Stanowisko testowe turbiny hydraulicznej odgrywa ważną rolę w rozwoju technologii hydroenergetycznej. Jest to ważne urządzenie służące do poprawy jakości produktów hydroenergetycznych i optymalizacji wydajności jednostek. Produkcja każdego urządzenia przepływowego wymaga najpierw opracowania modelu urządzenia przepływowego i przetestowania go poprzez symulację rzeczywistego ciśnienia wody w metrach elektrowni wodnej na stanowisku testowym maszyn hydraulicznych o wysokim ciśnieniu. Jeśli wszystkie dane spełniają wymagania użytkowników, urządzenie może zostać oficjalnie wyprodukowane. Dlatego niektórzy zagraniczni producenci sprzętu hydroenergetycznego oferują kilka stanowisk testowych o wysokim ciśnieniu wody, aby sprostać potrzebom różnych funkcji. Na przykład francuska firma Neyrpic posiada pięć zaawansowanych, wysoce precyzyjnych stanowisk testowych; Hitachi i Toshiba mają pięć stanowisk testowych o ciśnieniu wody przekraczającym 50 m. Zgodnie z potrzebami produkcyjnymi, duży instytut badawczy maszyn elektrycznych zaprojektował stanowisko testowe o wysokim ciśnieniu wody, w pełni funkcjonalne i o wysokiej precyzji, które może przeprowadzać testy modelowe odpowiednio na maszynach hydraulicznych rurowych, o przepływie mieszanym, osiowym i rewersyjnym, przy ciśnieniu wody sięgającym 150 m. Stanowisko testowe może być dostosowane do testowania modeli jednostek pionowych i poziomych. Stanowisko testowe zostało zaprojektowane z dwoma stanowiskami A i B. Gdy stanowisko A działa, instalowane jest stanowisko B, co może skrócić cykl testowy. A. B – dwie stacje korzystają z jednego zestawu elektrycznego systemu sterowania i systemu testowego. System sterowania elektrycznego wykorzystuje magistralę PROFIBUS jako rdzeń, sterownik PLC NAIS FP10SH jako główny sterownik oraz komputer IPC (przemysłowy komputer sterujący) realizujący scentralizowane sterowanie. System wykorzystuje technologię magistrali polowej, aby realizować zaawansowany, w pełni cyfrowy tryb sterowania, który zapewnia niezawodność, bezpieczeństwo i łatwą konserwację systemu. Jest to system sterowania testami maszyn do oszczędzania wody o wysokim stopniu automatyzacji w Chinach. Skład systemu sterowania
Stanowisko testowe wysokiego ciśnienia wody składa się z dwóch silników pomp o mocy 550 kW i zakresie prędkości 250 ~ 1100 obr./min, które przyspieszają przepływ wody w rurociągu do wodomierzy wymaganych przez użytkownika i utrzymują płynną pracę ciśnienia wody. Parametry wirnika są monitorowane przez dynamometr. Moc silnika dynamometru wynosi 500 kW, prędkość wynosi od 300 ~ 2300 obr./min, a na stacjach A i B znajduje się jeden dynamometr. Zasada działania stanowiska testowego maszyn hydraulicznych o wysokim ciśnieniu jest pokazana na rysunku 1. System wymaga, aby dokładność sterowania silnikiem była mniejsza niż 0,5%, a MTBF był większy niż 5000 godzin. Po wielu badaniach wybrano system regulacji prędkości DCS500 wyprodukowany przez firmę * * *. DCS500 może odbierać polecenia sterujące na dwa sposoby. Pierwszy to odbieranie sygnałów 4 ~ 20 mA w celu spełnienia wymagań prędkości; Drugim sposobem jest dodanie modułu PROFIBUS DP do odbioru cyfrowego, aby spełnić wymagania dotyczące prędkości. Pierwsza metoda charakteryzuje się prostym sterowaniem i niską ceną, ale będzie zakłócać transmisję prądu i wpływać na dokładność sterowania. Chociaż druga metoda jest droga, może zapewnić dokładność danych i dokładność sterowania w procesie transmisji. Dlatego system wykorzystuje cztery urządzenia DCS500 do sterowania odpowiednio dwoma dynamometrami i dwoma silnikami pomp wodnych. Jako stacja podrzędna PROFIBUS DP, cztery urządzenia komunikują się z PLC stacji nadrzędnej w trybie master-slave. PLC steruje uruchamianiem/zatrzymywaniem dynamometru i silnika pompy wodnej, przesyła prędkość obrotową silnika do DCS500 poprzez PROFIBUS DP i pobiera stan pracy silnika oraz jego parametry z DCS500.
PLC wybiera moduł AFP37911 wyprodukowany przez NAIS Europe jako stację główną, który obsługuje jednocześnie protokoły FMS i DP. Moduł ten jest stacją główną FMS, która realizuje komunikację w trybie głównym z komputerem przemysłowym (IPC) i systemem akwizycji danych; jest również stacją główną DP, która realizuje komunikację master-slave z systemem DCS500.
Wszystkie parametry dynamometru będą zbierane i wyświetlane na ekranie za pomocą technologii magistrali VXI (pozostałe parametry będą zbierane przez firmę VXI). Komputer IPC łączy się z systemem akwizycji danych poprzez FMS, aby zapewnić pełną komunikację. Skład całego systemu przedstawiono na rysunku 2.
1.1 fieldbus PROFIBUS to standard opracowany przez 13 firm i 5 instytucji naukowo-badawczych w ramach wspólnego projektu rozwojowego. Został on wymieniony w europejskiej normie EN50170 i jest jednym z przemysłowych standardów fieldbus rekomendowanych w Chinach. Obejmuje on następujące formaty:
·PROFIBUS FMS rozwiązuje ogólne zadania komunikacyjne na poziomie warsztatowym, zapewnia dużą liczbę usług komunikacyjnych i realizuje zadania komunikacji cyklicznej i niecyklicznej ze średnią prędkością transmisji. Moduł Profibus NAIS obsługuje prędkość komunikacji 1,2 Mb/s i nie obsługuje trybu komunikacji cyklicznej. Może komunikować się z innymi stacjami nadrzędnymi FMS wyłącznie za pomocą połączenia MMA niecyklicznej transmisji danych master , a moduł nie jest kompatybilny z FMS. Dlatego nie może wykorzystywać tylko jednej formy PROFIBUS w projektowaniu schematu.
·Zoptymalizowane, szybkie i tanie połączenie komunikacyjne PROFIBUS-DP zostało zaprojektowane do komunikacji między systemem automatycznego sterowania a zdecentralizowanymi wejściami/wyjściami na poziomie urządzeń. Ponieważ DP i FMS korzystają z tego samego protokołu komunikacyjnego, mogą współistnieć w tym samym segmencie sieci. Pomiędzy NAIS a stacją podrzędną (MSAZ niecykliczna transmisja danych połączenie master-slave ) nie komunikuje się aktywnie.
· Standardowa, iskrobezpieczna technologia transmisji PROFIBUS PA , zaprojektowana specjalnie dla automatyki procesowej , realizuje procedury komunikacyjne określone w normie IEC 1158-2 w sytuacjach wymagających wysokiego poziomu bezpieczeństwa i dla stacji zasilanych z magistrali. Medium transmisyjnym w systemie jest skrętka ekranowana miedzią , a protokół komunikacyjny to RS485, a prędkość transmisji wynosi 500 kb/s. Zastosowanie przemysłowej magistrali polowej (fieldbus) gwarantuje bezpieczeństwo i niezawodność systemu.
1.2 Komputer sterujący przemysłowy IPC
Górny komputer sterujący przemysłową wykorzystuje przemysłowy komputer sterujący Taiwan Advantech działający pod kontrolą systemu operacyjnego stacji roboczej Windows NT4 0 Oprogramowanie do konfiguracji przemysłowej WinCC firmy Siemens służy do wyświetlania informacji o stanie pracy systemu na dużym ekranie oraz graficznego przedstawiania przepływu i zatorów w rurociągu. Wszystkie dane są przesyłane z PLC przez PROFIBUS. Komputer przemysłowy IPC jest wewnętrznie wyposażony w kartę sieciową Profiboard wyprodukowaną przez niemiecką firmę Softing, która jest specjalnie zaprojektowana dla PROFIBUS. Za pomocą oprogramowania konfiguracyjnego dostarczonego przez Softing można ukończyć tworzenie sieci, ustanowić relację komunikacyjną Cr (relacja komunikacyjna) i słownik obiektów OD (słownik obiektów). WINCC jest produkowany przez firmę Siemens. Obsługuje on tylko bezpośrednie połączenie z firmowymi sterownikami PLC S5 / S7 i może komunikować się z innymi sterownikami PLC tylko za pomocą technologii DDE dostarczanej przez system Windows. Firma Softing dostarcza oprogramowanie serwera DDE do realizacji komunikacji PROFIBUS z WinCC.
1.3 PLC
Jako PLC wybrano spółkę Fp10sh firmy NAIS.
2 funkcje układu sterowania
Oprócz sterowania dwoma silnikami pomp wodnych i dwoma dynamometrami, system sterowania musi również sterować 28 zaworami elektrycznymi, 4 silnikami ciężarków, 8 silnikami pomp olejowych, 3 silnikami pomp próżniowych, 4 silnikami pomp spustowych oleju oraz 2 elektrozaworami układu smarowania. Kierunek przepływu i natężenie przepływu wody są kontrolowane za pomocą przełączników zaworów, aby spełnić wymagania testowe użytkowników.
2.1 stała wysokość podnoszenia
Dostosuj prędkość pompy wodnej: ustabilizuj ją na określonym poziomie, a ciśnienie wody będzie w tym momencie pewne; dostosuj prędkość dynamometru do określonej wartości i zbierz odpowiednie dane po ustabilizowaniu się warunków pracy przez 2–4 minuty. Podczas testu wymagane jest utrzymanie ciśnienia wody na niezmienionym poziomie. Na silniku pompy wodnej umieszczono tarczę kodową w celu rejestrowania prędkości silnika, dzięki czemu system DCS500 tworzy układ sterowania w pętli zamkniętej. Prędkość pompy wodnej jest wprowadzana za pomocą klawiatury IPC.
2.2 stała prędkość
Dostosuj prędkość dynamometru, aby ustabilizować ją na określonym poziomie. W tym momencie prędkość dynamometru jest stała. Dostosuj prędkość pompy do określonej wartości (tj. wyreguluj wysokość podnoszenia) i zbierz odpowiednie dane po ustabilizowaniu się warunków pracy przez 2–4 minuty. DCS500 tworzy zamkniętą pętlę regulacji prędkości dynamometru, aby ją ustabilizować.
2.3 test niekontrolowany
Dostosuj prędkość dynamometru do określonej wartości i utrzymuj ją bez zmian. Dostosuj prędkość pompy wodnej, aby moment obrotowy wyjściowy dynamometru był bliski zeru (w tych warunkach pracy dynamometr pracuje w trybie generowania energii i zasilania elektrycznego) i zbierz odpowiednie dane. Podczas testu prędkość silnika pompy wodnej musi pozostać niezmieniona i być regulowana przez DCS500.
2.4 kalibracja przepływu
System jest wyposażony w dwa zbiorniki korekcji przepływu do kalibracji przepływomierza w systemie. Przed kalibracją należy najpierw określić oznaczoną wartość przepływu, a następnie uruchomić silnik pompy wodnej i płynnie regulować jego prędkość obrotową. W tym momencie należy zwrócić uwagę na wartość przepływu. Gdy wartość przepływu osiągnie wymaganą wartość, ustabilizuj silnik pompy wodnej na aktualnej prędkości (w tym czasie woda krąży w rurociągu kalibracyjnym). Ustaw czas przełączania deflektora. Po ustabilizowaniu się warunków pracy włącz zawór elektromagnetyczny, rozpocznij odmierzanie czasu i jednocześnie przełącz wodę z rurociągu do zbiornika korekcyjnego. Po upływie czasu odmierzania czasu zawór elektromagnetyczny zostanie odłączony. W tym momencie woda zostanie ponownie przełączona na rurociąg kalibracyjny. Zmniejsz prędkość obrotową silnika pompy wodnej, ustabilizuj ją na określonej prędkości i odczytaj odpowiednie dane. Następnie spuść wodę i skalibruj kolejny punkt.
2,5 przełączanie ręczne/automatyczne bez zakłóceń
Aby ułatwić konserwację i debugowanie systemu, zaprojektowano klawiaturę ręczną. Operator może samodzielnie sterować działaniem zaworu za pomocą klawiatury, bez ograniczeń wynikających z blokad. System wykorzystuje zdalny moduł wejścia/wyjścia NAIS, który umożliwia obsługę klawiatury w różnych miejscach. Podczas przełączania ręcznego/automatycznego stan zaworu pozostaje niezmieniony.
System wykorzystuje sterownik PLC jako główny sterownik, co upraszcza system i zapewnia wysoką niezawodność oraz łatwą konserwację. PROFIBUS zapewnia pełną transmisję danych, eliminuje zakłócenia elektromagnetyczne i spełnia wymagania dotyczące dokładności projektu. Udostępnianie danych między różnymi urządzeniami jest możliwe. Elastyczność PROFIBUS zapewnia dogodne warunki do rozbudowy systemu. Projekt systemu z przemysłowym fieldbusem jako rdzeniem stanie się głównym nurtem zastosowań przemysłowych.
Czas publikacji: 17 lutego 2022 r.
