水車模型試験台は、水力発電技術の発展において重要な役割を果たしています。水車製品の品質向上とユニット性能の最適化に不可欠な設備です。水車ランナの製造には、まず模型ランナを開発し、高水頭水力機械試験台で実際の水力発電所の落差計を模擬して試験を行う必要があります。すべてのデータがユーザーの要求を満たしていれば、正式に製造することができます。そのため、海外の水力発電設備メーカーの中には、様々な機能のニーズに対応するために、複数の高水頭試験台を保有しているところもあります。例えば、フランスのNeyrpic社は、先進的な高精度模型試験台を5台保有しています。日立製作所と東芝は、水頭50mを超える模型試験台を5台保有しています。また、大手電機研究所は、生産ニーズに応じて、管式、斜流式、軸流式、可逆式水力機械の模型試験をそれぞれ実施できる、機能充実と高精度を備えた高水頭試験台を設計しました。水頭は最大150mに達します。このテストベンチは、垂直ユニットと水平ユニットの模型試験に適応できます。テストベンチは、ステーションAとステーションBの2つのステーションで構成されています。ステーションAが稼働しているときは、ステーションBが設置されているため、試験サイクルを短縮できます。AとBの2つのステーションは、1組の電気制御システムと試験システムを共有しています。電気制御システムは、PROFIBUSをコアとし、NAIS fp10sh PLCをメインコントローラとして、IPC（産業用制御コンピュータ）による集中制御を実現しています。このシステムは、フィールドバス技術を採用し、高度な全デジタル制御モードを実現することで、システムの信頼性、安全性、メンテナンスの容易さを確保しています。これは、中国で高度に自動化された水利機械試験制御システムです。制御システムの構成
高水頭テストベンチは、出力550kW、速度範囲250〜1100r / minの2つのポンプモーターで構成されており、パイプライン内の水の流れをユーザーが要求する水頭メートルまで加速し、水頭がスムーズに稼働し続けるようにします。ランナーのパラメータはダイナモメーターによって監視されます。ダイナモメーターのモーター出力は500kW、速度は300〜2300r / minであり、ステーションaとBに1つのダイナモメーターがあります。高水頭油圧機械テストベンチの原理を図1に示します。システムでは、モーター制御の精度が0.5％未満、MTBFが5000時間を超える必要があります。多くの調査の後、**社製のDCS500 DC速度調整システムが選択されました。DCS500は、2つの方法で制御コマンドを受信できます。1つは、速度要件を満たすために4〜20mA信号を受信することです。 2つ目は、速度要件を満たすためにデジタルモードで受信するPROFIBUS DPモジュールを追加することです。1つ目の方法は制御が簡単で価格も安いですが、電流伝送が乱れ、制御精度に影響を与えます。2つ目の方法は高価ですが、伝送プロセスにおけるデータ精度と制御精度を確保できます。そのため、システムでは4台のDCS500を採用し、それぞれ2台の動力計と2台のウォーターポンプモーターを制御します。PROFIBUS DPスレーブステーションとして、4台のデバイスはマスターステーションPLCとマスタースレーブモードで通信します。PLCは動力計とウォーターポンプモーターの起動/停止を制御し、モーターの運転速度をPROFIBUS DPを介してDCS500に送信し、DCS500からモーターの運転状態とパラメータを取得します。
PLCは、NAIS Europe製のafp37911モジュールをマスターステーションとして選択しました。このモジュールはFMSプロトコルとDPプロトコルを同時にサポートします。このモジュールはFMSのメインステーションとして、IPCおよびデータ収集システムとのメインモード通信を実現します。また、DPマスターステーションとしても機能し、DCS500とのマスタースレーブ通信を実現します。
動力計の全パラメータはVXIバステクノロジーを介して収集され、画面に表示されます（その他のパラメータはVXIベンダーが収集します）。IPCはFMSを介してデータ収集システムに接続し、通信を完了します。システム全体の構成を図2に示します。
1.1 フィールドバス PROFIBUS は、13 社の企業と 5 つの科学研究機関が共同開発プロジェクトで策定した規格です。欧州規格 en50170 にも登録されており、中国で推奨されている産業用フィールドバス規格の一つです。以下の形式が含まれます。
·PROFIBUS FMSは、工場レベルの一般的な通信タスクを解決し、多数の通信サービスを提供し、中速伝送速度で周期的および非周期的な通信タスクを完了します。NAISのProfibusモジュールは1.2Mbpsの通信速度をサポートし、周期的な通信モードはサポートしていません。MMA 非周期的データ伝送 マスター接続 を介してのみ他のFMSマスターステーションと通信でき、モジュールはFMSと互換性がありません。したがって、スキーム設計において1つのPROFIBUS形式のみを使用することはできません。
·PROFIBUS-DP 高速かつ低コストの通信接続に最適化されたPROFIBUS-DPは、自動制御システムと設備レベルの分散I/O間の通信用に設計されています。DPとFMSは同じ通信プロトコルを採用しているため、同一ネットワークセグメント内で共存可能です。NAISとa、msaz間では、非周期的データ伝送マスタースレーブ接続スレーブ局は能動的に通信しません。
·PROFIBUS PA プロセスオートメーション向けに特別に設計された標準の本質安全伝送技術 は、IEC 1158-2 に規定された通信手順を実現し、高い安全性が求められる用途やバス電源供給ステーションに適しています。システムで使用される伝送媒体は銅シールドツイストペア で、通信プロトコルはRS485、通信速度は500kbpsです。産業用フィールドバスの適用により、システムの安全性と信頼性が保証されます。
1.2 IPC産業用制御コンピュータ
上位の産業用制御コンピュータは、台湾のAdvantech産業用制御コンピュータを採用し、Windows NT4.0ワークステーションオペレーティングシステムを実行しています Siemens社のWinCC産業用構成ソフトウェアは、システムの動作状態情報を大画面に表示し、パイプラインの流れと閉塞をグラフィカルに表すために使用されます。すべてのデータは、PROFIBUSを介してPLCから送信されます。 IPCには、PROFIBUS用に特別に設計されたドイツのSofting社製のProfiboardネットワークカードが内部に装備されています。 Softingが提供する構成ソフトウェアを通じて、ネットワーキングを完了し、ネットワーク通信関係Cr（通信関係）とオブジェクトディクショナリOD（オブジェクトディクショナリ）を確立できます。 WINCCはSiemens社によって製造されています。同社のS5 / S7 PLCとの直接接続のみをサポートし、Windowsが提供するDDEテクノロジを介してのみ他のPLCと通信できます。 Softing社は、WinCCでPROFIBUS通信を実現するためのDDEサーバーソフトウェアを提供しています。
1.3 PLC
PLCとしてNAIS社のFp10shを選定しました。
2つの制御システム機能
制御システムは、2台のウォーターポンプモーターと2台のダイナモメーターに加え、28個の電動バルブ、4個のウェイトモーター、8個のオイルポンプモーター、3個の真空ポンプモーター、4個のオイルドレンポンプモーター、および2個の潤滑ソレノイドバルブを制御する必要があります。これらのバルブを切り替えることで、水の流れ方向と流量を制御し、ユーザーの試験要件を満たします。
2.1 一定水頭
水ポンプの速度を調整します。一定の値で安定させ、このとき水頭も一定にします。動力計の速度を一定の値に調整し、動作状態が2～4分間安定した後、関連データを収集します。テスト中は水頭を一定に保つ必要があります。水ポンプモーターにコードディスクを配置してモーター速度を収集し、DCS500が閉ループ制御を形成します。水ポンプの速度はIPCキーボードで入力します。
2.2 一定速度
動力計の速度を調整し、一定の値で安定させます。このとき、動力計の速度は一定です。ポンプ速度を一定の値に調整し（つまり、揚程を調整し）、動作状態が2～4分間安定した後、関連データを収集します。DCS500は動力計の速度に対して閉ループを形成し、動力計の速度を安定させます。
2.3 暴走テスト
動力計の回転速度を一定値に調整し、動力計の回転速度は一定に保ちます。 ウォーターポンプの回転速度を調整して、動力計の出力トルクがゼロに近づくようにします（この動作状態では、動力計は発電と電動運転を行います）。そして、関連データを収集します。試験中は、ウォーターポンプモーターの回転速度は一定に保ち、DCS500で調整する必要があります。
2.4 フローキャリブレーション
システムには、システム内の流量計を校正するための 2 つの流量補正タンクが装備されています。校正の前に、まずマークされた流量値を決定し、次に水ポンプモーターを始動して、水ポンプモーターの速度を連続的に調整します。このとき、流量値に注意してください。流量値が必要な値に達すると、水ポンプモーターを現在の速度で安定させます（このとき、水は校正パイプライン内を循環しています）。デフレクターの切り替え時間を設定します。動作状態が安定した後、ソレノイドバルブをオンにしてタイミングを開始し、同時にパイプライン内の水を補正タンクに切り替えます。タイミング時間が経過すると、ソレノイドバルブが切断されます。この時点で、水は再び校正パイプラインに切り替えられます。水ポンプモーターの速度を下げ、一定の速度で安定させ、関連データを読み取ります。その後、水を排出して次のポイントを校正します。
2.5 手動/自動の無干渉切り替え
システムの保守とデバッグを容易にするため、手動キーボードが設計されています。オペレーターはキーボードを介してバルブの動作を個別に制御でき、インターロックの制約を受けません。システムはNAISリモートI/Oモジュールを採用しており、キーボードを異なる場所から操作できます。手動/自動切り替え中、バルブの状態は変化しません。
このシステムはPLCをメインコントローラとして採用することで、システムの簡素化、高い信頼性と容易なメンテナンスを実現します。PROFIBUSは完全なデータ伝送を実現し、電磁干渉を回避し、設計の精度要件を満たすシステムを実現します。また、異なるデバイス間でのデータ共有も実現します。PROFIBUSの柔軟性は、システムの拡張に便利な条件を提供します。産業用フィールドバスを中核とするシステム設計スキームは、今後、産業アプリケーションの主流となるでしょう。
投稿日時: 2022年2月17日
