר לערך מסוים ושמור על מהירות הדינמומטר ללא שינוי.  כוונן את מהירות משאבת המים כך שמומנט המוצא של הדינמומטר יהיה קרוב לאפס (בתנאי עבודה אלה, הדינמומטר פועל לייצור חשמל ולהפעלה חשמלית), ואסוף נתונים רלוונטיים. במהלך הבדיקה, מהירות מנוע משאבת המים נדרשת להישאר ללא שינוי והיא מותאמת על ידי DCS500.

2.4 כיול זרימה
המערכת מצוידת בשני מיכלי תיקון זרימה לכיול מד הזרימה במערכת. לפני הכיול, יש לקבוע תחילה את ערך הזרימה המסומן, לאחר מכן להפעיל את מנוע משאבת המים ולהתאים באופן רציף את מהירות מנוע משאבת המים. בשלב זה, יש לשים לב לערך הזרימה. כאשר ערך הזרימה מגיע לערך הנדרש, יש לייצב את מנוע משאבת המים במהירות הנוכחית (בשלב זה, המים זורמים בצינור הכיול). יש להגדיר את זמן המעבר של המוט. לאחר שתנאי העבודה יציבים, יש להפעיל את שסתום הסולנואיד, להתחיל את התזמון ולהעביר את המים בצינור למיכל התיקון בו זמנית. כאשר זמן התזמון מסתיים, שסתום הסולנואיד מנותק. בשלב זה, המים מועברים שוב לצינור הכיול. יש להפחית את מהירות מנוע משאבת המים, לייצב אותו במהירות מסוימת ולקרוא את הנתונים הרלוונטיים. לאחר מכן יש לרוקן את המים ולכייל את הנקודה הבאה.

2.5 מיתוג ידני/אוטומטי ללא הפרעה
על מנת להקל על התחזוקה ותיקון השגיאות של המערכת, תוכננה מקלדת ידנית עבור המערכת. המפעיל יכול לשלוט בפעולת השסתום באופן עצמאי דרך המקלדת, שאינה מוגבלת על ידי אינטרלוק. המערכת מאמצת מודול קלט/פלט מרחוק NAIS, שיכול לגרום למקלדת לפעול במקומות שונים. במהלך החלפה ידנית/אוטומטית, מצב השסתום נשאר ללא שינוי.
המערכת מאמצת בקר PLC כבקר הראשי, מה שמפשט את המערכת ומבטיח אמינות גבוהה ותחזוקה קלה של המערכת; PROFIBUS מממש העברת נתונים מלאה, מונע הפרעות אלקטרומגנטיות, ומאפשר למערכת לעמוד בדרישות הדיוק של התכנון; שיתוף נתונים בין התקנים שונים מתממש; הגמישות של PROFIBUS מספקת תנאים נוחים להרחבת המערכת. סכימת תכנון המערכת עם Fieldbus תעשייתי כליבה תהפוך למיינסטרים של יישומים תעשייתיים.