Испытательный стенд для моделей гидравлических турбин играет важную роль в развитии гидроэнергетических технологий. Это важное оборудование для повышения качества гидроэнергетической продукции и оптимизации работы агрегатов. Для производства любого рабочего колеса сначала необходимо разработать его модель, которую затем можно протестировать, имитируя показания реального напорного измерителя 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 известные зарубежные производители гидроэнергетического оборудования имеют несколько испытательных стендов высокого напора, отвечающих различным функциональным потребностям, например, пять передовых высокоточных испытательных стендов для моделей от французской компании Nyrpic; Hitachi и Toshiba имеют по пять испытательных стендов для моделей с напором более 50 м. В соответствии с потребностями производства, крупный научно-исследовательский институт электромашин разработал испытательный стенд высокого напора с полным набором функций и высокой точностью, который может проводить испытания моделей трубчатых, смешанных, осевых и реверсивных гидравлических машин соответственно. Напор может достигать 150 м. Испытательный стенд может использоваться для модельных испытаний вертикальных и горизонтальных узлов. Он имеет две станции: A и B. При работе станции A устанавливается станция B, что позволяет сократить цикл испытаний. Станции A и B используют один комплект электрической системы управления и испытательной системы. В качестве ядра электрической системы управления используется PROFIBUS, в качестве главного контроллера — ПЛК NAIS fp10sh, а централизованное управление осуществляется с помощью промышленного компьютера (IPC). Система использует технологию полевой шины для реализации передового полностью цифрового режима управления, что обеспечивает надежность, безопасность и простоту обслуживания. Это высокоавтоматизированная система управления испытаниями гидравлического оборудования в Китае. Состав системы управления
Испытательный стенд для гидравлических машин высокого напора состоит из двух насосных двигателей с установленной мощностью 550 кВт и диапазоном частот вращения 250-1100 об/мин, предназначенных для ускорения потока воды в трубопроводе до требуемого пользователем уровня напора и обеспечения бесперебойной работы насоса. Параметры рабочего колеса контролируются динамометром. Мощность двигателя динамометра составляет 500 кВт, а частота вращения — от 300 до 2300 об/мин. По одному динамометру установлено на станции А и станции В. Принцип работы испытательного стенда для гидравлических машин высокого напора показан на рис. 1. Система требует точности управления двигателем менее 0,5%, а среднее время безотказной работы (MTTF) должно превышать 5000 часов. После многочисленных исследований была выбрана система управления скоростью постоянного тока DCS500. Система DCS500 может принимать команды управления двумя способами: один — прием сигналов 4-20 мА для обеспечения требуемой скорости; Второй способ — добавить модуль PROFIBUS DP для удовлетворения требований к скорости путем приема в цифровом режиме. Первый метод прост и дешев, но он будет создавать помехи в передаче тока, влияя на точность управления; хотя второй способ дороже, он обеспечивает точность данных в процессе передачи и точность управления. 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 главной станции в режиме «ведущий-ведомый». ПЛК управляет запуском/остановкой динамометра и двигателя насоса, передает скорость вращения двигателя на DCS500 через PROFIBUS DP, получает от DCS500 состояние и параметры работы двигателя и передает их на вышестоящий IPC через PROFIBUS FMS для осуществления мониторинга в реальном времени.
В качестве ведущей станции ПЛК выбирает модуль afp37911 производства NAIS Europe, который одновременно поддерживает протоколы FMS и DP. Этот модуль является основной станцией FMS и взаимодействует с IPC и системой сбора данных в режиме «ведущий-ведомый»; он также является ведущей станцией DP, которая обеспечивает связь «ведущий-ведомый» с DCS500.
Система сбора данных использует технологию шины VXI для сбора различных параметров динамометра и их отображения на большом экране, а также для формирования результатов в виде таблиц и графиков (эта часть выполняется другими компаниями). IPC взаимодействует с системой сбора данных через FMS. Состав всей системы показан на рис. 2.
1.1 Полевая шина PROFIBUS PROFIBUS — это стандарт, разработанный 13 компаниями, такими как Siemens и AEC, и 5 научно-исследовательскими институтами в рамках совместного проекта. Он включен в европейский стандарт EN50170 и является одним из рекомендованных стандартов промышленных полевых шин в Китае. Он включает следующие формы:
·PROFIBUS FMS решает общие задачи связи на уровне цеха предоставляет большое количество коммуникационных услуг выполняет циклические и нециклические задачи связи со средней скоростью передачи. Модуль Profibus компании NAIS поддерживает скорость связи 1,2 Мбит/с и не поддерживает циклический режим связи он может использовать только MMA нециклическую передачу данных соединение с главным устройством связь с другими главными станциями FMS и этот модуль несовместим с PROFIBUS FMS компании поэтому при проектировании схемы нельзя использовать один из вариантов PROFIBUS.
·PROFIBUS PA стандартная искробезопасная технология передачи данных, специально разработанная для автоматизации технологических процессов реализует протокол связи, указанный в IEC1158-2 и используется в местах с высокими требованиями к безопасности и на станциях, питаемых от шины. В качестве среды передачи в системе используется экранированная медная витая пара протокол связи — RS485 скорость передачи данных — 500 кбит/с. Применение промышленной полевой шины гарантирует безопасность и надежность системы.
1.2 Промышленный управляющий компьютер IPC
Верхний промышленный управляющий компьютер — это тайваньский промышленный управляющий компьютер Advantech, работающий под управлением операционной системы Windows NT4.0 Workstation и использующий программное обеспечение для промышленной конфигурации WinCC от Siemens. На большом экране отображаются рабочие условия и информация о системе, а также графически отображается поток в трубопроводе и условия блокировки. Все данные передаются ПЛК по PROFIBUS. Внутри IPC установлен сетевой адаптер Profiboard производства немецкой компании Software, специально разработанный для PROFIBUS. С помощью программного обеспечения Software, предоставляемого Software, можно настроить сеть, установить сетевые коммуникационные связи Cr и создать словарь объектов OD. WINCC — это программное обеспечение Siemens. Оно поддерживает только прямое подключение к ПЛК S5/S7 и может взаимодействовать с другими ПЛК только через технологию DDE, предоставляемую Windows. Компания-разработчик программного обеспечения предоставляет серверное программное обеспечение DDE для реализации связи PROFIBUS с WinCC.
1.3 ПЛК
В качестве ПЛК выбран модуль Fp10sh компании NAIS.
(2) функция 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 откачки масла и 2 электромагнитными клапанами смазки. Направление потока и расход воды регулируются переключателем клапанов для соответствия требованиям испытаний пользователей.
2.1 Поддержание постоянного напора. Отрегулируйте скорость вращения водяного насоса: стабилизируйте её на определённом значении, при этом напор воды должен оставаться постоянным; отрегулируйте скорость динамометра до определённого значения. После стабилизации рабочего режима в течение 2-4 минут соберите соответствующие данные. Во время испытаний необходимо поддерживать постоянный напор воды. На двигатель насоса устанавливается кодовый диск для сбора данных о скорости вращения двигателя, что позволяет системе DCS500 сформировать замкнутый контур управления. Скорость вращения водяного насоса вводится с клавиатуры IPC.
2.2 постоянная скорость
Отрегулируйте скорость динамометра до достижения определенного стабильного значения, при этом скорость динамометра должна оставаться постоянной; отрегулируйте скорость насоса до определенного значения (т.е. отрегулируйте напор) и соберите соответствующие данные после того, как рабочие условия стабилизируются в течение 2-4 минут. DCS500 формирует замкнутый контур для стабилизации скорости динамометра.
2.3 тест на неуправляемость
Отрегулируйте скорость динамометра до определенного значения, поддерживая ее неизменной, и отрегулируйте скорость водяного насоса так, чтобы выходной крутящий момент динамометра был приблизительно равен нулю (в этом режиме работы динамометр работает для выработки электроэнергии), и соберите соответствующие данные. Во время испытания скорость вращения двигателя насоса должна оставаться постоянной и регулироваться системой DCS500.
2.4 калибровка расхода
Система оснащена двумя корректирующими баками для калибровки расходомеров. Перед калибровкой сначала определите заданное значение расхода, затем запустите двигатель водяного насоса и плавно регулируйте скорость вращения двигателя. При этом следите за значением расхода. Когда значение расхода достигнет требуемого значения, стабилизируйте двигатель водяного насоса на текущей скорости вращения (в это время вода циркулирует в калибровочном трубопроводе). Установите время переключения дефлектора. После стабилизации рабочего состояния включите электромагнитный клапан и запустите таймер. Одновременно переключите подачу воды из трубопровода в калибровочный бак. По истечении времени электромагнитный клапан отключается. В это время вода переключается в калибровочный трубопровод, а скорость вращения двигателя водяного насоса снижается до стабилизации на определенной скорости. 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 конкретного клапана с помощью клавиатуры, не будучи ограниченным 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 ремонтопригодность; PROFIBUS обеспечивает полную передачу данных, исключает электромагнитные помехи и позволяет системе соответствовать требованиям к точности проектирования; реализован обмен данными между различными устройствами; гибкость PROFIBUS предоставляет удобные условия для расширения системы. Схема проектирования системы на основе промышленной полевой шины станет основным направлением промышленного применения.
Дата публикации: 24 августа 2022 г.
