De testbank voor hydraulische turbinemodellen speelt een belangrijke rol in de ontwikkeling van waterkrachttechnologie. Het is een essentieel hulpmiddel om de kwaliteit van waterkrachtproducten te verbeteren en de prestaties van de turbines te optimaliseren. Voor de productie van een turbine moet eerst een model worden ontwikkeld. Dit model kan vervolgens worden getest door de werkelijke opvoerhoogte van de waterkrachtcentrale te simuleren op een testbank voor hydraulische machines met een hoge opvoerhoogte. Als alle gegevens aan de eisen van de gebruiker voldoen, kan de turbine officieel in productie worden genomen. Daarom beschikken enkele bekende fabrikanten van waterkrachtapparatuur in het buitenland over meerdere testbanken met hoge opvoerhoogte die aan de behoeften van verschillende toepassingen voldoen. Zo heeft het Franse bedrijf Nyrpic bijvoorbeeld vijf geavanceerde, zeer nauwkeurige modeltestbanken; Hitachi en Toshiba hebben elk vijf modeltestbanken met een opvoerhoogte van meer dan 50 meter. Een groot onderzoeksinstituut voor elektrische machines heeft, afhankelijk van de productiebehoeften, een volledig functionele en zeer nauwkeurige testbank met hoge opvoerhoogte ontworpen, waarmee modeltesten kunnen worden uitgevoerd op respectievelijk buisvormige, gemengde, axiale en omkeerbare hydraulische machines. De opvoerhoogte kan oplopen tot 150 meter. De testbank is geschikt voor modeltesten van zowel verticale als horizontale turbines. De testbank is ontworpen met twee stations, A en B. Wanneer station A in werking is, wordt station B geïnstalleerd, wat de testcyclus kan verkorten. De stations A en B delen één set elektrisch besturingssysteem en testsysteem. Het elektrisch besturingssysteem gebruikt PROFIBUS als kern, een NAIS fp10sh PLC als hoofdcontroller en een IPC (industriële besturingscomputer) voor gecentraliseerde besturing. Het systeem maakt gebruik van veldbustechnologie voor een geavanceerde, volledig digitale besturing, wat de betrouwbaarheid, veiligheid en het onderhoudsgemak van het systeem garandeert. Het is een testbesturingssysteem voor hydraulische machines met een hoge mate van automatisering in China. Samenstelling van het besturingssysteem
De testbank voor hoge waterdruk bestaat uit twee pompmotoren met een geïnstalleerd vermogen van 550 kW en een toerentalbereik van 250-1100 tpm. Deze motoren versnellen de waterstroom in de leiding naar de door de gebruiker gewenste waterdrukmeter en zorgen voor een constante waterdruk. De parameters van de rotor worden bewaakt door een dynamometer. De motor van de dynamometer heeft een vermogen van 500 kW en een toerental tussen 300 en 2300 tpm. Er is een dynamometer bij station A en bij station B. Het principe van de testbank voor hydraulische machines met hoge waterdruk is weergegeven in Fig. 1. Het systeem vereist een nauwkeurigheid van de motorregeling van minder dan 0,5% en een gemiddelde tijd tussen storingen (MTTF) van meer dan 5000 uur. Na uitgebreid onderzoek is gekozen voor het DCS500 DC-snelheidsregelsysteem. De DCS500 kan op twee manieren besturingscommando's ontvangen: via 4-20 mA-signalen om aan de snelheidseisen te voldoen; Een andere mogelijkheid is om een PROFIBUS DP-module toe te voegen om aan de snelheidseis te voldoen door gegevens digitaal te ontvangen. De eerste methode is eenvoudig en goedkoop, maar kan interferentie veroorzaken in de stroomoverdracht, wat de nauwkeurigheid van de besturing beïnvloedt. Hoewel de tweede methode duurder is, garandeert deze de nauwkeurigheid van de gegevensoverdracht en de nauwkeurigheid van de besturing. Daarom gebruikt het systeem vier DCS500-modules om respectievelijk twee dynamometers en twee waterpompmotoren aan te sturen. Als PROFIBUS DP-slavestations communiceren de vier apparaten met de master-PLC in master-slave-modus. De PLC stuurt het starten en stoppen van de dynamometer en de pompmotor aan, verzendt de motorsnelheid via PROFIBUS DP naar de DCS500 en ontvangt de motorstatus en -parameters van de DCS500. Deze gegevens worden vervolgens via PROFIBUS FMS naar de bovenliggende IPC verzonden voor realtime monitoring.
De PLC selecteert de afp37911-module van NAIS Europe als masterstation, die tegelijkertijd FMS- en DP-protocollen ondersteunt. Deze module is het hoofdstation voor FMS en communiceert met de IPC en het data-acquisitiesysteem in master-mastermodus; het is tevens een DP-masterstation, dat master-slave-communicatie met de DCS500 mogelijk maakt.
Het data-acquisitiesysteem maakt gebruik van VXI-bustechnologie om diverse parameters van de dynamometer te verzamelen en op het grote scherm weer te geven, en de resultaten om te zetten in tabellen en grafieken (dit deel 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 Fieldbus PROFIBUS PROFIBUS is een standaard die is ontwikkeld door 13 bedrijven, waaronder Siemens en AEC, en 5 wetenschappelijke onderzoeksinstellingen in een gezamenlijk ontwikkelingsproject. Het is opgenomen in de Europese norm EN50170 en is een van de aanbevolen industriële fieldbus-standaarden in China. Het omvat de volgende vormen:
• PROFIBUS FMS lost de algemene communicatietaken op werkplaatsniveau op • biedt een groot aantal communicatiediensten • voltooit de 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 • deze 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 één vorm van PROFIBUS niet worden gebruikt tijdens het ontwerp.
• PROFIBUS PA – de standaard intrinsiek veilige transmissietechnologie, speciaal ontworpen voor procesautomatisering – realiseert het communicatieprotocol zoals gespecificeerd in IEC 1158-2 en wordt gebruikt op plaatsen met hoge veiligheidseisen en in stations die door de bus worden gevoed. Het transmissiemedium dat in het systeem wordt gebruikt, is afgeschermde koperen twisted pair-kabel – het communicatieprotocol is RS485 – en de communicatiesnelheid is 500 kbps. De toepassing van industriële veldbussen biedt een garantie voor de veiligheid en betrouwbaarheid van het systeem.
1.2 IPC industriële besturingscomputer
De bovenste industriële besturingscomputer maakt gebruik van een Advantech industriële besturingscomputer uit Taiwan, die draait op het Windows NT 4.0 werkstation besturingssysteem en de WinCC industriële configuratiesoftware van Siemens gebruikt. Een groot scherm toont de bedrijfsomstandigheden en prijsinformatie van het systeem, en visualiseert grafisch de pijpleidingstroom en eventuele blokkades. 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 de netwerkverbinding tot stand worden gebracht, een netwerkcommunicatierelatie (Cr) worden ingesteld en een objectwoordenboek (OD) worden aangemaakt. WINCC is een product van Siemens. Het ondersteunt alleen een directe verbinding met S5/S7 PLC's van Siemens en kan alleen communiceren met andere PLC's via de DDE-technologie van Windows. Het softwarebedrijf levert DDE-serversoftware om PROFIBUS-communicatie met WinCC mogelijk te maken.
1.3 PLC
Fp10sh van NAIS company is geselecteerd als PLC.
(2) besturingssysteemfunctie
Naast de aansturing van twee waterpompmotoren en twee dynamometers, moet het besturingssysteem ook 28 elektrische kleppen, 4 gewichtsmotoren, 8 oliepompmotoren, 3 vacuümpompmotoren, 4 olieafvoerpompmotoren en 2 smeersolenoïdekleppen aansturen. De stroomrichting en de waterstroom worden geregeld door de klepschakelaar om te voldoen aan de testvereisten van de gebruikers.
2.1 Constante opvoerhoogte Stel de rotatiesnelheid van de waterpomp in: zorg ervoor dat deze stabiel is op een bepaalde waarde, zodat de wateropvoerhoogte constant blijft. Stel de snelheid van de dynamometer in op een bepaalde waarde. Verzamel de relevante gegevens nadat de werkconditie gedurende 2-4 minuten stabiel is gebleven. Tijdens de test moet de wateropvoerhoogte constant blijven. Een codeerschijf wordt op de pompmotor geplaatst om de motorsnelheid te registreren, zodat de DCS500 een gesloten regelkring vormt. De waterpompsnelheid wordt ingevoerd via het IPC-toetsenbord.
2.2 constante snelheid
Stel de snelheid van de dynamometer zo in dat deze stabiel blijft op een bepaalde waarde. Stel vervolgens de pompsnelheid in op een bepaalde waarde (d.w.z. stel de opvoerhoogte in) en verzamel de relevante gegevens nadat de werkomstandigheden gedurende 2-4 minuten stabiel zijn. De DCS500 vormt een gesloten regelkring voor de dynamometersnelheid om deze te stabiliseren.
2.3 test voor het weglopen van de weg
Stel de snelheid van de dynamometer in op een bepaalde waarde en houd deze snelheid ongewijzigd. Stel de snelheid van de waterpomp zo in dat het uitgangskoppel van de dynamometer nagenoeg nul is (onder deze omstandigheden werkt de dynamometer voor stroomopwekking en elektrische aandrijving) en verzamel de relevante gegevens. Tijdens de test moet de snelheid van de pompmotor constant blijven en worden geregeld door de DCS500.
2.4 stroomkalibratie
Het systeem is uitgerust met twee correctietanks voor het kalibreren van de debietmeters. Voordat de kalibratie plaatsvindt, moet eerst de gewenste debietwaarde worden bepaald. Vervolgens wordt de waterpompmotor gestart en de rotatiesnelheid continu aangepast. Let hierbij goed op de debietwaarde. Wanneer de debietwaarde de gewenste waarde bereikt, moet de waterpompmotor op de huidige rotatiesnelheid blijven draaien (op dit moment circuleert er water in de kalibratieleiding). Stel de schakeltijd van de deflector in. Nadat de werking stabiel is, wordt de magneetklep geopend en de timer gestart. Tegelijkertijd wordt het water in de leiding naar de kalibratietank geleid. Na afloop van de timer wordt de magneetklep gesloten. Het water stroomt dan weer naar de kalibratieleiding en de rotatiesnelheid van de waterpompmotor wordt verlaagd tot een stabiele waarde. Lees de relevante gegevens af. Tap vervolgens het water af en kalibreer het volgende punt.
2.5 handmatig/automatisch ongestoord schakelen
Om het onderhoud en het debuggen van het systeem te vergemakkelijken, is een handmatig toetsenbord ontworpen. De operator kan de werking van een bepaalde klep onafhankelijk via het toetsenbord regelen, zonder beperkingen door vergrendelingen. Het systeem maakt gebruik van de NAIS remote I/O-module, waardoor het toetsenbord op verschillende locaties kan worden bediend. Tijdens het schakelen tussen handmatig en automatisch blijft de klepstatus ongewijzigd.
Het systeem maakt gebruik van een PLC als hoofdcontroller, wat het systeem vereenvoudigt en de hoge betrouwbaarheid en onderhoudbaarheid ervan garandeert. PROFIBUS realiseert volledige gegevensoverdracht, voorkomt elektromagnetische interferentie en zorgt ervoor dat het systeem voldoet aan de ontwerpeisen voor nauwkeurigheid. Gegevensuitwisseling tussen verschillende apparaten is mogelijk. De flexibiliteit van PROFIBUS biedt gunstige voorwaarden voor systeemuitbreiding. Het systeemontwerp gebaseerd op industriële veldbussen zal de standaard worden voor industriële toepassingen.
Geplaatst op: 24 augustus 2022
