CN201623490U - 一种基于plc控制的矿热炉滤波补偿节能装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于PLC控制的矿热炉滤波补偿节能装置，高压进线通过高压电流互感器、高压电压互感器分别对应连接电流变送器和电压变送器，电流变送器和电压变送器均连接至可编程控制器PLC；高压电流互感器通过变压器在短网内依次并联连接有矿热炉、与PLC连接的电流变送器和电压变送器、补偿支路，还设置有支路直接与PLC连接；PLC通过以太网连接人机界面，便于工作人员控制；该装置针对矿热炉运行特点，采用晶闸管投切方式、红外线测温技术，采用PLC编程实现逻辑控制，基于组态软件开发平台进行工程程序开发，通过建立以太网实现人机对话，在人机界面上可以直观的看到电压、电流、温度、功率因数和投切路数等数据。

Description

一种基于PLC控制的矿热炉滤波补偿节能装置
技术领域
本实用新型涉及滤波及无功补偿技术领域，特别是一种基于PLC控制的矿热炉短网(低压)滤波补偿节能装置。
背景技术
传统的固定无功补偿装置由断路器、接触器、热继电器、电容器组成，采用普通三相、大容量自愈式电容器进行三相共补方式投切。由于每相短网长度不等而使三相无功功率本身不平衡，在装置投切时三相无功同时补偿，造成强相过补、弱相欠补、投切过程冲击大、对电容器损伤大、开关触点易烧毁、噪声大、投切延时过程较长、反应迟钝、保护功能较单一、补偿不平衡度加剧导致三相无功补偿不平衡造成三相电极电压不平衡、三相功率因数不平衡导致矿热炉效率低、电能消耗大、对系统的稳定性无保证导致供电质量恶化。同时，矿热炉是一种典型的高耗能设备，在电气系统中，冶炼变压器和短网都是感性负载，在运行中需要消耗大量的无功功率，导致功率因数普遍偏低。所以，迫切需要一种矿热炉滤波补偿节能装置自动化控制系统，以克服该技术缺点。
实用新型内容
本实用新型为解决上述问题提供了冶金电炉低压分相无功补偿的方法，可以有效避免普通投切装置造成对短网的电压冲击，实现准确地对系统无功功率的补偿，避免过补或者欠补的情况发生。
本实用新型的技术方案如下：
一种基于PLC控制的矿热炉滤波补偿节能装置，其特征在于：高压进线端通过高压电流互感器、高压电压互感器分别对应连接第一电流变送器和第一电压变送器，第一电流变送器和第一电压变送器均连接至可编程控制器PLC；
高压电流互感器通过变压器在短网内依次并联连接有矿热炉、第二电流变送器和第二电压变送器、补偿支路，所述第二电流变送器和第二电压变送器与可编程控制器PLC连接，变压器直接与可编程控制器PLC连接；
可编程控制器PLC通过以太网连接人机界面，便于工作人员人机控制，操作简单高效，且安全。
所述矿热炉电极连接在短网内，电极外面设置有夹持升降机构和红外测温仪，红外测温仪通过功率变送器连接至可编程控制器PLC。红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理电路、显示输出等部分组成。
所述补偿支路包括依次的可控硅控制器、电抗器和补偿电容，所述补偿电容通过三个电容组成，实现单相分别补偿，同时可控硅控制器与可编程控制器PLC连接。
在高压进线端通过电流变送器和电压变送器，将高压电流量和电压量经隔离放大后，转换成与输入电流、电压量成线性比例输出的电流和电压，将此检测信号传送到可编程控制器PLC，PLC在一周期内读程序将检测到该信号量，并读出送进的电流和电压值，再将该值通过以太网传输给人机界面，在人机界面上可以直观的看到检测到的该电流、电压值，在补偿支路分别加电流变送器和电压变送器，在补偿支路投入和切除时变送器都将检测到该支路运行时的电流和电压值，将该值通过485通讯接口传输到PLC，在PLC程序中将读出该投切时的电流和电压值，然后和PLC程序中设定的投切门限电流、电压值进行比较，再跟事故检测、自动补偿投切路数检测、补偿后数据采集的反馈进行综合处理，最后给补偿支路可控硅控制器发投切路数控制指令，同时将该投切时的电流、电压值传输给人机界面，从而实现无人监守的自动投切。
红外测温仪的光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值，将其温度值通过功率变送器送到PLC处理单元，处理单元根据负荷特性(炉内温度)变化，用瞬时功率检测技术，对比三相各极的功率及平衡情况进行现场实时检测并综合分析，结合用户生产工艺对功率及温度的要求，实现定值智能调节电极升降。智能调节电极的下插或提升的深度及时间可精确控制电极起弧弧长，从而调节三相的电极和整体功率，达到了智能调节炉膛温度的目的。
针对矿热炉的特点，设计的低压并联电容器分相补偿系统，对矿热炉的无功消耗进行补偿，以达到提高功率因数和系统有功功率利用率的目的，并通过可编程控制器PLC对各类输入、输出信号进行集中控制，实现了系统的自动化。
使用PLC控制，信号处理时间短、速度快、基于信号处理和程序运行的速度设有用于处理工业控制装置的安全联锁保护，使控制系统能够有效、即时和高效地控制补偿系统，软件编程采用高级汇编语言，模块化结构设计，保证补偿系统与电炉三相功率平衡控制为一体化系统，设计了过流保护、欠流保护、过电压保护、欠电压保护、缺相保护、故障闭锁、短路保护、操作过电压保护、温升等保护功能，完成低压补偿系统合分闸、电容器组的合分闸、事故警报、事故保护、事故显示等功能，避免过补和欠补情况发生。
本实用新型的优点如下：
该装置是针对矿热炉运行的特点而设计的，采用晶闸管投切方式，红外线测温技术，以现代控制技术理论为基础，采用PLC编程实现逻辑控制，基于组态软件开发平台进行工程程序开发，通过建立以太网实现人机对话，在人机界面上可以直观的看到电压、电流、温度、功率因数和投切路数等数据。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图
具体实施方式
如图1所示，一种基于PLC控制的矿热炉滤波补偿节能装置，高压进线端通过高压电流互感器1、高压电压互感器2分别对应连接第一电流变送器3和第一电压变送器4，第一电流变送器3和第一电压变送器4均连接至可编程控制器PLC5；
高压电流互感器2通过变压器6在短网内依次并联连接有矿热炉7、第二电流变送器8和第二电压变送器9、补偿支路，所述第二电流变送器8和第二电压变送器9与可编程控制器PLC5连接，变压器6直接与可编程控制器PLC5连接；
可编程控制器PLC5通过以太网连接人机界面10，便于工作人员人机控制，操作简单高效，且安全。
所述矿热炉的电极11连接在短网内，电极11外面设置有夹持升降机构12和红外测温仪13，红外测温仪13通过功率变送器14连接至可编程控制器PLC。红外测温仪13由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理电路、显示输出等部分组成。
所述补偿支路包括依次的可控硅控制器15、电抗器16和补偿电容17，所述补偿电容17由3个电容组成，可以实现单相分别补偿。所述可编程控制器PLC5与可控硅控制器15连接。
该装置采用了分相多路无功补偿及滤波装置智能投切技术，该技术采用单相分别补偿，A、B、C三相为完全独立的三个小系统，每个小系统根椐单相需补偿的电容量分成多个支路，以避免大容量电容器运行时的发热问题。采用实时无功检测理论，通过功率变送器采集系统的电流和电压通过功率变送器内部芯片进行计算出实时的有功功率和无功功率，将计算出的数据通过RS485通讯线送至PLC的通讯转换模块，PLC通讯模块将所采的数据送入到PLC中，PLC通过所编写程序进行处理、反馈、控制，该系统设计了功率变送器分别检测A、B、C三相有功、无功，通讯系统中的通讯转换模块将所采的功率数据传到PLC运算模块，运算模块的程序中建立了一个计算功率因数的数学模型，所编程序即可实现功率因数的计算功能，并将计算出的功率因数和程序中比较模块进行比较，PLC比较模块的位地址和人机界面的变量值是同一地址值这样便可通过人机界面对比较值进行赋值，根据系统运行的实际情况给比较模块比较值，通过比较计算后便可得到需要控制的量，知道控制量后PLC输出口发出触发脉冲到每相的晶闸管，响应速度快为毫秒级，反映迅速即可智能调节投切各相补偿的支路数。每相低于给定值时该相电容器投入；高于给定值时切除，投切后实时监测又将投入后的变化值反馈到PLC再经过逻辑判断发出投切指令，直到检测结果与给定值一致为止。由于每相容量较小，这样可有效避免普通投切装置造成对短网的电压冲击，通过这种控制模型PLC对每相进行计算判别、反馈，对功率因数小于设定值的一相投入相当量的无功补偿支路，对功率因数大于设定值的一相切出相当量的无功补偿支路，每相无功补偿支路按1-1-1-2-2-2……、进行配置，实现对冶金电炉系统无功的准确补偿。
在该系统中还运用了电流变送器、电压变送器、温度监测模块等，电流变送器检测补偿后的电流，电流变送器的输出量为0-20mA的电流信号，通过通讯线传送给PLC的通讯转换模块，通讯转换模块将所采的电流值转换为模拟信号值传送到PLC内部，PLC内部电流计算程序即可计算出相应补偿支路数补偿后的电流值，此值同时送给PLC的另一内部位地址，内部地址中的值乘以大于零的过流倍数即可得到过流的比较值，该值与PLC计算出的电流值相比较，如果大于内部地址中的过流倍数值即可判别过流，相同原理如果内部地址中的值乘以小于零的倍数，该值与PLC的计算值比较如果大于该值即可判别欠流，PLC立即发出指令到人机界面上显示出故障事故，并启动相应的保护系统进行事故保护，电压的过压和欠压保护功能也是用同样的原理实现的，电压变送器检测到三相的电压信号送入PLC进行计算，然后将该值放入另一地址中该地址中该值乘以大于零和小于零的倍数即可得到过压和欠压的比较值，然后进行比较即可得出系统的过压和欠压值，进而启动相应的保护，实现保护功能。温度保护运用了PLC的测温模块功能，用PT100探头测出室温该值通过PLC的测温模块传送到PLC中，PLC程序计算出所采的温度值，该值与设定的温度保护值比较，大于设定值PLC将会启动计数器计数器中的减计数功能可实现系统自动停机来实现温度保护，系统运行中如果哪一相出现故障如缺相、短路等则电流电压将会有所变化PLC均可判别出来，人机界面的工程文件中开发了故障报警功能，如果哪一相哪一路出现异常PLC都会将该信号通过以太网传送到人机界面，操作人员将会在人机界面上看到所有的运行数据和故障报警，出现故障后便可很容易找出故障的原因，运用以上的PLC集中自动控制系统避免了过补和欠补情况发生，此技术在冶金电炉短网补偿系统中处于国内先进水平。

Claims (4)

1.一种基于PLC控制的矿热炉滤波补偿节能装置，其特征在于：高压进线端通过高压电流互感器(1)、高压电压互感器(2)分别对应连接第一电流变送器(3)和第一电压变送器(4)，第一电流变送器(3)和第一电压变送器(4)均连接至可编程控制器PLC(5)；
高压电流互感器(2)通过变压器(6)在短网内依次并联连接有矿热炉(7)、第二电流变送器(8)和第二电压变送器(9)、补偿支路，所述第二电流变送器(8)和第二电压变送器(9)与可编程控制器PLC(5)连接，变压器(6)直接与可编程控制器PLC(5)连接；
可编程控制器PLC(5)通过以太网连接人机界面(10)。
2.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的矿热炉滤波补偿节能装置，其特征在于：所述矿热炉(7)的电极(11)外面设置有夹持升降机构(12)和红外测温仪(13)，红外测温仪(13)通过功率变送器(14)连接至可编程控制器PLC(5)。
3.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的矿热炉滤波补偿节能装置，其特征在于：所述补偿支路包括依次的可控硅控制器(15)、电抗器(16)和补偿电容(17)，同时可控硅控制器(15)与可编程控制器PLC(5)连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于PLC控制的矿热炉滤波补偿节能装置，其特征在于：所述补偿电容(17)通过三个电容组成。
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