Stanowisko testowe turbiny hydraulicznej odgrywa ważną rolę w rozwoju technologii hydroenergetycznej. Jest to ważne urządzenie służące poprawie jakości produktów hydroenergetycznych i optymalizacji wydajności jednostek. Przed wyprodukowaniem jakiegokolwiek urządzenia wirującego, należy najpierw opracować model urządzenia wirującego, a następnie przetestować go, symulując rzeczywisty przepływ wody w elektrowni wodnej na stanowisku testowym maszyn hydraulicznych wysokiego ciśnienia. Jeśli wszystkie dane spełniają wymagania użytkownika, urządzenie wirujące może zostać formalnie wyprodukowane. Dlatego niektórzy znani zagraniczni producenci sprzętu hydroenergetycznego posiadają kilka stanowisk testowych wysokiego ciśnienia, które spełniają różne wymagania, takie jak pięć zaawansowanych, wysoce precyzyjnych stanowisk testowych francuskiej firmy NYRPIC; Hitachi i Toshiba posiadają po pięć stanowisk testowych o wysokości podnoszenia wody powyżej 50 m. Zgodnie z potrzebami produkcyjnymi, duży instytut badawczy maszyn elektrycznych zaprojektował stanowisko testowe wysokiego ciśnienia wody o pełnej funkcjonalności i wysokiej dokładności, które może przeprowadzać testy modelowe odpowiednio dla maszyn hydraulicznych rurowych, o przepływie mieszanym, osiowym i rewersyjnych. Wysokość podnoszenia wody może sięgać 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 hydraulicznych o wysokim stopniu automatyzacji w Chinach. Skład systemu sterowania
Stanowisko testowe wysokiego ciśnienia wody składa się z dwóch silników pomp o mocy zainstalowanej 550 kW i zakresie prędkości obrotowej 250-1100 obr./min w celu przyspieszenia przepływu wody w rurociągu do wodomierza wymaganego przez użytkownika i utrzymania płynnej pracy ciśnienia wody. Parametry wirnika są monitorowane przez dynamometr. Moc silnika dynamometru wynosi 500 kW, a prędkość obrotowa wynosi od 300 do 2300 obr./min. Na stanowisku A i stanowisku B znajduje się jeden dynamometr. Zasada działania stanowiska testowego maszyn hydraulicznych o wysokim ciśnieniu wody jest pokazana na rys. 1. System wymaga, aby dokładność sterowania silnikiem była mniejsza niż 0,5%, a średni czas między awariami (MTTF) był większy niż 5000 godzin. Po wielu badaniach wybrano system sterowania prędkością prądu stałego DCS500. DCS500 może odbierać polecenia sterujące na dwa sposoby, jeden to odbieranie sygnałów 4-20 mA w celu spełnienia wymagań prędkości; Drugim sposobem jest dodanie modułu PROFIBUS DP w celu spełnienia wymogu prędkości poprzez odbiór w trybie cyfrowym. Pierwsza metoda jest prosta i tania, ale będzie zakłócać bieżącą transmisję, wpływając na dokładność sterowania; Chociaż drugi tryb jest drogi, może zapewnić dokładność danych w procesie transmisji i dokładność sterowania. Dlatego system wykorzystuje cztery 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, przesyła prędkość obrotową silnika do DCS500 przez PROFIBUS DP i pobiera stan pracy silnika oraz parametry z DCS500, a następnie przesyła je do nadrzędnego komputera IPC przez PROFIBUS FMS w celu realizacji monitorowania w czasie rzeczywistym.
Sterownik PLC wybiera moduł AFP37911 firmy NAIS Europe jako stację główną, który obsługuje jednocześnie protokoły FMS i DP. Moduł ten jest stacją główną systemu FMS i komunikuje się z komputerem przemysłowym (IPC) oraz systemem akwizycji danych w trybie master-master; pełni również funkcję stacji głównej DP, realizującej komunikację master-slave z systemem DCS500.
System akwizycji danych wykorzystuje technologię magistrali VXI do zbierania różnych parametrów dynamometru i wyświetlania ich na dużym ekranie, a także do generowania wyników w postaci tabel i wykresów (część ta jest uzupełniana przez inne firmy). Komputer IPC komunikuje się z systemem akwizycji danych poprzez FMS. Skład całego systemu przedstawiono na rys. 2.
1.1 fieldbus PROFIBUS PROFIBUS to standard opracowany przez 13 firm, takich jak Siemens i AEC, oraz 5 instytucji naukowo-badawczych w ramach wspólnego projektu rozwojowego. Został on wymieniony w europejskiej normie EN50170 i jest jednym z rekomendowanych przemysłowych standardów fieldbus w Chinach. Obejmuje on następujące formaty:
·PROFIBUS FMS rozwiązuje ogólne zadania komunikacyjne na poziomie warsztatu zapewnia dużą liczbę usług komunikacyjnych realizuje zadania komunikacji cyklicznej i niecyklicznej ze średnią prędkością transmisji. Moduł Profibus firmy NAIS obsługuje * * * prędkość komunikacji 1,2 Mb/s i nie obsługuje trybu komunikacji cyklicznej może używać tylko MMA niecyklicznej transmisji danych połączenia master komunikacji z innymi stacjami master FMS i ten moduł nie jest kompatybilny z PROFIBUS FMS firmy * * * dlatego też jedna forma PROFIBUS nie może być użyta podczas projektowania schematu.
·PROFIBUS PA – standardowa, iskrobezpieczna technologia transmisji, zaprojektowana specjalnie dla automatyki procesowej – realizuje protokół komunikacyjny określony w normie IEC 1158-2 i jest stosowana w miejscach o wysokich wymaganiach bezpieczeństwa oraz stacjach zasilanych z magistrali. Medium transmisyjnym w systemie jest skrętka ekranowana miedzią , protokół komunikacyjny to RS485 , a prędkość transmisji wynosi 500 kb/s. Zastosowanie przemysłowej magistrali polowej gwarantuje bezpieczeństwo i niezawodność systemu.
1.2 Komputer sterujący przemysłowy IPC
Górny komputer sterujący przemysłową maszyną wykorzystuje przemysłowy komputer sterujący Advantech z Tajwanu działa w systemie operacyjnym stacji roboczej Windows NT4.0 wykorzystuje oprogramowanie do konfiguracji przemysłowej WinCC firmy Siemens duży ekran wyświetla warunki pracy i informacje o ofertach systemu, a także graficznie pokazuje przepływ rurociągu i warunki blokowania. Wszystkie dane są przesyłane przez PLC za pośrednictwem PROFIBUS. Komputer przemysłowy 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, można ustanowić relację komunikacyjną Cr (relację komunikacyjną) i słownik obiektów OD (słownik obiektów). WINCC jest produkowany przez firmę Siemens. Obsługuje tylko bezpośrednie połączenie ze sterownikami PLC S5 / S7 tej firmy i może komunikować się z innymi sterownikami PLC tylko za pomocą technologii DDE dostarczanej przez system Windows. Firma dostarcza oprogramowanie serwera DDE do realizacji komunikacji PROFIBUS z WinCC.
１．３ PLC
Jako PLC wybrano spółkę Fp10sh firmy NAIS.
(2) funkcja 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 tłoczących olej oraz 2 elektrozaworami układu smarowania. Kierunek przepływu i natężenie przepływu wody są kontrolowane przez przełącznik zaworów, aby spełnić wymagania testowe użytkowników.
2.1 Stała wysokość podnoszenia: Dostosuj prędkość obrotową pompy wodnej: ustabilizuj ją na określonym poziomie, a wysokość podnoszenia wody pozostanie stała w tym czasie; Dostosuj prędkość obrotową dynamometru do określonej wartości. Po ustabilizowaniu się warunków pracy przez 2-4 minuty, zbierz odpowiednie dane. Podczas testu wymagane jest utrzymanie niezmienionej wysokości podnoszenia wody. Na silniku pompy umieszczona jest tarcza kodowa w celu rejestrowania prędkości silnika, dzięki czemu 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, a prędkość dynamometru pozostanie stała. Dostosuj prędkość pompy do określonego poziomu (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 tak, aby wyjściowy moment obrotowy dynamometru wynosił w przybliżeniu zero (w tych warunkach pracy dynamometr pracuje w trybie generowania energii i zasilania elektrycznego) i zbierz odpowiednie dane. Podczas testu wymagana jest stała prędkość silnika pompy regulowana przez DCS500.
2.4 kalibracja przepływu
System jest wyposażony w dwa zbiorniki korekcji przepływu do kalibracji przepływomierzy w systemie. Przed kalibracją należy najpierw określić oznaczoną wartość przepływu, następnie uruchomić silnik pompy wodnej i płynnie regulować prędkość obrotową silnika pompy wodnej. W tym momencie należy zwrócić uwagę na wartość przepływu. Gdy wartość przepływu osiągnie wymaganą wartość, ustabilizuj silnik pompy wodnej przy aktualnej prędkości obrotowej (w tym czasie woda krąży w rurociągu kalibracyjnym). Ustaw czas przełączania deflektora. Po ustabilizowaniu się warunków pracy włącz zawór elektromagnetyczny i uruchom odmierzanie czasu. Jednocześnie przełącz wodę z rurociągu do zbiornika kalibracyjnego. Po upływie czasu odmierzania czasu zawór elektromagnetyczny zostanie odłączony. W tym momencie woda zostanie przełączona do rurociągu kalibracyjnego, a prędkość obrotowa silnika pompy wodnej zostanie zmniejszona, aby ustabilizować się na określonym poziomie. Odczytaj odpowiednie dane. Następnie spuść wodę i wykonaj kalibrację w następnym punkcie.
2,5 przełączanie ręczne/automatyczne bez zakłóceń
Aby ułatwić konserwację i debugowanie systemu, zaprojektowano klawiaturę ręczną. Operator może niezależnie sterować działaniem konkretnego 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 jego wysoką niezawodność i łatwość konserwacji. 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 rozbudowy systemu. Schemat projektowania systemu oparty na przemysłowej magistrali obiektowej stanie się wiodącym rozwiązaniem w zastosowaniach przemysłowych.
Czas publikacji: 24-08-2022
