수력 터빈 모형 시험대는 수력 발전 기술 개발에 중요한 역할을 합니다. 수력 발전 제품의 품질을 향상시키고 장치의 성능을 최적화하는 데 중요한 장비입니다. 러너를 생산하려면 먼저 모형 러너를 개발해야 하며, 고수두 수력 기기 시험대에서 수력 발전소의 실제 수두계를 시뮬레이션하여 모형을 시험할 수 있습니다. 모든 데이터가 사용자 요구 사항을 충족하면 러너를 정식으로 생산할 수 있습니다. 따라서 해외의 유명 수력 발전 장비 제조업체들은 다양한 기능의 요구를 충족하는 고수두 시험대를 여러 대 보유하고 있습니다. 예를 들어, 프랑스 니르픽(Nyrpic)사의 첨단 고정밀 모형 시험대 5대, 히타치(Hitachi)와 도시바(Toshiba)는 각각 수두 50m 이상의 모형 시험대 5대를 보유하고 있습니다. 생산 요구에 따라, 한 대형 전기 기기 연구소는 관형, 혼합 흐름, 축류 및 가역형 수력 기기에 대한 모형 시험을 수행할 수 있는 모든 기능과 고정밀성을 갖춘 고수두 시험대를 설계했습니다. 수두는 최대 150m에 달할 수 있습니다. 테스트 벤치는 수직 및 수평 유닛의 모형 시험에 적용할 수 있습니다. 테스트 벤치는 두 개의 스테이션 a와 B로 설계되었습니다. 스테이션 a가 작동하면 스테이션 B가 설치되므로 시험 주기를 단축할 수 있습니다. A와 B 두 스테이션은 하나의 전기 제어 시스템과 시험 시스템을 공유합니다. 전기 제어 시스템은 PROFIBUS를 핵심으로, NAIS fp10sh PLC를 주 컨트롤러로 사용하며, IPC(산업용 제어 컴퓨터)를 통해 중앙 집중식 제어를 구현합니다. 필드 버스 기술을 채택하여 첨단 완전 디지털 제어 모드를 구현하여 시스템의 신뢰성, 안전성 및 간편한 유지보수를 보장합니다. 중국에서 높은 수준의 자동화를 갖춘 유압 기계 시험 제어 시스템입니다. 제어 시스템 구성
고수두 테스트 벤치는 설치 전력이 550KW이고 회전 속도 범위가 250-1100r/min인 두 개의 펌프 모터로 구성되어 사용자가 요구하는 수두 미터로 파이프라인의 물 흐름을 가속화하고 수두가 원활하게 작동하도록 합니다.러너의 매개변수는 동력계로 모니터링합니다.동력계의 모터 전력은 500kW이고 회전 속도는 300~2300r/min입니다. 스테이션 a와 스테이션 B에 동력계가 하나씩 있습니다.고수두 유압 기계 테스트 벤치의 원리는 그림 1에 나와 있습니다.시스템은 모터 제어 정확도가 0.5% 미만이고 평균 고장 간격(MTTF)이 5000시간 이상이어야 합니다.많은 연구 끝에 DCS500 DC 속도 제어 시스템이 선택되었습니다.DCS500은 두 가지 방법으로 제어 명령을 수신할 수 있습니다.하나는 속도 요구 사항을 충족하기 위해 4-20mA 신호를 수신하는 것입니다. 다른 하나는 PROFIBUS DP 모듈을 추가하여 디지털 모드로 수신하여 속도 요구 사항을 충족하는 것입니다. 첫 번째 방법은 간단하고 저렴하지만 전류 전송에 간섭을 받아 제어 정확도에 영향을 미칩니다. 두 번째 방법은 비용이 많이 들지만 전송 과정에서 데이터 정확도와 제어 정확도를 보장할 수 있습니다. 따라서 시스템은 4대의 DCS500을 사용하여 각각 2개의 동력계와 2개의 워터 펌프 모터를 제어합니다. PROFIBUS DP 슬레이브 스테이션인 4대의 장치는 마스터-슬레이브 모드로 마스터 스테이션 PLC와 통신합니다. PLC는 동력계와 펌프 모터의 시동/정지를 제어하고, PROFIBUS DP를 통해 모터 운전 속도를 DCS500으로 전송합니다. 또한 DCS500에서 모터 운전 상태 및 파라미터를 수집하여 PROFIBUS FMS를 통해 상위 IPC로 전송하여 실시간 모니터링을 구현합니다.
PLC는 NAIS Europe에서 생산한 afp37911 모듈을 마스터 스테이션으로 선택했습니다. 이 모듈은 FMS와 DP 프로토콜을 동시에 지원합니다. 이 모듈은 FMS의 메인 스테이션으로, 마스터/마스터 모드로 IPC 및 데이터 수집 시스템과 통신합니다. 또한, DCS500과 마스터-슬레이브 통신을 구현하는 DP 마스터 스테이션이기도 합니다.
데이터 수집 시스템은 VXI 버스 기술을 채택하여 동력계의 다양한 파라미터를 수집하고 이를 대형 화면에 표시하며, * * * 결과를 표와 그래프로 구성합니다(이 부분은 타사에서 처리합니다). IPC는 FMS를 통해 데이터 수집 시스템과 통신합니다. 전체 시스템 구성은 그림 2에 나와 있습니다.
1.1 필드버스 PROFIBUS PROFIBUS는 지멘스, AEC 등 13개 회사와 5개 과학 연구 기관이 공동 개발 프로젝트를 통해 개발한 표준입니다. 유럽 표준 EN50170에 등재되었으며, 중국에서 권장하는 산업용 필드버스 표준 중 하나입니다. PROFIBUS는 다음과 같은 형식을 포함합니다.
·PROFIBUS FMS는 작업장 수준의 일반적인 통신 작업을 해결하고, 다양한 통신 서비스를 제공하며, 중간 전송 속도로 순환 및 비순환 통신 작업을 완료합니다. NAIS의 PROFIBUS 모듈은 1.2Mbps의 통신 속도를 지원하며, 순환 통신 모드를 지원하지 않습니다. MMA 비순환 데이터 전송, 마스터 연결, 다른 FMS 마스터 스테이션과의 통신만 사용할 수 있습니다. 이 모듈은 특정 회사의 PROFIBUS FMS와 호환되지 않습니다. 따라서, 시스템 설계 시 특정 형태의 PROFIBUS를 사용할 수 없습니다.
·PROFIBUS PA 는 프로세스 자동화를 위해 특별히 설계된 표준 본질 안전 전송 기술입니다. 는 IEC1158-2에 명시된 통신 프로토콜을 구현하며, 높은 안전 요구 사항이 있는 장소와 버스로 구동되는 스테이션에서 사용됩니다. 시스템에 사용되는 전송 매체는 구리 차폐 연선이며, 통신 프로토콜은 RS485이고 통신 속도는 500kbps입니다. 산업용 필드 버스를 적용하여 시스템의 안전성과 신뢰성을 보장합니다.
1.2 IPC 산업용 제어 컴퓨터
상위 산업용 제어 컴퓨터는 대만의 Advantech 산업용 제어 컴퓨터를 채택하고, Windows NT4.0 워크스테이션 운영 체제를 실행하며, Siemens의 WinCC 산업용 구성 소프트웨어를 사용합니다. 대형 화면에는 시스템의 작동 상태 및 견적 정보가 표시되고, 파이프라인 흐름 및 차단 상태를 그래픽으로 보여줍니다. 모든 데이터는 PROFIBUS를 통해 PLC로 전송됩니다. IPC 내부에는 독일 Softing에서 생산한 PROFIBUS 전용 Profiboard 네트워크 카드가 장착되어 있습니다. Softing에서 제공하는 구성 소프트웨어를 통해 네트워킹을 완료하고, 네트워크 통신 관계(Cr)를 설정하고, 객체 사전(OD)을 설정할 수 있습니다. WINCC는 Siemens에서 생산하며, 해당 회사의 S5/S7 PLC와의 직접 연결만 지원하며, Windows에서 제공하는 DDE 기술을 통해서만 다른 PLC와 통신할 수 있습니다. 해당 소프트웨어 회사는 WinCC와의 PROFIBUS 통신을 구현하기 위해 DDE 서버 소프트웨어를 제공합니다.
1.3 PLC
NAIS사의 Fp10sh가 PLC로 선정되었습니다.
(2) 제어 시스템 기능
제어 시스템은 물 펌프 모터 2개와 동력계 2개를 제어하는 것 외에도 전기 밸브 28개, 웨이트 모터 4개, 오일 펌프 모터 8개, 진공 펌프 모터 3개, 오일 배출 펌프 모터 4개, 그리고 윤활 솔레노이드 밸브 2개를 제어해야 합니다. 물의 흐름 방향과 유량은 밸브 스위치로 제어되어 사용자의 시험 요구 사항을 충족합니다.
2.1 일정 양정: 워터 펌프의 회전 속도를 조정합니다. 회전 속도를 일정 값으로 안정시키고 이때 수두는 일정하게 유지합니다. 동력계의 속도를 일정 값으로 조정합니다. 작동 조건이 2~4분 동안 안정된 후 관련 데이터를 수집합니다. 시험 중에는 수두를 일정하게 유지해야 합니다. 펌프 모터에 코드 디스크를 부착하여 모터 속도를 수집하여 DCS500이 폐루프 제어를 형성하도록 합니다. 워터 펌프 속도는 IPC 키보드를 통해 입력합니다.
2.2 일정 속도
동력계 속도를 일정 값으로 조정하여 안정시키고, 동력계 속도는 일정하게 유지합니다. 펌프 속도를 일정 값으로 조정(즉, 헤드 조정)하고, 작업 조건이 2~4분 동안 안정된 후 관련 데이터를 수집합니다. DCS500은 동력계 속도에 대한 폐쇄 루프를 형성하여 동력계 속도를 안정화합니다.
2.3 폭주 테스트
동력계의 속도를 일정 값으로 조정하고, 동력계의 속도는 그대로 유지합니다. 동력계의 출력 토크가 거의 0이 되도록 워터 펌프의 속도를 조정합니다(이 작동 조건에서 동력계는 발전 및 전기 작동을 위해 작동합니다). 그리고 관련 데이터를 수집합니다. 시험 중에는 펌프 모터의 속도가 일정해야 하며, DCS500에 의해 제어되어야 합니다.
2.4 유량 교정
이 시스템에는 시스템 내 유량계를 교정하기 위한 두 개의 유량 보정 탱크가 장착되어 있습니다. 교정 전에 먼저 표시된 유량 값을 확인한 후, 워터 펌프 모터를 시동하고 워터 펌프 모터의 회전 속도를 지속적으로 조정합니다. 이때 유량 값에 유의해야 합니다. 유량 값이 필요한 값에 도달하면 워터 펌프 모터를 현재 회전 속도에서 안정시킵니다(이때 교정 파이프라인에는 물이 순환합니다). 디플렉터의 스위칭 시간을 설정합니다. 작동 조건이 안정되면 솔레노이드 밸브를 켜고 타이밍을 시작합니다. 동시에 파이프라인의 물을 교정 탱크로 전환합니다. 타이밍 시간이 끝나면 솔레노이드 밸브가 분리됩니다. 이때 물은 교정 파이프라인으로 전환되고 워터 펌프 모터의 회전 속도가 일정 속도로 안정됩니다. 관련 데이터를 읽습니다. 그런 다음 물을 배출하고 다음 지점을 교정합니다.
2.5 수동/자동 무방해 전환
시스템의 유지 관리 및 디버깅을 용이하게 하기 위해 수동 키보드가 시스템에 설계되었습니다. 작업자는 연동 장치의 제약 없이 키보드를 통해 특정 밸브의 작동을 독립적으로 제어할 수 있습니다. 이 시스템은 NAIS 원격 I/O 모듈을 채택하여 키보드를 여러 위치에서 작동시킬 수 있습니다. 수동/자동 전환 시 밸브 상태는 변경되지 않습니다.
이 시스템은 PLC를 주 컨트롤러로 채택하여 시스템을 간소화하고 높은 신뢰성과 유지보수성을 보장합니다. PROFIBUS는 완벽한 데이터 전송을 실현하고 전자기 간섭을 방지하며, 시스템이 설계 정확도 요구 사항을 충족하도록 합니다. 또한, 다양한 장치 간의 데이터 공유가 가능합니다. PROFIBUS의 유연성은 시스템 확장에 편리한 환경을 제공합니다. 산업용 필드 버스 기반 시스템 설계 방식은 향후 산업 응용 분야의 주류가 될 것입니다.
게시 시간: 2022년 8월 24일
