חשיבותו של משטח ניסוי מודל טורבינות הידראוליות בפיתוח טכנולוגיית אנרגיה הידרואלקטרית

משטח בדיקה למודלים של טורבינות הידראוליות ממלא תפקיד חשוב בפיתוח טכנולוגיית אנרגיה הידרואלקטרית. זהו ציוד חשוב לשיפור איכות מוצרי אנרגיה הידרואלקטרית ולמיטוב ביצועי היחידות. לייצור כל רץ, יש לפתח תחילה את רץ המודל, וניתן לבדוק את המודל על ידי סימולציה של מד העומס בפועל של תחנת הכוח ההידרואלקטרית על ספסל בדיקה למכונות הידראוליות בעלות עומס גבוה. אם כל הנתונים עומדים בדרישות המשתמש, ניתן לייצר את הרץ באופן רשמי. לכן, לכמה יצרני ציוד הידרואלקטרי ידועים בחו"ל יש מספר ספסלי בדיקה בעלי עומס גבוה העונים על הצרכים של פונקציות שונות, כגון חמישה ספסלי בדיקה מתקדמים בעלי דיוק גבוה של חברת nyrpic הצרפתית; להיטאצ'י וטושיבה יש כל אחד חמישה עמדות בדיקה לדגמים עם עומס מים מעל 50 מטר. בהתאם לצורכי הייצור, מכון מחקר גדול למכונות חשמליות תכנן ספסל בדיקה בעל עומס מים גבוה עם פונקציות מלאות ודיוק גבוה, שיכול לבצע בדיקות מודל על מכונות הידראוליות צינוריות, זרימה מעורבת, זרימה צירית ומכונות הידראוליות הפיכות בהתאמה. עומס 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, NAIS fp10sh PLC כבקר הראשי, ו-IPC (מחשב בקרה תעשייתי) מממש בקרה מרכזית. המערכת מאמצת את טכנולוגיית Field Bus כדי לממש את מצב הבקרה הדיגיטלי המלא והמתקדם, המבטיח את האמינות, הבטיחות ותחזוקה קלה של המערכת. זוהי מערכת בקרת בדיקת מכונות הידראוליות עם רמה גבוהה של אוטומציה בסין. הרכב מערכת הבקרה

ספסל הבדיקה ללחץ מים גבוה מורכב משני מנועי משאבה בעלי הספק מותקן של 550 קילוואט וטווח מהירות סיבוב של 250-1100 סל"ד כדי להאיץ את זרימת המים בצינור למד הלחץ מים הנדרש על ידי המשתמש ולשמור על הפעלה חלקה של הלחץ מים. פרמטרי הצינור מנוטרים על ידי הדינמומטר. הספק המנוע של הדינמומטר הוא 500 קילוואט, ומהירות הסיבוב היא בין 300 ל-2300 סל"ד. יש דינמומטר אחד בתחנה a ובתחנה B. עקרון ספסל הבדיקה למכונות הידראוליות ללחץ מים גבוה מוצג באיור 1. המערכת דורשת שדיוק בקרת המנוע יהיה פחות מ-0.5%, וזמן ממוצע בין תקלות (MTTF) יהיה גדול מ-5000 שעות. לאחר מחקר רב, נבחרה מערכת בקרת מהירות DC DCS500. ה-DCS500 יכול לקבל פקודות בקרה בשתי דרכים, האחת היא לקבל אותות 4-20mA כדי לעמוד בדרישות המהירות; השיטה השנייה היא הוספת מודול PROFIBUS DP כדי לעמוד בדרישת המהירות על ידי קליטה במצב דיגיטלי. השיטה הראשונה פשוטה וזולה, אך היא תתערב בשידור הנוכחי, ותשפיע על דיוק הבקרה; למרות שהמצב השני יקר, הוא יכול להבטיח את דיוק הנתונים בתהליך השידור ואת דיוק הבקרה. לכן, המערכת משתמשת בארבעה DCS500 כדי לשלוט 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 המשאבה, מעביר את מהירות פעולת המנוע ל-DCS500 דרך PROFIBUS DP, ומקבל את סטטוס פעולת המנוע והפרמטרים מ-DCS500, ומשדר אותם ל-IPC העליון דרך PROFIBUS FMS כדי לממש ניטור בזמן אמת.

ה-PLC בוחר את מודול afp37911 המיוצר על ידי NAIS Europe כתחנת מאסטר, התומך בפרוטוקולי FMS ו-DP בו זמנית. מודול זה הוא התחנה הראשית של FMS ומתקשר עם IPC ומערכת רכישת נתונים במצב מאסטר; זוהי גם תחנת מאסטר DP, המממשת תקשורת מאסטר-סדי עם DCS500.

מערכת איסוף הנתונים מאמצת טכנולוגיית אפיק VXI כדי לאסוף פרמטרים שונים של הדינמומטר ולהציג אותם על המסך הגדול, וליצור תוצאות לטבלאות וגרפים (חלק זה ממולא על ידי חברות אחרות). IPC מתקשר עם מערכת איסוף הנתונים דרך FMS. הרכב המערכת כולה מוצג באיור 2.
1.1 ‏Profibus‏ ‏Profibus‏ הוא תקן שפותח על ידי 13 חברות כמו סימנס ו-AEC ו-5 מוסדות מחקר מדעיים בפרויקט פיתוח משותף. הוא רשום בתקן האירופי en50170 והוא אחד מתקני ה-fieldbus התעשייתיים המומלצים בסין. הוא כולל את הצורות הבאות:
·PROFIBUS FMS  פותר את משימות התקשורת הכלליות ברמת הסדנה  מספק מספר רב של שירותי תקשורת  משלים את משימות התקשורת המחזוריות והלא מחזוריות במהירות שידור בינונית. מודול Profibus של NAIS תומך בקצב תקשורת של 1.2 מגה-ביט לשנייה ואינו תומך במצב תקשורת מחזורית  הוא יכול להשתמש רק ב-MMA  שידור נתונים לא מחזורי  חיבור ראשי  תקשורת עם תחנות ראשיות FMS אחרות  ומודול זה אינו תואם ל-PROFIBUS FMS של חברה  לכן, לא ניתן להשתמש בצורה אחת של PROFIBUS במהלך תכנון התוכנית.
·PROFIBUS PA  טכנולוגיית שידור סטנדרטית ובטוחה מהותית שתוכננה במיוחד לאוטומציה של תהליכים  מממשת את פרוטוקול התקשורת שצוין ב-IEC1158-2  ומשמשת במקומות עם דרישות בטיחות גבוהות ובתחנות המופעלות על ידי האפיק. אמצעי 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 Advantech מטייוואן  מריץ מערכת הפעלה של תחנת עבודה של Windows NT4.0  מאמץ את תוכנת התצורה התעשייתית WinCC של סימנס  מסך גדול מציג את תנאי ההפעלה ומידע על הצעת המחיר של המערכת, ומציג בצורה גרפית את זרימת הצינור ותנאי החסימה. כל הנתונים מועברים על ידי 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), וליצור מילון 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 התוכנה מספקת תוכנת שרת DDE כדי לממש תקשורת PROFIBUS עם WinCC.
１．３ PLC
Fp10sh של חברת NAIS נבחרה כחברת PLC.

(2) תפקוד מערכת הבקרה
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 פריקת שמן ו-2 שסתומי סולנואיד סיכה. כיוון הזרימה וזרימת המים נשלטים על ידי מתג השסתום כדי לעמוד בדרישות הבדיקה של המשתמשים.
2.1 גובה קבוע כוונן את מהירות הסיבוב של משאבת המים: ודא שהיא יציבה על ערך מסוים, וגובה המים קבוע בשלב זה; כוונן את מהירות הדינמומטר לערך מסוים. לאחר שתנאי העבודה יציבים במשך 2-4 דקות, אסוף נתונים רלוונטיים. במהלך הבדיקה, יש לשמור על גובה המים ללא שינוי. דיסק קוד מונח על מנוע המשאבה כדי לאסוף את מהירות המנוע, כך שה-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, ומהירות 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 בקירוב אפס (בתנאי עבודה אלה, הדינמומטר פועל לייצור חשמל ולהפעלה חשמלית), ואסוף נתונים רלוונטיים. במהלך הבדיקה, מהירות מנוע המשאבה נדרשת להיות קבועה ומווסתת על ידי DCS500.
2.4 כיול זרימה
המערכת מצוידת בשני מיכלי תיקון זרימה לכיול מדי הזרימה במערכת. לפני הכיול, יש לקבוע תחילה את ערך הזרימה המסומן, לאחר מכן להפעיל את מנוע משאבת המים, ולהתאים באופן רציף את מהירות הסיבוב של מנוע משאבת המים. בשלב זה, יש לשים לב לערך הזרימה. כאשר ערך הזרימה מגיע לערך הנדרש, יש לוודא שמנוע משאבת המים יציב במהירות הסיבוב הנוכחית (בשלב זה, המים מסתובבים בצינור הכיול). יש להגדיר את זמן המעבר של המוט. לאחר שתנאי העבודה יציבים, יש להפעיל את שסתום הסולנואיד ולהפעיל את התזמון. במקביל, יש להעביר את המים בצינור למיכל הכיול. כאשר זמן התזמון מסתיים, שסתום הסולנואיד מנותק. בשלב זה, המים מועברים לצינור הכיול, ומהירות הסיבוב של מנוע משאבת המים מופחתת כדי להתייצב במהירות מסוימת. יש לקרוא 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 בפעולתו של שסתום מסוים באופן עצמאי דרך המקלדת מבלי להיות מוגבל על ידי האינטרלוק. 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 ותחזוקה גבוהות של המערכת; PROFIBUS מממש העברת נתונים מלאה, מונע הפרעות אלקטרומגנטיות ומאפשר למערכת לעמוד בדרישות דיוק התכנון; מתממש שיתוף נתונים בין התקנים שונים; הגמישות של PROFIBUS מספקת תנאים נוחים להרחבת המערכת. סכמת תכנון המערכת המבוססת על אפיק שדה תעשייתי תהפוך למיינסטרים של יישומים תעשייתיים.