哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
进入世纪后，世界水电设备研发的重心转移至中国，我国也正在由水电
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大国逐步走向水电强国。随着各类大型水电机组的投产，如何测试机组的综水
力特性及水力稳定性是设计人员关注的重点问题。虽然流体力学计算仿真软件
的计算速度及精度在不断提高，但是仅通过仿真分析并不能完全覆盖机组运行
的所有工况，因此行业内通常采用模型试验的方法对机组的综合性能进行评价。
模型试验台作为验证水力机械性能的唯一载体，其测控系统的精度、稳定性将
对模型试验的结果产生直接影响。本课题对水力机械试验台测控技术进行研究，
研发了一套水力机械试验台测控系统，并完成了现场试验。
本文首先对国内外现有的水力机械试验台及工业领域中常见试验台的测
控系统进行了分析研究。其次，对水轮机的相似原理及效率换算理论进行详细
阐述。最后，以上述理论为基础对水力机械试验台测控系统进行研制。本课题
所开发的水力机械试验台测控系统由测试系统和控制系统两大子系统组成。测
NIPXIe-1092
试系统硬件部分主要由公司的机箱以及相应的数据采集卡组成。
控制系统硬件部分以S7-300PLC作为核心，通过Profibus-DP现场总线连接
ET200MIO
远程模块，实现对阀门、空压机、导叶开度电机等设备的控制。
测试系统软件部分以LabVIEW为平台，基于“生产者消费者”模型以模-
块化的方式进行开发。测试系统主要由数据采集模块、数据计算模块及交互模
块三部分组成。通过测试系统可完成试验台传感器标定、试验数据采集、历史
数据回放分析、生成报表及数据后处理等功能。控制系统以WINCC为平台对
操作界面进行组态。通过控制系统可实现对试验台全局设备的集中控制及动态
监测。由于新建试验台与原有试验台需共用部分设备，本课题采用OPCServer
对PLC中的数据进行读写，通过LabVIEW共享变量进行数据传输的方案开发
了命令传输系统。该系统实现了在不改变原有试验台软硬件的前提下，新试验
台与原试验台可独立控制共用设备的需求。
完成测控系统硬件、算法及软件的研究设计后进行了传感器标定试验、飞
逸特性点计算试验及数据采集试验。经过对试验结果的计算分析，本课题研制
的水力机械试验台测控系统计算结果准确、各项指标达到设计要求，系统精度
满足IEC60193-1999国际标准的要求。
关键词水力机械试验台；测控技术；数据采集；虚拟仪器:
--I
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Afterenteringthe21stcentury,thefocusofworldhydropowerequipment
researchanddevelopmenthasshiftedtoChina,andChinaisgraduallymoving
fromacountrywithalargemarketsizeforhydroelectricequipmenttoacountry
withstrongtechnologicalstrengthforhydroelectricequipment.Withthe
productionofvariouslargehydroelectricunits,howtotestthecomprehensive
hydrauliccharacteristicsandhydraulicstabilityoftheunitsisakeyissuethat
designersareconcernedabout.Althoughthecalculationspeedandaccuracyof
fluidmechanicscalculationandsimulationsoftwareareconstantlyimproving,
thesimulationanalysisalonecannotfullycoveralloperatingconditionsofthe
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