CN103023040A - 远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及远程无线监控电力无功功率补偿装置，具体涉及一种远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置。该远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置包括智能中央控制器和大功率矿热炉二次低压动态补偿装置。智能中央控制器包括嵌入式控制器模块、输入输出模块、GPRS模块、ZigBee模块和终端监控模块。本发明能通过基于GPRS和ZigBee的嵌入式操作系统的移植和应用程序定制的智能中央控制器，来实现对大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的供电情况和矿热炉实际运行工况的远程无线监视、控制或管理功能，操作简单，提高了操作使用效率，方便维护，极大改善了短网无功不足的状况，解决了现场维护繁琐，维护时间长，给用户造成不必要的运行维护负担等问题。

Description

远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置
【技术领域】
本发明涉及远程无线监控电力无功功率补偿装置，具体涉及一种远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置。 
【背景技术】
矿热炉低压无功功率补偿装置现有的技术一般需要人工现场监控调试控制，采用高压侧补偿或低压侧自动补偿，这种人工现场监控调试控制的矿热炉低压无功功率补偿装置有如下的缺点：需要技术人员现场作业，点对点的实施监控操作，消耗技术人员较多的工作时间，以至于工作效率不高；当矿热炉补偿装置出现异常或损坏时，不能及时发现和处理；在矿热炉补偿装置正常工作的情况下，也需要安排技术人员留守监控处理，大大浪费了人力物力，大功率矿热炉由于用电量巨大，频繁进行“投入---切除”的操作，对电网造成剧烈冲击，电压、电流波动的幅度大，强度高，使触头、熔芯等很容易烧毁，造成补偿装置损坏故障甚至停用，对电网设备的安全使用造成不利影响，因此无法满足企业和社会发展的需要及效率要求。 
【发明内容】
为了克服现有技术存在的需要人工现场监控调试控制矿热炉低压无功功率补偿装置以及大功率矿热炉低压无功功率补偿装置容易出现元件装置烧毁故障的问题，本发明提供了一种全新的远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置，该远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置包 括智能中央控制器和大功率矿热炉二次低压动态补偿装置。智能中央控制器包括嵌入式控制器模块、输入输出模块、GPRS模块、ZigBee模块和终端监控模块。嵌入式控制器模块是整个系统的控制核心，采用ARM32位RISC处理器加外围电路开发板构建嵌入式平台，完成整个系统的调度及控制；由输入输出模块连接键盘及液晶显示屏，实现对大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的输入控制和输出显示，同时可以实时显示大功率矿热炉二次低压动态补偿装置环境状态和接收短消息的相关情况，同时通过RS232串行通信接口与GPRS模块及ZigBee模块连接，进行数据处理和传输；GPRS模块用于通过SMS协议可实现短信息收发，实现整个系统的远程无线监控；ZigBee模块用于构建工作站短距离无线通信网络，主节点与ARM控制器连接，从节点与大功率矿热炉二次低压动态补偿装置以及终端设备连接，实现大功率矿热炉二次低压动态补偿装置和各个设备终端的数据收发和状态监控；终端监控模块用于在各个ZigBee节点的I/O口扩展控制电路，实现各种功能，包括了大功率矿热炉二次低压动态补偿装置控制、温度检测、安防检测。大功率矿热炉二次低压动态补偿装置包括电容固定及全自动动态节能补偿装置，该电容固定及全自动动态节能补偿装置由二次低压节能无功补偿控制柜和分相电容二次低压节能固定补偿柜和全自动动态补偿柜组成。所述二次低压节能无功补偿控制柜由终端监控模块、PLC可编程逻辑控制器、多功能可编程网络电力仪表、可编程智能仪表、功率因数表、触摸屏组成；所述的分相电容二次低压节能固定补偿柜由支路熔断器、电流互感器、单相电力电容器、谐波滤波器、低压真空接触器、分支三极空气断路器依次串接组成；所述的全自动动态补偿柜由支路熔断器、电流互感器、单相电力电容器、谐波滤波器、新型组合开关、分支三极空气断路器依次串接组成。 
本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的进一步技术方案是：嵌入式控制器模块主控制器部分选择集成了电源接口，时钟电路、复位电路、存储器电路等外围器件组成的嵌入式平台MAGICARM2200构建嵌入式主控制器开发板，此开发板上带有丰富的存储资源，同时具有CF卡接口、LAN接口、Modem接口，PS/2接口，USB接口以及5.2英寸彩色点阵图形液晶屏，方便以后扩展升级。 
本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的进一步技术方案是：嵌入式控制器模块采用主芯片为LPC2210芯片的ARM32位RISC处理器，以嵌入式安装在主控制器开发板上，LPC2210是基于一个支持实时仿真和嵌入式16/32位ARM7TDMI-STM CPU的微处理器，该处理器主要特征有多个串行通信接口：包括2个同步串行接口(SPI)、2个16C550工业标准异步串行接口(UART)和高速I2C接口，多达76个通用I/O口(可承受5V电压)，片内晶振频率范围1～30MHz，通过锁相环(PLL)可实现CPU最大的操作频率为60MHz，通过该处理器完成对整个系统的核心控制。 
本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的进一步技术方案是：输入输出模块的通信接口，采用ARM处理器的UART0串口与ZigBee模块之间数据通信，UART1串口与GPRS模块通信，采用键盘控制和液晶屏显示来实现现场的输入输出控制操作。 
本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的进一步技术方案是：GPRS模块通过SMS协议可实现短信息收发，实现整个系统的远程无线监控。 
本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的进一步技术方案是：ZigBee模块采用CC2430作为控制芯片，其内部集成一个增强型 8051MCU内核和一个符合IEEE802.15.4规范的2.4GHz无线收发器，用于组建工作站内部短距离无线通信网络，通过ARM处理器的UART0串口与ZigBee模块之间数据通信，控制终端监控模块实现各个设备终端的数据收发和状态监控。 
本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的进一步技术方案是：终端监控模块包含大功率矿热炉二次低压动态补偿装置控制电路、温度检测电路、安防检测电路。 
本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的进一步技术方案是：通过二次低压节能无功补偿控制柜实现对大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的控制，二次低压节能无功补偿控制柜中的终端监控模块一方面负责接收主节点ZigBee模块的指令并控制大功率矿热炉二次低压动态补偿装置，另一方面负责检测大功率矿热炉二次低压动态补偿装置环境温度、安防情况，并向主节点回发数据。 
本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的进一步技术方案是：电容固定及全自动动态节能补偿装置是在电流互感器后，并联了数组由单相电力电容器、谐波滤波器、新型组合开关、分支空气断路器依次串接而成的结构相同电路。 
本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的进一步技术方案是：新型组合开关是由正反向并联的单向可控硅和与之背靠背的交流接触器上下端头分别并联组合而成，其工作原理是：在接到PLC主机发出的投入信号后，组合开关内的控制电路在电压过零点触发可控硅，可控硅在ms级的时间内快速投入，此时电容器的电压与电网电压相等，因此不会产生涌流和谐波，解决了接触器合闸涌流大及谐波干扰和电流谐波引起发热等问 题；可控硅完全导通后，PLC主机令接触器在10秒内闭合，根据需要可编程令接触器在1至10秒间的任一时间闭合，此时接触器触头两端电压接近为零，相当于空载闭合。当接触器投入运行后，PLC主机在10秒内令可控硅退出运行，故可控硅不会长期通电而发热。在接到PLC主机发出的切除信号时，组合开关内的控制电路首先在接触器闭合的状态下快速接通可控硅，然后PLC主机在可控硅接通后的1.5秒令接触器退出，接触器触头断开的瞬间无电弧火花产生；PLC主机发出退出接触器信号1秒后，再发出退出可控硅信号，组合开关内的控制电路紧接着在电流过零点关断可控硅，这样完成了电容器的退出。 
本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的进一步技术方案是：在矿热炉变压器二次侧和矿热炉三相电极之间靠近矿热炉三个电极的炉旁，分别就近安装电容补偿装置，对矿热炉进行固定和动态无功补偿，固定无功补偿为补偿总容量的3/5，动态无功补偿为补偿总容量的2/5，根据电网的供电和矿热炉的运行工况，自动投切电容器组，采用新型组合开关及可编程PLC逻辑控制。 
相较于现有技术，本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的有益效果是：本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置能通过基于GPRS和ZigBee的嵌入式操作系统的移植和应用程序定制的智能中央控制器，来实现对大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的供电情况和矿热炉实际运行工况的远程无线监视、控制或管理功能，且操作简单，从而提高了操作使用效率，方便维护，更增强了操作的任意性，很好的保护了电网，解决了现场维护繁琐，维护时间长，极大改善了短网无功不足的状况，投切过程无浪涌、过电压冲击，切实保护电容器组及用电设备安全，解决了 给用户造成不必要的运行维护负担等问题。 
【附图说明】
图1是本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的结构示意图。 
图2是本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的ZigBee模块CC2430控制芯片结构示意图。 
图3是本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的温度检测电路图。 
图4是本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的矿热炉二次低压动态节能补偿装置控制电路图。 
图5是本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的安防检测电路图。 
图6是本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的电容固定补偿柜和电容自动动态补偿柜补偿电路原理图。 
图7是本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的PLC可编程逻辑控制器与组合开关间的控制时序工作原理图。 
图8是本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的大功率矿热炉二次低压动态补偿装置布置示意图。 
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 
图1是本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的结构 示意图。以控制核心ARM处理器加外围电路开发板构建嵌入式平台，完成整个系统的调度及控制；通过连接键盘及液晶显示屏，实现大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的输入控制和输出显示，同时可以实时显示大功率矿热炉二次低压动态补偿装置环境状态；通过RS232串行通信接口与GPRS模块及ZigBee模块连接，进行数据处理和传输；GPRS模块通过SMS协议可实现短信息收发，实现整个系统的远程无线监控；ZigBee模块构建工作站短距离无线通信网络，主节点ZigBee模块与ARM控制器连接，从节点ZigBee节点与大功率矿热炉二次低压动态补偿装置以及终端设备连接，实现各个设备终端的无线数据收发和状态监控；终端监控模块在各个ZigBee节点的I/O口扩展控制电路，实现各种功能，包括了大功率矿热炉二次低压动态补偿装置控制、温度检测和安防检测。 
图2中，ZigBee模块CC2430控制芯片内部集成一个增强型8051MCU内核、一个符合IEEE802.15.4规范的2.4GHz无线收发器和串行通信接口及I/O接口。该模块的串行通信接口1与ARM处理器的UART0串口相连接实现数据通信，完成定制功能指令。 
图3是本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的温度检测电路图。该电路温度系统采集元件选用单总线数字温度传感器DS18B20，其引脚有3个：数据端DQ，电源端VCC，接地端GND，DQ脚与ZigBee节点I/O口相连，I/O口连接P0.6口，直接从I/O口取电，同时必须在温度转换期间给DQ线提供一个强上拉高电平。 
图4是本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的控制电路图。该控制电路ZigBee节点的I/O连接引脚设置为P1.1、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7，用于连接大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的控制柜电路， 一方面负责接收主节点ZigBee模块的指令并控制大功率矿热炉二次低压动态补偿装置，另一方面负责将大功率矿热炉二次低压动态补偿装置环境数据情况向主节点回发数据。 
图5是本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的安防检测电路图。该安防检测电路系统采用RE200B型被动式热释电红外传感器(PIR)作为安防检测装置，它能以非接触形式检测出人体辐射的红外光波，并将其转化为微弱的电信号。RE200B有三个引脚：电源端(D)、信号端(S)、接地端(G)。红外传感器直接检测距离小于1米，在其上方增加一个菲涅尔透镜聚焦，可使其检测距离达到8米左右。RE200B的输出电压为毫伏级，若直接输入到ZigBee节点的I/O不能识别为电平信号，必须先滤波，放大和比较后再输出。系统采用BIS0001芯片设计放大电路，芯片内部具有2级运算放大器和1个电压比较器，并且可以通过引脚连接器件设置检测封锁时间、延时时间和重复触发模式。RE200B的S端连接BIS0001的1IN+引脚，作为第一级运放的输入端，检测信号经过内部电路处理后，从芯片VO引脚输出。当没有检测异常时，VO引脚输出低电平，当检测到红外光波时，会输出一个持续时间可调的电平信号，ZigBee节点与P0.7引脚连接。 
图6中支路熔断器1进线端与矿热炉变压器二次出线端X相或Y相或Z相连接，支路熔断器1的出线端穿过电流互感器2与单相电力电容器3的一端连接、单相电力电容器3的另一端与谐波滤波器4的一端串接，谐波滤波器4另一端与新型组合开关5的一端串接、新型组合开关5的另一端与分支三极空气断路器6出线端串接，分支三极空气断路器的进线端与多个补偿单元的分支三极空气断路器的进线端并联后，接到矿热炉变压器二次出线端的A相或B相或C相。 
图7是PLC可编程逻辑控制器与组合开关间的控制时序工作原理图，其工作原理是：在接到PLC主机发出的投入信号后，组合开关内的控制电路在电压过零点触发可控硅，可控硅在毫秒级的时间内快速投入，此时电容器的电压与电网电压相等，因此不会产生涌流和谐波，解决了接触器合闸涌流大及谐波干扰和电流谐波引起发热等问题；可控硅完全导通后，PLC主机令接触器在10秒内闭合，根据需要可编程令接触器在1至10秒间的任一时间闭合，此时接触器触头两端电压接近为零，相当于空载闭合。当接触器投入运行后，PLC主机在10秒内令可控硅退出运行，故可控硅不会长期通电而发热。在接到PLC主机发出的切除信号时，组合开关内的控制电路首先在接触器闭合的状态下快速接通可控硅，然后PLC主机在可控硅接通后的1.5秒令接触器退出，接触器触头断开的瞬间无电弧火花产生；PLC主机发出退出接触器信号1秒后，再发出退出可控硅信号，组合开关内的控制电路紧接着在电流过零点关断可控硅，这样完成了电容器的退出。 
图8中矿热炉变压器的二次低压出线端A相、B相、C相和X相、Y相、Z相分别用内部注入流动冷却液体以帮助散热的铜管与A相的三台电容自动动态补偿柜8和9和10、B相的三台电容自动动态补偿柜18和19和20、C相的三台电容自动动态补偿柜15和16和17的进线端相连接，A相、B相、C相的电容自动动态补偿柜的出线端又分别和矿热炉14的三个电极：1#电极11、2#电极12、3#电极13相连接；控制柜7分别有二次控制线路与电容固定补偿柜和电容自动动态补偿柜连接。 
本发明远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置，能通过基于GPRS和ZigBee的嵌入式操作系统的移植和应用程序定制的智能中央控制器，来实现对大功率矿热炉二次低压动态补偿装置的供电情况和矿热炉实际 运行工况的远程无线监视、控制或管理功能，且操作简单，提高了操作使用效率，方便维护，更增强了操作的任意性，很好的保护了电网设备的安全运行，解决了现场维护繁琐，维护时间长，极大改善了短网无功不足的状况，投切过程无浪涌、过电压冲击，切实保护电容器组及用电设备安全，解决了给用户造成不必要的运行维护负担等问题。 

Claims (8)

1.一种远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置，其特征在于：其包括智能中央控制器和大功率矿热炉二次低压动态补偿装置。
2.根据权利要求1所述的远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置，其特征在于：智能中央控制器包括嵌入式控制器模块、输入输出模块、GPRS模块、ZigBee模块和终端监控模块。
3.根据权利要求1所述的远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置，其特征在于：大功率矿热炉二次低压动态补偿装置包括电容固定及全自动动态节能补偿装置，该电容固定及全自动动态节能补偿装置由二次低压节能无功补偿控制柜、分相电容二次低压节能固定补偿柜和全自动动态补偿柜组成。
4.根据权利要求2所述的远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置，其特征在于：GPRS模块用于通过SMS协议可实现短信息收发，实现整个系统的远程无线监控。
5.根据权利要求2所述的远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置，其特征在于：终端监控模块用于在各个ZigBee节点的I/O口扩展控制电路，实现各种功能，包括了远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置控制、温度检测、安防检测。
6.根据权利要求3所述的远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置，其特征在于：所述二次低压节能无功补偿控制柜由终端监控模块、PLC可编程逻辑控制器、多功能可编程网络电力仪表、可编程智能仪表、功率因数表、触摸屏组成。
7.根据权利要求3所述的远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置，其特征在于：所述的分相电容二次低压节能固定补偿柜由支路熔断器、电流互感器、单相电力电容器、谐波滤波器、低压真空接触器、分支三极空气断路器依次串接组成。
8.根据权利要求3所述的远程无线监控大功率矿热炉二次低压动态补偿装置，其特征在于：所述的全自动动态补偿柜由支路熔断器、电流互感器、单相电力电容器、谐波滤波器、新型组合开关、分支三极空气断路器依次串接组成。
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