CN104459306A - 一种电熔镁群炉用电需量远程监控系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电熔镁群炉用电需量远程监控系统及方法，该系统包括数据采集装置、本地PC机、云服务器、远程PC机，数据采集装置包括电压互感器、电流互感器、有功功率变送器、第一下位机、多台多用电子测量仪、第二下位机，该方法为采集电熔镁炉熔炼电流、电熔镁炉熔炼功率和群炉用电需量，根据各台电熔镁炉熔炼电流、各台电熔镁炉熔炼功率和群炉用电需量对各电熔镁炉进行分合闸控制，将底层监视数据发送至本地PC机，并通过Zookeeper技术实现本地PC机和远程PC机的数据交换，实现电熔镁群炉远程监控。

Description

一种电熔镁群炉用电需量远程监控系统及方法
技术领域
本发明属于耗能设备用电需量的监控技术领域，具体涉及一种电熔镁群炉用电需量远程监控系统及方法。
背景技术
电熔镁炉是以菱镁矿石为原料冶炼电熔镁砂的一种三相交流电弧炉，其作用是提供在高温电弧热作用下原料熔化的物理化学反应空间。通过调节三相石墨电极与熔池液面之间距离形成并保持合适的交流电弧以熔化原料形成MgO熔体，熔体经冷却形成晶体产品。电熔镁砂厂是以多台电熔镁炉在同一时间段内进行生产的，这种群炉生产方式导致主变压器在生产期间的总功率很大。
在整个生产过程中，电熔镁砂厂由同一主变压器供电的电熔镁群炉的总功率在一段时间内的平均值(即群炉用电需量)不能超出电网公司规定的最大允许需量值。一旦群炉用电需量超出最大允许需量值时，企业将支付高昂的惩罚性电费。这种“超需量”情况还会严重地影响所在地区电网的供电质量和安全运行。
目前国内电熔镁砂企业对群炉用电需量的监控主要为本地监控，监控的场所局限在电熔镁砂企业的变电所内，监控手段多以人工监视为主，不仅监控人员工作强度大，而且监控效率低下。电熔镁砂企业的管理者也不能及时地对当前群炉用电需量的水平进行一个远距离的在线监视，群炉用电需量的管理水平较低，不能对生产进行及时有效地远程指导(电熔镁群炉电能需量监控系统平台设计与开发[D]，东北大学，2013)。
发明内容
针对现有技术的不足，提供一种电熔镁群炉用电需量远程监控系统及方法。
本发明的技术方案为：
一种电熔镁群炉用电需量远程监控系统，包括数据采集装置、本地PC机、云服务器、远程PC机；
所述的数据采集装置包括电压互感器、电流互感器、有功功率变送器、第一下位机、多台多用电子测量仪、第二下位机；
所述的电压互感器和电流互感器安装于变电所，电压互感器的输出端和电流互感器的输出端连接有功功率变送器的输入端，有功功率变送器的输出端连接第一下位机的输入端；多用电子测量仪安装于变电所，各多用电子测量仪的输出端连接第二下位机的输入端，第二下位机的输出端连接第一下位机的输入端，第一下位机的输出端连接本地PC机，第一下位机的输出端还连接各电熔镁炉的分闸继电器，本地PC机通过互联网连接云服务器，云服务器通过互联网连接远程PC机；
所述的电压互感器，用于将电熔镁群炉主变压器的二次侧的三相高电压交流信号按照电压变比变换成有功功率变送器能接收的三相低电压交流信号，并发送至有功功率变送器；
所述的电流互感器，用于将电熔镁群炉主变压器的二次侧的A、C两相高电流交流信号按照电流变比变换成有功功率变送器能接收的A、C两相低电流交流信号，并发送至有功功率变送器；
所述的有功功率变送器，用于将三相低电压交流信号和A、C两相的低电流交流信号转换为表示主变压器功率的直流信号，并发送给第一下位机；
所述的多用电子测量仪，用于采集各电熔镁炉熔炼电流和各电熔镁炉熔炼功率，并发送至第二下位机；
所述的第二下位机，用于将各电熔镁炉熔炼电流和各电熔镁炉熔炼功率发送至第一下位机；
所述的第一下位机，用于设定需量周期、滑差时间、群炉用电需量轮跳设定值、群炉用电需量全跳设定值；根据电压变比和电流变比对表示主变压器功率的直流信号进行换算，得到主变压器功率实际值；根据主变压器功率实际值在需量周期内进行滑动平均计算，得到群炉用电需量，并且每隔一个滑差时间，重新计算得到新的群炉用电需量；根据各台电熔镁炉熔炼功率是否为零来判断各台电熔镁炉的生产状态，并标记；通过比较各台电熔镁炉熔炼电流的大小对各台电熔镁炉分闸进行优先级排序；统计当前本月最大用电需量、当前本月全跳次数、上月最大用电需量、上月全跳次数；按照采样周期将底层监视数据发送至本地PC机，根据各台电熔镁炉熔炼电流、各台电熔镁炉熔炼功率、群炉用电需量、群炉用电需量全跳设定值、群炉用电需量轮跳设定值、全跳时间设定值和分闸时间设定值对各台电熔镁炉进行分合闸控制；根据需量参数调节数据修改群炉用电需量轮跳设定值、群炉用电需量全跳设定值；
所述的底层监视数据包括：主变压器功率、各台电熔镁炉熔炼电流、各台电熔镁炉熔炼功率、电压变比、电流变比、需量周期、滑差时间、群炉用电需量轮跳设定值、群炉用电需量全跳设定值、当前本月最大用电需量、上月最大用电需量、当前本月全跳次数、上月全跳次数、群炉用电需量、各台电熔镁炉生产状态标志、各台电熔镁炉分闸优先级；
所述的需量参数调节数据包括：时间戳、调节后的群炉用电需量轮跳设定值、调节后的群炉用电需量全跳设定值；
所述的本地PC机，用于按照采样周期接收第一下位机的底层监视数据；将采集底层监视数据时刻的时间戳和底层监视数据作为需量监视数据，并将需量监视数据序列化后发送至云服务器；接收云服务器发送的序列化后的需量参数调节数据，将其反序列化后发送至第一下位机；提供本地监控画面并显示需量监视数据；
所述的本地PC机安装有本地监控单元，包括：本地监控模块、本地数据发送模块和本地数据接收模块；
所述的本地监控模块，用于将采集底层监视数据时刻的时间戳和底层监视数据作为需量监视数据，并发送至本地数据发送模块；将接收的需量参数调节数据发送至第一下位机；提供本地监控画面并显示需量监视数据；
所述的本地数据发送模块，用于将需量监视数据进行序列化，采用Zookeeper技术将序列化后的需量监视数据发送至云服务器；
所述的本地数据接收模块，用于将序列化后的需量参数调节数据进行反序列化后发送至本地监控模块；
所述的云服务器，用于采用Zookeeper技术实现本地PC机与远程PC机之间数据的交换：接收本地PC机发送的序列化后的需量监视数据，并发送至远程PC机，接收远程PC机发送的序列化后的需量参数调节数据，并发送至本地PC机；
所述的云服务器，包括两个Znode节点：Znode节点A和Znode节点B；
所述的Znode节点A用于采用Zookeeper技术将序列化后的需量监视数据发送至远程PC机；
所述的Znode节点B用于采用Zookeeper技术将序列化后的需量参数调节数据发送至本地PC机；
所述的远程PC机，用于将接收云服务器发送的序列化后的需量监视数据进行反序列化，提供远程监控画面，并显示需量监视数据，将需量参数调节数据进行序列化后发送至云服务器；
所述的远程PC机安装有远程监控单元，包括：远程监控模块、远程数据发送模块和远程数据接收模块；
所述的远程监控模块，用于提供远程监控画面、显示需量监视数据，并确定需量参数调节数据，发送至远程数据发送模块；
所述的远程数据发送模块，用于将需量参数调节数据进行序列化，采用Zookeeper技术将序列化后的需量参数调节数据发送至云服务器；
所述的远程数据接收模块，用于将序列化后的需量监视数据进行反序列化后发送至远程监控模块。
采用电熔镁群炉用电需量远程监控系统进行电熔镁群炉用电需量远程监控的方法，包括以下步骤：
步骤1：采集电熔镁炉熔炼电流、电熔镁炉熔炼功率和主变压器功率；
步骤1.1：多用电子测量仪采集各电熔镁炉熔炼电流和各电熔镁炉熔炼功率，并发送至第二下位机；
步骤1.2：第二下位机将各电熔镁炉熔炼电流和各电熔镁炉熔炼功率发送至第一下位机；
步骤1.3：电压互感器将电熔镁群炉主变压器的二次侧的三相高电压交流信号按照电压变比变换成有功功率变送器能接收的三相低电压交流信号；电流互感器将电熔镁群炉主变压器的二次侧的A、C两相高电流交流信号按照电流变比变换成有功功率变送器能接收的A、C两相低电流交流信号；将低电压交流信号和低电流交流信号发送至有功功率变送器；
步骤1.4：有功功率变送器将三相低电压交流信号和A、C两相的低电流交流信号转换为表示主变压器功率的直流信号，并发送给第一下位机；
步骤2：设定需量周期和滑差时间，第一下位机根据电压变比和电流变比对表示主变压器功率的直流信号进行换算，得到主变压器功率实际值，根据需量周期和滑差时间计算得到群炉用电需量；
步骤3：第一下位机根据各台电熔镁炉熔炼电流、各台电熔镁炉熔炼功率、群炉用电需量、群炉用电需量全跳设定值、群炉用电需量轮跳设定值、全跳时间设定值和分闸时间设定值对各台电熔镁炉进行分合闸控制；
步骤3.1：根据各台电熔镁炉熔炼功率是否为零来判断各台电熔镁炉的生产状态，并标记；
步骤3.2：确定各台电熔镁炉分闸的优先级：通过比较各台电熔镁炉熔炼电流的大小对各台电熔镁炉分闸进行优先级排序，电熔镁炉熔炼电流大的优先级高；
步骤3.3：判断当前群炉用电需量是否超出群炉用电需量全跳设定值，若是，则对各台电熔镁炉进行全跳动作，即对各台电熔镁炉进行分闸，执行步骤3.4，否则，执行步骤3.5；
步骤3.4：当全跳动作时间到达全跳时间设定值，恢复各台电熔镁炉为合闸状态，返回步骤3.3；
步骤3.5：判断当前群炉用电需量是否超出群炉用电需量轮跳设定值，若是，执行步骤3.6，否则，执行步骤3.12；
步骤3.6：将优先级最高的电熔镁炉确定为要分闸的电熔镁炉，执行步骤3.7；
步骤3.7：将确定要分闸的电熔镁炉进行分闸；
步骤3.8：当分闸时间达到分闸时间设定值时，将当前处于分闸状态的电熔镁炉进行合闸；
步骤3.9：判断当前群炉用电需量是否超出群炉用电需量轮跳设定值，若是，执行步骤3.10，否则，执行步骤3.12；
步骤3.10：判断上次处于分闸状态的电熔镁炉的是否为最低优先级的电熔镁炉，若是，则返回步骤3.6，否则，执行步骤3.11；
步骤3.11：将低于上次处于分闸状态的电熔镁炉一个优先级的电熔镁炉确定为要分闸的电熔镁炉，返回步骤3.7；
步骤3.12：轮跳结束，返回步骤3.3。
步骤4：第一下位机统计当前本月最大用电需量、当前本月全跳次数、上月最大用电需量、上月全跳次数；
步骤5：第一下位机按照采样周期将底层监视数据发送至本地PC机；
步骤6：本地PC机将采集底层监视数据时刻的时间戳和底层监视数据作为需量监视数据，通过云服务器采用Zookeeper技术将需量监视数据发送至远程PC机，远程PC机提供远程监控画面并显示需量监视数据；
步骤7：当远程监控人员修改需量参数调节数据时，远程PC机通过云服务器采用Zookeeper技术将需量参数调节数据发送至第一下位机；
步骤8：第一下位机根据需量参数调节数据修改群炉用电需量轮跳设定值、群炉用电需量全跳设定值，返回步骤1。
本发明的有益效果是：本发明提供一种电熔镁群炉用电需量远程监控系统及方法，方便企业管理人员在远程进行监控，进行生产指导；同时，还方便研究人员对用电需量进行数学分析和建模，从而提出更好的需量调节方法。不仅可以帮助电熔镁企业降低生产成本、增加电熔镁砂生产产量，提高经济效益。还可以降低电熔镁群炉用电需量对电网的负荷冲击，缩小电网的峰谷差。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中的电熔镁群炉用电需量远程监控系统的结构框图；
图2为本发明具体实施方式中的电熔镁群炉用电需量远程监控系统的连接图；
图3为本发明具体实施方式中的电熔镁群炉用电需量远程监控方法的流程图；
图4为本发明具体实施方式中的第一下位机对各台电熔镁炉进行分合闸控制的流程图；
图5为本发明具体实施方式中的本地PC机通过云服务器的Znode节点A将序列化后的需量监视数据发送至远程PC机的流程图；
图6为本发明具体实施方式中的远程PC机通过云服务器的Znode节点B将序列化后的需量参数调节数据发送至本地PC机的流程图。
具体实施方式
一种电熔镁群炉用电需量远程监控系统，如图1所示，包括数据采集装置、本地PC机、云服务器、远程PC机。
本实施方式中，选用的本地PC机型号为研华IPC-610L；
选用的云服务器的操作系统为CentOS 6.5的云服务器；
选用的远程PC机型号为戴尔Optiplex790。
数据采集装置包括电压互感器、电流互感器、有功功率变送器、第一下位机、多台多用电子测量仪、第二下位机。
本实施方式中，选用的电压互感器的型号为JSZW3-10，电压变比为100∶1；
选用的电流互感器的型号为LFZBJ-10，电流变比为400∶1；
选用型号为YDD-P3的三相三线制有功功率变送器；
第一下位机选用的是西门子S7-200PLC；
第二下位机选用的是CPU型号为Q03UD的三菱Q系列PLC；
选用5台型号均为ME96NSR的多用电子测量仪。
电熔镁群炉用电需量远程监控系统的连接图如图2所示，本实施方式中，电压互感器和电流互感器安装于变电所，电压互感器的A、B、C三相电压交流信号的输出端V1、V2、V3分别与有功功率变送器的接收端V1、V2、V3相连接，电流互感器的A、C两相的电流交流信号的输出端A1、A3分别与有功功率变送器的接收端A1、A3相连接，有功功率变送器输出端P1与第一下位机的模拟量信号接收端AI1相连接，有功功率变送器输出模拟量4～20mA直流信号；5台多用电子测量仪安装于变电所，各台多用电子测量仪通过CC-Link总线连接第二下位机的输入端，第二下位机的串口P2与第一下位机的串口P2通过Profibus DP总线电缆相连接，第一下位机的串口P1与本地PC机的串口P1通过Profibus DP总线电缆连接，基于OPC标准协议进行通讯。
本实施方式中，第一下位机的DO1引脚与分闸继电器K1的第13引脚连接，第一下位机的DO2引脚与分闸继电器K2的第13引脚连接，第一下位机的DO3引脚与分闸继电器K3的第13引脚连接，第一下位机的DO4引脚与分闸继电器K4的第13引脚连接，第一下位机的DO5引脚与分闸继电器K5的第13引脚相连接，分闸继电器K1的第14引脚、分闸继电器K2的第14引脚、分闸继电器K3的第14引脚、分闸继电器K4的第14引脚、分闸继电器K5的第14引脚都与第一下位机的M引脚相连接；分闸继电器K1的第9引脚与1#高压断路器的第1引脚相连接，分闸继电器K1的第5引脚与1#高压断路器的第2引脚相连接；分闸继电器K2的第9引脚与2#高压断路器的第1引脚相连接，分闸继电器K2的第5引脚与2#高压断路器的第2引脚相连接；分闸继电器K3的第9引脚与3#高压断路器的第1引脚相连接，分闸继电器K3的第5引脚与3#高压断路器的第2引脚相连接；分闸继电器K4的第9引脚与4#高压断路器的第1引脚相连接，分闸继电器K4的第5引脚与4#高压断路器的第2引脚相连接；分闸继电器K5的第9引脚与5#高压断路器的第1引脚相连接，分闸继电器K5的第5引脚与5#高压断路器的第2引脚相连接。
本实施方式中，高压线塔的输出端A、B、C分别与主变压器的输入端A、B、C相连接；主变压器的输出端a、b、c分别与1#高压断路器的输入端A、B、C、2#高压断路器的输入端A、B、C、3#高压断路器的输入端A、B、C、4#高压断路器的输入端A、B、C、5#高压断路器的输入端A、B、C相连接；1#高压断路器的输出端a、b、c分别与1#炉用变压器的输入端A、B、C相连接；2#高压断路器的输出端a、b、c分别与2#炉用变压器的输入端A、B、C相连接；3#高压断路器的输出端a、b、c分别与3#炉用变压器的输入端A、B、C相连接；4#高压断路器的输出端a、b、c分别与4#炉用变压器的输入端A、B、C相连接；5#高压断路器的输出端a、b、c分别与5#炉用变压器的输入端A、B、C相连接；1#炉用变压器的输出端a、b、c分别与1#电熔镁炉的输入端A、B、C相连接；2#炉用变压器的输出端a、b、c分别与2#电熔镁炉的输入端A、B、C相连接；3#炉用变压器的输出端a、b、c分别与3#电熔镁炉的输入端A、B、C相连接；4#炉用变压器的输出端a、b、c分别与4#电熔镁炉的输入端A、B、C相连接；5#炉用变压器的输出端a、b、c分别与5#电熔镁炉的输入端A、B、C相连接。
本地PC机通过互联网连接云服务器，云服务器通过互联网连接远程PC机。
本实施方式中，型号为SZW3-10的电压互感器，用于将电熔镁群炉主变压器的二次侧的三相高电压交流信号按照100∶1的电压变比变换成有功功率变送器能接收的0～110V范围内的三相低电压交流信号，并发送至有功功率变送器。
本实施方式中，型号为LFZBJ-10的电流互感器，用于将电熔镁群炉主变压器的二次侧的A、C两相高电流交流信号按照400∶1的电流变比变换成有功功率变送器能接受的0～5A范围内的A、C两相低电流交流信号，并发送至有功功率变送器。
本实施方式中，型号为YDD-P3的三相三线制有功功率变送器，用于将三相电压交流信号和A、C两相的电流交流信号转换为表示主变压器功率的4～20mA范围内的标准直流信号，并发送给第一下位机。
本实施方式中，五台型号为ME96NSR的多用电子测量仪，用于采集各电熔镁炉熔炼电流和各电熔镁炉熔炼功率，并发送至第二下位机。
本实施方式中，第二下位机CPU型号为Q03UD的三菱Q系列PLC，用于将各电熔镁炉熔炼电流和各电熔镁炉熔炼功率发送至第一下位机。
本实施方式中，第一下位机西门子S7-200PLC，用于设定需量周期、滑差时间、群炉用电需量轮跳设定值、群炉用电需量全跳设定值；根据电压变比和电流变比对表示主变压器功率的直流信号进行换算，得到主变压器功率实际值；根据主变压器功率实际值在需量周期内进行滑动平均计算，得到群炉用电需量，并且每隔一个滑差时间，重新计算得到新的群炉用电需量；根据各台电熔镁炉熔炼功率是否为零来判断各台电熔镁炉的生产状态，并标记；通过比较各台电熔镁炉熔炼电流的大小对各台电熔镁炉分闸进行优先级排序；统计当前本月最大用电需量、当前本月全跳次数、上月最大用电需量、上月全跳次数；按照采样周期将底层监视数据发送至本地PC机，根据各台电熔镁炉熔炼电流、各台电熔镁炉熔炼功率、群炉用电需量、群炉用电需量全跳设定值、群炉用电需量轮跳设定值、全跳时间设定值和分闸时间设定值对各台电熔镁炉进行分合闸控制；根据需量参数调节数据修改需量监视数据。
本实施方式中，设定的需量周期为210秒，滑差时间为7秒。
本实施方式中，西门子S7-200PLC根据5台电熔镁炉熔炼功率是否为零来判断各台电熔镁炉的生产状态标志：电熔镁炉熔炼功率不为零，则该台电熔镁炉生产状态标志为“ON”，电熔镁炉熔炼功率为零，则该台电熔镁炉生产状态标志为“OFF”；西门子S7-200PLC通过比较5台电熔镁炉熔炼电流的大小，对5台电熔镁炉分闸进行优先级排序，电流最大的电熔镁炉分闸优先级为1级，电流第二大的电熔镁炉分闸优先级为2级，电流第三大的电熔镁炉分闸优先级为3级，电流第四大的电熔镁炉分闸优先级为4级，电流第五大的电熔镁炉分闸优先级为5级。
底层监视数据包括：主变压器功率、各台电熔镁炉熔炼电流、各台电熔镁炉熔炼功率、电压变比、电流变比、需量周期、滑差时间、群炉用电需量轮跳设定值、群炉用电需量全跳设定值、当前本月最大用电需量、上月最大用电需量、当前本月全跳次数、上月全跳次数、群炉用电需量、各台电熔镁炉生产状态标志、各台电熔镁炉分闸优先级。
需量参数调节数据包括：时间戳、调节后的群炉用电需量轮跳设定值、调节后的群炉用电需量全跳设定值。
本实施方式中，型号为研华IPC-610L的本地PC机，用于按照采样周期接收第一下位机的底层监视数据；将采集底层监视数据时刻的时间戳和底层监视数据作为需量监视数据，并将需量监视数据采用轻量级的数据交换格式JSON(javaScript对象表示法)序列化后发送至云服务器；接收云服务器发送的序列化后的需量参数调节数据，将其采用轻量级的数据交换格式JSON(javaScript对象表示法)反序列化后发送至第一下位机；提供本地监控画面并显示需量监视数据。
本实施方式中，本地PC机安装有基于JAVA语言开发的本地监控单元，包括：本地监控模块、本地数据发送模块和本地数据接收模块。
本实施方式中，本地监控模块，用于将采集底层监视数据时刻的时间戳和底层监视数据作为需量监视数据，并发送至本地数据发送模块；将接收的需量参数调节数据发送至第一下位机；提供本地监控画面并显示需量监视数据。
本实施方式中，本地数据发送模块，用于将需量监视数据采用轻量级的数据交换格式JSON(javaScript对象表示法)进行序列化，采用Zookeeper技术将序列化后的需量监视数据发送至云服务器。
本实施方式中，本地数据接收模块，用于将序列化后的需量参数调节数据采用轻量级的数据交换格式JSON(javaScript对象表示法)进行反序列化后发送至本地监控模块。
本实施方式中，云服务器，用于采用Zookeeper技术实现本地PC机与远程PC机之间数据的交换：接收本地PC机发送的序列化后的需量监视数据，并发送至远程PC机，接收远程PC机发送的序列化后的需量参数调节数据，并发送至本地PC机。
本实施方式中，云服务器，包括两个Znode节点：Znode节点A和Znode节点B；Znode节点A用于采用Zookeeper技术将序列化后的需量监视数据发送至远程PC机；Znode节点B用于采用Zookeeper技术将序列化后的需量参数调节数据发送至本地PC机。
本实施方式中，型号为戴尔Optiplex790的远程PC机，用于将接收云服务器发送的序列化后的需量监视数据采用轻量级的数据交换格式JSON(javaScript对象表示法)进行反序列化，提供远程监控画面，并显示需量监视数据，将需量参数调节数据采用轻量级的数据交换格式JSON(javaScript对象表示法)进行序列化后发送至云服务器。
本实施方式中，远程PC机安装有基于JAVA语言开发的远程监控单元，包括：远程监控模块、远程数据发送模块和远程数据接收模块。
本实施方式中，远程监控模块，用于提供远程监控画面、显示需量监视数据，并确定需量参数调节数据，并将需量参数调节数据发送至远程数据发送模块。
本实施方式中，远程数据发送模块，用于将需量参数调节数据采用轻量级的数据交换格式JSON(javaScript对象表示法)进行序列化，采用Zookeeper技术将序列化后的需量参数调节数据发送至云服务器。
本实施方式中，远程数据接收模块，用于将序列化后的需量监视数据采用轻量级的数据交换格式JSON(javaScript对象表示法)进行反序列化后发送至远程监控模块。
采用电熔镁群炉用电需量远程监控系统进行电熔镁群炉用电需量远程监控的方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤1：采集电熔镁炉熔炼电流、电熔镁炉熔炼功率和主变压器功率。
步骤1.1：多用电子测量仪采集5台电熔镁炉熔炼电流和5台电熔镁炉熔炼功率，并发送至三菱Q系列PLC。
步骤1.2：三菱Q系列PLC将5台电熔镁炉熔炼电流和5台电熔镁炉熔炼功率发送至西门子S7-200PLC。
步骤1.3：型号为SZW3-10的电压互感器将电熔镁群炉主变压器的二次侧的三相高电压交流信号按照100∶1的电压变比变换成有功功率变送器能接收的0～110V范围内的三相低电压交流信号，型号为LFZBJ-10的电流互感器将电熔镁群炉主变压器的二次侧的A、C两相高电流交流信号按照400∶1的电流变比变换成有功功率变送器能接受的0～5A范围内的A、C两相低电流交流信号，将低电压交流信号和低电流交流信号发送至有功功率变送器；
步骤1.4：型号为YDD-P3的三相三线制有功功率变送器将三相电压交流信号和A、C两相的电流交流信号转换为表示主变压器功率的4～20mA范围内的标准直流信号，并发送给第一下位机。
步骤2：设定的需量周期为210秒，滑差时间为7秒。西门子S7-200PLC根据100∶1的电压变比和400∶1的电流变比对表示主变压器功率的直流信号进行换算，得到主变压器功率实际值，对主变压器功率实际值在需量周期为210秒、滑差时间为7秒内进行滑动平均计算，得到群炉用电需量。
步骤3：西门子S7-200PLC根据5台电熔镁炉熔炼电流、5台电熔镁炉熔炼功率、群炉用电需量、群炉用电需量全跳设定值、群炉用电需量轮跳设定值、全跳时间设定值和分闸时间设定值对各台电熔镁炉进行分合闸控制。
本实施方式中，群炉用电需量全跳设定值为22500kW，群炉用电需量轮跳设定值为21500kW，全跳时间设定值为30秒，分闸时间设定值为30秒。
本实施方式中，对各台电熔镁炉进行分合闸控制的过程，如图4所示：
步骤3.1：根据5台电熔镁炉熔炼功率是否为零来判断各台电熔镁炉的生产状态，并标记。
电熔镁炉熔炼功率不为零，则该台电熔镁炉生产状态标志为“ON”，即处于合闸状态；电熔镁炉熔炼功率为零，则该台电熔镁炉生产状态标志为“OFF”，即处于分闸状态。
步骤3.2：确定5台电熔镁炉分闸的优先级：通过比较5台电熔镁炉熔炼电流的大小对各台电熔镁炉分闸进行优先级排序，电熔镁炉熔炼电流大的优先级高。电流最大的电熔镁炉分闸优先级为1级，电流第二大的电熔镁炉分闸优先级为2级，电流第三大的电熔镁炉分闸优先级为3级，电流第四大的电熔镁炉分闸优先级为4级，电流第五大的电熔镁炉分闸优先级为5级，5台电熔镁炉中，分闸的最高优先级为1级，分闸的最低优先级为5级。
步骤3.3：判断当前群炉用电需量是否超出群炉用电需量全跳设定值22500kW，若是，则对各台电熔镁炉进行全跳动作，即对各台电熔镁炉进行分闸，执行步骤3.4，否则，执行步骤3.5。
步骤3.4：当全跳动作时间到达全跳时间设定值30秒，恢复各台电熔镁炉为合闸状态，返回步骤3.3。
步骤3.5：判断当前群炉用电需量是否超出群炉用电需量轮跳设定值21500kW，若是，执行步骤3.6，否则，执行步骤3.12。
步骤3.6：将优先级最高的电熔镁炉确定为要分闸的电熔镁炉，执行步骤3.7。
步骤3.7：将确定要分闸的电熔镁炉进行分闸。
步骤3.8：当分闸时间达到分闸时间设定值30秒时，将当前处于分闸状态的电熔镁炉进行合闸。
步骤3.9：判断当前群炉用电需量是否超出群炉用电需量轮跳设定值21500kW，若是，执行步骤3.10，否则，执行步骤3.12。
步骤3.10：判断上次处于分闸状态的电熔镁炉的是否为最低优先级的电熔镁炉，若是，则返回步骤3.6，否则，执行步骤3.11。
步骤3.11：将低于上次处于分闸状态的电熔镁炉一个优先级的电熔镁炉确定为要分闸的电熔镁炉，返回步骤3.7。
步骤3.12：轮跳结束，返回步骤3.3。
步骤4：第一下位机统计当前本月最大用电需量、当前本月全跳次数、上月最大用电需量、上月全跳次数。
步骤5：第一下位机按照3秒为一次采样周期将底层监视数据发送至本地PC机。
步骤6：本地PC机将采集底层监视数据时刻的时间戳和底层监视数据作为需量监视数据，通过云服务器采用Zookeeper技术将需量监视数据发送至远程PC机，远程PC机提供远程监控画面并显示需量监视数据。
本实施方式中，本地PC机通过云服务器的Znode节点A将序列化后的需量监视数据发送至远程PC机的过程，如图5所示：
步骤6.1：本地监控模块将采集底层监视数据时刻的时间戳和底层监视数据作为需量监视数据，发送至本地数据发送模块，同时提供本地监控画面并显示需量监视数据。
步骤6.2：本地数据发送模块将需量监视数据采用轻量级的数据交换格式JSON(javaScript对象表示法)进行序列化，采用Zookeeper技术将序列化后的需量监视数据发送至云服务器的Znode节点A。
步骤6.3：远程数据接收模块采用Zookeeper技术从云服务器的Znode节点A读取序列化后的需量监视数据。
步骤6.4：远程数据接收模块将序列化后的需量监视数据采用轻量级的数据交换格式JSON(javaScript对象表示法)进行反序列化，发送至远程监控模块；。
步骤6.5：远程监控模块提供远程监控画面，并显示需量监视数据。
本实施方式中，以3秒为一次采样周期内的需量监视数据如表1所示。
表1一次采样周期内的需量监视数据
变量值 描述
Jun 5，2014，3：58：49 AM 时间戳
100 电压变比
400 电流变比
210 需量周期(sec)
7 滑差时间(sec)
19932 主变压器功率(kW)
19667 群炉用电需量(kW)
21500 群炉用电需量轮跳设定值(kW)
22500 群炉用电需量全跳设定值(kW)
21232 本月最大用电需量(kW)
21136 上月用电最大需量(kW)
3 本月全跳次数
7 上月全跳次数
16252 1#电熔镁炉熔炼电流(A)
13444 2#电熔镁炉熔炼电流(A)
13828 3#电熔镁炉熔炼电流(A)
13292 4#电熔镁炉熔炼电流(A)
13004 5#电熔镁炉熔炼电流(A)
4639 1#电熔镁炉熔炼功率(kW)
3837 2#电熔镁炉熔炼功率(kW)
3948 3#电熔镁炉熔炼功率(kW)
3795 4#电熔镁炉熔炼功率(kW)
3713 5#电熔镁炉熔炼功率(kW)
ON 1#电熔镁炉生产状态标志
ON 2#电熔镁炉生产状态标志
ON 3#电熔镁炉生产状态标志
ON 4#电熔镁炉生产状态标志
ON 5#电熔镁炉生产状态标志
1 1#电熔镁炉分闸优先级
3 2#电熔镁炉分闸优先级
2 3#电熔镁炉分闸优先级
4 4#电熔镁炉分闸优先级
5 5#电熔镁炉分闸优先级
步骤7：当远程监控人员修改需量参数调节数据时，远程PC机通过云服务器采用Zookeeper技术将需量参数调节数据发送至第一下位机。
本实施方式中，远程PC机通过云服务器的Znode节点B将序列化后的需量参数调节数据发送至本地PC机的过程如图6所示：
步骤7.1：当远程监控人员修改需量参数调节数据时，远程监控模块将需量参数调节数据发送至远程数据发送模块。
本实施方式中，远程监控人员根据经验修改的一次采样周期内的需量参数调节数据如表2所示：
表2一次采样周期内的需量参数调节数据
步骤7.2：远程数据发送模块将需量参数调节数据采用轻量级的数据交换格式JSON(javaScript对象表示法)进行序列化，采用Zookeeper技术将序列化后的需量参数调节数据发送至云服务器的Znode节点。
步骤7.3：本地数据接收模块采用Zookeeper技术从云服务器的Znode节点B读取序列化后的需量参数调节数据。
步骤7.4：本地数据接收模块将序列化后的需量参数调节数据采用轻量级的数据交换格式JSON(javaScript对象表示法)进行反序列化，发送至本地监控模块。
步骤7.5：本地监控模块将需量参数调节数据发送至第一下位机。
步骤8：第一下位机根据需量参数调节数据修改群炉用电需量轮跳设定值、群炉用电需量全跳设定值，返回步骤1。
本发明实现了便于企业管理人员和科研人员对电熔镁群炉用电需量的远程监控，进行生产指导，在不超最大允许需量的情况下，保证熔炼过程和电网安全。

Claims (9)

1.一种电熔镁群炉用电需量远程监控系统，其特征在于，包括数据采集装置、本地PC机、云服务器、远程PC机；
所述的数据采集装置包括电压互感器、电流互感器、有功功率变送器、第一下位机、多台多用电子测量仪、第二下位机；
所述的电压互感器和电流互感器安装于变电所，电压互感器的输出端和电流互感器的输出端连接有功功率变送器的输入端，有功功率变送器的输出端连接第一下位机的输入端；多用电子测量仪安装于变电所，各多用电子测量仪的输出端连接第二下位机的输入端，第二下位机的输出端连接第一下位机的输入端，第一下位机的输出端连接本地PC机，第一下位机的输出端还连接各电熔镁炉的分闸继电器，本地PC机通过互联网连接云服务器，云服务器通过互联网连接远程PC机；
所述的本地PC机，用于按照采样周期接收第一下位机的底层监视数据；将采集底层监视数据时刻的时间戳和底层监视数据作为需量监视数据，并将需量监视数据序列化后发送至云服务器；接收云服务器发送的序列化后的需量参数调节数据，将其反序列化后发送至第一下位机；提供本地监控画面并显示需量监视数据；
所述的云服务器，用于采用Zookeeper技术实现本地PC机与远程PC机之间数据的交换：接收本地PC机发送的序列化后的需量监视数据，并发送至远程PC机，接收远程PC机发送的序列化后的需量参数调节数据，并发送至本地PC机；
所述的远程PC机，用于将接收云服务器发送的序列化后的需量监视数据进行反序列化，提供远程监控画面，并显示需量监视数据，将需量参数调节数据进行序列化后发送至云服务器。
2.根据权利要求1所述的一种电熔镁群炉用电需量远程监控系统，其特征在于，所述的电压互感器，用于将电熔镁群炉主变压器的二次侧的三相高电压交流信号按照电压变比变换成有功功率变送器能接收的三相低电压交流信号，并发送至有功功率变送器；
所述的电流互感器，用于将电熔镁群炉主变压器的二次侧的A、C两相高电流交流信号按照电流变比变换成有功功率变送器能接收的A、C两相低电流交流信号，并发送至有功功率变送器；
所述的有功功率变送器，用于将三相低电压交流信号和A、C两相低电流交流信号转换为表示主变压器功率的直流信号，并发送给第一下位机；
所述的多用电子测量仪，用于采集各电熔镁炉熔炼电流和各电熔镁炉熔炼功率，并发送至第二下位机；
所述的第二下位机，用于将各电熔镁炉熔炼电流和各电熔镁炉熔炼功率发送至第一下位机；
所述的第一下位机，用于设定需量周期、滑差时间、群炉用电需量轮跳设定值、群炉用电需量全跳设定值；根据电压变比和电流变比对表示主变压器功率的直流信号进行换算，得到主变压器功率实际值；根据主变压器功率实际值在需量周期内进行滑动平均计算，得到群炉用电需量，并且每隔一个滑差时间，重新计算得到新的群炉用电需量；根据各台电熔镁炉熔炼功率是否为零来判断各台电熔镁炉的生产状态，并标记；通过比较各台电熔镁炉熔炼电流的大小对各台电熔镁炉分闸进行优先级排序；统计当前本月最大用电需量、当前本月全跳次数、上月最大用电需量、上月全跳次数；按照采样周期将底层监视数据发送至本地PC机，根据各台电熔镁炉熔炼电流、各台电熔镁炉熔炼功率、群炉用电需量、群炉用电需量全跳设定值、群炉用电需量轮跳设定值、全跳时间设定值和分闸时间设定值对各台电熔镁炉进行分合闸控制；根据需量参数调节数据修改群炉用电需量轮跳设定值、群炉用电需量全跳设定值。
3.根据权利要求1所述的一种电熔镁群炉用电需量远程监控系统，其特征在于，所述的底层监视数据包括：主变压器功率、各台电熔镁炉熔炼电流、各台电熔镁炉熔炼功率、电压变比、电流变比、需量周期、滑差时间、群炉用电需量轮跳设定值、群炉用电需量全跳设定值、当前本月最大用电需量、上月最大用电需量、当前本月全跳次数、上月全跳次数、群炉用电需量、各台电熔镁炉生产状态标志、各台电熔镁炉分闸优先级。
4.根据权利要求1所述的一种电熔镁群炉用电需量远程监控系统，其特征在于，所述的需量参数调节数据包括：时间戳、调节后的群炉用电需量轮跳设定值、调节后的群炉用电需量全跳设定值。
5.根据权利要求1所述的一种电熔镁群炉用电需量远程监控系统，其特征在于，所述的本地PC机安装有本地监控单元，包括：本地监控模块、本地数据发送模块和本地数据接收模块；
所述的本地监控模块，用于将采集底层监视数据时刻的时间戳和底层监视数据作为需量监视数据，并发送至本地数据发送模块；将接收的需量参数调节数据发送至第一下位机；提供本地监控画面并显示需量监视数据；
所述的本地数据发送模块，用于将需量监视数据进行序列化，采用Zookeeper技术将序列化后的需量监视数据发送至云服务器；
所述的本地数据接收模块，用于将序列化后的需量参数调节数据进行反序列化后发送至本地监控模块。
6.根据权利要求1所述的一种电熔镁群炉用电需量远程监控系统，其特征在于，所述的云服务器，包括两个Znode节点：Znode节点A和Znode节点B；
所述的Znode节点A用于采用Zookeeper技术将序列化后的需量监视数据发送至远程PC机；
所述的Znode节点B用于采用Zookeeper技术将序列化后的需量参数调节数据发送至本地PC机。
7.根据权利要求1所述的一种电熔镁群炉用电需量远程监控系统，其特征在于，所述的远程PC机安装有远程监控单元，包括：远程监控模块、远程数据发送模块和远程数据接收模块；
所述的远程监控模块，用于提供远程监控画面、显示需量监视数据，并确定需量参数调节数据，发送至远程数据发送模块；
所述的远程数据发送模块，用于将需量参数调节数据进行序列化，采用Zookeeper技术将序列化后的需量参数调节数据发送至云服务器；
所述的远程数据接收模块，用于将序列化后的需量监视数据进行反序列化后发送至远程监控模块。
8.采用权利要求1所述的电熔镁群炉用电需量远程监控系统进行电熔镁群炉用电需量远程监控的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采集电熔镁炉熔炼电流、电熔镁炉熔炼功率和主变压器功率；
步骤1.1：多用电子测量仪采集各电熔镁炉熔炼电流和各电熔镁炉熔炼功率，并发送至第二下位机；
步骤1.2：第二下位机将各电熔镁炉熔炼电流和各电熔镁炉熔炼功率发送至第一下位机；
步骤1.3：电压互感器将电熔镁群炉主变压器的二次侧的三相高电压交流信号按照电压变比变换成有功功率变送器能接收的三相低电压交流信号；电流互感器将电熔镁群炉主变压器的二次侧的A、C两相高电流交流信号按照电流变比变换成有功功率变送器能接收的A、C两相低电流交流信号；将低电压交流信号和低电流交流信号发送至有功功率变送器；
步骤1.4：有功功率变送器将三相低电压交流信号和A、C两相的低电流交流信号转换为表示主变压器功率的直流信号，并发送给第一下位机；
步骤2：设定需量周期和滑差时间，第一下位机根据电压变比和电流变比对表示主变压器功率的直流信号进行换算，得到主变压器功率实际值，根据需量周期和滑差时间计算得到群炉用电需量；
步骤3：第一下位机根据各台电熔镁炉熔炼电流、各台电熔镁炉熔炼功率、群炉用电需量、群炉用电需量全跳设定值、群炉用电需量轮跳设定值、全跳时间设定值和分闸时间设定值对各台电熔镁炉进行分合闸控制；
步骤4：第一下位机统计当前本月最大用电需量、当前本月全跳次数、上月最大用电需量、上月全跳次数；
步骤5：第一下位机按照采样周期将底层监视数据发送至本地PC机；
步骤6：本地PC机将采集底层监视数据时刻的时间戳和底层监视数据作为需量监视数据，通过云服务器采用Zookeeper技术将需量监视数据发送至远程PC机，远程PC机提供远程监控画面并显示需量监视数据；
步骤7：当远程监控人员修改需量参数调节数据时，远程PC机通过云服务器采用Zookeeper技术将需量参数调节数据发送至第一下位机；
步骤8：第一下位机根据需量参数调节数据修改群炉用电需量轮跳设定值、群炉用电需量全跳设定值，返回步骤1。
9.根据权利要求8所述的电熔镁群炉用电需量远程监控方法，其特征在于，所述的步骤3包括以下步骤：
步骤3.1：根据各台电熔镁炉熔炼功率是否为零来判断各台电熔镁炉的生产状态，并标记；
步骤3.2：确定各台电熔镁炉分闸的优先级：通过比较各台电熔镁炉熔炼电流的大小对各台电熔镁炉分闸进行优先级排序，电熔镁炉熔炼电流大的优先级高；
步骤3.3：判断当前群炉用电需量是否超出群炉用电需量全跳设定值，若是，则对各台电熔镁炉进行全跳动作，即对各台电熔镁炉进行分闸，执行步骤3.4，否则，执行步骤3.5；
步骤3.4：当全跳动作时间到达全跳时间设定值，恢复各台电熔镁炉为合闸状态，返回步骤3.3；
步骤3.5：判断当前群炉用电需量是否超出群炉用电需量轮跳设定值，若是，执行步骤3.6，否则，执行步骤3.12；
步骤3.6：将优先级最高的电熔镁炉确定为要分闸的电熔镁炉，执行步骤3.7；
步骤3.7：将确定要分闸的电熔镁炉进行分闸；
步骤3.8：当分闸时间达到分闸时间设定值时，将当前处于分闸状态的电熔镁炉进行合闸；
步骤3.9：判断当前群炉用电需量是否超出群炉用电需量轮跳设定值，若是，执行步骤3.10，否则，执行步骤3.12；
步骤3.10：判断上次处于分闸状态的电熔镁炉的是否为最低优先级的电熔镁炉，若是，则返回步骤3.6，否则，执行步骤3.11；
步骤3.11：将低于上次处于分闸状态的电熔镁炉一个优先级的电熔镁炉确定为要分闸的电熔镁炉，返回步骤3.7；
步骤3.12：轮跳结束，返回步骤3.3。
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