CN116008650B - 一种矿热炉全电量监控系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种矿热炉全电量监控系统，包括：预设的三相变压器三个电极按正相序命名为电极Ⅰ，电极Ⅱ，电极Ⅲ，分别接在了三个变压器的x、y、z端的对应的补偿装置和烧穿装置；以及，预设在变压器一次侧的高压进线柜后设置PT柜、馈线柜、星角倒接柜；和预设在变压器二次侧的短网上的补偿装置、烧穿装置；主机CPU、第三方PLC、1#操作站PC机OS‑PC1、2#操作站PC机OS‑PC2、边缘服务器Edge‑PC、终端总线交换机T‑Switch、工厂总线交换机P‑Switch、环内远程子站ET200SP、环外支路远程子站ET200SP、工厂现场操作面板Panel；本发明实现了对电极电流的精准监控，可同时监控每根铜管的工作状态。

Description

一种矿热炉全电量监控系统和方法

技术领域

本发明涉及矿热炉冶炼技术领域，具体而言，尤其涉及一种矿热炉全电量监控系统和方法。

背景技术

当前，矿热炉生产容量巨大，一般采用三台单相变压器供电，一次侧采用星接或者角接方式，二次侧通过角接方式与三根电极相连，由于三相供电系统的强耦合性且实际运行容量巨大，导致电极电流难以获取准确的实际值。矿热炉在生产过程中自然功率因数较低，大约在0.5～0.7之间，为了满足供电电网输电要求，需要为每台矿热炉配置无功补偿装置，将电网侧功率因数提高至0.9以上，可采用的方式有高压补偿、中压补偿、低压补偿或者其中两三种组合补偿，形式各异。另外，某些矿热炉又在电炉变二次侧接有烧穿器，回路电流从另一台变压器返回。综上所述，矿热炉供电系统错综复杂，各部分电气参数难以全部测量，尤其是电极电流直接与生产运行相关，更是难以测量。同时当今市场上有多种类型的矿热炉电气参数监控系统，但多是数据检测不准确，设计的各系统端口检测方案不统一、各自独立，数据采集不同步，无法形成总体监控效果，与实际生产要求偏差较大，究其原因就是采集方式不完善、采集到的数据同步性不好导致的。

发明内容

根据上述提出无法形成总体监控效果，与实际生产要求偏差较大的技术问题，而提供一种矿热炉全电量监控系统和方法，进而实现对矿热炉各部分的电气参数的全部同步准确测量，尤其是实现对电极入炉电流的准确测量，为矿热炉生产提供最有效的技术支撑，为电炉智能化模型提供基础全部数据。本发明主要利用一种矿热炉全电量监控系统，包括：预设的A相变压器、B相变压器、C相变压器，A相变压器二次侧命名参照一次侧高压进线A相将同名端命名为a、异名端命名为x，B相变压器二次侧命名参照一次侧高压进线B相将同名端命名为b、异名端命名为y，C相变压器二次侧命名参照一次侧高压进线C相将同名端命名为c、异名端命名为z，三个电极按正相序命名为电极Ⅰ，电极Ⅱ，电极Ⅲ，在A相变压器二次侧接有A补偿装置和A烧穿装置，在B相变压器二次侧接有B补偿装置和B烧穿装置，在C相变压器二次侧接有C补偿装置和C烧穿装置，其中三个烧穿装置分别接在了三个变压器的x、y、z端；以及，预设在变压器一次侧的高压进线柜后设置PT柜、馈线柜、星角倒接柜；和预设在变压器二次侧的短网上的补偿装置、烧穿装置；

所述监控系统还包括：主机CPU101、第三方PLC102、1#操作站PC机OS-PC1103、2#操作站PC机OS-PC2104、边缘服务器Edge-PC105、终端总线交换机T-Switch106、工厂总线交换机P-Switch107、环内远程子站ET200SP108、环外支路远程子站ET200SP109、工厂现场操作面板Panel110；

所述主机CPU101采用西门子S7-1500系列产品CPU 1515-2PN，

主机CPU101的ProfiNet-X2口用以太网线连接至终端总线交换机T-Switch106，在该交换机上同时连接1#操作站PC机OS-PC1103、2#操作站PC机OS-PC2104、边缘服务器Edge-PC105；所述主机CPU101将收集到的现场信息与三台台PC机进行数据交互，完成矿热炉生产过程设备的基本控制。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明选用多路单相功率表实现同一段短网不同接入点的数据采集，保证数据同步性；

2、本发明选用三相四线制多功能表保证三根电极电气参数的数据采集同步性；

3、本发明采用ProfiNet IO控制器的等时同步模式保证四个子站的数据同步性；

4、本发明实现了对电极电流的精准监控，可同时监控每根铜管的工作状态；

5、本发明系统数据采集准确可靠，稳定矿热炉工艺生产过程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明矿热炉供电示意图。

图2为本发明变压器及二次侧示意图。

图3为本发明全电量检测合成原理图。

图4为本发明电极检测原理图。

图5为本发明系统控制网络图。

图6为本发明数据处理工作流程图.

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1-6所示，本发明提供了一种矿热炉全电量监控系统，包括：预设的A相变压器、B相变压器、C相变压器，A相变压器二次侧命名参照一次侧高压进线A相将同名端命名为a、异名端命名为x，B相变压器二次侧命名参照一次侧高压进线B相将同名端命名为b、异名端命名为y，C相变压器二次侧命名参照一次侧高压进线C相将同名端命名为c、异名端命名为z，三个电极按正相序命名为电极Ⅰ，电极Ⅱ，电极Ⅲ，在A相变压器二次侧接有A补偿装置和A烧穿装置，在B相变压器二次侧接有B补偿装置和B烧穿装置，在C相变压器二次侧接有C补偿装置和C烧穿装置，其中三个烧穿装置分别接在了三个变压器的x、y、z端；以及，预设在变压器一次侧的高压进线柜后设置PT柜、馈线柜、星角倒接柜；和预设在变压器二次侧的短网上的补偿装置、烧穿装置。由于二次侧电流巨大，所以一般设计为多根铜管并联方式为矿热炉系统供电，同理补偿装置也需要多根铜管进行连接，而烧穿装置由于电流不太大所以一般设计为铜排供电。本设计工况按照变压器二次侧20根、补偿8根、烧穿1根，其中二次侧和补偿每一端分别为10根、4根。

作为一种优选的实施方式，在本申请中，所述监控系统还包括：主机CPU101、第三方PLC102、1#操作站PC机OS-PC1103、2#操作站PC机OS-PC2104、边缘服务器Edge-PC105、终端总线交换机T-Switch106、工厂总线交换机P-Switch107、环内远程子站ET200SP108、环外支路远程子站ET200SP109、工厂现场操作面板Panel110；

所述主机CPU101采用西门子S7-1500系列产品CPU 1515-2PN，主机CPU101的ProfiNet-X2口用以太网线连接至终端总线交换机T-Switch106，在该交换机上同时连接1#操作站PC机OS-PC1103、2#操作站PC机OS-PC2104、边缘服务器Edge-PC105；所述主机CPU101将收集到的现场信息与三台台PC机进行数据交互，完成矿热炉生产过程设备的基本控制。

作为优选的实施方式，边缘服务器Edge-PC(105)为本次矿热炉全电量监控系统中部署的本地服务器，可进行数据边缘计算，用于大数据特征计算及提取，分析学习，智能调控模型的生成及优化、存储，结果信息数据与同处在终端总线上的CPU、OS-PC进行实时交互，达到智能控制的目的。本边缘服务器是由硬件和软件组成的开放系统，可以灵活地执行基于高级语言的封装应用程序；直观的集成工厂功能，用于针对自动化采集、处理和交换数据，在工厂的基础上实现数据的智能使用。本边缘服务器基于开放式的工业以太网通讯，兼容多种以太网通讯协议，支持TCP、UDP、ISO-On-TCP、I-Device、S7-Routing、OPC UA通信协议，同时支持SNMP、Web、FTP、NTP等IT通信服务，可方便的将本全电量监控系统的数据处理和算法模块等功能直接移植对接到类似的其他工业控制系统中。

在本申请中，所述终端总线交换机T-Switch106和工厂总线交换机P-Switch107通过CPU套件集成ProfiNet-X1口和ProfiNet-X2口实现了网络的隔离，各自网络内部的实时交互数据不相互干扰；该CPU套件集成ProfiNet-X1口、ProfiNet-X2口，其中ProfiNet-X1口做为ProfiNet IO控制器时可设定通讯方式为等时通讯模式，可通过管理型交换机设计为环网，即使有1根网线断裂亦不会影响系统的正常运行，这大大提高了本矿热炉全电量监控系统的稳定性。该S7-1500系列控制器和可视化程序开发集成于TIA Portal，易于生产工艺过程的统一管理与维护。

其中所述终端总线交换机T-Switch106连接的设备主要完成对矿热炉生产的管理控制；所述工厂总线交换机P-Switch107连接的设备主要完成对矿热炉现场的数据采集、逻辑控制。

在本实施方式中，所述主机CPU101的ProfiNet-X1口和环内远程子站ET200SP108、工厂总线交换机P-Switch107进行连接形成单环控制网络，实现网络路径冗余不会由于某根网线断裂导致通讯中断；

所述主机CPU101是单环控制网络中的一部分，作为ProfiNet IO控制器；所述环内远程子站ET200SP108则作为ProfiNet IO设备；IO控制器设定为等时同步模式，保证环内设备数据通讯的一致性与同步性；等时模式的实现是由ProfiNet IO控制器发送给ProfiNetIO设备一个时钟脉冲做为一个全局控制帧，由它同步接收和发送从站数据。系统时钟贯穿整个系统，使其有一个恒定的时间间隔，总线循环时间的固定和各个循环的同步保证了过程响应时间是恒定的。不仅如此，与常规使用的非等时模式相比，由于各个循环的同步，不存在数据读取或发送的周期等待，所以使响应变得更加迅速，数据读取的实时同步性更有可靠的保障。

进一步地，在本申请中，所述矿热炉全电量监控系统还设置有：A相全电量监控环内远程子站108.1、B相全电量监控环内远程子站108.2、C相全电量监控环内远程子站108.3、电极汇总环内远程子站108.4以及辅助运行设备环外支路远程子站109；

所述A相全电量监控环内远程子站108.1设置在现场A相炉变临近的区域内，完成变压器一次侧、二次侧、补偿装置、烧穿装置、电极间电气参数的采集；所述B相全电量监控环内远程子站108.2设置在现场B相炉变临近的区域内，完成变压器一次侧、二次侧、补偿装置、烧穿装置、电极间电气参数的采集；所述C相全电量监控环内远程子站108.3设置在现场C相炉变临近的区域内，完成变压器一次侧、二次侧、补偿装置、烧穿装置、电极间电气参数的采集；所述电极汇总环内远程子站108.4设置在矿热炉某个变压器室内，完成对三个电极电气参数的采集，对所述单相电极和入炉电气参数的数据采集。

同时，所述矿热炉全电量监控系统还具有：连接在MRP-RING环上的ProfiNet IO设备远程子站ET200SP108完成矿热炉全电量监控系统现场主要信号的采集；在工厂总线交换机P-Switch107网络上还支连有多个环外支路远程子站ET200SP109，完成对矿热炉工艺运行设备的逻辑联锁控制；同时在所述工厂总线交换机P-Switch107网络上设置有对现场生产设备的就地实时查询与故障排查功能的工厂现场操作面板Panel110；所述工厂总线交换机P-Switch107网络上海设置有第三方PLC102，可实现对现场辅助系统的实时快速的以太网通讯。

同时，如图3所示，作为优选的实施例，在本申请中为设计的全电量检测合成原理图，如下仅对A相变压器相关联的检测进行详细设计描述，由于B相、C相与A相极为相似本处不再赘述。

罗氏线圈：可以实现对大电流进行检测并输出0-5Vac信号，对10根变压器进线铜管、10根变压器出线铜管、8根补偿铜管采用开口对卡式罗氏线圈，对1根烧穿铜排采用柔性对扣式罗氏线圈，进行大电流检测得到输出信号：a侧10根变压器进线铜管电流Ia1-Ia10、a侧4根补偿铜管电流Ica1-Ica4、x侧10根变压器出线铜管电流Ix1-Ix10、x侧4根补偿铜管电流Icx1-Icx4、x侧1根烧穿铜排电流Isx1；对每根铜管都进行监控，可用于在HMI中进行数据历史记录，实现对每根铜管工作状态的分析，同时可以分析电极偏流情况随之做相应的处理。

多路积分器：本设计采用的是能接收处理0-5Vac，对输入端的0-5Vac信号进行信号叠加求和，实现多路信号的积分合成，并输出0-5Vac和0-1Aac两种不同类型的信号，其中输入端和输出端的信号可以设定为代表的量程不同，同时具有将输入信号转成ModbusRTU数据进行外传；

多路积分合成器Σa：对a侧10根变压器进线铜管电流Ia1-Ia10进行信号积分合成，输出二次侧合成总电流ΣIa1-10.V(0-5Vac)、二次侧标准总电流ΣIa1-10.A(0-1Aac)，将各路输入信号转成ModbusRTU数据传送至ModbusRTU/ProfiNet转换器；

多路积分合成器Σca：对a侧4根补偿铜管电流Ica1-Ica4进行信号积分合成，输出补偿装置合成总电流ΣIca1-4.V(0-5Vac)、补偿装置标准总电流ΣIca1-4.A(0-1Aac)，将各路输入信号转成ModbusRTU数据传送至ModbusRTU/ProfiNet转换器；

多路积分合成器Σx：对x侧10根变压器出线铜管电流Ix1-Ix10进行信号积分合成，输出二次侧合成总电流ΣIx1-10.V(0-5Vac)、二次侧标准总电流ΣIx1-10.A(0-1Aac)，将各路输入信号转成ModbusRTU数据传送至ModbusRTU/ProfiNet转换器；

多路积分合成器Σcx：对x侧4根补偿铜管电流Icx1-Icx4进行信号积分合成，输出补偿装置合成总电流ΣIcx1-4.V(0-5Vac)、补偿装置标准总电流ΣIcx1-4.A(0-1Aac)，将各路输入信号转成ModbusRTU数据传送至ModbusRTU/ProfiNet转换器；

单路积分器Σsx：对x侧1根烧穿铜排电流Isx1进行信号积分合成，输出烧穿装置电流ΣIsx1.V(0-5Vac)、烧穿装置标准电流ΣIsx1.A(0-1Aac)，将单路输入信号转成ModbusRTU数据传送至ModbusRTU/ProfiNet转换器；

多路积分合成器ΣTa：对二次侧合成总电流ΣIa1-10.V(0-5Vac)、补偿装置合成总电流ΣIca1-4.V(0-5Vac)进行信号积分合成，输出a侧入炉合成总电流ΣITa.V(0-5Vac)、a侧入炉标准总电流ΣITa.A(0-1Aac)，其中a侧入炉合成总电流ΣITa.V(0-5Vac)进入电极电流合成器Ⅰ，同理b侧入炉合成总电流ΣITb.V(0-5Vac)进入电极电流合成器Ⅱ、c侧入炉合成总电流ΣITc.V(0-5Vac)进入电极电流合成器Ⅲ；

多路积分合成器ΣTx：对二次侧合成总电流ΣIx1-10.V(0-5Vac)、补偿装置合成总电流ΣIcx1-4.V(0-5Vac)、烧穿装置电流ΣIsx1.V(0-5Vac)进行信号积分合成，输出x侧入炉合成总电流ΣITx.V(0-5Vac)、x侧入炉标准总电流ΣITx.A(0-1Aac)，其中x侧入炉合成总电流ΣITx.V(0-5Vac)进入电极电流合成器Ⅲ，同理y侧入炉合成总电流ΣITy.V(0-5Vac)进入电极电流合成器Ⅰ、z侧入炉合成总电流ΣITz.V(0-5Vac)进入电极电流合成器Ⅱ；

标准电压转换器：本设计采用的是输入端为0-400Vac工厂常用低压电压等级，输出端为高低压系统常用的标准电压0-100Vac，实现对高低电压信号的统一化，并可降低对部分设备实现低等级电压保护；

标准电压转换器NVax：对在变压器二次侧出口a、x之间采集到的变压器二次侧电压Uvax(0-400Vac)进行标准电压转换，输出变压器二次侧标准电压Unax(0-100Vac)；

标准电压转换器NVcax：对在二次侧短网补偿点a、x之间采集到的补偿点电压Uvcax(0-400Vac)进行标准电压转换，输出补偿点标准电压Unax(0-100Vac)；

标准电压转换器NVⅢ-Ⅰ：对在电极Ⅲ、电极Ⅰ之间采集到的电极间电压UvⅢ-Ⅰ(0-400Vac)进行标准电压转换，输出电极间标准电压UnⅢ-Ⅰ(0-100Vac)；

标准电压转换器NVxa：对在变压器二次侧出口x、a之间采集到的变压器二次侧电压Uvxa(0-400Vac)进行标准电压转换，输出变压器二次侧标准电压Unxa(0-100Vac)；

标准电压转换器NVcxa：对在二次侧短网补偿点x、a之间采集到的补偿点电压Uvcxa(0-400Vac)进行标准电压转换，输出补偿点标准电压Unxa(0-100Vac)；

标准电压转换器NVsxa：对在烧穿接入点x、a之间采集到的烧穿点电压Uvsxa(0-400Vac)进行标准电压转换，输出补偿点标准电压Unxa(0-100Vac)；

标准电压转换器NVⅠ-Ⅲ：对在电极Ⅰ、Ⅲ电极之间采集到的电极间电压UvⅠ-Ⅲ(0-400Vac)进行标准电压转换，输出电极间标准电压UnⅠ-Ⅲ(0-100Vac)；

多路单相功率表：本设计采用的能接入0-100Vac电压信号和0-1Aac电流信号的多路输入，并能对各路进行多功能电力计算，以ModbusRTU通讯输出各路的电气参数，包括实测电压U、实测电流I、有功功率P、无功功率Q、视在功率S、功率因数cosφ；该表的设计选用能保证多路输入数据的时间同步性，能够对同一时刻的电气参数完成采集计算，从单相矿热炉变压器的一次侧到电极间的大容量供电的所有数据采集能保证较好的一致同步性，易于各部分参量的能耗及各详参进行精确的计算与模型的建立；

多路单相功率表MA：将a侧入炉标准总电流ΣITa.A(0-1Aac)和电极间标准电压UnⅢ-Ⅰ(0-100Vac)进行多功能电力计算，形成电极侧电参数组.1；将二次侧标准总电流ΣIa1-10.A(0-1Aac)和变压器二次侧标准电压Unax(0-100Vac)进行多功能电力计算，形成二次侧电参数组.1；将补偿装置标准总电流ΣIca1-4.A(0-1Aac)和补偿点标准电压Uncax(0-100Vac)进行多功能电力计算，形成补偿装置电参数组.1；将在A相变压器一次侧电流互感器上采集到的电炉变压器一次高压侧标准电流IHax(0-1Aac)和在PT柜内电压互感器上采集到的电炉变压器一次高压侧标准电压UHax(0-100Vac)进行多功能电力计算，形成一次侧电参数组；将x侧入炉标准总电流ΣITx.A(0-1Aac)和电极间标准电压UnⅠ-Ⅲ(0-100Vac)进行多功能电力计算，形成电极侧电参数组.2；将二次侧标准总电流ΣIx1-10.A(0-1Aac)和变压器二次侧标准电压Unxa(0-100Vac)进行多功能电力计算，形成二次侧电参数组.2；将补偿装置标准总电流ΣIcx1-4.A(0-1Aac)和补偿点标准电压Uncxa(0-100Vac)进行多功能电力计算，形成补偿装置电参数组.2；将烧穿装置标准电流ΣIsx1.A(0-1Aac)和烧穿点标准电压Unsxa(0-100Vac)进行多功能电力计算，形成烧穿装置电参数组；将各组输入信号形成的ModbusRTU数据传送至ModbusRTU/ProfiNet转换器；同理，多路单相功率表MB完成B相变压器相关电气参数的多功能电力计算、多路单相功率表MC完成C相变压器相关电气参数的多功能电力计算；

ModbusRTU/ProfiNet转换器：对各个ModbusRTU通讯节点进行数据采集，转换成ProfiNet数据通过以太网方式传送至PLC系统。

如图4所示，为设计的电极检测原理图，使用三相四线制多功能表进行三个电极数据的采集与整合，并将数据上传至PLC系统。

电极电流合成器Ⅰ：对a侧入炉合成总电流ΣITa.V(0-5Vac)、y侧入炉合成总电流ΣITy.V(0-5Vac)进行信号积分合成，输出电极标准电流ELⅠ.A(0-1Aac)；

电极电流合成器Ⅱ：对b侧入炉合成总电流ΣITb.V(0-5Vac)、z侧入炉合成总电流ΣITz.V(0-5Vac)进行信号积分合成，输出电极标准电流ELⅡ.A(0-1Aac)；

电极电流合成器Ⅲ：对c侧入炉合成总电流ΣITc.V(0-5Vac)、x侧入炉合成总电流ΣITx.V(0-5Vac)进行信号积分合成，输出电极标准电流ELⅢ.A(0-1Aac)；

三相四线制多功能表MT：设计选用带3个4-20mA输出口、ModbusRTU通讯接口的电力多功能表，具单相与三相合计电气参数计算输出能力。将电极标准电流ELⅠ.A(0-1Aac)、电极相标准电压UnvⅠ(0-5Vac)、将电极标准电流ELⅡ.A(0-1Aac)、电极相标准电压UnvⅡ(0-5Vac)、将电极标准电流ELⅢ.A(0-1Aac)、电极相标准电压UnvⅢ(0-5Vac)分别接入对应输入管脚，三个电极数据的采集与整合，进行多功能电力计算，得到每个电极的电气参数和三个电极总的合计参数，包括每个电极的实测电压U、实测电流I、有功功率P、无功功率Q、视在功率S、功率因数cosφ，以及包括三根电极合计的总有功功率P、总无功功率Q、总视在功率S、总功率因数cosφ，经过Modbus/ProfiNet转换器，将数据上传至PLC系统。由于三个电极电流是矿热炉生产过程中极为重要的电气参数，所以将三个电极电流同时以4-20mAdc方式直接输出至PLC系统以便在通讯中断时仍然能够获取电极电流的真实值。当我们准确获取了各个接入点的电气参量后，就可以利用矢量计算方法获取各个接入点之间的电气参量，精准实现对各段的能耗分析计算，进而获取整个矿热炉供电系统的数学模型。

进一步地，在本申请中，作为一种优选的，本发明还包含一种矿热炉全电量监控方法，包括以下步骤：

T0：通过CPU控制器内预设的子站诊断程序功能块，检测各个子站与主站之间的通讯是否正常；

S1：读取A相全电量监控环内远程子站(108.1)的全电量监控数据；

S2：读取B相全电量监控环内远程子站(108.2)的全电量监控数据；

S3：读取C相全电量监控环内远程子站(108.3)的全电量监控数据；

S4：对输入管脚Data.1和输入管脚Data.2两组参数的数据进行处理，主要是针对输入管脚的标准电流参量和标准电压参量进行比较，随后选择与之对应的所有的电气参数数据；作为优选的，在本实施方式中，Data分别代表补偿装置电参数组、二次侧电参数组、电极侧电参数组；

S5：选择第n组数据处理，初始化n＝0，针对三个电极总计有9组数据需要进行优选处理；在本申请中，每个电极(Data.1)和(Data.2)总计有三组，因此合计9组。可以理解为在其他的实施方式中，电极的数量可以按照实际生产中的数量决定。

T1.1：根据CPU控制器对子站信号采集模块读取的通道信息判断数据质量，当数据质量两个好时，执行步骤S6；

S6：计算两组参数所述输入管脚Data.1与所述输入管脚Data.2的偏差δ，通过两个数据的差值除以两个数据的平均值的方法进行偏差值δ的计算；

T2：当所述偏差δ≤0.1％时，执行步骤S7，否则执行步骤S8；

S7：求所述Data.1与所述Data.2的平均值，做为三组数据的实际检测值；

S8：选择与上个扫描周期接近的值做为实际输出的有效值，该有效值在系统中被传递使用；

T1.2：根据CPU控制器从子站获取的信号采集模块通道的信号质量信息，当数据质量一个好，另外一个数据质量不好时，执行步骤S9；

S9：选择数据质量好的值，随后输出数据质量警告，将数据其一质量不好的信息通过PLC系统发送到HMI用于信息警告；

T1.3：当数据质量都不好时，则执行步骤S10；

S10：输出报警，直接输出报警信息至HMI，通知维修人员进行紧急处理；

S11：处理完毕组数加1，n₁＝n+1，做自加式逻辑循环处理程序，完成总计9组数据的比较处理程序；

T3：当n＝9，数据处理结束。

实施例：

作为本申请的一种实施例，主机CPU(101)控制器选用西门子S7-1500系列产品CPU1515-2PN，环内远程子站(108)选用当前市场主流与主控器的等时模式兼容的ProfiNet/ModbusRTU协议转换产品，环外支路远程子站(109)为ET200SP选用IM155-6PN HF，终端总线交换机T-Switch(106)和工厂总线交换机P-Switch(107)选择XC206-2(ST/BFOC)管理型交换机，操作面板Panel(110)选用Panel IPC 477E系列产品，1#操作站PC机OS-PC1(103)、2#操作站PC机OS-PC2(104)按照当前工业PC主流档次进行配置，参考选用西门子工控机套件IPC 677E系列产品，主要配置为Core i7-8700(6C/12T,3.2(4.6)GHz,12MB Cache,VT-d,AMT)；RAID1 2x SSD 2.5"480GB internal；16GB DDR4-2666(2x8)；DC 24V industrialpower supply；Windows 10Enterprise 2019LTSB,64Bit,MUI(En,Ger,Fr,It,Sp),forCore i7。边缘服务器Edge-PC(105)选用DELL PowerEdge R730 Server，BundleY420201CN-Dell(TM)PowerEdge(TM)R730 Rack Mount Server，主要配置为E5-2630v32.4GHz,20M缓存，8.0GT/s QPI,Turbo,HT,8C,最大内存1866MHz；16GB RDIMM,2133MT/s,双列，x4带宽；内存DIMM类型和速度2133MT/sRDIMMs；硬盘(2)2TB 7.2K RPM NLSAS 6Gbps3.5英寸热插拔硬盘。

环形系统网络具有极佳的控制性能：生产运维的高可用性，避免停产；避免非计划的生产中断，非计划停机会导致生产中的产品损坏；减少维护成本；防止数据丢失，保持数据的完整性，减少失效后长时间等待重启；无人值守，维护计划可以更好的规划。

扁平化的网络结构设计，将工厂总线与终端总线进行不同网段上的隔离，保证了系统数据传输的稳定性；使用全数字式实时以太网技术，保证数据的高度一致性；在CPU中设置专用的智能控制数据独立存储区，数据打包传送至边缘服务器Edge-PC(105)，进一步保证了数据的高度一致性。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种矿热炉全电量监控系统，包括：预设的A相变压器、B相变压器、C相变压器，A相变压器二次侧命名参照一次侧高压进线A相将同名端命名为a、异名端命名为x，B相变压器二次侧命名参照一次侧高压进线B相将同名端命名为b、异名端命名为y，C相变压器二次侧命名参照一次侧高压进线C相将同名端命名为c、异名端命名为z，三个电极按正相序命名为电极Ⅰ，电极Ⅱ，电极Ⅲ，在A相变压器二次侧接有A补偿装置和A烧穿装置，在B相变压器二次侧接有B补偿装置和B烧穿装置，在C相变压器二次侧接有C补偿装置和C烧穿装置，其中三个烧穿装置分别接在了三个变压器的x、y、z端；以及，预设在变压器一次侧的高压进线柜后设置PT柜、馈线柜、星角倒接柜；和预设在变压器二次侧的短网上的补偿装置、烧穿装置；

其特征在于，所述监控系统还包括：

主机CPU(101)、第三方PLC(102)、1#操作站PC机OS-PC1(103)、2#操作站PC机OS-PC2(104)、边缘服务器Edge-PC(105)、终端总线交换机T-Switch(106)、工厂总线交换机P-Switch(107)、环内远程子站ET200SP(108)、环外支路远程子站ET200SP(109)、工厂现场操作面板Panel(110)；

所述主机CPU(101)采用西门子S7-1500系列产品CPU 1515-2PN，

主机CPU(101)的ProfiNet-X2口用以太网线连接至终端总线交换机T-Switch(106)，在该交换机上同时连接1#操作站PC机OS-PC1(103)、2#操作站PC机OS-PC2(104)、边缘服务器Edge-PC(105)；所述主机CPU(101)将收集到的现场信息与三台台PC机进行数据交互，完成矿热炉生产过程设备的控制。

2.根据权利要求1所述的一种矿热炉全电量监控系统，其特征在于：

所述终端总线交换机T-Switch(106)和工厂总线交换机P-Switch(107)通过CPU套件集成ProfiNet-X1口和ProfiNet-X2口实现了网络的隔离，各自网络内部的实时交互数据不相互干扰；

其中所述终端总线交换机T-Switch(106)连接的设备主要完成对矿热炉生产的管理控制；所述工厂总线交换机P-Switch(107)连接的设备主要完成对矿热炉现场的数据采集、逻辑控制。

3.根据权利要求1所述的一种矿热炉全电量监控系统，其特征在于：

所述主机CPU(101)的ProfiNet-X1口和环内远程子站ET200SP(108)、工厂总线交换机P-Switch(107)进行连接形成单环控制网络，实现网络路径冗余不会由于某根网线断裂导致通讯中断；

所述主机CPU(101)是单环控制网络中的一部分，作为ProfiNet IO控制器；所述环内远程子站ET200SP(108)则作为ProfiNet IO设备；IO控制器设定为等时同步模式，保证环内设备数据通讯的一致性与同步性；

等时模式的实现是由ProfiNet IO控制器发送给ProfiNet IO设备一个时钟脉冲做为一个全局控制帧，由它同步接收和发送从站数据。

4.根据权利要求1所述的一种矿热炉全电量监控系统，其特征在于：

所述矿热炉全电量监控系统还设置有：

A相全电量监控环内远程子站(108.1)、B相全电量监控环内远程子站(108.2)、C相全电量监控环内远程子站(108.3)、电极汇总环内远程子站(108.4)以及辅助运行设备环外支路远程子站(109)；

所述A相全电量监控环内远程子站(108.1)设置在现场A相炉变临近的区域内，完成变压器一次侧、二次侧、补偿装置、烧穿装置、电极间电气参数的采集；所述B相全电量监控环内远程子站(108.2)设置在现场B相炉变临近的区域内，完成变压器一次侧、二次侧、补偿装置、烧穿装置、电极间电气参数的采集；所述C相全电量监控环内远程子站(108.3)设置在现场C相炉变临近的区域内，完成变压器一次侧、二次侧、补偿装置、烧穿装置、电极间电气参数的采集；

所述电极汇总环内远程子站(108.4)设置在矿热炉某个变压器室内，完成对三个电极电气参数的采集，对单相电极和入炉电气参数的数据采集。

5.根据权利要求1所述的一种矿热炉全电量监控系统，其特征在于：

所述矿热炉全电量监控系统还具有：连接在MRP-RING环上的ProfiNet IO设备远程子站ET200SP(108)完成矿热炉全电量监控系统现场主要信号的采集；

在工厂总线交换机P-Switch(107)网络上还支连有多个环外支路远程子站ET200SP(109)，完成对矿热炉工艺运行设备的逻辑联锁控制；同时在所述工厂总线交换机P-Switch(107)网络上设置有对现场生产设备的就地实时查询与故障排查功能的工厂现场操作面板Panel(110)；

所述工厂总线交换机P-Switch(107)网络上还设置有第三方PLC(102)，可实现对现场辅助系统的实时快速的以太网通讯。

6.根据权利要求1所述的一种矿热炉全电量监控系统，其特征在于，

所述变压器二次侧通过多根铜管并联方式为矿热炉系统供电；其中二次侧20根、补偿8根、烧穿1根，其中二次侧和补偿每一端分别为10根、4根。

7.应用权利要求1-6所述系统的一种矿热炉全电量监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

T0：通过CPU控制器内预设的子站诊断程序功能块，检测各个子站与主站之间的通讯是否正常；

S1：读取A相全电量监控环内远程子站(108.1)的全电量监控数据；

S2：读取B相全电量监控环内远程子站(108.2)的全电量监控数据；

S3：读取C相全电量监控环内远程子站(108.3)的全电量监控数据；

S4：对输入管脚Data.1和输入管脚Data.2两组参数的数据进行处理，主要是针对输入管脚的标准电流参量和标准电压参量进行比较，随后选择与之对应的所有的电气参数数据；

S5：选择第n组数据处理，初始化n＝0，针对三个电极总计有9组数据需要进行优选处理；

T1.1：根据CPU控制器对子站信号采集模块读取的通道信息判断数据质量，当数据质量两个好时，执行步骤S6；

S6：计算两组参数所述输入管脚Data.1与所述输入管脚Data.2的偏差δ，通过两个数据的差值除以两个数据的平均值的方法进行偏差值δ的计算；

T2：当所述偏差δ≤0.1％时，执行步骤S7，否则执行步骤S8；

S7：求所述Data.1与所述Data.2的平均值，做为三组数据的实际检测值；

S8：选择与上个扫描周期接近的值做为实际输出的有效值，该有效值在系统中被传递使用；

T1.2：根据CPU控制器从子站获取的信号采集模块通道的信号质量信息，当数据质量一个好，另外一个数据质量不好时，执行步骤S9；

S9：选择数据质量好的值，随后输出数据质量警告，将数据其一质量不好的信息通过PLC系统发送到HMI用于信息警告；

T1.3：当数据质量都不好时，则执行步骤S10；

S10：输出报警，直接输出报警信息至HMI，通知维修人员进行紧急处理；

S11：处理完毕组数加1，n₁＝n+1，做自加式逻辑循环处理程序，完成总计9组数据的比较处理程序；

T3：当n＝9，数据处理结束。

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