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矿热炉低压无功补偿测控系统的研制

作　者: 张凡
导　师: 郝迎吉
学　校: 西安科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 可编程控制器组态软件矿热炉无功补偿投切策略
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 17次
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内容摘要

针对矿热炉通常功率因数较低，无功功率高，导致电网效率降低，供电能力下降，经济效益受到影响的现状。本文研制了一种基于MCGS触摸屏和PLC的矿热炉二次侧低压无功补偿监测系统。该系统能根据炉子的实时用电情况自动补偿各相无功功率，增加变压器输出功率，抬高电极电位，提高产品的产量与品质。本文阐述了无功补偿的基本原理，比较各种无功补偿、提高功率因数方案的优缺点，分析现有无功补偿设计系统，在此基础上，最后综合实际矿热炉自身的情况，设计了一套自动分析现场环境从而控制电容器合理投切的监控系统，提出了动态投切电容以提高其平均寿命的控制方法。本监测系统使用PLC和MCGS触摸屏组成监控系统，其中电网一次侧电量数据由智能综合电量变送器来采集监测数据，二次侧短网三相数据则由智能电测仪表分别采集，PLC通过RS485与一次侧的电参数、温度等智能仪表通信并直接控制投切电容，将数据计算处理发送给触摸屏。触摸屏通过RS232与PLC通讯，分别读取变压器一、二次侧的电网数据并显示，并自动加载控制策略，给PLC设置合理参数，记录工作状态。并且PLC通过RS485总线监测矿热炉连接电极的铜管导线温度，若温度高于设定报警值，则按电容平均寿命要求依次切断电容，设置了多种保护电路，并给出报警信号给操作人员用于排除故障。本设计为解决了以往无功补偿系统控制策略的不足，在延长电容寿命方面采取了循环投切电容；根据不同产品和材料特性设计了三种自动控制策略，使得参数调节更加合理，提高了设备的使用寿命和补偿效率；在通信链路上使用RS232和RS485的电气隔离措施，有效解决了设备因交流接地而引起的损毁现象发生。该设备在四川汶川电石提炼厂、云南文山、河南等运行使用，设备运行稳定，后期维护便利。有效的提高了功率因数，平衡三相炉况，增加了产量，每年为企业节约近百万元费用。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
1 绪论  7-12
  1.1 本课题的选题意义及背景  7-8
  1.2 无功补偿装置简介  8
  1.3 各种无功补偿装置特点及其现状  8-10
  1.4 本论文的主要研究内容及创新  10-11
  1.5 本章小结  11-12
2 低压无功补偿监测系统方案的确定与实现  12-19
  2.1 矿热炉无功补偿原理及其方案  12-16
    2.1.1 无功功率的定义  12-14
    2.1.2 无功功率对矿热炉的影响  14-15
    2.1.3 无功补偿的原理及提高功率因数的办法  15-16
  2.2 低压无功补偿测控系统概述  16-18
  2.3 本章小结  18-19
3 触摸屏监测系统软件设计  19-27
  3.1 MCGS在无功补偿测控系统中的应用  19-20
  3.2 监控系统的组态软件构成  20-23
    3.2.1 组态软件的整体结构  20
    3.2.2 监测软件的五大组成部分  20-22
    3.2.3 MCGS嵌入版组态软件功能和特点  22-23
  3.3 监测系统的软件构成  23-26
    3.3.1 初始登录验证界面的设计  23-24
    3.3.2 一二次侧电网参数显示画面的设计  24
    3.3.3 手动投切电容控制系统画面设计  24-25
    3.3.4 根据设定参数自动控制模式  25-26
    3.3.5 历史数据曲线的调用  26
  3.4 本章小结  26-27
4 无功补偿装置的设计、选择及控制策略  27-42
  4.1 硬件系统的搭建与设计  27-35
    4.1.1 PLC的合理选型及在测控系统中的应用  27-29
    4.1.2 智能电量变送器在矿热炉无功补偿中的应用  29-30
    4.1.3 人机界面的选型  30
    4.1.4 智能仪表的选型  30-32
    4.1.5 传感器的选择  32
    4.1.6 无功补偿容量的计算及确定  32-34
    4.1.7 控制柜面板、内部仪器排布  34-35
  4.2 PLC手自动控制程序的开发  35-37
    4.2.1 主程序流程  35-36
    4.2.2 子程序  36-37
  4.3 自动补偿的算法及策略  37-41
  4.4 本章小结  41-42
5 实验运行调试与测试结果  42-58
  5.1 PLC控制继电器的电容投切实验  43-44
  5.2 监测系统程序开发及与 PL C 通讯  44-47
    5.2.1 MCGS触摸屏与 PL C 通讯协议  44-46
    5.2.2 上下位机基本通讯实验  46-47
  5.3 PDM一次侧数据采集及显示  47-50
  5.4 二次侧电网参数的采集及温度采集  50-53
  5.5 PLC 同时采集一二次侧数据  53-54
  5.6 手自动的输出控制继电器  54-56
  5.7 矿热炉现场环境测试  56-57
  5.8 本章小结  57-58
6 结论与展望  58-59
  6.1 结论  58
  6.2 展望  58-59
致谢  59-60
参考文献  60-62
攻读硕士研究生期间发表论文  62

矿热炉低压无功补偿测控系统的研制

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