ความสำคัญของแท่นทดสอบแบบจำลองกังหันน้ำในการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานน้ำ

แท่นทดสอบแบบจำลองกังหันน้ำมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานน้ำ เป็นอุปกรณ์สำคัญในการปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์พลังงานน้ำและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องจักร สำหรับการผลิตใบพัดกังหันน้ำใดๆ จำเป็นต้องพัฒนาแบบจำลองใบพัดก่อน และสามารถทดสอบแบบจำลองได้โดยการจำลองระดับน้ำจริงของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำบนแท่นทดสอบเครื่องจักรไฮดรอลิกแรงดันสูง หากข้อมูลทั้งหมดตรงตามความต้องการของผู้ใช้ ก็สามารถผลิตใบพัดกังหันน้ำได้อย่างเป็นทางการ ดังนั้น ผู้ผลิตอุปกรณ์พลังงานน้ำที่มีชื่อเสียงในต่างประเทศบางรายจึงมีแท่นทดสอบแรงดันสูงหลายแท่นที่ตอบสนองความต้องการด้านฟังก์ชันต่างๆ เช่น แท่นทดสอบแบบจำลองความแม่นยำสูงขั้นสูง 5 แท่นของบริษัท Nyrpic จากประเทศฝรั่งเศส และบริษัท Hitachi และ Toshiba ต่างก็มีแท่นทดสอบแบบจำลอง 5 แท่นที่มีระดับน้ำสูงกว่า 50 เมตร ตามความต้องการในการผลิต สถาบันวิจัยเครื่องจักรไฟฟ้าขนาดใหญ่แห่งหนึ่งได้ออกแบบแท่นทดสอบแรงดันสูงที่มีฟังก์ชันครบถ้วนและมีความแม่นยำสูง ซึ่งสามารถทำการทดสอบแบบจำลองเครื่องจักรไฮดรอลิกแบบท่อ แบบผสม แบบไหลตามแนวแกน และแบบกลับทิศทางได้ ตามลำดับ ระดับน้ำสามารถสูงถึง 150 เมตร แท่นทดสอบสามารถปรับให้เข้ากับการทดสอบแบบจำลองของเครื่องจักรแบบแนวตั้งและแนวนอนได้ แท่นทดสอบได้รับการออกแบบให้มีสองสถานี คือ สถานี A และสถานี B เมื่อสถานี A ทำงาน สถานี B จะถูกติดตั้ง ซึ่งสามารถลดระยะเวลาการทดสอบได้ สถานี A และ B ใช้ระบบควบคุมไฟฟ้าและระบบทดสอบร่วมกัน ระบบควบคุมไฟฟ้าใช้ PROFIBUS เป็นแกนหลัก ใช้ PLC NAIS fp10sh เป็นตัวควบคุมหลัก และใช้ IPC (คอมพิวเตอร์ควบคุมอุตสาหกรรม) ในการควบคุมแบบรวมศูนย์ ระบบใช้เทคโนโลยีฟิลด์บัสเพื่อให้ได้โหมดควบคุมดิจิทัลเต็มรูปแบบขั้นสูง ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงความน่าเชื่อถือ ความปลอดภัย และการบำรุงรักษาที่ง่ายของระบบ นับเป็นระบบควบคุมการทดสอบเครื่องจักรไฮดรอลิกที่มีระดับการทำงานอัตโนมัติสูงในประเทศจีน องค์ประกอบของระบบควบคุม

แท่นทดสอบแรงดันน้ำสูงประกอบด้วยมอเตอร์ปั๊มสองตัว กำลังติดตั้ง 550 กิโลวัตต์ และช่วงความเร็วรอบ 250-1100 รอบ/นาที เพื่อเร่งการไหลของน้ำในท่อไปยังระดับน้ำที่ผู้ใช้ต้องการ และรักษาระดับน้ำให้คงที่อย่างราบรื่น พารามิเตอร์ของมอเตอร์จะถูกตรวจสอบโดยไดนาโมมิเตอร์ กำลังมอเตอร์ของไดนาโมมิเตอร์คือ 500 กิโลวัตต์ และความเร็วรอบอยู่ระหว่าง 300 ถึง 2300 รอบ/นาที มีไดนาโมมิเตอร์หนึ่งตัวอยู่ที่สถานี A และสถานี B หลักการทำงานของแท่นทดสอบเครื่องจักรไฮดรอลิกแรงดันสูงแสดงในรูปที่ 1 ระบบนี้ต้องการความแม่นยำในการควบคุมมอเตอร์น้อยกว่า 0.5% และเวลาเฉลี่ยระหว่างความล้มเหลว (MTTF) มากกว่า 5000 ชั่วโมง หลังจากการวิจัยอย่างละเอียด ระบบควบคุมความเร็ว DCS500 ได้รับเลือกใช้ DCS500 สามารถรับคำสั่งควบคุมได้สองวิธี วิธีแรกคือการรับสัญญาณ 4-20 mA เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านความเร็ว อีกวิธีหนึ่งคือการเพิ่มโมดูล PROFIBUS DP เพื่อให้ได้ความเร็วตามที่ต้องการโดยการรับข้อมูลในโหมดดิจิทัล วิธีแรกนั้นง่ายและราคาถูก แต่จะเกิดการรบกวนในการส่งกระแสไฟฟ้า ส่งผลต่อความแม่นยำในการควบคุม แม้ว่าวิธีที่สองจะมีราคาแพงกว่า แต่สามารถรับประกันความแม่นยำของข้อมูลในกระบวนการส่งและควบคุมได้อย่างแม่นยำ ดังนั้น ระบบจึงใช้ DCS500 จำนวนสี่ตัวเพื่อควบคุมไดนาโมมิเตอร์สองตัวและมอเตอร์ปั๊มน้ำสองตัวตามลำดับ โดยอุปกรณ์ทั้งสี่ตัวจะสื่อสารกับสถานีหลัก PLC ในโหมดมาสเตอร์-สเลฟ ในฐานะสถานีรองของ PROFIBUS DP PLC จะควบคุมการเริ่ม/หยุดของไดนาโมมิเตอร์และมอเตอร์ปั๊มน้ำ ส่งความเร็วในการทำงานของมอเตอร์ไปยัง DCS500 ผ่าน PROFIBUS DP และรับสถานะการทำงานและพารามิเตอร์ของมอเตอร์จาก DCS500 แล้วส่งไปยัง IPC ระดับบนผ่าน PROFIBUS FMS เพื่อให้สามารถตรวจสอบแบบเรียลไทม์ได้

PLC เลือกใช้โมดูล afp37911 ที่ผลิตโดย NAIS Europe เป็นสถานีหลัก ซึ่งรองรับทั้งโปรโตคอล FMS และ DP ในเวลาเดียวกัน โมดูลนี้เป็นสถานีหลักของ FMS และสื่อสารกับ IPC และระบบเก็บข้อมูลในโหมดมาสเตอร์-มาสเตอร์ นอกจากนี้ยังเป็นสถานีหลักของ DP ซึ่งสามารถสื่อสารแบบมาสเตอร์-สเลฟกับ DCS500 ได้อีกด้วย

ระบบเก็บข้อมูลใช้เทคโนโลยีบัส VXI ในการรวบรวมพารามิเตอร์ต่างๆ ของไดนาโมมิเตอร์และแสดงผลบนหน้าจอขนาดใหญ่ พร้อมทั้งแปลงผลลัพธ์เป็นตารางและกราฟ (ส่วนนี้ดำเนินการโดยบริษัทอื่น) IPC สื่อสารกับระบบเก็บข้อมูลผ่าน FMS ส่วนประกอบทั้งหมดของระบบแสดงในรูปที่ 2
1.1 ฟิลด์บัส PROFIBUS PROFIBUS เป็นมาตรฐานที่พัฒนาร่วมกันโดย 13 บริษัท เช่น Siemens และ AEC และสถาบันวิจัยทางวิทยาศาสตร์ 5 แห่ง ในโครงการพัฒนาร่วมกัน ได้รับการบรรจุอยู่ในมาตรฐานยุโรป en50170 และเป็นหนึ่งในมาตรฐานฟิลด์บัสอุตสาหกรรมที่แนะนำในประเทศจีน ประกอบด้วยรูปแบบต่างๆ ดังต่อไปนี้:
• PROFIBUS FMS  แก้ปัญหาการสื่อสารทั่วไปในระดับโรงงาน  ให้บริการการสื่อสารจำนวนมาก  ดำเนินการสื่อสารแบบวนรอบและไม่วนรอบด้วยความเร็วในการส่งข้อมูลปานกลาง โมดูล Profibus ของ NAIS รองรับอัตราการสื่อสาร 1.2mbps และไม่รองรับโหมดการสื่อสารแบบวนรอบ  สามารถใช้ได้เฉพาะ MMA  การส่งข้อมูลแบบไม่วนรอบ  การเชื่อมต่อแบบมาสเตอร์  การสื่อสารกับสถานีมาสเตอร์ FMS อื่นๆ  และโมดูลนี้ไม่สามารถใช้งานร่วมกับ PROFIBUS FMS ของบริษัท * * * บางแห่งได้  ดังนั้น รูปแบบหนึ่งของ PROFIBUS จึงไม่สามารถใช้ในการออกแบบระบบได้
• PROFIBUS PA  เทคโนโลยีการส่งสัญญาณที่ปลอดภัยโดยเนื้อแท้ตามมาตรฐาน ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับระบบอัตโนมัติในกระบวนการผลิต  实现定客户的客户客户找到 ...
1.2 คอมพิวเตอร์ควบคุมอุตสาหกรรม (IPC)
คอมพิวเตอร์ควบคุมอุตสาหกรรมส่วนบนใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมอุตสาหกรรม Advantech จากไต้หวัน  ทำงานบนระบบปฏิบัติการเวิร์กสเตชัน Windows NT4.0  ใช้ซอฟต์แวร์การกำหนดค่าอุตสาหกรรม WinCC ของ Siemens  หน้าจอขนาดใหญ่แสดงสภาวะการทำงานและข้อมูลใบเสนอราคาของระบบ และแสดงภาพกราฟิกการไหลของท่อและสภาวะการอุดตัน ข้อมูลทั้งหมดถูกส่งผ่าน PLC ผ่านทาง PROFIBUS IPC ติดตั้งการ์ดเครือข่าย profiboard ภายในที่ผลิตโดยบริษัท softing ของเยอรมนี ซึ่งออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับ PROFIBUS ผ่านซอฟต์แวร์การกำหนดค่าที่ softing จัดหาให้ สามารถทำการเชื่อมต่อเครือข่าย สร้างความสัมพันธ์การสื่อสารเครือข่าย Cr (communication relationship) และสร้างพจนานุกรมวัตถุ OD (object dictionary) ได้ WINCC ผลิตโดย Siemens รองรับการเชื่อมต่อโดยตรงกับ PLC S5 / S7 ของบริษัทเท่านั้น และสามารถสื่อสารกับ PLC อื่นๆ ได้ผ่านเทคโนโลยี DDE ที่ Windows จัดหาให้เท่านั้น บริษัทซอฟต์แวร์จัดหาซอฟต์แวร์เซิร์ฟเวอร์ DDE เพื่อให้สามารถสื่อสาร PROFIBUS กับ WinCC ได้
1.3 PLC
Fp10sh ของบริษัท NAIS ได้รับเลือกให้เป็นบริษัทมหาชนจำกัด (PLC)

(2) ฟังก์ชันระบบควบคุม
นอกจากจะควบคุมมอเตอร์ปั๊มน้ำ 2 ตัวและไดนาโมมิเตอร์ 2 ตัวแล้ว ระบบควบคุมยังต้องควบคุมวาล์วไฟฟ้า 28 ตัว มอเตอร์ตุ้มน้ำหนัก 4 ตัว มอเตอร์ปั๊มน้ำมัน 8 ตัว มอเตอร์ปั๊มสุญญากาศ 3 ตัว มอเตอร์ปั๊มระบายน้ำมัน 4 ตัว และวาล์วโซลินอยด์หล่อลื่น 2 ตัว โดยทิศทางการไหลและการไหลของน้ำจะถูกควบคุมด้วยสวิตช์วาล์วเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดการทดสอบของผู้ใช้งาน
2.1 การรักษาระดับน้ำคงที่ ปรับความเร็วรอบของปั๊มน้ำให้คงที่ที่ค่าใดค่าหนึ่ง เพื่อให้ระดับน้ำคงที่ในขณะนั้น ปรับความเร็วของเครื่องวัดแรงให้คงที่ที่ค่าใดค่าหนึ่ง หลังจากที่สภาวะการทำงานคงที่แล้วเป็นเวลา 2-4 นาที ให้เก็บข้อมูลที่เกี่ยวข้อง ในระหว่างการทดสอบ จำเป็นต้องรักษาระดับน้ำให้คงที่ ติดตั้งแผ่นวงจรพิมพ์ (code disk) บนมอเตอร์ปั๊มเพื่อเก็บความเร็วของมอเตอร์ เพื่อให้ DCS500 ควบคุมแบบวงปิด ป้อนความเร็วของปั๊มน้ำผ่านแป้นพิมพ์ IPC
2.2 ความเร็วคงที่
ปรับความเร็วของไดนาโมมิเตอร์ให้คงที่ที่ค่าใดค่าหนึ่ง จากนั้นปรับความเร็วของปั๊มให้ได้ค่าที่กำหนด (เช่น ปรับแรงดัน) และเก็บข้อมูลที่เกี่ยวข้องหลังจากสภาวะการทำงานคงที่แล้วประมาณ 2-4 นาที ระบบ DCS500 จะสร้างวงจรปิดสำหรับควบคุมความเร็วของไดนาโมมิเตอร์เพื่อรักษาระดับความเร็วให้คงที่
2.3 การทดสอบการวิ่งหนี
ปรับความเร็วของไดนาโมมิเตอร์ไปที่ค่าที่กำหนดและคงความเร็วของไดนาโมมิเตอร์ไว้คงที่  ปรับความเร็วของปั๊มน้ำเพื่อให้แรงบิดเอาต์พุตของไดนาโมมิเตอร์มีค่าประมาณศูนย์ (ภายใต้สภาวะการทำงานนี้ ไดนาโมมิเตอร์จะทำงานเพื่อผลิตพลังงานและใช้งานทางไฟฟ้า) และรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้อง ในระหว่างการทดสอบ ความเร็วของมอเตอร์ปั๊มจะต้องคงที่และควบคุมโดย DCS500
2.4 การสอบเทียบอัตราการไหล
ระบบนี้มีถังปรับเทียบการไหลสองถังสำหรับสอบเทียบมาตรวัดการไหลในระบบ ก่อนการสอบเทียบ ให้กำหนดค่าการไหลที่ต้องการก่อน จากนั้นสตาร์ทมอเตอร์ปั๊มน้ำ และปรับความเร็วรอบของมอเตอร์ปั๊มน้ำอย่างต่อเนื่อง ในขณะนี้ ให้สังเกตค่าการไหล เมื่อค่าการไหลถึงค่าที่ต้องการ ให้ตั้งความเร็วรอบของมอเตอร์ปั๊มน้ำให้คงที่ (ในขณะนี้ น้ำจะไหลเวียนอยู่ในท่อสอบเทียบ) ตั้งเวลาการสลับของตัวเบี่ยง เมื่อสภาวะการทำงานคงที่แล้ว ให้เปิดวาล์วโซลินอยด์และเริ่มจับเวลา ในขณะเดียวกัน ให้สลับน้ำในท่อไปยังถังสอบเทียบ เมื่อเวลาหมดลง วาล์วโซลินอยด์จะถูกตัดการเชื่อมต่อ ในขณะนี้ น้ำจะถูกสลับไปยังท่อสอบเทียบ และความเร็วรอบของมอเตอร์ปั๊มน้ำจะลดลงจนคงที่ที่ความเร็วระดับหนึ่ง อ่านข้อมูลที่เกี่ยวข้อง จากนั้นระบายน้ำออกและสอบเทียบในจุดถัดไป
2.5 การสลับแบบแมนนวล/อัตโนมัติโดยไม่ถูกรบกวน
เพื่อให้การบำรุงรักษาและการแก้ไขข้อบกพร่องของระบบทำได้ง่ายขึ้น จึงได้ออกแบบแป้นพิมพ์แบบแมนนวลสำหรับระบบนี้ ผู้ปฏิบัติงานสามารถควบคุมการทำงานของวาล์วแต่ละตัวได้อย่างอิสระผ่านทางแป้นพิมพ์ โดยไม่ต้องถูกจำกัดด้วยระบบล็อก ระบบนี้ใช้โมดูล NAIS remote I/O ซึ่งช่วยให้สามารถใช้งานแป้นพิมพ์ได้จากหลายสถานที่ ในระหว่างการสลับโหมดระหว่างแมนนวลและอัตโนมัติ สถานะของวาล์วจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง
ระบบนี้ใช้ PLC เป็นตัวควบคุมหลัก ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนของระบบและรับประกันความน่าเชื่อถือและความสามารถในการบำรุงรักษาที่สูง PROFIBUS ช่วยให้การส่งข้อมูลสมบูรณ์ หลีกเลี่ยงการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า และทำให้ระบบตรงตามข้อกำหนดด้านความแม่นยำในการออกแบบ สามารถแบ่งปันข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ ได้ ความยืดหยุ่นของ PROFIBUS ช่วยให้สามารถขยายระบบได้อย่างสะดวก รูปแบบการออกแบบระบบบนพื้นฐานของฟิลด์บัสอุตสาหกรรมจะกลายเป็นกระแสหลักของการใช้งานในอุตสาหกรรมในอนาคต