Испытательный стенд для моделей гидравлических турбин играет важную роль в развитии гидроэнергетики. Это важное оборудование для повышения качества гидроэнергетической продукции и оптимизации работы агрегатов. Для производства любого рабочего колеса необходимо сначала разработать его модель и протестировать её, имитируя показания реальных измерителей напора гидроэлектростанции на испытательном стенде для гидравлического оборудования высокого напора. Если все данные соответствуют требованиям заказчика, рабочее колесо может быть официально запущено в производство. Поэтому некоторые зарубежные производители гидроэнергетического оборудования имеют несколько испытательных стендов для высокого напора, удовлетворяющих потребностям различных функций. Например, французская компания Neyrpic имеет пять передовых высокоточных испытательных стендов для моделей; Hitachi и Toshiba имеют пять испытательных стендов для моделей с напором более 50 м. В соответствии с потребностями производства, крупный научно-исследовательский институт электротехники разработал испытательный стенд для высокого напора с полным набором функций и высокой точностью, который может проводить модельные испытания трубчатых, смешанных, осевых и реверсивных гидравлических машин соответственно, при напоре до 150 м. Испытательный стенд может использоваться для модельных испытаний вертикальных и горизонтальных узлов. Он имеет две станции: A и B. Когда станция A работает, устанавливается станция B, что позволяет сократить цикл испытаний. Станции A и B используют один комплект электроуправления и испытательной системы. В качестве ядра электроуправления используется PROFIBUS, в качестве главного контроллера — ПЛК NAIS fp10sh, а централизованное управление осуществляется с помощью промышленного компьютера (IPC). Система использует технологию полевых шин для реализации передового полностью цифрового режима управления, что обеспечивает надежность, безопасность и простоту обслуживания. Это высокоавтоматизированная система управления испытаниями гидротехнического оборудования в Китае. Состав системы управления
Испытательный стенд для гидравлических машин высокого напора состоит из двух насосных двигателей мощностью 550 кВт с диапазоном скоростей 250–1100 об/мин, которые ускоряют поток воды в трубопроводе до требуемых пользователем значений напора и обеспечивают бесперебойную работу насоса. Параметры рабочего колеса контролируются динамометром. Мощность двигателя динамометра составляет 500 кВт, скорость вращения — от 300 до 2300 об/мин, по одному динамометру установлено на станциях a и b. Принцип работы испытательного стенда для гидравлических машин высокого напора показан на рисунке 1. Система требует точности управления двигателем менее 0,5% и среднего времени безотказной работы (MTBF) более 5000 часов. После многочисленных исследований была выбрана система регулирования скорости постоянного тока DCS500 производства компании * * *. DCS500 может принимать команды управления двумя способами. Первый — это прием сигналов 4–20 мА для обеспечения требуемой скорости; Второй способ — добавить модуль PROFIBUS DP для приема данных в цифровом режиме, чтобы удовлетворить требованиям к скорости. Первый метод имеет простое управление и низкую стоимость, но он будет подвержен помехам при передаче тока и повлияет на точность управления; хотя второй метод дороже, он может обеспечить точность данных и точность управления в процессе передачи. Поэтому в системе используются четыре DCS500 для управления двумя динамометрами и двумя двигателями водяных насосов соответственно. В качестве ведомых станций PROFIBUS DP четыре устройства взаимодействуют с ПЛК ведущей станции в режиме «ведущий-ведомый». ПЛК управляет запуском/остановкой динамометра и двигателя водяного насоса, передает скорость вращения двигателя на DCS500 через PROFIBUS DP и получает от DCS500 состояние и параметры работы двигателя.
В качестве ведущей станции ПЛК использует модуль afp37911 производства NAIS Europe, который одновременно поддерживает протоколы FMS и DP. Этот модуль является основной станцией FMS, обеспечивающей связь в основном режиме с IPC и системой сбора данных; он также является ведущей станцией DP, обеспечивающей связь в режиме «ведущий-ведомый» с DCS500.
Все параметры динамометра будут собираться и отображаться на экране через шину VXI (другие параметры будут собираться компанией VXI). IPC подключается к системе сбора данных через FMS для осуществления связи. Состав всей системы показан на рисунке 2.
1.1 Полевая шина PROFIBUS — это стандарт, разработанный 13 компаниями и 5 научно-исследовательскими учреждениями в рамках совместного проекта. Он включен в европейский стандарт EN50170 и является одним из стандартов промышленных полевых шин, рекомендованных в Китае. Он включает следующие формы:
· PROFIBUS FMS решает общие задачи связи на уровне цеха, предоставляет большое количество коммуникационных услуг и выполняет циклические и нециклические задачи связи со средней скоростью передачи. Модуль Profibus от NAIS поддерживает скорость связи 1,2 Мбит/с и не поддерживает циклический режим связи. Он может взаимодействовать с другими главными станциями FMS только с помощью MMA (нециклическая передача данных) (соединение с главным устройством), и модуль несовместим с FMS. Поэтому в схеме нельзя использовать только один тип PROFIBUS.
·PROFIBUS-DP — оптимизированное высокоскоростное и недорогое коммуникационное соединение, предназначенное для связи между системой автоматического управления и децентрализованным вводом/выводом на уровне оборудования. Поскольку DP и FMS используют один и тот же протокол связи, они могут сосуществовать в одном сегменте сети. Между NAIS и a, msaz — нециклическая передача данных — соединение «ведущий-ведомый» — ведомая станция не осуществляет активной связи.
·PROFIBUS PA стандартная искробезопасная технология передачи данных, специально разработанная для автоматизации технологических процессов реализует процедуры связи, указанные в IEC 1158-2 для случаев с высокими требованиями к безопасности и для станций, питающихся от шины. В качестве среды передачи в системе используется экранированная медная витая пара протокол связи — RS485, скорость передачи — 500 кбит/с. Применение промышленной полевой шины гарантирует безопасность и надежность системы.
1.2 Промышленный управляющий компьютер IPC
Верхний промышленный управляющий компьютер использует тайваньский промышленный управляющий компьютер Advantech, работающий под управлением операционной системы Windows NT40. Для отображения информации о рабочем состоянии системы на большом экране используется программное обеспечение для промышленной конфигурации WinCC от Siemens, которое графически отображает потоки и засоры в трубопроводах. Все данные передаются с ПЛК по PROFIBUS. Внутри IPC установлен сетевой адаптер Profiboard производства немецкой компании Softing, специально разработанный для PROFIBUS. С помощью программного обеспечения для конфигурации, предоставляемого Softing, можно настроить сеть, установить сетевые коммуникационные связи Cr (коммуникационные связи) и словари объектов OD (словари объектов). WINCC производится компанией Siemens. Он поддерживает только прямое подключение к ПЛК S5/S7 компании и может взаимодействовать с другими ПЛК только через технологию DDE, предоставляемую Windows. Компания Softing предоставляет программное обеспечение DDE-сервера для реализации связи PROFIBUS с WinCC.
1.3 ПЛК
В качестве ПЛК выбран модуль Fp10sh компании NAIS.
2 функции системы управления
Помимо управления двумя двигателями водяных насосов и двумя динамометрами, система управления также должна управлять 28 электрическими клапанами, 4 двигателями грузов, 8 двигателями масляных насосов, 3 двигателями вакуумных насосов, 4 двигателями насосов для слива масла и 2 электромагнитными клапанами смазки. Направление потока и расход воды регулируются посредством переключения клапанов в соответствии с требованиями испытаний пользователей.
2.1 постоянный напор
Отрегулируйте скорость водяного насоса: стабилизируйте её на определённом значении, при этом напор воды должен быть определённым; отрегулируйте скорость динамометра до определённого значения и соберите соответствующие данные после стабилизации рабочих условий в течение 2–4 минут. Во время испытаний необходимо поддерживать постоянный напор воды. На двигатель водяного насоса устанавливается кодовый диск для сбора данных о скорости вращения двигателя, что позволяет системе DCS500 формировать замкнутый контур управления. Скорость водяного насоса вводится с клавиатуры IPC.
2.2 постоянная скорость
Отрегулируйте скорость динамометра до достижения определенного стабильного значения. В это время скорость динамометра должна оставаться постоянной; отрегулируйте скорость насоса до определенного значения (т.е. отрегулируйте напор) и соберите соответствующие данные после того, как рабочее состояние стабилизируется в течение 2–4 минут. DCS500 формирует замкнутый контур для стабилизации скорости динамометра.
2.3 тест на неуправляемость
Отрегулируйте скорость динамометра до определенного значения, сохраняя при этом ее неизменной. Отрегулируйте скорость водяного насоса так, чтобы выходной крутящий момент динамометра был близок к нулю (в этом режиме работы динамометр работает на выработку электроэнергии), и соберите соответствующие данные. Во время испытаний скорость вращения двигателя водяного насоса должна оставаться неизменной и регулироваться с помощью DCS500.
2.4 калибровка расхода
Система оснащена двумя корректирующими баками для калибровки расходомера. Перед калибровкой сначала определите заданное значение расхода, затем запустите двигатель водяного насоса и плавно регулируйте его скорость. При этом следите за значением расхода. Когда значение расхода достигнет требуемого значения, стабилизируйте скорость двигателя водяного насоса на текущем уровне (при этом вода циркулирует по калибровочному трубопроводу). Установите время переключения дефлектора. После стабилизации рабочего состояния включите электромагнитный клапан, запустите таймер и одновременно переключите подачу воды из трубопровода в корректирующий бак. По истечении времени электромагнитный клапан отключается. При этом вода снова переключается в калибровочный трубопровод. Уменьшите скорость двигателя водяного насоса, стабилизируйте ее на определенном уровне и считайте соответствующие данные. Затем слейте воду и выполните калибровку следующего этапа.
2.5 ручное/автоматическое переключение без помех
Для упрощения обслуживания и отладки системы разработана ручная клавиатура. Оператор может независимо управлять работой клапана с помощью клавиатуры, не ограничиваясь блокировкой. В системе используется модуль дистанционного ввода/вывода NAIS, позволяющий управлять клавиатурой из разных мест. При переключении в ручной/автоматический режим состояние клапана остается неизменным.
В системе в качестве основного контроллера используется ПЛК, что упрощает систему и обеспечивает высокую надежность и простоту обслуживания; PROFIBUS обеспечивает полную передачу данных, исключает электромагнитные помехи и позволяет системе соответствовать требованиям к точности, заложенным в проекте; реализован обмен данными между различными устройствами; гибкость PROFIBUS обеспечивает удобные условия для расширения системы. Схема проектирования системы с промышленной полевой шиной в качестве ядра станет основным направлением промышленного применения.
Дата публикации: 17 февраля 2022 г.
