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東莞PLC維修統在礦熱爐低壓無功補償測控係的開發


  
  東莞PLC維修統在礦熱爐低壓無功補償測控係的開發
  通常電爐係統都配備有一次側高壓無功補償,這樣一次側的功率因數得到了提高。但由於二次側的功率因數並不會改變,變壓器的輸出功率受無功功率的影響並沒有克服。若對二次側進行無功補償,補償後負載端的功率因數得到了提高,既可以保證一次側的功率因數得到提高。變壓器的輸出功率也得到了提高,實際作用在電極上的電壓得到提高,相應的產量增加。
據此設計並研製了一種基於PLC的礦熱爐二次低壓無功補償測控係統。該係統采用與電感性電極並聯電容器的方法提高電網的功率因數,由於感性負載使電壓相位超前,當並聯了電容器之後,電壓與電流之間的相位差變小,減小了無功功率和無功電流,變壓器輸出增加。
  對礦熱爐進行自動無功補償,由於無功功率減小,輸出電壓提高,對提高產品的產量和質量,降低產品成本,提高產品在市場中的競爭能力,都具有現實意義。
  一、係統組成與控製原理
  礦熱爐二次低壓無功補償測控係統由可編程邏輯控製器PLC、工業現場觸摸屏、三相綜合電量變送器PDM、補償電容、智能電壓表、數字溫度表等部件組成。
係統的控製核心由可編程邏輯控製器PLC、工業現場觸摸屏監控器以串行總線形式構成。東莞PLC維修讀取PDM模塊采集到的電網參數,並與預先設定的自動控製參數進行比較,據此投入或切除並聯在電網中的電容,提高電網的功率因數。觸摸屏通過RS232串行總線讀取保存在PLC數據寄存器的電網參數.並進行動態顯示。觸摸屏還可切換係統手動/自動工作模式,手動控製電容投切。現場修改係統自動控製參數,智能電壓表采集並顯示電網二次側電壓,可設定報警上、下限值,若二次側電壓超限則觸發係統急停動作,防止電爐過載事故發生,對係統進行保護。
係統同時檢測礦熱爐電極導線的溫度,由於每根導線上的電流都有數萬A,如果冷卻係統發生故障溫度會超限,則需要觸發係統急停動作,對係統進行保護。溫度信號的采集由數字溫度表進行(內部包含傳感器變送電路)。
  二、係統軟件設計
  1、下位機PLC測控軟件設計
礦熱爐低壓二次補償監控應用係統以可編程控製器PLC為控製核心,觸摸屏、PLC、PDM以串行總線構成網絡。其中下位機PLC控製軟件實現的功能主要包括:
  (1)與觸摸屏之間的通信觸摸屏通過RS232串行總線讀取存放在PLC數據寄存器的電量參數並顯示,觸摸屏對東莞PLC維修發送手動投切、手/自動工作模式切換、自動控製參數修改等操作命令,通信協議設置為Modbus協議ASCII模式。
  (2)PLC與PDM之間的通信首先由PLC向PDM發送8個字節的呼叫指令,PDM接收到呼叫命令後將采集到的電網參數回複給PLC。PDM模塊與PLC通過差分傳輸的兩線RS一485總線進行通信,運行快速可靠,通信協議設置為Modbus協議RTU模式。
  (3)急停保護二次側電壓過高、導線溫度超限、急停按鈕等PLC輸人口輸入及上位機串口命令均可觸發係統急停動作。係統急停的處理方法是A、B、C各相按照定時器間隔依次切除各個投人點,以避免全部電容同時斷開產生數十A衝擊電流對控製係統的損害。
  (4)PLC根據功率因數自動投切模式由PDM模塊采集電網的常見參數如:電壓、電流、功率因數等,PLC通過f}S485串行總線讀取電網參數並與預先設定的參數值(各相功率因數的投人、切除值)進行比較並以此為依據按照設定的間隔時間進行自動投切。
  (5)PLC接收觸摸屏串口命令手動投切模式在程序中串口命令直接控製中間繼電器的通斷來控製PLC輸出點的通斷,從而實現觸摸屏手動控製電容投切。
  (6)控製櫃按鈕手動投切模式(應急預案)在觸摸屏和PDM都發生故障的情況下,可打開手動控製開關進行手動投切。每按下1次投入按鈕A、B、c三相各投1個點,反之,每按下1次切除按鈕A、B、C三相各切除1個點。
  2、上住機觸摸屏監控軟件設計
係統上位機選用觸摸屏。觸摸屏與工控機相比不僅具有投資成本低、體積小、可靠性高、具有更好的人機交互界麵等優點.而且觸摸屏易於實現對PLC的控製。從成本、開發及維護上更適合於礦熱爐無功補償控製係統。
礦熱爐無功補償控製係統的人機界麵采用台灣威綸通公司的MT6100i(10英寸)彩色觸摸屏,該機具有畫麵美觀、性能可靠、壽命長等優點。
應用軟件采用EB8000 V410版編程軟件平台開發。主程序包含4個操作界麵:起始界麵,延時5 s自動關閉--數據顯示界麵。顯示27個電量參數:參數設置界麵,設置自動控製投、切功率因數值;控製界麵--實現觸摸屏手動控製--控製模式切換等操作。
  (1)數據顯示界麵分別顯示27個電網一次側參數。其中包括A、B、C三相的電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率和功率因數.AB相線電壓、BC相線電壓、AC相線電壓,三相總有功功率、總無功功率、總視在功率、總功率因數、不平衡電流,交流電頻率。
  (2)控製界麵上有36個手動控製按鈕。分別控製3組電容櫃中的3x12組電容,當按下手動控製按鈕後,對應電容組投人工作,再次點擊該按鈕將切除該組電容.對應指示燈顯示每個電容組的投切狀態:控製界麵還有手動,自動、運行/急停等操作模式切換按鈕。
  (3)參數設置界麵設置PLC自動投切時A、B、C三相功率因數的投入值與切除值,投切時間間隔時間,以及采集電網一次側參數時電壓互感器和電流互感器的變化。
係統上電後,通過起始界麵f手控,自動)跳轉到數據顯示窗口,由功能鍵可在參數設置窗口、控製組窗口、數據采集窗口間切換顯示。
  三、結語
  係統以東莞PLC維修為自動控製主機。PLC通過PDM獲取一次側電網參數,通過智能表獲取電爐主要運行電氣參數。並據此自動投入或切除並聯在電網中的補償電容,從而提高礦熱爐的功率因數。上位機觸摸屏通過RS232串行總線對係統進行動態監測、手動控製、參數設置等。具有結構簡單,可維護性好等特點。
此無功補償係統已在雲南某礦業集團等幾個企業成功應用,係統工作穩定可靠,自動化程度高。人機界麵友好,有效提高了電爐短網的輸出功率。經統計對比,實際產量提高8%至10%,節能5%左右。可為企業節約能源費用數百萬元,提高產能數千萬元,具有較好的市場前景。

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