Modeltestbanken voor hydraulische turbines spelen een belangrijke rol in de ontwikkeling van waterkrachttechnologie. Ze vormen een belangrijk instrument om de kwaliteit van waterkrachtproducten te verbeteren en de prestaties van de units te optimaliseren. Voor de productie van een turbine moet eerst de modelturbine worden ontwikkeld en kan het model worden getest door de werkelijke opvoerhoogte van de waterkrachtcentrale te simuleren op een testbank voor hydraulische machines met hoge opvoerhoogte. Als alle gegevens voldoen aan de eisen van de gebruiker, kan de turbine formeel worden geproduceerd. Daarom hebben sommige bekende fabrikanten van waterkrachtapparatuur in het buitenland verschillende testbanken met hoge opvoerhoogte die voldoen aan de behoeften van verschillende functies, zoals vijf geavanceerde, zeer nauwkeurige modeltestbanken van het Franse bedrijf Nyrpic; Hitachi en Toshiba hebben elk vijf modeltestbanken met een wateropvoerhoogte van meer dan 50 meter. Afhankelijk van de productiebehoeften heeft een groot onderzoeksinstituut voor elektrische machines een testbank met hoge wateropvoerhoogte ontworpen met volledige functionaliteit en een hoge nauwkeurigheid, die modeltests kan uitvoeren op respectievelijk buisvormige, gemengde, axiale en omkeerbare hydraulische machines. De wateropvoerhoogte kan 150 meter bereiken. De testbank is geschikt voor modeltests van verticale en horizontale units. 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 het testbesturingssysteem voor hydraulische machines met een hoge mate van automatisering in China. Samenstelling van het besturingssysteem
De testbank voor hoge wateropvoerhoogte bestaat uit twee pompmotoren met een geïnstalleerd vermogen van 550 kW en een rotatiesnelheidsbereik van 250-1100 tpm om de waterstroom in de pijpleiding naar de door de gebruiker vereiste wateropvoerhoogtemeter te versnellen en de wateropvoerhoogte soepel te laten lopen. De parameters van de loper worden bewaakt door de dynamometer. Het motorvermogen van de dynamometer is 500 kW en de rotatiesnelheid ligt tussen 300 en 2300 tpm. Er is één dynamometer in station A en station B. Het principe van de testbank voor hydraulische machines met hoge opvoerhoogte wordt weergegeven in Afb. 1. Het systeem vereist dat de nauwkeurigheid van de motorregeling minder dan 0,5% is en de gemiddelde tijd tussen storingen (MTTF) groter is dan 5000 uur. Na veel onderzoek is het DCS500 DC-snelheidsregelsysteem geselecteerd. De DCS500 kan op twee manieren besturingsopdrachten ontvangen: één is door 4-20 mA-signalen te ontvangen om aan de snelheidsvereisten te voldoen; De andere mogelijkheid is om een PROFIBUS DP-module toe te voegen om aan de snelheidsvereisten te voldoen door digitale ontvangst. De eerste methode is eenvoudig en goedkoop, maar verstoort de stroomoverdracht, wat de regelnauwkeurigheid beïnvloedt. Hoewel de tweede modus duur is, kan deze de nauwkeurigheid van de gegevens in het transmissieproces en de regelnauwkeurigheid garanderen. Daarom gebruikt het systeem vier DCS500-apparaten om respectievelijk twee dynamometers en twee waterpompmotoren te besturen. Als PROFIBUS DP-slavestation communiceren de vier apparaten met de PLC van het masterstation in master-slavemodus. De PLC regelt het starten/stoppen van de dynamometer en de pompmotor, verzendt het motortoerental naar de DCS500 via PROFIBUS DP, verkrijgt de motorstatus en -parameters van de DCS500 en verzendt deze via PROFIBUS FMS naar de bovenste IPC om realtime monitoring te realiseren.
De PLC selecteert de afp37911-module van NAIS Europe als masterstation, die zowel FMS- als DP-protocollen ondersteunt. Deze module is het hoofdstation van FMS en communiceert met IPC en het data-acquisitiesysteem in master-mastermodus. Het is tevens een DP-masterstation, dat master-slavecommunicatie met DCS500 realiseert.
Het data-acquisitiesysteem maakt gebruik van VXI-bustechnologie om verschillende parameters van de dynamometer te verzamelen en weer te geven op het grote scherm, en de resultaten om te zetten in tabellen en grafieken (dit onderdeel wordt door andere bedrijven uitgevoerd). IPC communiceert met het data-acquisitiesysteem via FMS. De samenstelling van het gehele systeem is weergegeven in figuur 2.
1.1 veldbus PROFIBUS PROFIBUS is een standaard die is ontwikkeld door 13 bedrijven, waaronder Siemens en AEC, 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 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 kan alleen MMA gebruiken niet-cyclische gegevensoverdracht masterverbinding communicatie met andere FMS-masterstations en deze module is niet compatibel met PROFIBUS FMS van een * * * bedrijf daarom kan geen enkele vorm van PROFIBUS worden gebruikt tijdens het ontwerpen van een schema.
·PROFIBUS PA , de standaard intrinsiek veilige transmissietechnologie speciaal ontworpen voor procesautomatisering, realiseert het communicatieprotocol zoals gespecificeerd in iec1158-2 en wordt gebruikt op plaatsen met hoge veiligheidseisen en in stations die via de bus worden gevoed. Het transmissiemedium in het systeem is een koperen afgeschermde twisted-pairkabel. 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 is gebaseerd op de Taiwanese Advantech industriële besturingscomputer. draait op het Windows NT4.0 workstation-besturingssysteem. gebruikt de industriële configuratiesoftware WinCC van Siemens. Het grote scherm geeft de bedrijfsomstandigheden en offerte-informatie van het systeem weer en toont grafisch de pijpleidingstroom en blokkeringsomstandigheden. Alle gegevens worden door 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. Via de configuratiesoftware van Softing kan het netwerk worden voltooid, kan de netwerkcommunicatierelatie Cr (communicatierelatie) worden opgezet en kan het objectwoordenboek OD (objectwoordenboek) worden opgezet. WINCC wordt geproduceerd door Siemens. Het ondersteunt alleen directe verbinding met S5/S7 PLC's van het bedrijf en kan alleen communiceren met andere PLC's via DDE-technologie van Windows. Het softwarebedrijf levert DDE-serversoftware om PROFIBUS-communicatie met WinCC te realiseren.
193 PLC
Fp10sh van NAIS wordt geselecteerd als PLC.
(2) functie van het besturingssysteem
Naast de aansturing van twee waterpompmotoren en twee dynamometers, moet het besturingssysteem ook 28 elektrische kleppen, 4 gewichtsmotoren, 8 oliepompmotoren, 3 vacuümpompmotoren, 4 olieperspompmotoren en 2 smeermagneetkleppen aansturen. De stroomrichting en de waterstroom worden geregeld door de klepschakelaar om te voldoen aan de testvereisten van de gebruikers.
2.1 Constante opvoerhoogte: Pas de rotatiesnelheid van de waterpomp aan: zorg dat deze stabiel is op een bepaalde waarde en dat de wateropvoerhoogte op dat moment constant is. Pas de snelheid van de dynamometer aan op een bepaalde waarde. Verzamel relevante gegevens nadat de werkomstandigheden 2-4 minuten stabiel zijn. Tijdens de test moet de wateropvoerhoogte ongewijzigd blijven. Een codeschijf wordt op de pompmotor 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 zodat deze stabiel is op een bepaalde waarde en de snelheid van de dynamometer constant is. Pas de pompsnelheid aan op een bepaalde waarde (d.w.z. pas de opvoerhoogte aan) en verzamel relevante gegevens nadat de werkomstandigheden 2-4 minuten stabiel zijn. De DCS500 vormt een gesloten lus voor de snelheid van de dynamometer om de snelheid van de dynamometer 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 uitgaande koppel van de dynamometer ongeveer 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 pompmotor constant zijn en worden geregeld door de DCS500.
2.4 stroomkalibratie
Het systeem is uitgerust met twee correctietanks voor debietmetingen om de flowmeters in het systeem te kalibreren. Bepaal vóór de kalibratie eerst de gemarkeerde flowwaarde, start vervolgens de waterpompmotor en pas continu de rotatiesnelheid van de waterpompmotor aan. Let hierbij op de flowwaarde. Wanneer de flowwaarde de gewenste waarde bereikt, zorgt u ervoor dat de waterpompmotor stabiel blijft op de huidige rotatiesnelheid (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 en start u de timing. Schakel tegelijkertijd het water in de leiding naar de kalibratietank. Wanneer de timingtijd verstreken is, wordt de magneetklep losgekoppeld. Op dat moment wordt het water naar de kalibratieleiding geschakeld en wordt de rotatiesnelheid van de waterpompmotor verlaagd om deze op een bepaalde snelheid te stabiliseren. 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 specifieke klep onafhankelijk via het toetsenbord bedienen, zonder beperkingen door de vergrendeling. Het systeem is uitgerust met een NAIS Remote I/O-module, waarmee het toetsenbord op verschillende plaatsen kan worden bediend. Tijdens handmatig/automatisch schakelen blijft de klepstatus ongewijzigd.
Het systeem gebruikt PLC als hoofdcontroller, wat het systeem vereenvoudigt en de hoge betrouwbaarheid en onderhoudbaarheid ervan garandeert. PROFIBUS realiseert volledige datatransmissie, voorkomt elektromagnetische interferentie en zorgt ervoor dat het systeem voldoet aan de ontwerpnauwkeurigheidseisen. Datadeling tussen verschillende apparaten wordt gerealiseerd. De flexibiliteit van PROFIBUS biedt gunstige voorwaarden voor systeemuitbreiding. Het systeemontwerp op basis van industriële veldbussen zal de mainstream van industriële toepassingen worden.
Plaatsingstijd: 24-08-2022
