水轮机模型实验台在水电技能的发展中起着十分重要的效果,是进步水电产品质量和优化机组功用的重要设备。任何转轮的出产有必要首要研制出模型转轮,经高水头水利机械实验台模仿水电站的实践水头米数测验该模型,假如一切数据均满意用户的要求,方可正式出产转轮。因而国外一些闻名的水电设备制造厂均有几座习惯各种功用需求的高水头实验台如法国的NEYRPIC公司有五座先进的高精度模型实验台;日立、东芝公司各有五座水头超越50m的模型实验台。某大电机研究所依据出产的需求规划了一座功用全、精度高的高水头实验台,能够别离对贯流式、混流式、轴流式、可逆式水利机械进行模型实验最高水头可达150m。实验台能够习惯立式和卧式机组模型实验。实验台规划了A、B两个工位,当A工位作业时,B工位处于装置情况,能够缩短实验周期。A、B两工位共用一套电气操控体系及测验体系。电气操控体系以Profibus为中心,以NAiS FP10SH PLC为主操控器,IPC(工业操控计算机)完结会集监控。体系选用现场总线技能完结了先进的全数字操控方法,确保了体系的可靠性、安全性、易保护性是目前国内主动化程度比较高的水利机械实验操控体系。
1 操控体系的构成
高水头实验台是由两台最大功率为550kW、转速规模为250～1100r/min的水泵电机将管道中的水流加快到用户所需求的水头米数,并坚持水头平稳运转。由测功机监测转轮的各项参数,测功机的电机功率为500kW,转速介于300～2300r/min之间,A、B工位各一台测功机。高水头水利机械实验台原理如图1所示。体系要求电机操控精度小于0.5%,均匀无故障时刻MTTF大于5000小时。在经过很多的调研后,选用了ABB公司出产的DCS500直流调速体系。DCS500能够经过两种方法接纳操控指令,其一为接纳4～20mA信号以满意转速要求;其二为添加Profibus-DP模块,以数字方法接纳满意速度要求。第一种方法操控简略,价格便宜,但电流传输中会遭到搅扰,影响操控精度;第二种方法虽价格较贵,但能够确保传输进程中数据的准确性,确保了操控精度。故而,体系选用了四台DCS500,别离用来操控两台测功机、两台水泵电机。四台设备作为Profibus-DP从站与主站PLC按主—从方法通讯,PLC操控测功机、水泵电机的启/停,将电机运转转速经过Profibus-DP传到DCS500,并从DCS500取得电机运转情况及参数,经过Profibus-FMS传到上位IPC,完结实时监控。
PLC挑选NAiS欧洲公司出产的AFP37911模块作为主站,该模块一起支撑FMS和DP协议。该模块既是FMS主站,与IPC及数据收集体系完结主—主方法通讯;又是DP主站,与DCS500完结主—从方法通讯。
数据收集体系选用VXI总线技能收集测功机的各项参数经过大屏幕显现,并将检测成果构成表格和图形输出(此部分由其他公司完结)。IPC经过FMS与数采体系相连完结通讯。整个体系构成如图2所示。
1.1 现场总线Profibus
Profibus是由SIEMENS、ABB、AEC等13家公司和5家科研机构在联合开发的项目中拟定的规范,已列入欧洲规范EN50170,是我国引荐运用的工业现场总线规范之一。详细包含以下几种方法：
· Profibus-FMS处理车间级通用性通讯使命供给很多的通讯服务完结中等传输速度的循环和非循环通讯使命。NAiS的Profibus模块支撑的最高通讯速率为1.2Mbps,不支撑循环通讯方法与其他FMS主站只能选用MMA非循环数据传输主主衔接 通讯而且该模块与ABB公司的Profibus-FMS不能兼容所以在方案规划时不能只用一种方法的Profibus。
· Profibus-DP经过优化的高速、廉价的通讯衔接,专为主动操控体系和设备级涣散I/O之间通讯所规划。因DP、FMS选用相同的通讯协议,故能够在同一网段内共存。NAiS与ABB之间选用MSAZ非循环数据传输主从衔接从站不主动 方法通讯。
· Profibus-PA专为进程主动化规划的规范的实质安全的传输技能完结了IEC1158-2中规则的通讯规程用于对安全性要求高的场合及由总线供电的站点。
本体系选用的传输介质为铜质屏蔽双绞线通讯协议为RS485通讯速率为500kbps。工业现场总线的使用为体系的安全性、可靠性供给了确保。
1.2 IPC工业操控计算机
上位工业操控计算机选用台湾的ADVANTECH工控机运转Windows NT4.0 workstation操作体系选用SIEMENS公司的WinCC工业组态软件大屏幕显现体系的运转工况、报警信息,以图形方法表明管路流转及堵塞情况。一切数据由PLC经Profibus传输而来。IPC内部装备一块由德国Softing公司出品的Profiboard 网络卡,该卡专为Profibus而规划。经过Softing供给的装备软件,能够完结组网、树立网络通讯联系CR(Communication Relation),树立目标字典OD(Object Dictionary)。WinCC为SIEMENS公司出产,它只支撑与该公司S5/S7 PLC直接衔接,与其他PLC只能经过Windows供给的DDE技能完结通讯。Softing公司供给了DDE Server软件,完结了与WinCC的Profibus通讯。
1.3 PLC
PLC选用NAiS公司的FP10SH。
2 操控体系功用
操控体系除了操控两台水泵电机、两台测功机以外,还需求操控28个电动阀、4台砝码电机、8台油泵电机、3台真空泵电机、4台排油泵电机、2台光滑电磁阀,经过阀门的开关操控水的流向与流量来满意用户的实验要求。
2.1 定水头
调理水泵转速使其安稳在某一数值,此刻水头必定;调整测功机转速为某一数值,工况安稳2～4分钟后,收集有关数据。实验进程中,要求坚持水头不变。在水泵电机安放码盘收集电机转速,使DCS500构成闭环操控。水泵转速由IPC键盘输入。
2.2 定转速
调理测功机转速,使其安稳在某一数值,此刻测功机转速必定;调整水泵转速为某一数值(即调整水头),工况安稳2～4分钟后,收集有关数据。DCS500对测功机转速构成闭环,安稳测功机转速。
2.3 飞逸实验
调理测功机转速为某一数值,坚持测功机转速不变调理水泵转速,使测功机输出力矩近似为零(该工况下,测功机时作发电运转,时作电动运转),收集有关数据。实验进程中要求水泵电机转速不变,由DCS500调理。
2.4 流量校准
体系设有两个流量校对罐,用于标定体系中的流量计。校准前先确认所标流量值,然后发动水泵电机,并不断调理水泵电机的转速,此刻留意调查流量值,当流量值到达所需求的数值时,使水泵电机安稳在当时的转速(此刻水在标定管路中循环)。设定好折向器切换时刻,待工况安稳后,接通电磁阀,计时开端,一起把管路中的水切换到校对罐中。计时时刻到,电磁阀断开,此刻水又切换到标定管路中,下调水泵电机转速,安稳在某一转速,读取有关数据。然后把水排掉,再标定下一点。
2.5 手动/主动无扰切换
为使体系检修和调试便利,体系规划了专用手动键盘,操作人员经过键盘能够独自操控某个阀门的动作,不受互锁的束缚。体系选用NAiS Remote I/O模块,能够使键盘在异地操作。手动/主动切换时,阀门情况坚持不变。
体系选用PLC作为主操控器,简化了体系,确保了体系的高可靠性和易保护性;Profibus完结彻底的数据传输,避免了电磁搅扰,使体系到达了规划的精度要求;完结了不同设备之间的数据同享;Profibus的灵活性为体系的扩展供给了便利条件。以工业现场总线为中心的体系规划方案将成为工业界使用的干流。
