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. Để sản xuất bất kỳ cánh quạt nào, trước tiên phải phát triển mô hình cánh quạt, và mô hình có thể được thử nghiệm 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 nổi tiếng ở nước ngoài có một số bệ thử cột nước cao đáp ứng nhu cầu của các chức năng khác nhau, chẳng hạn như năm bệ thử mô hình độ chính xác cao tiên tiến của công ty Nyrpic (Pháp); Hitachi và Toshiba mỗi công ty có năm bệ thử mô hình với cột nước trên 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 tiến hành thử nghiệm mô hình trên các máy thủy lực dạng ống, dòng chảy hỗn hợp, dòng chảy hướng trục và đảo chiều. 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 bus trường để thực hiện chế độ điều khiển kỹ thuật số hoàn toàn 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 thủy lực có mức độ tự động hóa cao nhất tại 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 lắp đặt 550KW và tốc độ quay từ 250-1100 vòng/phút để tăng tốc dòng nước trong đường ống đến cột nước cần thiết theo yêu cầu của người sử dụng và duy trì cột nước hoạt động ổn định. Các thông số của động cơ được giám sát bằng máy đo lực. Công suất động cơ của máy đo lực là 500kW, và tốc độ quay nằm trong khoảng từ 300 đến 2300 vòng/phút. Có một máy đo lực tại trạm A và một trạm 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 thời gian trung bình giữa các lần hỏng hóc (MTTF) lớn hơn 5000 giờ. Sau nhiều nghiên cứu, hệ thống điều khiển tốc độ DCS500 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 về tốc độ; Một phương pháp khác là bổ sung mô-đun PROFIBUS DP để đáp ứng yêu cầu về tốc độ bằng cách nhận tín hiệu ở chế độ kỹ thuật số. Phương pháp đầu tiên đơn giản và rẻ tiền, nhưng sẽ gây nhiễu trong quá trình truyền tải dòng điện, ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển; mặc dù phương pháp thứ hai đắt tiền hơn, nhưng nó có thể đảm bảo độ chính xác của dữ liệu trong quá trình truyền tải và độ chính xác điều khiển. Do đó, hệ thống sử dụng bốn 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 PLC trạm chủ ở chế độ chủ-tớ. PLC điều khiển việc khởi động/dừng máy đo lực và động cơ bơm, truyền tốc độ chạy của động cơ đến DCS500 thông qua PROFIBUS DP, và nhận trạng thái chạy và các thông số của động cơ từ DCS500, sau đó truyền chúng đến IPC phía trên thông qua PROFIBUS FMS để thực hiện giám sát thời gian thực.
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 và giao tiếp với IPC và hệ thống thu thập dữ liệu ở chế độ chủ-chủ; nó cũng là trạm chủ DP, thực hiện giao tiếp chủ-tớ với DCS500.
Hệ thống thu thập dữ liệu sử dụng công nghệ bus VXI để thu thập các thông số khác nhau của máy đo lực và hiển thị chúng trên màn hình lớn, đồng thời tổng hợp kết quả thành bảng và đồ thị (phần này do các công ty khác thực hiện). IPC giao tiếp với hệ thống thu thập dữ liệu thông qua FMS. Cấu tạo của toàn bộ hệ thống được thể hiện trong Hình 2.
1.1 Giao thức bus trường PROFIBUS PROFIBUS là một tiêu chuẩn được phát triển bởi 13 công ty như Siemens và AEC cùng 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 dạng sau:
·PROFIBUS FMS giải quyết các nhiệm vụ truyền thông chung ở cấp độ xưởng cung cấp một số lượng lớn các dịch vụ truyền thông 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 sử dụng MMA truyền dữ liệu không tuần hoàn kết nối chủ giao tiếp với các trạm chủ FMS khác và mô-đun này không tương thích với PROFIBUS FMS của một công ty do đó, một dạng PROFIBUS không thể được sử dụng trong quá trình thiết kế sơ đồ.
· 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 giao thức truyền thông được quy định trong IEC1158-2 và được sử dụng ở những nơi có yêu cầu an toàn cao và các trạm được cấp nguồn bởi bus này. Phương tiện 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 trường công nghiệp 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 Windows NT4.0, sử dụng phần mềm cấu hình công nghiệp WinCC của Siemens, màn hình lớn hiển thị các điều kiện hoạt động và thông tin báo giá của hệ thống, đồng thời hiển thị đồ họa lưu lượng đường ống và tình trạng tắc nghẽn. Tất cả dữ liệu được truyền bởi 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 relationship) có thể được thiết lập 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 phần mềm cung cấp phần mềm máy chủ DDE để thực hiện giao tiếp PROFIBUS với WinCC.
PLC 1.3
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 bằng công tắc van để đáp ứng yêu cầu thử nghiệm của người sử dụng.
2.1 Cột áp không đổi Điều chỉnh tốc độ quay của bơm nước: giữ cho tốc độ ổn định ở một giá trị nhất định, và cột áp không đổi trong thời gian này; Điều chỉnh tốc độ của động cơ đo lực đến một giá trị nhất định. Sau khi điều kiện hoạt động ổn định trong 2-4 phút, thu thập các dữ liệu liên quan. Trong quá trình thử nghiệm, cần giữ cho cột áp không đổi. Đặt một đĩa mã lên động cơ bơm 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 ổn định ở một giá trị nhất định và giữ tốc độ 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 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 đó không đổi; điều chỉnh tốc độ của bơm nước sao cho mô-men xoắn đầu ra của máy đo lực xấp xỉ bằng không (trong điều kiện làm việc này, máy đo lực hoạt động để phát điện và vận hành bằng điện), và thu thập các dữ liệu liên quan. Trong quá trình thử nghiệm, tốc độ của động cơ bơm phải được giữ không đổi và điều chỉnh bởi DCS500.
2.4 Hiệu chuẩn lưu lượng
Hệ thống được trang bị hai bể hiệu chỉnh lưu lượng để hiệu chuẩn các 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 quay của 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 giữ cho động cơ bơm nước ổn định ở tốc độ quay 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 và bắt đầu tính thời gian. Đồng thời, chuyển nước trong đường ống vào bể hiệu chuẩn. Khi hết thời gian, van điện từ được ngắt. Lúc này, nước được chuyển vào đường ống hiệu chuẩn và tốc độ quay của động cơ bơm nước được giảm xuống để ổn định ở một tốc độ nhất định. 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 một van nhất định một cách độc lập thông qua bàn phím mà không bị hạn chế bởi cơ chế 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 và đảm bảo độ tin cậy cao cũng như khả năng bảo trì dễ dàng; PROFIBUS thực hiện truyền dữ liệu hoàn chỉnh, tránh nhiễu điện từ và giúp hệ thống đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác 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 dựa trên bus trường công nghiệp sẽ trở thành xu hướng chủ đạo trong ứng dụng công nghiệp.
Thời gian đăng bài: 24/08/2022
