ความสำคัญของแท่นทดสอบแบบจำลองกังหันน้ำในการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานน้ำ

แท่นทดสอบแบบจำลองกังหันน้ำมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานน้ำ เป็นอุปกรณ์สำคัญในการปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์พลังงานน้ำและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของหน่วย สำหรับการผลิตรางวิ่งใดๆ จะต้องพัฒนารางวิ่งแบบจำลองก่อน และสามารถทดสอบแบบจำลองได้โดยจำลองหัวมิเตอร์จริงของสถานีพลังงานน้ำบนแท่นทดสอบเครื่องจักรไฮดรอลิกหัวสูง หากข้อมูลทั้งหมดตรงตามข้อกำหนดของผู้ใช้ ก็สามารถผลิตรางวิ่งได้อย่างเป็นทางการ ดังนั้น ผู้ผลิตอุปกรณ์พลังงานน้ำที่มีชื่อเสียงบางรายในต่างประเทศจึงมีแท่นทดสอบหัวสูงหลายแท่นที่ตอบสนองความต้องการของฟังก์ชันต่างๆ เช่น แท่นทดสอบแบบจำลองความแม่นยำสูงขั้นสูง 5 แท่นของบริษัท nyrpic ของฝรั่งเศส Hitachi และ Toshiba ต่างก็มีแท่นทดสอบแบบจำลอง 5 แท่นที่มีหัวน้ำมากกว่า 50 ม. ตามความต้องการของการผลิต สถาบันวิจัยเครื่องจักรไฟฟ้าขนาดใหญ่ได้ออกแบบแท่นทดสอบหัวน้ำสูงที่มีฟังก์ชันครบถ้วนและความแม่นยำสูง ซึ่งสามารถทดสอบแบบจำลองบนเครื่องจักรไฮดรอลิกแบบท่อ แบบผสม แบบไหลตามแนวแกน และแบบกลับด้านได้ตามลำดับ หัวน้ำสามารถสูงถึง 150 ม. แท่นทดสอบสามารถปรับให้เข้ากับการทดสอบแบบจำลองของหน่วยแนวตั้งและแนวนอน แท่นทดสอบได้รับการออกแบบด้วยสถานีสองแห่งคือ A และ B เมื่อสถานี A ทำงาน สถานี B จะถูกติดตั้งซึ่งสามารถย่นระยะเวลาการทดสอบได้ สถานี A และ B สองสถานีใช้ระบบควบคุมไฟฟ้าและระบบทดสอบชุดเดียวกัน ระบบควบคุมไฟฟ้าใช้ PROFIBUS เป็นแกนหลัก PLC NAIS fp10sh เป็นตัวควบคุมหลัก และ IPC (คอมพิวเตอร์ควบคุมอุตสาหกรรม) ดำเนินการควบคุมแบบรวมศูนย์ ระบบนี้ใช้เทคโนโลยีฟิลด์บัสเพื่อให้เกิดโหมดควบคุมดิจิทัลเต็มรูปแบบขั้นสูง ซึ่งรับประกันความน่าเชื่อถือ ความปลอดภัย และการบำรุงรักษาระบบได้ง่าย เป็นระบบควบคุมการทดสอบเครื่องจักรไฮดรอลิกที่มีระดับอัตโนมัติสูงในประเทศจีน องค์ประกอบของระบบควบคุม

แท่นทดสอบแรงดันน้ำสูงประกอบด้วยมอเตอร์ปั๊มสองตัวที่มีกำลังติดตั้ง 550 กิโลวัตต์และช่วงความเร็วรอบ 250-1100 รอบต่อนาทีเพื่อเร่งการไหลของน้ำในท่อไปยังมาตรวัดแรงดันน้ำที่ผู้ใช้ต้องการและทำให้แรงดันน้ำทำงานได้อย่างราบรื่น พารามิเตอร์ของรางน้ำจะถูกตรวจสอบโดยไดนาโมมิเตอร์ กำลังมอเตอร์ของไดนาโมมิเตอร์คือ 500 กิโลวัตต์และความเร็วรอบอยู่ระหว่าง 300 ถึง 2300 รอบต่อนาที มีไดนาโมมิเตอร์หนึ่งตัวที่สถานี a และสถานี B หลักการของแท่นทดสอบเครื่องจักรไฮดรอลิกแรงดันน้ำสูงแสดงไว้ในรูปที่ 1 ระบบต้องใช้ความแม่นยำในการควบคุมมอเตอร์น้อยกว่า 0.5% และเวลาเฉลี่ยระหว่างความล้มเหลว (MTTF) มากกว่า 5,000 ชั่วโมง หลังจากการวิจัยมากมายจึงเลือกใช้ระบบควบคุมความเร็ว DC DCS500 DCS500 สามารถรับคำสั่งควบคุมได้สองวิธี วิธีหนึ่งคือรับสัญญาณ 4-20mA เพื่อตอบสนองความต้องการความเร็ว อีกวิธีหนึ่งคือการเพิ่มโมดูล PROFIBUS DP เพื่อตอบสนองความต้องการความเร็วโดยรับในโหมดดิจิทัล วิธีแรกนั้นง่ายและราคาถูก แต่จะรบกวนการส่งสัญญาณปัจจุบันซึ่งส่งผลต่อความแม่นยำในการควบคุม แม้ว่าโหมดที่สองจะมีราคาแพง แต่ก็สามารถรับประกันความแม่นยำของข้อมูลในกระบวนการส่งสัญญาณและความแม่นยำในการควบคุมได้ ดังนั้นระบบจึงใช้ DCS500 สี่ตัวเพื่อควบคุมไดนาโมมิเตอร์สองตัวและมอเตอร์ปั๊มน้ำสองตัวตามลำดับ ในฐานะสถานีสเลฟ PROFIBUS DP อุปกรณ์ทั้งสี่จะสื่อสารกับ PLC ของสถานีหลักในโหมดมาสเตอร์-สเลฟ PLC จะควบคุมการเริ่ม/หยุดของไดนาโมมิเตอร์และมอเตอร์ปั๊ม ส่งความเร็วการทำงานของมอเตอร์ไปยัง DCS500 ผ่าน PROFIBUS DP และรับสถานะและพารามิเตอร์การทำงานของมอเตอร์จาก DCS500 และส่งไปยัง IPC ด้านบนผ่าน PROFIBUS FMS เพื่อให้เกิดการตรวจสอบแบบเรียลไทม์

PLC เลือกโมดูล afp37911 ที่ผลิตโดย NAIS Europe เป็นสถานีหลักซึ่งรองรับโปรโตคอล FMS และ DP ในเวลาเดียวกัน โมดูลนี้เป็นสถานีหลักของ FMS และสื่อสารกับ IPC และระบบการรวบรวมข้อมูลในโหมดมาสเตอร์และมาสเตอร์ นอกจากนี้ยังเป็นสถานีมาสเตอร์ DP ซึ่งใช้การสื่อสารแบบมาสเตอร์-สเลฟกับ DCS500

ระบบรวบรวมข้อมูลใช้เทคโนโลยีบัส VXI เพื่อรวบรวมพารามิเตอร์ต่างๆ ของไดนามอมิเตอร์และแสดงบนหน้าจอขนาดใหญ่ แล้วสร้างผลลัพธ์เป็นตารางและกราฟ (ส่วนนี้บริษัทอื่นเป็นผู้ดำเนินการ) IPC สื่อสารกับระบบรวบรวมข้อมูลผ่าน FMS ส่วนประกอบของระบบทั้งหมดแสดงอยู่ในรูปที่ 2
1.1 ฟิลด์บัส PROFIBUS PROFIBUS เป็นมาตรฐานที่พัฒนาโดยบริษัท 13 แห่ง เช่น Siemens และ AEC และสถาบันวิจัยทางวิทยาศาสตร์ 5 แห่งในโครงการพัฒนาร่วมกัน มาตรฐานนี้ได้รับการระบุไว้ในมาตรฐานยุโรป en50170 และเป็นหนึ่งในมาตรฐานฟิลด์บัสอุตสาหกรรมที่แนะนำในประเทศจีน มาตรฐานนี้ประกอบด้วยรูปแบบต่อไปนี้:
·PROFIBUS FMS  ช่วยแก้ปัญหาการสื่อสารทั่วไปในระดับเวิร์กช็อป  ให้บริการการสื่อสารจำนวนมาก  ทำงานการสื่อสารแบบวนรอบและไม่วนรอบให้เสร็จสมบูรณ์ด้วยความเร็วในการรับส่งข้อมูลปานกลาง โมดูล Profibus ของ NAIS รองรับ * * * อัตราการสื่อสาร 1.2mbps และไม่รองรับโหมดการสื่อสารแบบวนรอบ  สามารถใช้ MMA  การส่งข้อมูลแบบไม่วนรอบ  การเชื่อมต่อหลัก  การสื่อสารกับสถานีหลัก FMS อื่นๆ เท่านั้น และโมดูลนี้ไม่สามารถทำงานร่วมกับ PROFIBUS FMS ของบริษัท  ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้ PROFIBUS รูปแบบใดรูปแบบหนึ่งได้ในระหว่างการออกแบบโครงร่าง
·PROFIBUS PA  เทคโนโลยีการส่งข้อมูลที่ปลอดภัยโดยเนื้อแท้ซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับกระบวนการอัตโนมัติ  บรรลุโปรโตคอลการสื่อสารที่ระบุใน IEC1158-2  และใช้ในสถานที่ที่มีข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสูงและสถานีที่ใช้พลังงานจากบัส สื่อการส่งข้อมูลที่ใช้ในระบบคือสายคู่บิดเกลียวหุ้มทองแดง  โปรโตคอลการสื่อสารคือ RS485  และอัตราการสื่อสารคือ 500kbps การใช้บัสภาคอุตสาหกรรมช่วยรับประกันความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของระบบ
1.2 คอมพิวเตอร์ควบคุมอุตสาหกรรม IPC
คอมพิวเตอร์ควบคุมอุตสาหกรรมส่วนบนใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมอุตสาหกรรม Advantech ของไต้หวัน  ใช้ระบบปฏิบัติการเวิร์กสเตชัน Windows NT4.0  ใช้ซอฟต์แวร์กำหนดค่าอุตสาหกรรม WinCC ของ Siemens  หน้าจอขนาดใหญ่แสดงเงื่อนไขการทำงานและข้อมูลใบเสนอราคาของระบบ และแสดงการไหลของท่อและเงื่อนไขการบล็อกในรูปแบบกราฟิก ข้อมูลทั้งหมดถูกส่งโดย PLC ผ่าน PROFIBUS IPC ติดตั้งการ์ดเครือข่าย Profiboard ในตัวที่ผลิตโดยบริษัท Softing ของเยอรมัน ซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับ PROFIBUS ผ่านซอฟต์แวร์กำหนดค่าที่จัดทำโดย Softing สามารถสร้างเครือข่ายได้ สามารถสร้างความสัมพันธ์การสื่อสารเครือข่าย Cr (ความสัมพันธ์การสื่อสาร) และสร้างพจนานุกรมวัตถุ OD (พจนานุกรมวัตถุ) ได้ WINCC ผลิตโดย Siemens รองรับการเชื่อมต่อโดยตรงกับ PLC S5 / S7 ของบริษัทเท่านั้น และสามารถสื่อสารกับ PLC อื่นๆ ได้ผ่านเทคโนโลยี DDE ที่จัดทำโดย Windows เท่านั้น บริษัทซอฟต์แวร์จัดหาซอฟต์แวร์เซิร์ฟเวอร์ DDE เพื่อใช้การสื่อสาร PROFIBUS กับ WinCC
1.3 บมจ.
เลือก Fp10sh ของบริษัท NAIS เป็น PLC

(2) ฟังก์ชั่นระบบควบคุม
นอกจากการควบคุมมอเตอร์ปั๊มน้ำ 2 ตัวและไดนาโมมิเตอร์ 2 ตัวแล้ว ระบบควบคุมยังต้องควบคุมวาล์วไฟฟ้า 28 ตัว มอเตอร์น้ำหนัก 4 ตัว มอเตอร์ปั๊มน้ำมัน 8 ตัว มอเตอร์ปั๊มสุญญากาศ 3 ตัว มอเตอร์ปั๊มระบายน้ำมัน 4 ตัว และวาล์วโซลินอยด์หล่อลื่น 2 ตัว ทิศทางการไหลและการไหลของน้ำจะถูกควบคุมโดยสวิตช์วาล์วเพื่อตอบสนองความต้องการในการทดสอบของผู้ใช้งาน
2.1 หัวคงที่ ปรับความเร็วในการหมุนของปั๊มน้ำ: ทำให้เสถียรที่ค่าหนึ่งและหัวน้ำคงที่ในขณะนี้ ปรับความเร็วของไดนาโมมิเตอร์เป็นค่าหนึ่ง หลังจากที่สภาพการทำงานเสถียรเป็นเวลา 2-4 นาที ให้รวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้อง ในระหว่างการทดสอบ จำเป็นต้องรักษาหัวน้ำให้คงที่ ดิสก์โค้ดจะถูกวางไว้บนมอเตอร์ปั๊มเพื่อรวบรวมความเร็วของมอเตอร์ เพื่อให้ DCS500 สร้างการควบคุมแบบวงปิด ความเร็วของปั๊มน้ำจะถูกป้อนโดยแป้นพิมพ์ IPC
2.2 ความเร็วคงที่
ปรับความเร็วของไดนาโมมิเตอร์ให้คงที่ที่ค่าหนึ่งและความเร็วของไดนาโมมิเตอร์ให้คงที่ ปรับความเร็วของปั๊มให้ถึงค่าหนึ่ง (เช่น ปรับหัว) และรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องหลังจากสภาพการทำงานคงที่เป็นเวลา 2-4 นาที DCS500 สร้างวงปิดสำหรับความเร็วของไดนาโมมิเตอร์เพื่อรักษาความเร็วของไดนาโมมิเตอร์ให้คงที่
2.3 การทดสอบวิ่งหนี
ปรับความเร็วของไดนามอมิเตอร์ให้มีค่าคงที่และรักษาความเร็วของไดนามอมิเตอร์ให้คงที่  ปรับความเร็วของปั๊มน้ำเพื่อให้แรงบิดเอาต์พุตของไดนามอมิเตอร์อยู่ที่ประมาณศูนย์ (ภายใต้สภาวะการทำงานนี้ ไดนามอมิเตอร์จะทำงานเพื่อผลิตไฟฟ้าและการทำงานไฟฟ้า) และรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้อง ในระหว่างการทดสอบ จำเป็นต้องให้ความเร็วของมอเตอร์ปั๊มคงที่และควบคุมโดย DCS500
2.4 การสอบเทียบการไหล
ระบบมีถังปรับอัตราการไหลสองถังสำหรับปรับเทียบมาตรวัดอัตราการไหลในระบบ ก่อนการปรับเทียบ ให้กำหนดค่าอัตราการไหลที่ทำเครื่องหมายไว้ก่อน จากนั้นสตาร์ทมอเตอร์ปั๊มน้ำ และปรับความเร็วรอบของมอเตอร์ปั๊มน้ำอย่างต่อเนื่อง ในเวลานี้ ให้ใส่ใจกับค่าอัตราการไหล เมื่อค่าอัตราการไหลถึงค่าที่ต้องการ ให้ทำให้มอเตอร์ปั๊มน้ำเสถียรที่ความเร็วรอบปัจจุบัน (ในเวลานี้ น้ำจะหมุนเวียนในท่อปรับเทียบ) ตั้งเวลาสลับของตัวเบี่ยงน้ำ หลังจากที่สภาพการทำงานเสถียรแล้ว ให้เปิดโซลินอยด์วาล์วและเริ่มจับเวลา ในเวลาเดียวกัน ให้สลับน้ำในท่อไปยังถังปรับเทียบ เมื่อเวลาจับเวลาหมดลง โซลินอยด์วาล์วจะถูกตัดการเชื่อมต่อ ในเวลานี้ น้ำจะถูกสลับไปยังท่อปรับเทียบ และความเร็วรอบของมอเตอร์ปั๊มน้ำจะลดลงเพื่อให้คงที่ที่ความเร็วที่กำหนด อ่านข้อมูลที่เกี่ยวข้อง จากนั้นระบายน้ำและปรับเทียบจุดต่อไป
2.5 การสลับแบบแมนนวล/อัตโนมัติโดยไม่รบกวน
เพื่ออำนวยความสะดวกในการบำรุงรักษาและแก้ไขข้อบกพร่องของระบบ จึงได้ออกแบบแป้นพิมพ์แบบแมนนวลสำหรับระบบ ผู้ปฏิบัติงานสามารถควบคุมการทำงานของวาล์วบางตัวได้อย่างอิสระผ่านแป้นพิมพ์โดยไม่ถูกจำกัดด้วยการล็อก ระบบใช้โมดูล I/O ระยะไกลของ NAIS ซึ่งสามารถทำให้แป้นพิมพ์ทำงานในสถานที่ต่างๆ ได้ ในระหว่างการสลับแบบแมนนวล/อัตโนมัติ สถานะของวาล์วจะไม่เปลี่ยนแปลง
ระบบนี้ใช้ PLC เป็นตัวควบคุมหลัก ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนของระบบและช่วยให้ระบบมีความน่าเชื่อถือและบำรุงรักษาได้สูง PROFIBUS ส่งข้อมูลได้ครบถ้วน หลีกเลี่ยงการรบกวนจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และทำให้ระบบตอบสนองความต้องการความแม่นยำในการออกแบบ สามารถแบ่งปันข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ ได้ ความยืดหยุ่นของ PROFIBUS ให้เงื่อนไขที่สะดวกสำหรับการขยายระบบ แผนการออกแบบระบบที่ใช้บัสภาคอุตสาหกรรมจะกลายเป็นกระแสหลักของการใช้งานในอุตสาหกรรม