Modeltestbanken voor hydraulische turbines spelen een belangrijke rol in de ontwikkeling van waterkrachttechnologie. Het is een belangrijke apparatuur om de kwaliteit van waterkrachtproducten te verbeteren en de prestaties van eenheden te optimaliseren. De productie van een turbine moet eerst een modelturbine ontwikkelen en dit testen door de werkelijke opvoerhoogte van de waterkrachtcentrale te simuleren op de testbank voor hydraulische machines met hoge opvoerhoogte. Als alle gegevens voldoen aan de eisen van de gebruikers, kan de turbine officieel worden geproduceerd. Daarom beschikken sommige buitenlandse fabrikanten van waterkrachtapparatuur over meerdere testbanken met hoge opvoerhoogte om te voldoen aan de behoeften van verschillende functies. Zo beschikt het Franse bedrijf Neyrpic over vijf geavanceerde, uiterst nauwkeurige modeltestbanken; Hitachi en Toshiba hebben vijf modeltestbanken met een opvoerhoogte van meer dan 50 m. Afhankelijk van de productiebehoeften heeft een groot onderzoeksinstituut voor elektrische machines een testbank met hoge opvoerhoogte ontworpen met volledige functionaliteit en hoge precisie. Deze testbank kan modeltesten uitvoeren op respectievelijk buisvormige, gemengde, axiale en omkeerbare hydraulische machines, waarbij de opvoerhoogte 150 m kan bereiken. De testbank is geschikt voor modeltesten van verticale en horizontale eenheden. De testbank is ontworpen met twee stations, A en B. Wanneer station A werkt, wordt station B geïnstalleerd, wat de testcyclus kan verkorten. De twee stations A en B delen één set van elektrisch besturingssysteem en testsysteem. Het elektrische besturingssysteem gebruikt PROFIBUS als kern, NAIS fp10sh PLC als hoofdcontroller en IPC (Industrial Control Computer) zorgt voor gecentraliseerde besturing. Het systeem maakt gebruik van veldbustechnologie om de geavanceerde, volledig digitale besturingsmodus te realiseren, wat de betrouwbaarheid, veiligheid en het eenvoudige onderhoud van het systeem garandeert. Het is een testbesturingssysteem voor waterbesparende machines met een hoge mate van automatisering in China. Samenstelling van het besturingssysteem
De testbank voor hoge wateropvoerhoogte bestaat uit twee pompmotoren met een vermogen van 550 kW en een snelheidsbereik van 250 ~ 1100 tpm, die de waterstroom in de pijpleiding versnellen naar de door de gebruiker vereiste wateropvoerhoogtemeters en de wateropvoerhoogte soepel laten lopen. De parameters van de loper worden bewaakt door de dynamometer. Het motorvermogen van de dynamometer is 500 kW, de snelheid ligt tussen 300 ~ 2300 tpm en er is één dynamometer op stations a en B. Het principe van de testbank voor hydraulische machines met hoge opvoerhoogte wordt weergegeven in Afbeelding 1. Het systeem vereist dat de nauwkeurigheid van de motorregeling minder dan 0,5% is en de MTBF groter is dan 5000 uur. Na veel onderzoek is het DCS500 DC-snelheidsregelsysteem, geproduceerd door een * * * -bedrijf, geselecteerd. DCS500 kan op twee manieren besturingsopdrachten ontvangen. Eén is om 4 ~ 20 mA-signalen te ontvangen om te voldoen aan de snelheidsvereisten; De tweede optie is het toevoegen van een PROFIBUS DP-module voor ontvangst in digitale modus om aan de snelheidsvereisten te voldoen. De eerste methode is eenvoudig te bedienen en goedkoop, maar kan de stroomoverdracht verstoren en de regelnauwkeurigheid beïnvloeden. Hoewel de tweede methode duur is, kan deze de nauwkeurigheid van de gegevens en de regeling tijdens het transmissieproces garanderen. Daarom maakt het systeem gebruik van vier DCS500's om respectievelijk twee dynamometers en twee waterpompmotoren te bedienen. Als PROFIBUS DP-slavestation communiceren de vier apparaten met de PLC van het masterstation in master-slavemodus. De PLC regelt het starten en stoppen van de dynamometer en de waterpompmotor, verzendt het motortoerental via PROFIBUS DP naar de DCS500 en ontvangt de motorstatus en -parameters van de DCS500.
PLC selecteert de afp37911-module van NAIS Europe als masterstation, dat zowel FMS- als DP-protocollen ondersteunt. De module is het hoofdstation van FMS en verzorgt de communicatie met IPC en het data-acquisitiesysteem. Het is tevens het DP-masterstation, dat master-slavecommunicatie met DCS500 verzorgt.
Alle parameters van de dynamometer worden verzameld en op het scherm weergegeven via VXI Bus Technology (andere parameters worden verzameld door VXI). IPC maakt via FMS verbinding met het data-acquisitiesysteem om de communicatie te voltooien. De samenstelling van het hele systeem is weergegeven in figuur 2.
1.1 Fieldbus PROFIBUS is een standaard die is ontwikkeld door 13 bedrijven en 5 wetenschappelijke onderzoeksinstellingen in een gezamenlijk ontwikkelingsproject. De standaard is opgenomen in de Europese norm EN50170 en is een van de aanbevolen industriële veldbusstandaarden in China. De standaard omvat de volgende vormen:
PROFIBUS FMS lost algemene communicatietaken op werkplaatsniveau op, biedt een groot aantal communicatiediensten en voltooit cyclische en niet-cyclische communicatietaken met een gemiddelde transmissiesnelheid. De Profibus-module van NAIS ondersteunt een communicatiesnelheid van 1,2 mbps en ondersteunt geen cyclische communicatiemodus. Communicatie met andere FMS-masterstations is alleen mogelijk via MMA niet-cyclische gegevensoverdracht masterverbinding en de module is niet compatibel met FMS. Daarom kan er niet slechts één vorm van PROFIBUS worden gebruikt bij het ontwerpen van schema's.
·PROFIBUS-DP geoptimaliseerde, snelle en goedkope communicatieverbinding is ontworpen voor communicatie tussen automatische besturingssystemen en gedecentraliseerde I/O op apparaatniveau. Omdat DP en FMS hetzelfde communicatieprotocol gebruiken, kunnen ze naast elkaar in hetzelfde netwerksegment bestaan. Tussen NAIS en een MSAZ niet-cyclische gegevensoverdracht master-slaveverbinding slavestation communiceert niet actief.
·PROFIBUS PA standaard intrinsiek veilige transmissietechnologie, speciaal ontworpen voor procesautomatisering realiseert de communicatieprocedures zoals gespecificeerd in iec1158-2 voor situaties met hoge veiligheidseisen en stations die via de bus worden gevoed. Het transmissiemedium in het systeem is koperafgeschermd twisted pair het communicatieprotocol is RS485 en de communicatiesnelheid is 500 kbps. De toepassing van industriële veldbussen garandeert de veiligheid en betrouwbaarheid van het systeem.
1.2 IPC industriële besturingscomputer
De industriële besturingscomputer van de bovenste plank is gebaseerd op de Taiwan Advantech industriële besturingscomputer met Windows NT4 0. De industriële configuratiesoftware WinCC van Siemens wordt gebruikt om informatie over de bedrijfsomstandigheden van het systeem op een groot scherm weer te geven en de pijpleidingstroom en blokkades grafisch weer te geven. Alle gegevens worden vanuit de PLC via PROFIBUS verzonden. De IPC is intern uitgerust met een Profiboard-netwerkkaart van het Duitse bedrijf Softing, die speciaal is ontworpen voor PROFIBUS. Met behulp van de configuratiesoftware van Softing kunnen netwerken worden voltooid en kunnen de netwerkcommunicatierelatie Cr (communicatierelatie) en het objectwoordenboek OD (objectwoordenboek) worden opgezet. WINCC wordt geproduceerd door Siemens. Het ondersteunt alleen directe verbinding met de S5/S7 PLC van het bedrijf en kan alleen communiceren met andere PLC's via DDE-technologie van Windows. Softing levert DDE-serversoftware om PROFIBUS-communicatie met WinCC te realiseren.
1.3 PLC
Fp10sh van NAIS wordt geselecteerd als PLC.
2 besturingssysteemfuncties
Naast de aansturing van twee waterpompmotoren en twee dynamometers, moet het besturingssysteem ook 28 elektrische kleppen, 4 gewichtsmotoren, 8 oliepompmotoren, 3 vacuümpompmotoren, 4 olieaftapmotoren en 2 smeermagneetkleppen aansturen. De stroomrichting en de waterstroom worden geregeld via de klepschakelaar om te voldoen aan de testvereisten van de gebruikers.
2.1 constante opvoerhoogte
Pas de snelheid van de waterpomp aan: zorg dat deze stabiel is op een bepaalde waarde en dat de wateropvoerhoogte op dat moment stabiel is; pas de snelheid van de dynamometer aan op een bepaalde waarde en verzamel relevante gegevens nadat de werkomstandigheden 2 tot 4 minuten stabiel zijn. Tijdens de test moet de wateropvoerhoogte ongewijzigd blijven. Een codeschijf wordt op de waterpompmotor geplaatst om de motorsnelheid te registreren, zodat de DCS500 een gesloten regelkring vormt. De snelheid van de waterpomp wordt ingevoerd via het IPC-toetsenbord.
2.2 constante snelheid
Pas de snelheid van de dynamometer aan om deze stabiel te maken op een bepaalde waarde. Op dat moment is de snelheid van de dynamometer constant; pas de pompsnelheid aan op een bepaalde waarde (d.w.z. pas de opvoerhoogte aan) en verzamel relevante gegevens nadat de werkomstandigheden 2 tot 4 minuten stabiel zijn. De DCS500 vormt een gesloten lus voor de snelheid van de dynamometer om deze te stabiliseren.
2.3 weglooptest
Stel de snelheid van de dynamometer in op een bepaalde waarde en houd de snelheid van de dynamometer ongewijzigd. Stel de snelheid van de waterpomp zo in dat het uitgangskoppel van de dynamometer bijna nul is (onder deze werkomstandigheden werkt de dynamometer voor energieopwekking en elektrische aandrijving) en verzamel relevante gegevens. Tijdens de test moet de snelheid van de waterpompmotor ongewijzigd blijven en worden aangepast door de DCS500.
2.4 stroomkalibratie
Het systeem is uitgerust met twee correctietanks voor debietmeting om de flowmeter in het systeem te kalibreren. Bepaal vóór de kalibratie eerst de gemarkeerde flowwaarde, start vervolgens de waterpompmotor en pas continu de snelheid ervan aan. Let hierbij op de flowwaarde. Wanneer de flowwaarde de gewenste waarde bereikt, stabiliseer dan de waterpompmotor op de huidige snelheid (op dat moment circuleert er water in de kalibratieleiding). Stel de schakeltijd van de deflector in. Zodra de werkomstandigheden stabiel zijn, schakelt u de magneetklep in, start u de timing en schakelt u tegelijkertijd het water in de leiding naar de correctietank. Zodra de timingtijd verstreken is, wordt de magneetklep losgekoppeld. Op dat moment wordt het water weer naar de kalibratieleiding geschakeld. Verlaag de snelheid van de waterpompmotor, stabiliseer deze op een bepaalde snelheid en lees de relevante gegevens af. Tap vervolgens het water af en kalibreer het volgende punt.
2.5 handmatige/automatische ongestoorde omschakeling
Om het onderhoud en debuggen van het systeem te vergemakkelijken, is een handmatig toetsenbord ontworpen. De operator kan de werking van een klep onafhankelijk via het toetsenbord bedienen, zonder dat er sprake is van vergrendeling. Het systeem is uitgerust met een NAIS Remote I/O-module, waarmee het toetsenbord op verschillende plaatsen kan worden bediend. Tijdens handmatige/automatische omschakeling blijft de klepstatus ongewijzigd.
Het systeem maakt gebruik van PLC als hoofdcontroller, wat het systeem vereenvoudigt en de hoge betrouwbaarheid en het eenvoudige onderhoud ervan garandeert. PROFIBUS realiseert volledige datatransmissie, voorkomt elektromagnetische interferentie en zorgt ervoor dat het systeem voldoet aan de nauwkeurigheidseisen van het ontwerp. Datadeling tussen verschillende apparaten wordt gerealiseerd. De flexibiliteit van PROFIBUS biedt gunstige voorwaarden voor systeemuitbreiding. Het systeemontwerp met industriële veldbussen als kern zal de mainstream van industriële toepassingen worden.
Geplaatst op: 17-02-2022
