O banco de ensaio de turbinas hidráulicas desempenha um papel importante no desenvolvimento da tecnologia hidrelétrica. É um equipamento essencial para melhorar a qualidade dos produtos hidrelétricos e otimizar o desempenho das unidades. Para a produção de qualquer rotor, o rotor modelo deve ser desenvolvido primeiro, e o modelo pode ser testado simulando a altura manométrica real da usina hidrelétrica na bancada de ensaios de máquinas hidráulicas de alta pressão. Se todos os dados atenderem aos requisitos do usuário, o rotor pode ser formalmente produzido. Portanto, alguns fabricantes de equipamentos hidrelétricos renomados no exterior possuem diversas bancadas de ensaio de alta pressão que atendem às necessidades de diversas funções, como as cinco bancadas de ensaio de alta precisão avançadas da empresa francesa Nyrpic; a Hitachi e a Toshiba possuem cada uma cinco bancadas de ensaio de alta pressão com altura manométrica superior a 50 m. De acordo com as necessidades de produção, um grande instituto de pesquisa de máquinas elétricas projetou uma bancada de ensaio de alta pressão manométrica com funções completas e alta precisão, que pode realizar ensaios de modelo em máquinas hidráulicas tubulares, de fluxo misto, de fluxo axial e reversíveis, respectivamente. A altura manométrica pode atingir 150 m. A bancada de testes pode ser adaptada ao teste de modelos de unidades verticais e horizontais. A bancada de testes é projetada com duas estações A e B. Quando a estação A está em operação, a estação B é instalada, o que pode encurtar o ciclo de teste. As duas estações A e B compartilham um conjunto de sistema de controle elétrico e sistema de teste. O sistema de controle elétrico utiliza o PROFIBUS como núcleo, o CLP NAIS FP10SH como controlador principal e o IPC (Computador de Controle Industrial) realiza o controle centralizado. O sistema adota a tecnologia de barramento de campo para implementar o modo de controle totalmente digital avançado, o que garante confiabilidade, segurança e fácil manutenção do sistema. É um sistema de controle de teste de máquinas hidráulicas com alto grau de automação na China. Composição do sistema de controle
A bancada de teste de alta pressão hidráulica é composta por dois motores de bomba com potência instalada de 550 kW e uma faixa de velocidade de rotação de 250 a 1100 rpm para acelerar o fluxo de água na tubulação até o medidor de pressão hidráulica exigido pelo usuário e manter a pressão hidráulica funcionando sem problemas. Os parâmetros do rotor são monitorados pelo dinamômetro. A potência do motor do dinamômetro é de 500 kW e a velocidade de rotação está entre 300 e 2300 rpm. Há um dinamômetro na estação A e na estação B. O princípio da bancada de teste de máquinas hidráulicas de alta pressão hidráulica é mostrado na Fig. 1. O sistema requer que a precisão do controle do motor seja inferior a 0,5% e o tempo médio entre falhas (MTTF) seja superior a 5000 horas. Após muita pesquisa, o sistema de controle de velocidade DCS500 foi selecionado. O DCS500 pode receber comandos de controle de duas maneiras: uma é receber sinais de 4 a 20 mA para atender aos requisitos de velocidade; A outra é adicionar um módulo PROFIBUS DP para atender aos requisitos de velocidade por meio da recepção em modo digital. O primeiro método é simples e barato, mas interferirá na transmissão de corrente, afetando a precisão do controle; embora o segundo método seja caro, ele pode garantir a precisão dos dados no processo de transmissão e a precisão do controle. Portanto, o sistema utiliza quatro DCS500 para controlar dois dinamômetros e dois motores de bomba d'água, respectivamente. Como estação escrava PROFIBUS DP, os quatro dispositivos se comunicam com o CLP da estação mestre no modo mestre-escravo. O CLP controla a partida/parada do dinamômetro e do motor da bomba, transmite a velocidade de operação do motor para o DCS500 por meio do PROFIBUS DP e obtém o status de operação e os parâmetros do motor do DCS500 e os transmite para o IPC superior por meio do PROFIBUS FMS para realizar o monitoramento em tempo real.
O CLP seleciona o módulo afp37911, produzido pela NAIS Europe, como estação mestre, que suporta os protocolos FMS e DP simultaneamente. Este módulo é a estação principal do FMS e se comunica com o IPC e o sistema de aquisição de dados no modo mestre-mestre; também é uma estação mestre DP, que realiza a comunicação mestre-escravo com o DCS500.
O sistema de aquisição de dados utiliza a tecnologia de barramento VXI para coletar diversos parâmetros do dinamômetro e exibi-los em uma tela grande, além de gerar os resultados em tabelas e gráficos (esta parte é realizada por outras empresas). O IPC se comunica com o sistema de aquisição de dados por meio de um sistema de gerenciamento de dados (FMS). A composição de todo o sistema é mostrada na Figura 2.
1.1 Barramento de Campo PROFIBUS PROFIBUS é um padrão desenvolvido por 13 empresas, como Siemens e AEC, e 5 instituições de pesquisa científica em um projeto de desenvolvimento conjunto. Foi listado na norma europeia EN50170 e é um dos padrões de barramento de campo industrial recomendados na China. Inclui os seguintes formatos:
·PROFIBUS FMS resolve as tarefas gerais de comunicação no nível de oficina fornece um grande número de serviços de comunicação completa as tarefas de comunicação cíclica e não cíclica com velocidade de transmissão média. O módulo Profibus do NAIS suporta * * * taxa de comunicação de 1,2 Mbps e não suporta o modo de comunicação cíclica ele pode usar apenas MMA transmissão de dados não cíclica conexão mestre comunicação com outras estações mestre FMS e este módulo não é compatível com PROFIBUS FMS de uma * * * empresa portanto, uma forma de PROFIBUS não pode ser usada durante o projeto do esquema.
·PROFIBUS PA a tecnologia de transmissão intrinsecamente segura padrão, especialmente projetada para automação de processos implementa o protocolo de comunicação especificado na norma IEC 1158-2 e é utilizada em locais com altos requisitos de segurança e estações alimentadas por barramento. O meio de transmissão utilizado no sistema é um par trançado blindado de cobre o protocolo de comunicação é RS485 e a taxa de comunicação é de 500 kbps. A aplicação do barramento de campo industrial garante a segurança e a confiabilidade do sistema.
1.2 Computador de controle industrial IPC
O computador de controle industrial superior adota o computador de controle industrial Advantech de Taiwan executa o sistema operacional de estação de trabalho Windows NT4.0 adota o software de configuração industrial WinCC da Siemens a tela grande exibe as condições operacionais e informações de cotação do sistema e mostra graficamente o fluxo da tubulação e as condições de bloqueio. Todos os dados são transmitidos pelo CLP via PROFIBUS. O IPC é equipado internamente com uma placa de rede profiboard produzida pela empresa alemã Softing, que é especialmente projetada para PROFIBUS. Por meio do software de configuração fornecido pela Softing, a rede pode ser concluída, a relação de comunicação de rede Cr (relação de comunicação) pode ser estabelecida e o dicionário de objetos OD (dicionário de objetos) pode ser estabelecido. O WINCC é produzido pela Siemens. Ele suporta apenas conexão direta com o CLP S5 / S7 da empresa e só pode se comunicar com outros CLPs por meio da tecnologia DDE fornecida pelo Windows. A empresa de software fornece software de servidor DDE para realizar a comunicação PROFIBUS com o WinCC.
1.1.1 PLC
Fp10sh da empresa NAIS é selecionada como PLC.
(2) função do sistema de controle
Além de controlar dois motores de bomba d'água e dois dinamômetros, o sistema de controle também precisa controlar 28 válvulas elétricas, 4 motores de pesagem, 8 motores de bomba de óleo, 3 motores de bomba de vácuo, 4 motores de bomba de descarga de óleo e 2 válvulas solenoides de lubrificação. A direção do fluxo e o fluxo de água são controlados pelo interruptor da válvula para atender aos requisitos de teste dos usuários.
2.1 Altura Manométrica Constante: Ajuste a velocidade de rotação da bomba d'água: mantenha-a estável em um determinado valor, mantendo a altura manométrica constante durante esse período; ajuste a velocidade do dinamômetro para um determinado valor. Após a condição de trabalho se estabilizar por 2 a 4 minutos, colete os dados relevantes. Durante o teste, é necessário manter a altura manométrica inalterada. Um disco de código é colocado no motor da bomba para coletar a velocidade do motor, de modo que o DCS500 forme um controle em malha fechada. A velocidade da bomba d'água é inserida pelo teclado IPC.
2.2 velocidade constante
Ajuste a velocidade do dinamômetro para mantê-la estável em um determinado valor, mantendo-a constante; ajuste a velocidade da bomba para um determinado valor (ou seja, ajuste a altura manométrica) e colete os dados relevantes após a condição de trabalho se estabilizar por 2 a 4 minutos. O DCS500 forma um circuito fechado para a velocidade do dinamômetro, estabilizando-a.
2.3 teste de fuga
Ajuste a velocidade do dinamômetro para um determinado valor e mantenha-a inalterada. Ajuste a velocidade da bomba d'água para que o torque de saída do dinamômetro seja aproximadamente zero (nessas condições de trabalho, o dinamômetro opera para geração de energia e operação elétrica) e colete os dados relevantes. Durante o teste, a velocidade do motor da bomba deve ser constante e regulada pelo DCS500.
2.4 calibração de fluxo
O sistema está equipado com dois tanques de correção de fluxo para calibrar os medidores de fluxo no sistema. Antes da calibração, primeiro determine o valor de fluxo marcado, em seguida, ligue o motor da bomba de água e ajuste continuamente a velocidade de rotação do motor da bomba de água. Neste momento, preste atenção ao valor do fluxo. Quando o valor do fluxo atingir o valor necessário, estabilize o motor da bomba de água na velocidade de rotação atual (neste momento, a água circula na tubulação de calibração). Defina o tempo de comutação do defletor. Após a condição de trabalho estar estável, ligue a válvula solenoide e inicie a temporização. Ao mesmo tempo, comute a água na tubulação para o tanque de calibração. Quando o tempo de temporização terminar, a válvula solenoide é desconectada. Neste momento, a água é comutada para a tubulação de calibração e a velocidade de rotação do motor da bomba de água é reduzida para se estabilizar em uma determinada velocidade. Leia os dados relevantes. Em seguida, drene a água e calibre o próximo ponto.
2.5 comutação manual / automática sem perturbações
Para facilitar a manutenção e a depuração do sistema, um teclado manual foi projetado para o sistema. O operador pode controlar a ação de uma determinada válvula de forma independente através do teclado, sem ser limitado pelo intertravamento. O sistema adota o módulo de E/S remota NAIS, que permite que o teclado opere em diferentes locais. Durante a comutação manual/automática, o status da válvula permanece inalterado.
O sistema adota um CLP como controlador principal, o que simplifica o sistema e garante alta confiabilidade e manutenibilidade; o PROFIBUS realiza a transmissão completa de dados, evita interferências eletromagnéticas e garante que o sistema atenda aos requisitos de precisão do projeto; o compartilhamento de dados entre diferentes dispositivos é realizado; a flexibilidade do PROFIBUS proporciona condições convenientes para a expansão do sistema. O projeto do sistema baseado em barramento de campo industrial se tornará a principal aplicação industrial.
Data de publicação: 24 de agosto de 2022
