ความสำคัญของแท่นทดสอบแบบจำลองกังหันน้ำในการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานน้ำ

แท่นทดสอบแบบจำลองกังหันน้ำมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานน้ำ เป็นอุปกรณ์สำคัญในการปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์พลังงานน้ำและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของหน่วย การผลิตรันเนอร์ใดๆ จะต้องพัฒนารันเนอร์แบบจำลองก่อนและทดสอบแบบจำลองโดยจำลองหัวมิเตอร์จริงของสถานีพลังงานน้ำบนแท่นทดสอบเครื่องจักรไฮดรอลิกหัวสูง หากข้อมูลทั้งหมดตรงตามข้อกำหนดของผู้ใช้ รันเนอร์สามารถผลิตได้อย่างเป็นทางการ ดังนั้นผู้ผลิตอุปกรณ์พลังงานน้ำจากต่างประเทศบางรายจึงมีแท่นทดสอบหัวน้ำสูงหลายแท่นเพื่อตอบสนองความต้องการของฟังก์ชันต่างๆ ตัวอย่างเช่น บริษัท neyrpic ของฝรั่งเศสมีแท่นทดสอบแบบจำลองความแม่นยำสูงขั้นสูง 5 แท่น Hitachi และ Toshiba มีแท่นทดสอบแบบจำลอง 5 แท่นที่มีหัวน้ำมากกว่า 50 ม. ตามความต้องการของการผลิต สถาบันวิจัยเครื่องจักรไฟฟ้าขนาดใหญ่ได้ออกแบบแท่นทดสอบหัวน้ำสูงที่มีฟังก์ชันครบถ้วนและความแม่นยำสูง ซึ่งสามารถทดสอบแบบจำลองบนเครื่องจักรไฮดรอลิกแบบท่อ ไหลผสม ไหลตามแนวแกน และแบบกลับด้านได้ตามลำดับ และหัวน้ำสามารถเข้าถึง 150 ม. แท่นทดสอบสามารถปรับให้เข้ากับการทดสอบแบบจำลองของหน่วยแนวตั้งและแนวนอนได้ แท่นทดสอบได้รับการออกแบบด้วยสถานี a และ B สองสถานี เมื่อสถานี a ทำงาน สถานี b จะถูกติดตั้ง ซึ่งสามารถลดรอบการทดสอบได้ สถานี a และ b สองสถานีใช้ระบบควบคุมไฟฟ้าและระบบทดสอบชุดเดียวกัน ระบบควบคุมไฟฟ้าใช้ PROFIBUS เป็นแกนหลัก PLC NAIS fp10sh เป็นตัวควบคุมหลัก และ IPC (คอมพิวเตอร์ควบคุมอุตสาหกรรม) ดำเนินการควบคุมแบบรวมศูนย์ ระบบนี้ใช้เทคโนโลยีฟิลด์บัสเพื่อให้เกิดโหมดควบคุมแบบดิจิทัลขั้นสูงทั้งหมด ซึ่งรับประกันความน่าเชื่อถือ ความปลอดภัย และการบำรุงรักษาระบบได้ง่าย เป็นระบบควบคุมการทดสอบเครื่องจักรเพื่อการอนุรักษ์น้ำที่มีระดับอัตโนมัติสูงในประเทศจีน องค์ประกอบของระบบควบคุม

แท่นทดสอบแรงดันน้ำสูงประกอบด้วยมอเตอร์ปั๊มสองตัวที่มีกำลัง 550 กิโลวัตต์และช่วงความเร็ว 250 ~ 1100 รอบต่อนาทีซึ่งเร่งการไหลของน้ำในท่อไปยังมาตรวัดแรงดันน้ำที่ผู้ใช้ต้องการและทำให้แรงดันน้ำทำงานได้อย่างราบรื่น พารามิเตอร์ของรางน้ำจะถูกตรวจสอบโดยไดนาโมมิเตอร์ กำลังมอเตอร์ของไดนาโมมิเตอร์คือ 500 กิโลวัตต์ความเร็วอยู่ระหว่าง 300 ~ 2300 รอบต่อนาทีและมีไดนาโมมิเตอร์หนึ่งตัวที่สถานี a และ B หลักการของแท่นทดสอบเครื่องจักรไฮดรอลิกแรงดันน้ำสูงแสดงอยู่ในรูปที่ 1 ระบบต้องใช้ความแม่นยำในการควบคุมมอเตอร์น้อยกว่า 0.5% และ MTBF มากกว่า 5,000 ชั่วโมง หลังจากการวิจัยมากมายจึงเลือกใช้ระบบควบคุมความเร็ว DCS500 DC ที่ผลิตโดย * * * DCS500 สามารถรับคำสั่งควบคุมได้สองวิธี หนึ่งคือรับสัญญาณ 4 ~ 20mA เพื่อตอบสนองความต้องการความเร็ว วิธีที่สองคือการเพิ่มโมดูล PROFIBUS DP เพื่อรับในโหมดดิจิทัลเพื่อตอบสนองความต้องการด้านความเร็ว วิธีแรกมีการควบคุมที่ง่ายและราคาถูก แต่จะถูกรบกวนในการส่งสัญญาณปัจจุบันและส่งผลต่อความแม่นยำในการควบคุม แม้ว่าวิธีที่สองจะมีราคาแพง แต่ก็สามารถรับประกันความแม่นยำของข้อมูลและความแม่นยำในการควบคุมในกระบวนการส่งสัญญาณได้ ดังนั้น ระบบจึงใช้ DCS500 สี่ตัวเพื่อควบคุมไดนาโมมิเตอร์สองตัวและมอเตอร์ปั๊มน้ำสองตัวตามลำดับ ในฐานะสถานีสเลฟ PROFIBUS DP อุปกรณ์ทั้งสี่จะสื่อสารกับ PLC ของสถานีหลักในโหมดมาสเตอร์-สเลฟ PLC จะควบคุมการเริ่ม/หยุดของไดนาโมมิเตอร์และมอเตอร์ปั๊มน้ำ ส่งความเร็วการทำงานของมอเตอร์ไปยัง DCS500 ผ่าน PROFIBUS DP และรับสถานะการทำงานของมอเตอร์และพารามิเตอร์จาก DCS500
PLC เลือกโมดูล afp37911 ที่ผลิตโดย NAIS Europe เป็นสถานีหลักซึ่งรองรับโปรโตคอล FMS และ DP ในเวลาเดียวกัน โมดูลเป็นสถานีหลักของ FMS ซึ่งทำการสื่อสารโหมดหลักหลักกับ IPC และระบบการรวบรวมข้อมูล นอกจากนี้ยังเป็นสถานีหลัก DP ซึ่งทำการสื่อสารแบบมาสเตอร์-สเลฟกับ DCS500
พารามิเตอร์ทั้งหมดของไดนามอมิเตอร์จะถูกรวบรวมและแสดงบนหน้าจอโดยใช้เทคโนโลยีบัส VXI (พารามิเตอร์อื่นๆ จะถูกรวบรวมโดยบริษัท VXI) IPC เชื่อมต่อกับระบบรับข้อมูลผ่าน FMS เพื่อการสื่อสารที่สมบูรณ์ ส่วนประกอบของระบบทั้งหมดแสดงอยู่ในรูปที่ 2

1.1 PROFIBUS ของฟิลด์บัสเป็นมาตรฐานที่จัดทำขึ้นโดยบริษัท 13 แห่งและสถาบันวิจัยทางวิทยาศาสตร์ 5 แห่งในโครงการพัฒนาร่วมกัน โดยได้รับการระบุไว้ในมาตรฐานยุโรป en50170 และเป็นหนึ่งในมาตรฐานฟิลด์บัสอุตสาหกรรมที่แนะนำในจีน ซึ่งประกอบด้วยรูปแบบต่อไปนี้:
·PROFIBUS FMS ช่วยแก้ปัญหาการสื่อสารทั่วไปในระดับเวิร์กช็อป ให้บริการการสื่อสารจำนวนมาก และทำงานสื่อสารแบบวงจรและไม่วงจรให้เสร็จสมบูรณ์ด้วยความเร็วในการรับส่งข้อมูลปานกลาง โมดูล Profibus ของ NAIS รองรับอัตราการสื่อสาร 1.2mbps และไม่รองรับโหมดการสื่อสารแบบวงจร โมดูลนี้สามารถสื่อสารกับสถานีหลัก FMS อื่นๆ ได้โดยใช้ MMA  การเชื่อมต่อหลักในการส่งข้อมูลแบบไม่วงจร  และโมดูลไม่เข้ากันได้กับ FMS ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้ PROFIBUS รูปแบบเดียวในการออกแบบโครงร่างได้
·PROFIBUS-DP  การเชื่อมต่อการสื่อสารความเร็วสูงและราคาถูกที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมได้รับการออกแบบมาเพื่อการสื่อสารระหว่างระบบควบคุมอัตโนมัติและ I/O แบบกระจายอำนาจในระดับอุปกรณ์ เนื่องจาก DP และ FMS ใช้โปรโตคอลการสื่อสารเดียวกัน จึงสามารถอยู่ร่วมกันในเซกเมนต์เครือข่ายเดียวกันได้ ระหว่าง NAIS และ a สถานีสเลฟ-มาสเตอร์ msaz  การสื่อสารข้อมูลแบบไม่เป็นวงจร  การเชื่อมต่อแบบมาสเตอร์-สเลฟ  จะไม่สื่อสารกันอย่างแข็งขัน
·PROFIBUS PA  เทคโนโลยีการส่งข้อมูลที่ปลอดภัยโดยเนื้อแท้มาตรฐานที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการทำงานอัตโนมัติของกระบวนการ  ทำให้สามารถปฏิบัติตามขั้นตอนการสื่อสารที่ระบุไว้ใน IEC1158-2  สำหรับกรณีที่มีข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสูงและสถานีที่ใช้พลังงานจากบัส สื่อการส่งข้อมูลที่ใช้ในระบบคือสายคู่บิดเกลียวหุ้มทองแดง  โปรโตคอลการสื่อสารคือ RS485 และอัตราการสื่อสารคือ 500kbps การใช้ฟิลด์บัสอุตสาหกรรมช่วยรับประกันความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของระบบ

1.2 คอมพิวเตอร์ควบคุมอุตสาหกรรม IPC
คอมพิวเตอร์ควบคุมอุตสาหกรรมส่วนบนใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมอุตสาหกรรม Advantech ของไต้หวัน  ที่ใช้ระบบปฏิบัติการเวิร์กสเตชัน Windows NT4 0  ซอฟต์แวร์กำหนดค่าอุตสาหกรรม WinCC ของบริษัท Siemens ซึ่งใช้เพื่อแสดงข้อมูลสภาพการทำงานของระบบบนหน้าจอขนาดใหญ่ และแสดงการไหลของท่อและการอุดตันในรูปแบบกราฟิก ข้อมูลทั้งหมดจะถูกส่งจาก PLC ผ่าน PROFIBUS ภายใน IPC มีการ์ดเครือข่าย Profiboard ที่ผลิตโดยบริษัท Softing ของเยอรมัน ซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับ PROFIBUS สามารถเชื่อมต่อเครือข่ายได้สำเร็จ สามารถสร้างความสัมพันธ์การสื่อสารเครือข่าย Cr (ความสัมพันธ์การสื่อสาร) และพจนานุกรมวัตถุ OD (พจนานุกรมวัตถุ) ได้ด้วยซอฟต์แวร์กำหนดค่าที่จัดทำโดย Softing WINCC ผลิตโดย Siemens รองรับการเชื่อมต่อโดยตรงกับ PLC S5 / S7 ของบริษัทเท่านั้น และสามารถสื่อสารกับ PLC อื่นๆ ได้ผ่านเทคโนโลยี DDE ที่จัดทำโดย Windows เท่านั้น บริษัท Softing จัดหาซอฟต์แวร์เซิร์ฟเวอร์ DDE เพื่อใช้การสื่อสาร PROFIBUS กับ WinCC

1.3 พีแอลซี
เลือก Fp10sh ของบริษัท NAIS เป็น PLC

ฟังก์ชั่นระบบควบคุม 2 ระบบ
นอกจากการควบคุมมอเตอร์ปั๊มน้ำ 2 ตัวและไดนาโมมิเตอร์ 2 ตัวแล้ว ระบบควบคุมยังต้องควบคุมวาล์วไฟฟ้า 28 ตัว มอเตอร์น้ำหนัก 4 ตัว มอเตอร์ปั๊มน้ำมัน 8 ตัว มอเตอร์ปั๊มสุญญากาศ 3 ตัว มอเตอร์ปั๊มระบายน้ำมัน 4 ตัว และวาล์วโซลินอยด์หล่อลื่น 2 ตัว ทิศทางการไหลและการไหลของน้ำจะถูกควบคุมผ่านสวิตช์วาล์วเพื่อตอบสนองความต้องการในการทดสอบของผู้ใช้งาน

2.1 หัวคงที่
ปรับความเร็วของปั๊มน้ำ: ทำให้คงที่ที่ค่าหนึ่งและแรงดันน้ำคงที่ในขณะนี้ ปรับความเร็วของไดนาโมมิเตอร์เป็นค่าหนึ่งและรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องหลังจากสภาพการทำงานคงที่เป็นเวลา 2 ~ 4 นาที ในระหว่างการทดสอบ จำเป็นต้องรักษาแรงดันน้ำให้คงที่ ดิสก์โค้ดจะถูกวางไว้บนมอเตอร์ปั๊มน้ำเพื่อรวบรวมความเร็วของมอเตอร์ เพื่อให้ DCS500 สร้างการควบคุมแบบวงปิด ความเร็วของปั๊มน้ำจะถูกป้อนโดยแป้นพิมพ์ IPC

2.2 ความเร็วคงที่
ปรับความเร็วของไดนาโมมิเตอร์ให้คงที่ที่ค่าหนึ่ง ในเวลานี้ ความเร็วของไดนาโมมิเตอร์จะคงที่ ปรับความเร็วของปั๊มให้ถึงค่าหนึ่ง (เช่น ปรับหัว) และรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องหลังจากที่สภาพการทำงานคงที่เป็นเวลา 2 ~ 4 นาที DCS500 สร้างวงจรปิดสำหรับความเร็วของไดนาโมมิเตอร์เพื่อรักษาความเร็วของไดนาโมมิเตอร์ให้คงที่

2.3 การทดสอบวิ่งหนี
ปรับความเร็วของไดนามอมิเตอร์ให้มีค่าที่กำหนด และรักษาความเร็วของไดนามอมิเตอร์ให้คงที่  ปรับความเร็วของปั๊มน้ำเพื่อให้แรงบิดเอาต์พุตของไดนามอมิเตอร์ใกล้เคียงกับศูนย์ (ภายใต้สภาวะการทำงานนี้ ไดนามอมิเตอร์จะทำงานเพื่อผลิตไฟฟ้าและการทำงานไฟฟ้า) และรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้อง ในระหว่างการทดสอบ จำเป็นต้องคงความเร็วของมอเตอร์ปั๊มน้ำไว้คงที่ และปรับโดย DCS500

2.4 การสอบเทียบการไหล
ระบบมีถังปรับอัตราการไหลสองถังสำหรับปรับเทียบมาตรวัดอัตราการไหลในระบบ ก่อนการปรับเทียบ ให้กำหนดค่าอัตราการไหลที่ทำเครื่องหมายไว้ก่อน จากนั้นสตาร์ทมอเตอร์ปั๊มน้ำและปรับความเร็วของมอเตอร์ปั๊มน้ำอย่างต่อเนื่อง ในเวลานี้ ให้ใส่ใจกับค่าอัตราการไหล เมื่อค่าอัตราการไหลถึงค่าที่ต้องการ ให้ปรับเสถียรภาพมอเตอร์ปั๊มน้ำที่ความเร็วปัจจุบัน (ในเวลานี้ น้ำจะหมุนเวียนในท่อปรับเทียบ) ตั้งเวลาสลับของตัวเบี่ยงน้ำ หลังจากที่สภาพการทำงานเสถียรแล้ว ให้เปิดโซลินอยด์วาล์ว เริ่มจับเวลา และสลับน้ำในท่อไปยังถังปรับเทียบในเวลาเดียวกัน เมื่อหมดเวลาจับเวลา โซลินอยด์วาล์วจะตัดการเชื่อมต่อ ในเวลานี้ น้ำจะสลับไปยังท่อปรับเทียบอีกครั้ง ลดความเร็วของมอเตอร์ปั๊มน้ำ ปรับเสถียรภาพที่ความเร็วที่กำหนด และอ่านข้อมูลที่เกี่ยวข้อง จากนั้นระบายน้ำและปรับเทียบจุดต่อไป

2.5 การสลับแบบแมนนวล/อัตโนมัติโดยไม่รบกวน
เพื่ออำนวยความสะดวกในการบำรุงรักษาและแก้ไขข้อบกพร่องของระบบ จึงได้ออกแบบแป้นพิมพ์แบบแมนนวลให้กับระบบ ผู้ปฏิบัติงานสามารถควบคุมการทำงานของวาล์วได้อย่างอิสระผ่านแป้นพิมพ์ ซึ่งไม่ถูกจำกัดโดยการล็อก ระบบใช้โมดูล I/O ระยะไกลของ NAIS ซึ่งสามารถทำให้แป้นพิมพ์ทำงานในสถานที่ต่างๆ ได้ ในระหว่างการสลับแบบแมนนวล/อัตโนมัติ สถานะของวาล์วจะไม่เปลี่ยนแปลง
ระบบใช้ PLC เป็นตัวควบคุมหลักซึ่งช่วยลดความซับซ้อนของระบบและรับประกันความน่าเชื่อถือสูงและการบำรุงรักษาระบบที่ง่ายดาย PROFIBUS ทำการส่งข้อมูลได้ครบถ้วน หลีกเลี่ยงการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า และทำให้ระบบตอบสนองความต้องการความแม่นยำของการออกแบบ สามารถแบ่งปันข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ ได้ ความยืดหยุ่นของ PROFIBUS ให้เงื่อนไขที่สะดวกสำหรับการขยายระบบ แผนการออกแบบระบบที่มีฟิลด์บัสอุตสาหกรรมเป็นแกนหลักจะกลายเป็นกระแสหลักของการใช้งานในอุตสาหกรรม