【正文】 簡單的電工技術(shù)，需要了解電爐工藝參數(shù)，短網(wǎng)結(jié)構(gòu)和壓降，選擇合適的接入點，充分認識設(shè)備的補償環(huán)境，科學(xué)計算補償容量，學(xué)則合理的控制方式，避免投切涌流和操作過電壓，選擇合適的控制配比的電抗器抑制諧波對電容器的影響，否則抵押補償設(shè)備不能正常工作。例如某個電石廠一臺礦熱爐，這臺礦熱爐的容量為5000kva，一次側(cè)電壓為10kv，二次側(cè)電壓為100，爐子運行比較正常。為了進一步降低能耗，我們在低壓側(cè)采用電容器補償，來提高電極對地電壓。在電極之前的短網(wǎng)，變壓器感性負載需要消耗大量無功，測試資料表明，短網(wǎng)部分消耗的無功占總量的70%。在一次電壓一定的情況下，電極對地電壓的大小與感性負載消耗的無功有直接關(guān)系，如果在變壓器二次側(cè)補償，那么補償?shù)臒o功只有一小部分給了變壓器，而大部分則通過變壓器補給了10kv的高壓線路，短網(wǎng)消耗的無功并沒有得到有效補償，對用電企業(yè)說是不劃算的，因此，我們將補償點選擇在電極和短網(wǎng)之間。提高功率因數(shù)所需補償電容器的無功功率的容量Q，可根據(jù)負載有功功率的大小，負載原有的功率因數(shù)cosΦ0及提高后的功率因數(shù)cosΦ1來決定，其計算方法如下：設(shè)有功功率為P，無電容器補償時的功率因數(shù)cosΦ0，則由功率三角形可知，無電容器補償時的感性無功功率為：Q1＝PtanΦ0并聯(lián)電容器后，電路的功率因數(shù)提高到cosΦ1，并聯(lián)電容器后的無功功率為：Q2＝PtanΦ1由電容器補償?shù)臒o功功率QK顯然應(yīng)等于負載并聯(lián)電容器前后的無功功率的改變。 Q=S(sinΦ0 sinΦ1)式子中：Q是所需要的補償容量，單位kw，S為額定功率（視在功率），單位KW；。通過上面的計算公式，代入改善前功率因數(shù)cosΦ0=，和期望改善成的功率因數(shù)cosΦ1=。計算得到sinΦ0=, sinΦ1=.礦熱爐變壓器的容量P=6600kvar,所以我增加了200Kvar無功補償容量,以滿足額外的容量. 本次設(shè)計中是對6600KV的礦熱爐進行補償,經(jīng)過計算和校準,得到補償容量為2100Kvar,所以我們可以采用7臺提供300kvar無功功率的電容器組. .本設(shè)計中的6600kvar礦熱爐,所以P0=ScosΦ0=6600*=5280kw Q0=SsinΦ0=3960kw.當(dāng)投入一組并聯(lián)電容器組是Q1=Q0QC=3660kwP1=S2Q12. cosΦ1=P1/S=S2Q12/S.(公式1)根據(jù)公式1,我們可以算出每投入一組時可以到達的功率因數(shù).當(dāng)投入一組電容器時,無功功率到達3660kw, cosΦ1=當(dāng)投入二組電容器時,無功功率到達3360kw, cosΦ2=當(dāng)投入三組電容器時,無功功率到達3060kw, cosΦ3=當(dāng)投入四組電容器時,無功功率到達2760kw, cosΦ4=當(dāng)投入五組電容器時,無功功率到達2460kw, cosΦ5=當(dāng)投入六組電容器時,無功功率到達2160kw, cosΦ6=當(dāng)投入七組電容器時,無功功率到達1860kw, cosΦ7=雖然，使用PLC以及各種智能儀表會使無功功率補償成本提高很多，但是我們從系統(tǒng)可靠性以及實現(xiàn)的的經(jīng)濟價值來說是大有裨益的。使用PLC軟件實現(xiàn)補償?shù)倪^程，其可以根據(jù)具體要求實現(xiàn)軟件的編程，這是電子式等硬件線路無法比擬的，而且如果真用硬件電路實現(xiàn)PLC系統(tǒng)完成完善的保護功能，那么他的成本要遠遠高于本系統(tǒng)，可靠性也要遠遠低于本系統(tǒng)，難以應(yīng)用于實踐生產(chǎn)，與電容器手動投切相比，雖然本系統(tǒng)投入了幾千甚至上萬元的成本，但是手動投切只是早送晚切，功率因數(shù)根本不能隨時調(diào)整，平均值無法達到期望值，本設(shè)計中我們?yōu)橐粋€10Kv6600Kva的礦熱爐進行無功補償，那么根據(jù)計算：S=6600KVA cosΦ1= cosΦ2= R線路=5ΩS1=S* cosΦ I=S1/(U* cosΦ) U=120V用于線路發(fā)熱的功率：P損=I* R線路=S*R/(U*cosΦ)=6600*5/(120*cosΦ)=275/cosΦ，線路損耗是：全年損耗是：*4380 (小時)=1267878（度），線路損耗是：全年損耗是：*4380（小時）=1338352（度），線路損耗是：全年損耗是：*4380（小時）：1606014（度）由上面數(shù)字可以看到，完全一年節(jié)約的電費安裝上數(shù)個這樣的無功補償控制器，所以補償可以帶來較大的經(jīng)濟效益。第3章 無功補償控制系統(tǒng)硬件設(shè)計目前無功補償裝置在礦熱爐無功補償中廣泛應(yīng)用。電網(wǎng)中度阻感性負載將強，可以通過PLC來控制實現(xiàn)電容器組的投切，即投入容性無功功率來達到減少總無功功率的效果。本設(shè)計采用西門子公司的S7200plc系統(tǒng)來控制無功補償裝置更好的滿足實時性和精準性的要求。該無功補償裝置主要有以下功能的要求：a. 當(dāng)電網(wǎng)電壓低于電壓超低限時,認為故障事件,電容3器全部切除。當(dāng)電網(wǎng)諧波電壓超過上限或諧波電流超過上限則電容器全部切除。b. 當(dāng)電網(wǎng)電壓超過上限或低于下限則相應(yīng)的切除或投入電容器。c. 當(dāng)電網(wǎng)電流低于下限且0≤cosΦ≤,系統(tǒng)控制閉鎖,即系統(tǒng)保持原電容器投切控制狀態(tài)不變,以避免投切振蕩。d. 功率因數(shù)閾值范圍及相應(yīng)的控制方法如下:0≤cosΦ≤。 cosΦ 。 ≤cosΦ≤1時系統(tǒng)不投切電容器。 cosΦ≤0時系統(tǒng)切除電容器。該無功補償裝置的系統(tǒng)框架如圖31所示該系統(tǒng)主要通過電壓互感器（PT），電流互感器（CT）將高壓電網(wǎng)的高電壓，打的電流都轉(zhuǎn)換成低的電壓，經(jīng)過變送器條例后，信號進PLC中通過變換計算，算出相應(yīng)電量參數(shù)和是否需要投入電容器組，在通過中間繼電器控制電容器組投入電網(wǎng)中。該PLC系統(tǒng)可以通過RS484串行總線與上位機通信。電量采集模擬模塊PLC投切單元上位顯示 投切控制 電容器組負載圖31系統(tǒng)控制原理框圖 PLC系列選型在可編程邏輯控制器系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是可編程邏輯控制器工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。可編程邏輯控制器及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型。所選用可編程邏輯控制器應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，可編程邏輯控制器的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定可編程邏輯控制器的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的可編程邏輯控制器和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)?！∫?、輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算　I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商可編程邏輯控制器的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行調(diào)整。二、存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。三、控制功能的選擇該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。運算功能簡單可編程邏輯控制器的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普通可編程邏輯控制器的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能；較復(fù)雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等；大型可編程邏輯控制器中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在可編程邏輯控制器中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品能與下位機的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信的能力，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計選型時應(yīng)從實際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算?？刂乒δ芸刂乒δ馨≒ID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定?？删幊踢壿嬁刂破髦饕糜陧樞蜻壿嬁刂疲虼?，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高可編程邏輯控制器的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。通信功能大中型可編程邏輯控制器系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標準通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE通信標準，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)?！】删幊踢壿嬁刂破飨到y(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口、RIO通信口、常用DCS接口等；大中型可編程邏輯控制器通信總線（含接口設(shè)備和電纜）應(yīng)1：1冗余配置，通信總線應(yīng)符合國際標準，通信距離應(yīng)滿足裝置實際要求。可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于1Mbps，通信負荷不大于60%?？删幊踢壿嬁刂破飨到y(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式：　1）、PC為主站，多臺同型號可編程邏輯控制器為從站，組成簡易可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)；　2）、1臺可編程邏輯控制器為主站，其他同型號可編程邏輯控制器為從站，構(gòu)成主從式可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)；3）、可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng)；　4）、專用可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用可編程邏輯控制器通信網(wǎng)絡(luò)）。為減輕CPU通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點對點、現(xiàn)場總線、）通信處理器?！【幊坦δ茈x線編程方式：可編程邏輯控制器和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型可編程邏輯控制器中常采用?！∥宸N標準化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標準（IEC6113123），同時，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。診斷功能可編程邏輯控制器的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對可編程邏輯控制器的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷?？删幊踢壿嬁刂破鞯脑\斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。處理速度可編程邏輯控制器采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則可編程邏輯控制器將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前，可編程邏輯控制器接點的響應(yīng)快、速度高，～，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：；。四、可編程邏輯控制器的類型可編程邏輯控制器按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型可編程邏輯控制器的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型可編程邏輯控制器提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。西門子S7200用途：S7200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7200系列具有極高的性能/價格比。S7200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。西門子S7200構(gòu)造集成的24V負載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），CPU221，222具有180mA輸出，CPU224，CPU224XP，CPU226分別輸出280，400mA?？捎米髫撦d電源?！　?S7200系列各型號CPU比較CPU221本機集成6輸入/4輸出共10個數(shù)字量I/O點。無I/O擴展能力。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。4個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)