专利名称：矿热炉二次无功补偿控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及冶炼用矿热炉的无功补偿领域，实现矿热炉二次无功补偿装置的 三相不等量循环投切和矿热炉运行状态监测，是一种矿热炉二次无功补偿控制系统。
背景技术：
矿热炉的电气系统主要由高压供电网络、电炉变压器、补偿器、短网、水冷系统、电 极系统、炉膛和控制系统组成，其负载特征介于阻性和感性之间，低电压大电流的短网和水 冷系统的结构以及工作特点，决定矿热炉的自然功率因数很难达到0. 85以上，这样就需要 对供电线路进行无功补偿，以将功率因数提高到国家规定的0. 90或以上，以达到平衡电网 无功的目的。目前供电部门和铁合金企业多选择高压补偿，该补偿方式是把电容器并联到 高压一次侧的三相母线上，其投资小，但不能适应炉子生产过程中负荷变化，会出现过补偿 或欠补偿现象，同时也起不到节能增产的效果，控制方法均为手动控制。而比较理想的是在 矿热炉二次侧进行无功补偿，二次无功补偿可以使大量的无功电流直接经专用低压电容器 和电弧形成的回路流过，而不再经过补偿点前的短网、变压器及供电网路，在提高功率因数 的同时，还可提高变压器出力，降低损耗。目前矿热炉二次无功补偿控制系统多为用功率因 数控制器或PLC控制，采集数据量少，控制精度不高，控制方式单一，且时有过补偿或欠补 偿现象出现，达不到最佳的补偿效果。
发明内容本实用新型的目的就是提供一种能够在复杂环境中完成指定任务并保证系统综 合性能最优的矿热炉二次无功补偿控制系统，以达到提高功率因数、加大矿热炉变压器有 效输出率、降低损耗、减小三相不平衡度、增加产量、提高自动化程度和增强人机交互功能 的目的。为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是矿热炉二次无功补偿控制系统， 其特征是包括主控计算机、显示器、输入设备、两块转换接口、两台智能电力变送器、一次 侧电压互感器、一次侧电流互感器、二次侧电压互感器、二次侧电流互感器、可编程控制器、 温度变送器、补偿装置、报警装置和传输标准接口和电源系统；其中，主控计算机电连接有显示器和输入设备，主控计算机通过两块转换接口与传输标 准接口电连接，通过传输标准接口分别连接智能电力变送器和可编程控制器；两台智能电力变送器的一台的一个端口通过传输标准接口电连接，另外端口分别 电连接一次侧电压互感器和一次侧电流互感器；两台智能电力变送器的另一台的一个端口 通过传输标准接口电连接，另外端口分别电连接二次侧电压互感器和二次侧电流互感器；可编程控制器PLC连接分别连接补偿装置C、报警装置AL和温度变送器T，负责控 制补偿装置C的投切、报警信号的接收与发送以及温度保护信号的接收与执行；一次侧电压互感器和一次侧电流互感器及二次侧电压互感器和二次侧电流互感 器、电压互感器和电流互感器分别与电力变送器相连，用于向主控计算机提供矿热炉变压
3器一次和二次低压侧数据，并由主控计算机对此数据进行处理、分析、判断、存储并重新构 成控制命令来控制相应补偿装置。所述的主控计算机对此数据进行处理、分析、判断、存储并重新构成控制命令来控 制相应补偿包括如下步骤1)用户运行主程序后，系统首先调用初始化子程序(S101)。2)然后判断矿热炉变压器一次侧电压是否正常(S102)。3)如果矿热炉变压器一次侧电压正常，则判断矿热炉变压器一次侧电流是否正常 (S103)；否则切除电容并报警(S106)。4)上述判断结果(S103)，如果矿热炉变压器一次侧电流正常，则判断矿热炉变压 器二次侧电压是否正常(S104)；否则切除电容并报警(S106)。5)上述判断结果(S104)，如果矿热炉变压器二次侧电压正常，则判断矿热炉变压 器二次侧短网和电容器温度是否正常(S105)；否则切除电容并报警(S106)。6)上述判断结果(S105)，如果矿热炉变压器二次侧短网和电容器温度正常，则判 断是否自动运行(S108)；否则切除电容并报警(S106)。7)接着到切除电容并报警(S106)，判断报警是否恢复正常(S107)。8)上述判断结果(S107)，如果系统报警未复位，则恢复为上述步骤(S102)；如果 系统报警复位，则继续执行(S108)。9)上述判断结果(S108)，如果系统进行自动控制，调用投切子程序(S109)，否则结束。所述的投切控制方法包括如下步骤1)进入投切子程序后，首先判断是否急停(S201)。2)上述判断结果(S201)，如果急停则返回；否则判断功率因数是否低(S202)。3)上述判断结果(S202)，如果功率因数低，则判断功率因数低的这一相是否投满
(5203)。4)上述判断结果(S203)，如果已经投满，则返回；否则判断投入延时是否已到
(5204)。5)上述判断结果(S204)，如果投入延时未到，则返回；否则以次投入电容器
(5205)。6)然后，恢复为上述步骤(S203)。7)接着上述判断结果(S202)，如果功率因数不低，则判断功率因数是否高
(5206)。8)上述判断结果(S206)，如果功率因数高，则判断判断功率因数高的这一相是否 已切除完毕(S207)。9)上述判断结果(S207)，如果切除完毕，则返回；如果没有切除完毕，则判断切除 延时是否已到(S208)。10)上述判断结果(S208)，如果切除延时未到，则返回；如果切除延时已到，则以 次切除电容器(S209)。11)然后，恢复为上述步骤(S207)。12)接着上述判断结果(S206)，如果功率因数不高，则判断有功功率是否平衡(S210)。13)上述判断结果(S210)，如果平衡，则返回；如果不平衡，则判断有功功率最小 的一相是否已投满(S211)。14)上述判断结果(S211)，如果已投满，则返回；如果没有投满，否则判断投入延 时是否已到(S212)。15)上述判断结果(S212)，如果投入延时未到，则返回；否则以次投入电容器 (S213)。16)然后，恢复为上述步骤(S210)。本实用新型的特点与效果有1.采用两块智能电力变送器P1和P2分别实时采集矿热炉变压器一次侧和二次短 网的电气参数，使信息全面、参数完整，为主控计算机PC实施精确控制提供了硬件保证。2.主控计算机PC功能强大，负责完成数据处理和存储、算法实施、控制输出等任 务，采用高级编程语言实现多线程任务处理，为各个模块系统的并行、协调工作提供了软件 保证。3.采用RS485总线连接各个控制模块，保证了整个控制系统工作时的数据和信息 共享，也为添加新的控制模块提供了方便途径。4.控制系统用主控计算机PC做上位机，可编程控制器PLC做下位机，上位机PC发 出命令给下位机PLC，使PLC进行分散控制，通过上位机对PLC的监控，可用方便的实现工厂 生产过程的自动化监控。 5.显示器D提供图形交互界面，输入设备KM提供了操作人员H与控制系统的交互 操作，同时将人纳入闭环控制系统，负责下达控制命令、监视矿热炉的工作状态和处理系统 异常情况。
下面参照附图对本实用新型实施例作一步详细说明如下图1为本实用新型的矿热炉二次无功补偿系统框图；图2为本实用新型的矿热炉二次无功补偿系统主程序流程图；图3为图2的投切子程序流程图。
具体实施方式
如图1所示，控制系统除电源系统PS外，还包括主控计算机PC、显示器D、输入设 备KM(键盘、鼠标)、两块转换接口 RS1和RS2、两台智能电力变送器P1和P2、一次侧电压互 感器VI、一次侧电流互感器A1、二次侧电压互感器V2、二次侧电流互感器A2、可编程控制器 PLC、温度变送器T、补偿装置C、报警装置AL和异步传输标准接口 RS232。主控计算机PC电 连接有显示器D和输入设备KM (键盘、鼠标)，主控计算机PC通过两块转换接口 RS1和RS2 与RS485或RS232传输标准接口电连接，通过RS485或RS232传输标准接口分别连接智能 电力变送器P1、P2和可编程控制器PLC ；智能电力变送器PI的一个端口通过传输标准接口 电连接，智能电力变送器P1另外端口分别电连接一次侧电压互感器VI和一次侧电流互感 器A1 ；智能电力变送器P2的一个端口通过传输标准接口电连接，另外端口分别电连接二次侧电压互感器V2和二次侧电流互感器A2 ；可编程控制器PLC连接分别连接补偿装置C、报 警装置AL和温度变送器T，负责控制补偿装置C的投切、报警信号的接收与发送以及温度保 护信号的接收与执行；一次侧电压互感器和一次侧电流互感器及二次侧电压互感器和二次 侧电流互感器、电压互感器和电流互感器分别与电力变送器相连。1)主控计算机PC是保证控制系统性能的核心部分，负责实时检测、数值计算、信 息处理、算法实现、过程控制等任务。同时，通过RS232接口，控制两台智能电力变送器P1 和P2的数据采集，通过可编程控制器PLC操纵控制补偿装置C，及实现报警装置A的信号发 送和报警控制。2)显示器D与主控计算机PC相连，是操作人员H和控制系统的交互界面，负责参 数设置、数据显示、补偿装置和电力变送器工作状态显示和投切容量指示等工作。3)输入设备KM与主控计算机PC相连，是操作人员H和控制系统的交互手段，负责 参数输入、画面定位、系统操作和手动投切等工作。4)电压互感器VI和V2，分别与电力变送器P1和P2相连，负责一次侧和二次侧电 压信号的检测，并输出信号给电力变送器P1和P2。5)电流互感器A1和A2，分别与电力变送器P1和P2相连，负责一次侧和二次侧电 流信号的检测，并输出信号给电力变送器P1和P2。6)电力变送器P1和P2，负责电压互感器VI和V2、电流互感器A1和A2的数据采 集、处理和存储，并将数据通过转换接口 RS1和RS2发送给主控计算机PC。7)转换接口 RS1和RS2，分别负责电力变送器P1和P2和可编程控制器PLC与主 控计算机PC的通讯，实现单端的RS-232信号到平衡差分的RS-422或RS-485信号的转换， 提供2500V的隔离电压，有效的抑制浪涌、雷击和共地干扰，保证通讯的可靠稳定。8)可编程控制器PLC连接分别连接补偿装置C、报警装置AL和温度变送器T，负责 控制补偿装置C的投切、报警信号的接收与发送以及温度保护信号的接收与执行。9)补偿装置C，与可编程控制器PLC连接，是控制系统控制的本体，负责补偿装置 的投入与切除，以提高功率因数、调节三相不平衡度。10)报警装置AL与可编程控制器PLC连接，负责系统故障时报警信号的发出。11)温度变送器T与可编程控制器PLC连接，负责温度信号的采集、判断，并将温度 保护信号提供给可编程控制器PLC。12) RS232是连接转换接口 RSI和RS2和与主控计算机PC的物理通道，保证了控制 系统工作时的数据和信息共享。假设补偿装置C在工作过程中执行投切操作任务。首先，补偿系统和装置C按照自动方式下运行，主控计算机PC综合来自可编程控 制器PLC的温度变送器T和报警装置AL的报警信号以及电力变送器P1和P2的电气信号 和信息，进行分析处理和初始化操作。主控计算机对此数据进行处理、分析、判断、存储并重新构成控制命令来控制相应 补偿装置如图2所示，包括如下步骤1)用户运行主程序后，系统首先调用初始化子程序(S101)。2)然后判断矿热炉变压器一次侧电压是否正常(S102)。3)如果矿热炉变压器一次侧电压正常，则判断矿热炉变压器一次侧电流是否正常(S103)；否则切除电容并报警(S106)。4)上述判断结果(S103)，如果矿热炉变压器一次侧电流正常，则判断矿热炉变压 器二次侧电压是否正常(S104)；否则切除电容并报警(S106)。5)上述判断结果(S104)，如果矿热炉变压器二次侧电压正常，则判断矿热炉变压 器二次侧短网和电容器温度是否正常(S105)；否则切除电容并报警(S106)。6)上述判断结果(S105)，如果矿热炉变压器二次侧短网和电容器温度正常，则判 断是否自动运行(S108)；否则切除电容并报警(S106)。7)接着到切除电容并报警(S106)，判断报警是否恢复正常(S107)。8)上述判断结果(S107)，如果系统报警未复位，则恢复为上述步骤(S102)；如果 系统报警复位，则继续执行(S108)。9)上述判断结果(S108)，如果系统进行自动控制，调用投切子程序(S109)，否则结束。投切控制方法如图3所示包括如下步骤1)进入投切子程序后，首先判断是否急停(S201)。2)上述判断结果(S201)，如果急停则返回；否则判断功率因数是否低(S202)。3)上述判断结果(S202)，如果功率因数低，则判断功率因数低的这一相是否投满
(5203)。4)上述判断结果(S203)，如果已经投满，则返回；否则判断投入延时是否已到
(5204)。5)上述判断结果(S204)，如果投入延时未到，则返回；否则以次投入电容器
(5205)。6)然后，恢复为上述步骤(S203)。7)接着上述判断结果(S202)，如果功率因数不低，则判断功率因数是否高
(5206)。8)上述判断结果(S206)，如果功率因数高，则判断判断功率因数高的这一相是否 已切除完毕(S207)。9)上述判断结果(S207)，如果切除完毕，则返回；如果没有切除完毕，则判断切除 延时是否已到(S208)。10)上述判断结果(S208)，如果切除延时未到，则返回；如果切除延时已到，则以 次切除电容器(S209)。11)然后，恢复为上述步骤(S207)。12)接着上述判断结果(S206)，如果功率因数不高，则判断有功功率是否平衡 (S210)。13)上述判断结果(S210)，如果平衡，则返回；如果不平衡，则判断有功功率最小 的一相是否已投满(S211)。14)上述判断结果(S211)，如果已投满，则返回；如果没有投满，否则判断投入延 时是否已到(S212)。15)上述判断结果(S212)，如果投入延时未到，则返回；否则以次投入电容器 (S213)。[0087] 16)然后，恢复为上述步骤(S210)。
权利要求矿热炉二次无功补偿控制系统，其特征是包括主控计算机、显示器、输入设备、两块转换接口、两台智能电力变送器、一次侧电压互感器、一次侧电流互感器、二次侧电压互感器、二次侧电流互感器、可编程控制器、温度变送器、补偿装置、报警装置和传输标准接口和电源系统；其中，主控计算机电连接有显示器和输入设备，主控计算机通过两块转换接口与传输标准接口电连接，通过传输标准接口分别连接智能电力变送器和可编程控制器；两台智能电力变送器的一台的一个端口通过传输标准接口电连接，另外端口分别电连接一次侧电压互感器和一次侧电流互感器；两台智能电力变送器的另一台的一个端口通过传输标准接口电连接，另外端口分别电连接二次侧电压互感器和二次侧电流互感器；可编程控制器PLC连接分别连接补偿装置C、报警装置AL和温度变送器T，负责控制补偿装置C的投切、报警信号的接收与发送以及温度保护信号的接收与执行； 一次侧电压互感器和一次侧电流互感器及二次侧电压互感器和二次侧电流互感器、电压互感器和电流互感器分别与电力变送器相连，用于向主控计算机提供矿热炉变压器一次和二次低压侧数据，并由主控计算机对此数据进行处理、分析、判断、存储并重新构成控制命令来控制相应补偿装置。
2.根据权利要求1所述的矿热炉二次无功补偿控制系统，其特征是所述的主控计算 机对此数据进行处理、分析、判断、存储并重新构成控制命令来控制相应补偿。
专利摘要本实用新型涉及冶炼用矿热炉的无功补偿领域，实现矿热炉二次无功补偿装置的三相不等量循环投切和矿热炉运行状态监测，是一种矿热炉二次无功补偿控制系统，其特征是包括主控计算机、显示器、输入设备、两块转换接口、两台智能电力变送器、一次侧电压互感器、一次侧电流互感器、二次侧电压互感器、二次侧电流互感器、可编程控制器、温度变送器、补偿装置、报警装置和传输标准接口和电源系统。它提高了功率因数、加大矿热炉变压器有效输出率、降低损耗、减小三相不平衡度、增加产量、提高自动化程度和增强人机交互功能的目的。
文档编号H02J3/18GK201656495SQ201020300948
公开日2010年11月24日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者张传伟 申请人:张传伟