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。ランナの製造には、まず模型ランナを開発し、高落差水力機械試験台で実際の水力発電所の落差計を模擬することで試験を行います。すべてのデータがユーザーの要求を満たしていれば、正式に製造できます。そのため、海外の著名な水力発電設備メーカーの中には、様々な機能のニーズを満たす複数の高落差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nyrpic社は5台の先進的な高精度模型試験台を保有しています。日立製作所と東芝はそれぞれ5台の水頭50mを超える模型試験台を保有しています。また、生産ニーズに応じて、大手電機研究機関は、管状式、斜流式、軸流式、可逆式水力機械の模型試験を実施できる、充実した機能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、垂直および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設計されています。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、高度なフルデジタル制御モードを実現し、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、中国で高度な自動化を備えた油圧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、設置電力550KW、回転速度範囲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ターまで加速し、水頭をスムーズに稼働させます。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、回転速度は300〜2300r / minです。ステーションaとステーションBにダイナモメーターが1つあります。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、平均故障間隔（MTTF）が5000時間以上である必要があります。多くの研究の後、DCS500 DC速度制御システムが選択されました。DCS500は、速度要件を満たすために4〜20mA信号を受信するという2つの方法で制御コマンドを受信できます。もう1つは、PROFIBUS DPモジュールを追加し、デジタルモードで受信して速度要件を満たすことです。 最初の方法は簡単で安価ですが、電流伝送に干渉を受け、制御精度に影響を与えます。 2番目のモードは高価ですが、伝送プロセスの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を使用して、それぞれ2台のダイナモメータと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つ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はダイナモメータとポンプモーターの起動/停止を制御し、モーターの動作速度をPROFIBUS DPを介してDCS500に送信します。 また、DCS500からモーターの動作状態とパラメータを取得し、PROFIBUS FMSを介して上位IPCに送信して、リアルタイム監視を実現します。
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ています。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マスターマスターモードで通信します。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。
データ収集システムはVXIバス技術を採用し、動力計の各種パラメータを収集して大画面に表示し、結果を表やグラフにまとめます（この部分は他社が担当）。IPCはFMSを介してデータ収集システムと通信します。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 PROFIBUSは、シーメンスやAECなどの13社と5つの科学研究機関が共同開発プロジェクトで開発した規格です。欧州規格EN50170にも登録されており、中国でも推奨され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、中程度の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）マスター接続他のFMSマスターステーションとの通信のみを使用できます。また、このモジュールは、ある会社のPROFIBUS FMSとは互換性がありません。そのため、スキーム設計時にPROFIBUSの1つの形式を使用することはできません。
·PROFIBUS PA は、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であり、IEC 1158-2 で規定された通信プロトコルを実現し、高い安全性が求められる場所やバス電源で稼働するステーションで使用されます。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 、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ています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SiemensのWinCC産業用構成ソフトウェアを採用大画面でシステムの動作状況と見積情報を表示し、パイプラインのフローとブロッキング状況をグラフィカルに表示します。すべてのデータは、PROFIBUS経由でPLCによって送信されます。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）を確立し、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テクノロジを通じてのみ他のPLCと通信できます。ソフトウェア会社は、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 シーケンサ
PLCとしてNAIS社のFp10shを選定しました。
（2）制御システムの機能
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個のオイル排出ポンプモーター、および2個の潤滑ソレノイドバルブも制御する必要があります。水の流れ方向と流量は、バルブスイッチによって制御され、ユーザーの試験要件を満たします。
2.1 一定揚程 水ポンプの回転速度を調整します。回転速度を一定の値で安定させ、このとき水頭は一定です。動力計の速度を一定の値に調整します。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。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
ダイナモメーターの速度を一定値に安定するように調整します。これにより、ダイナモメーターの速度は一定になります。ポンプの速度を一定値に調整し（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、ダイナモメーターの速度に対して閉ループを形成し、ダイナモメーター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。 動力計の出力トルクがほぼゼロになるようにウォーターポンプの回転速度を調整します（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、ポンプモーターの回転速度を一定に保ち、DCS500によって制御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起動し、水ポンプモーターの回転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したら、水ポンプモーターを現在の回転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ら、ソレノイドバルブをオンにしてタイミングを開始します。同時に、パイプライン内の水を校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、水は校正パイプラインに切り替えられ、水ポンプモーターの回転速度が低下して一定の速度で安定します。関連データを読み取ります。次に、水を排水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、インターロックの制約を受けることなく、キーボードを介して特定のバルブの動作を独立して制御できます。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/自動切り替え中は、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、システムを簡素化し、高い信頼性と保守性を確保しています。PROFIBUSは完全なデータ伝送を実現し、電磁干渉を回避し、システムが設計精度要件を満たすことを可能にします。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ベースとした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8月24日
