Bệ thử mô hình tuabin thủy lực đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển công nghệ thủy điện. Đây là thiết bị quan trọng để nâng cao chất lượng sản phẩm thủy điện và tối ưu hóa hiệu suất của các tổ máy. Việc sản xuất bất kỳ cánh quạt nào cũng phải phát triển mô hình cánh quạt trước và thử nghiệm mô hình bằng cách mô phỏng cột nước thực tế của nhà máy thủy điện trên bệ thử máy thủy lực cột nước cao. Nếu tất cả các dữ liệu đáp ứng yêu cầu của người sử dụng, cánh quạt có thể được sản xuất chính thức. Do đó, một số nhà sản xuất thiết bị thủy điện nước ngoài có một số bệ thử cột nước cao để đáp ứng nhu cầu của các chức năng khác nhau. Ví dụ, công ty Neyrpic của Pháp có năm bệ thử mô hình độ chính xác cao tiên tiến; Hitachi và Toshiba có năm bệ thử mô hình với cột nước hơn 50m. Theo nhu cầu sản xuất, một viện nghiên cứu máy điện lớn đã thiết kế một bệ thử cột nước cao với đầy đủ chức năng và độ chính xác cao, có thể thực hiện các thử nghiệm mô hình trên máy thủy lực dạng ống, dòng chảy hỗn hợp, dòng chảy hướng trục và đảo chiều, và cột nước có thể đạt tới 150m. Bệ thử có thể thích ứng với việc thử nghiệm mô hình của các tổ máy thẳng đứng và nằm ngang. Bệ thử nghiệm được thiết kế với hai trạm A và B. Khi trạm A hoạt động, trạm B được lắp đặt, giúp rút ngắn chu kỳ thử nghiệm. Hai trạm A và B dùng chung một hệ thống điều khiển điện và hệ thống thử nghiệm. Hệ thống điều khiển điện sử dụng PROFIBUS làm lõi, PLC NAIS fp10sh làm bộ điều khiển chính, và IPC (máy tính điều khiển công nghiệp) thực hiện điều khiển tập trung. Hệ thống áp dụng công nghệ fieldbus để thực hiện chế độ điều khiển hoàn toàn kỹ thuật số tiên tiến, đảm bảo độ tin cậy, an toàn và dễ bảo trì của hệ thống. Đây là hệ thống điều khiển thử nghiệm máy móc thủy lợi có mức độ tự động hóa cao ở Trung Quốc. Thành phần của hệ thống điều khiển.
Hệ thống thử nghiệm cột nước cao bao gồm hai động cơ bơm có công suất 550KW và dải tốc độ từ 250 đến 1100 vòng/phút, giúp tăng tốc dòng nước trong đường ống đến các đồng hồ đo cột nước theo yêu cầu của người sử dụng và duy trì cột nước hoạt động trơn tru. Các thông số của động cơ được giám sát bằng máy đo lực. Công suất động cơ của máy đo lực là 500kW, tốc độ từ 300 đến 2300 vòng/phút, và có một máy đo lực tại vị trí A và B. Nguyên lý hoạt động của hệ thống thử nghiệm máy thủy lực cột nước cao được thể hiện trong Hình 1. Hệ thống yêu cầu độ chính xác điều khiển động cơ nhỏ hơn 0,5% và MTBF lớn hơn 5000 giờ. Sau nhiều nghiên cứu, hệ thống điều chỉnh tốc độ DCS500 do một công ty sản xuất đã được lựa chọn. DCS500 có thể nhận lệnh điều khiển theo hai cách. Một là nhận tín hiệu 4 ~ 20mA để đáp ứng yêu cầu tốc độ; Phương pháp thứ hai là bổ sung mô-đun PROFIBUS DP để nhận tín hiệu ở chế độ kỹ thuật số nhằm đáp ứng yêu cầu về tốc độ. Phương pháp đầu tiên có điều khiển đơn giản và giá thành thấp, nhưng sẽ bị nhiễu trong quá trình truyền tải dòng điện và ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển; mặc dù phương pháp thứ hai đắt hơn, nhưng nó có thể đảm bảo độ chính xác của dữ liệu và độ chính xác điều khiển trong quá trình truyền tải. Do đó, hệ thống sử dụng bốn bộ điều khiển DCS500 để điều khiển hai máy đo lực và hai động cơ bơm nước. Là các trạm phụ PROFIBUS DP, bốn thiết bị này giao tiếp với trạm chủ PLC ở chế độ chủ-tớ. PLC điều khiển việc khởi động/dừng máy đo lực và động cơ bơm nước, truyền tốc độ hoạt động của động cơ đến DCS500 thông qua PROFIBUS DP, và nhận trạng thái hoạt động và các thông số của động cơ từ DCS500.
PLC chọn mô-đun afp37911 do NAIS Europe sản xuất làm trạm chủ, hỗ trợ đồng thời cả giao thức FMS và DP. Mô-đun này là trạm chính của FMS, thực hiện giao tiếp chế độ chính với IPC và hệ thống thu thập dữ liệu; đồng thời cũng là trạm chủ DP, thực hiện giao tiếp chủ-tớ với DCS500.
Tất cả các thông số của máy đo lực sẽ được thu thập và hiển thị trên màn hình thông qua Công nghệ Bus VXI (các thông số khác sẽ được công ty VXI thu thập). IPC kết nối với hệ thống thu thập dữ liệu thông qua FMS để hoàn tất quá trình truyền thông. Cấu trúc của toàn bộ hệ thống được thể hiện trong Hình 2.
1.1 Giao thức bus trường PROFIBUS là một tiêu chuẩn được xây dựng bởi 13 công ty và 5 viện nghiên cứu khoa học trong một dự án phát triển chung. Tiêu chuẩn này đã được liệt kê trong tiêu chuẩn châu Âu EN50170 và là một trong những tiêu chuẩn bus trường công nghiệp được khuyến nghị tại Trung Quốc. Nó bao gồm các hình thức sau:
• PROFIBUS FMS giải quyết các nhiệm vụ truyền thông chung ở cấp độ xưởng, cung cấp một lượng lớn các dịch vụ truyền thông và hoàn thành các nhiệm vụ truyền thông tuần hoàn và không tuần hoàn với tốc độ truyền tải trung bình. Mô-đun Profibus của NAIS hỗ trợ tốc độ truyền thông 1,2 Mbps và không hỗ trợ chế độ truyền thông tuần hoàn. Nó chỉ có thể giao tiếp với các trạm chủ FMS khác bằng cách sử dụng MMA – truyền dữ liệu không tuần hoàn – kết nối chủ – và mô-đun này không tương thích với FMS. Do đó, nó không thể chỉ sử dụng một dạng PROFIBUS trong thiết kế sơ đồ.
·PROFIBUS-DP kết nối truyền thông tốc độ cao và tiết kiệm chi phí được tối ưu hóa, được thiết kế để giao tiếp giữa hệ thống điều khiển tự động và I/O phân tán cấp thiết bị. Vì DP và FMS sử dụng cùng một giao thức truyền thông, chúng có thể cùng tồn tại trong cùng một phân đoạn mạng. Giữa NAIS và a, msaz truyền dữ liệu không tuần hoàn kết nối chủ-tớ trạm tớ không chủ động giao tiếp.
· PROFIBUS PA là công nghệ truyền dẫn an toàn nội tại tiêu chuẩn được thiết kế đặc biệt cho tự động hóa quy trình thực hiện các quy trình truyền thông được quy định trong IEC1158-2 dành cho các trường hợp có yêu cầu an toàn cao và các trạm được cấp nguồn bởi bus. Môi trường truyền dẫn được sử dụng trong hệ thống là cáp xoắn đôi bọc đồng giao thức truyền thông là RS485 và tốc độ truyền thông là 500kbps. Việc ứng dụng bus công nghiệp này đảm bảo an toàn và độ tin cậy của hệ thống.
1.2 Máy tính điều khiển công nghiệp IPC
Máy tính điều khiển công nghiệp phía trên sử dụng máy tính điều khiển công nghiệp Advantech của Đài Loan, chạy hệ điều hành máy trạm Windows NT4.0. Phần mềm cấu hình công nghiệp WinCC của Siemens được sử dụng để hiển thị thông tin trạng thái hoạt động của hệ thống trên màn hình lớn và biểu diễn đồ họa lưu lượng và tắc nghẽn đường ống. Tất cả dữ liệu được truyền từ PLC thông qua PROFIBUS. IPC được trang bị bên trong một card mạng profiboard do công ty softing của Đức sản xuất, được thiết kế đặc biệt cho PROFIBUS. Thông qua phần mềm cấu hình do softing cung cấp, việc kết nối mạng có thể được hoàn tất, mối quan hệ truyền thông mạng Cr (communication relation) và từ điển đối tượng OD (object dictionary) có thể được thiết lập. WINCC do Siemens sản xuất. Nó chỉ hỗ trợ kết nối trực tiếp với PLC S5/S7 của công ty và chỉ có thể giao tiếp với các PLC khác thông qua công nghệ DDE do Windows cung cấp. Công ty softing cung cấp phần mềm máy chủ DDE để thực hiện giao tiếp PROFIBUS với WinCC.
1.3 PLC
Cổ phiếu Fp10sh của công ty NAIS được chọn làm PLC.
2 chức năng hệ thống điều khiển
Ngoài việc điều khiển hai động cơ bơm nước và hai máy đo lực, hệ thống điều khiển còn cần điều khiển 28 van điện, 4 động cơ cân, 8 động cơ bơm dầu, 3 động cơ bơm chân không, 4 động cơ bơm xả dầu và 2 van điện từ bôi trơn. Hướng dòng chảy và lưu lượng nước được điều khiển thông qua việc chuyển đổi các van để đáp ứng các yêu cầu thử nghiệm của người sử dụng.
2.1 áp suất không đổi
Điều chỉnh tốc độ bơm nước: giữ cho tốc độ ổn định ở một giá trị nhất định, và cột áp nước ở thời điểm này cũng ổn định; Điều chỉnh tốc độ của máy đo lực đến một giá trị nhất định, và thu thập dữ liệu liên quan sau khi điều kiện hoạt động ổn định trong 2 ~ 4 phút. Trong quá trình thử nghiệm, cần giữ cho cột áp nước không đổi. Đặt một đĩa mã hóa lên động cơ bơm nước để thu thập tốc độ động cơ, sao cho DCS500 tạo thành một vòng điều khiển kín. Tốc độ bơm nước được nhập bằng bàn phím IPC.
2.2 tốc độ không đổi
Điều chỉnh tốc độ của máy đo lực để giữ ổn định ở một giá trị nhất định. Lúc này, tốc độ của máy đo lực không đổi; Điều chỉnh tốc độ bơm đến một giá trị nhất định (tức là điều chỉnh cột áp), và thu thập dữ liệu liên quan sau khi điều kiện hoạt động ổn định trong 2 ~ 4 phút. DCS500 tạo thành một vòng kín để ổn định tốc độ của máy đo lực.
2.3 Thử nghiệm bỏ chạy
Điều chỉnh tốc độ của máy đo lực đến một giá trị nhất định và giữ tốc độ của máy đo lực không đổi; điều chỉnh tốc độ của bơm nước để mô-men xoắn đầu ra của máy đo lực gần bằng không (trong điều kiện làm việc này, máy đo lực hoạt động để phát điện và vận hành bằng điện), và thu thập dữ liệu liên quan. Trong quá trình thử nghiệm, tốc độ của động cơ bơm nước phải được giữ không đổi và điều chỉnh bằng DCS500.
2.4 Hiệu chuẩn lưu lượng
Hệ thống được trang bị hai bể hiệu chỉnh lưu lượng để hiệu chuẩn lưu lượng kế trong hệ thống. Trước khi hiệu chuẩn, trước tiên hãy xác định giá trị lưu lượng cần hiệu chuẩn, sau đó khởi động động cơ bơm nước và liên tục điều chỉnh tốc độ động cơ bơm nước. Lúc này, cần chú ý đến giá trị lưu lượng. Khi giá trị lưu lượng đạt đến giá trị yêu cầu, hãy ổn định tốc độ động cơ bơm nước ở tốc độ hiện tại (lúc này, nước sẽ tuần hoàn trong đường ống hiệu chuẩn). Cài đặt thời gian chuyển mạch của van điều hướng. Sau khi điều kiện hoạt động ổn định, hãy mở van điện từ, bắt đầu tính thời gian và đồng thời chuyển nước trong đường ống vào bể hiệu chỉnh. Khi hết thời gian, van điện từ sẽ được ngắt. Lúc này, nước lại được chuyển vào đường ống hiệu chuẩn. Giảm tốc độ động cơ bơm nước, ổn định ở một tốc độ nhất định và đọc các dữ liệu liên quan. Sau đó xả nước và hiệu chuẩn điểm tiếp theo.
2.5 Chuyển đổi thủ công/tự động không bị gián đoạn
Để thuận tiện cho việc bảo trì và gỡ lỗi hệ thống, một bàn phím điều khiển bằng tay được thiết kế cho hệ thống. Người vận hành có thể điều khiển hoạt động của van một cách độc lập thông qua bàn phím, không bị ràng buộc bởi các cơ cấu khóa liên động. Hệ thống sử dụng mô-đun I/O từ xa NAIS, cho phép bàn phím hoạt động ở nhiều vị trí khác nhau. Trong quá trình chuyển đổi giữa chế độ thủ công và tự động, trạng thái của van vẫn không thay đổi.
Hệ thống sử dụng PLC làm bộ điều khiển chính, giúp đơn giản hóa hệ thống, đảm bảo độ tin cậy cao và dễ bảo trì; PROFIBUS cho phép truyền dữ liệu hoàn chỉnh, tránh nhiễu điện từ và đáp ứng yêu cầu về độ chính xác của thiết kế; việc chia sẻ dữ liệu giữa các thiết bị khác nhau được thực hiện; tính linh hoạt của PROFIBUS tạo điều kiện thuận lợi cho việc mở rộng hệ thống. Phương án thiết kế hệ thống với bus trường công nghiệp làm cốt lõi sẽ trở thành xu hướng chủ đạo trong ứng dụng công nghiệp.
Thời gian đăng bài: 17/02/2022
