【正文】 相功率因數(shù)表來測量。對純電感負(fù)載，由于靜圈電流I及力矩M2改變了方向，電表可動(dòng)部分在M2的作用下，指針順時(shí)針轉(zhuǎn)到Φ＝90176。即cosΦ＝1的標(biāo)度處。動(dòng)圈2與電感器L（或電容器C）串聯(lián)后接以電源電壓U,并與靜圈組合，相當(dāng)于無功功率表，從而使可動(dòng)部分受到一個(gè)與無功功率UI sinΦ和偏轉(zhuǎn)角余弦cosα的乘積成正比的力矩M2,M2=K2UIsinΦ cosα。所以，供電部門對用電單位的功率因數(shù)有一定的標(biāo)準(zhǔn)要求。功率因數(shù)的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)，如白熾燈泡、電阻爐等電阻負(fù)荷的功率因數(shù)為1，一般具有電感性負(fù)載的電路功率因數(shù)都小于1。本次設(shè)計(jì)采用CPA33A10420D型電流變送器，其是三相三線交流變送器，輸入5A的交流信號，輸出4~20mA的直流模擬信號，工作電壓是220v。電流變送器具有精度高，體積小、功耗小、頻響寬、抗干擾等特性。01010151015203304061550752910015150～200300～60045電流變送器可以直接將被測主回路交流電流或者直流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的DC4～20mA（通過250Ω電阻轉(zhuǎn)換DC1～5V或通過500Ω電阻轉(zhuǎn)換DC2～10V）恒流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)信號，連續(xù)輸送到接收裝置?！n=I1n/I2n。）微型電流互感器與變壓器類似也是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作，變壓器變換的是電壓而微型電流互感器變換的是電流罷了?，F(xiàn)在的電量測量大多數(shù)字化，而計(jì)算機(jī)的采樣的信號一般為毫安級（05V、420mA等）。互感器原理在供電用電的線路中電流電壓大大小小相差懸殊從幾安到幾萬安都有。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。 本設(shè)計(jì)選擇CPV33A5A420D電流變送器，他是三相三線的電壓變送器能將5A以下電流轉(zhuǎn)換成只有420ma的電流，方便輸入到PLC中。直流電壓變送器是一種能將被測直流電壓轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出直流電壓或直流電流的儀器，也廣泛應(yīng)用在電力、遠(yuǎn)程監(jiān)控、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)自控等各個(gè)需要電量隔離測控的行業(yè)。電壓變送器是一種將被測交流電壓、直流電壓、脈沖電壓轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出直流電壓或直流電流并隔離輸出模擬信號或數(shù)字信號的裝置。13JDZ33000100當(dāng)二次負(fù)載阻抗減小時(shí)，二次電流增大，使得一次電流自動(dòng)增大一個(gè)分量來滿足一、二次側(cè)之間的電磁平衡關(guān)系。電壓互感器基本作用：電壓互感器的作用是：把高電壓按比例關(guān)系變換成100V或更低等級的標(biāo)準(zhǔn)二次電壓，供保護(hù)、計(jì)量、儀表裝置使用。兩個(gè)繞組都裝在或繞在鐵心上。電壓互感器和變壓器很相像，都是用來變換線路上的電壓。為此，這種三相電壓互感器采用旁軛式鐵心（10KV及以下時(shí)）或采用三臺(tái)單相電壓互感器。三相的第三線圈接成開口三角形，開口三角形的的電壓線圈聯(lián)接。為此，電壓互感器的原邊接有熔斷器，副邊可靠接地，以免原副邊絕緣損毀時(shí)，副邊出現(xiàn)對地高電位而造成人身和設(shè)備事故。電壓互感器將高電壓按比例轉(zhuǎn)換成低電壓，即100V，電壓互感器一次側(cè)接在一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測量儀表、繼電保護(hù)等；主要是電磁式的（電容式電壓互感器應(yīng)用廣泛），另有非電磁式的，如電子式、光電式。為了能獲得合適的電壓，我們需要采用電壓互感器和電流互感器電壓互感器是一個(gè)帶鐵心的變壓器。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。本機(jī)還新增多種功能，如內(nèi)置模擬量I/O,位控特性，自整定PID功能，線性斜坡脈沖指令，診斷LED，數(shù)據(jù)記錄及配方功能等。I/O端子排可很容易地整體拆卸。可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。4個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出。非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。無I/O擴(kuò)展能力。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。因此S7200系列具有極高的性能/價(jià)格比。從應(yīng)用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點(diǎn)數(shù)選型。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)。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)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(jìn)行診斷是外診斷。　五種標(biāo)準(zhǔn)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。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程?？删幊踢壿嬁刂破飨到y(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(fù)荷不大于60%。例如采用PID控制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)計(jì)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(shí)，才使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運(yùn)算等。三、控制功能的選擇該選擇包括運(yùn)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。二、存儲(chǔ)器容量的估算存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。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(yùn)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)。該P(yáng)LC系統(tǒng)可以通過RS484串行總線與上位機(jī)通信。 cosΦ 。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。第3章 無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)目前無功補(bǔ)償裝置在礦熱爐無功補(bǔ)償中廣泛應(yīng)用。 Q=S(sinΦ0 sinΦ1)式子中：Q是所需要的補(bǔ)償容量，單位kw，S為額定功率（視在功率），單位KW；。為了進(jìn)一步降低能耗，我們在低壓側(cè)采用電容器補(bǔ)償，來提高電極對地電壓。因此，改善功率因數(shù)是充分發(fā)揮設(shè)備潛能，提高設(shè)備利用率相當(dāng)有用的方法.礦熱爐的補(bǔ)償方法有三種——高壓補(bǔ)償，中壓補(bǔ)償，低壓補(bǔ)償高壓補(bǔ)償實(shí)在電爐變壓器一次側(cè)接入并聯(lián)串接10Kv電容器組進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償，他能降低供電線路的電能損失，釋放供電設(shè)備容量，減小電路壓降，滿足供電部門對功率因數(shù)的要求，高壓補(bǔ)償?shù)挠悬c(diǎn)是補(bǔ)償電壓高，補(bǔ)償電流小，電容器利用率高，一般情況下為固定容量補(bǔ)償，運(yùn)行穩(wěn)定，缺點(diǎn)是不能減少補(bǔ)償接入點(diǎn)后端電爐變壓器繞組和短網(wǎng)部分無功功率，對企業(yè)增產(chǎn)，節(jié)能并無實(shí)質(zhì)意義。電網(wǎng)以及大部分的用電設(shè)備都是阻感性負(fù)載，我們用電阻R和電感L串聯(lián)電路來等效cosΦ=R/R2+X2。 (2) 功率因數(shù)越高，每千伏補(bǔ)償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下。所以，功率因數(shù)是考核經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，規(guī)劃、實(shí)施無功補(bǔ)償勢在必行。無功補(bǔ)償?shù)囊饬x： 1 補(bǔ)償無功功率，可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)。.而電流在電容元件中做功時(shí),電流超前電壓90176。一是有功功率。本設(shè)計(jì)針對以上礦熱爐的無功補(bǔ)償?shù)姆椒ǎO(shè)計(jì)一種智能化無功補(bǔ)償監(jiān)控系統(tǒng)。通過這些器件，能夠采集電網(wǎng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并且可以將這些數(shù)據(jù)傳輸給PLC中。采用交流接觸器作為電容器投切開關(guān)，不可避免形成過渡過程，形成沖擊電流，并引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)，造成接觸器燒毀。除了具有P(G)JD2型動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置的全部優(yōu)點(diǎn)外，還做到了無功輸出無極調(diào)節(jié)。該裝置主電路采用MSC+TCR方案。該方案對過補(bǔ)現(xiàn)象有一定的化解作用，但仍然存在著諸如刀熔開關(guān)燒毀，接觸器燒毀和電容器鼓脹等一些問題。美國英國等過在80年代末就有DSTATC投入無功補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行，之后雖有發(fā)展，但是應(yīng)用并不廣泛。電加熱型礦熱爐工作在140V左右的低電壓下，并且電極電流高達(dá)幾萬安培，要對這么大的電流進(jìn)行無功補(bǔ)償，給控制上提出許多難題。針對電爐變壓器低壓側(cè)短網(wǎng)的大量無功消耗和不平衡性的問題，同時(shí)兼顧有效提高功率因數(shù)而實(shí)施無功補(bǔ)償技術(shù)改造，從技術(shù)上來講是可靠、成熟的，從經(jīng)濟(jì)上來講，投入和產(chǎn)出是成正比的。根據(jù)礦熱爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及工作特點(diǎn)，礦熱爐的系統(tǒng)電抗的70％是由短網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的，而短網(wǎng)是一個(gè)大電流工作的系統(tǒng)，最大電流可以達(dá)到上萬安培，因此短網(wǎng)的性能決定了礦熱爐的性能，正是由于這個(gè)原因，~，較低的功率因數(shù)不僅使變壓器的效率下降，消耗大量的無功功率，且被電力部分加收額外的電力罰款，同時(shí)由于電極的人工控制以及堆料的工藝，導(dǎo)致三相間的電力不平衡加大，最高不平衡度可以達(dá)到20％以上，這導(dǎo)致冶煉效率的低下，電費(fèi)增高，因此提高短網(wǎng)的功率因數(shù)，降低電網(wǎng)不平衡就成了降低能耗，提高冶煉效率的有效手段。電極插入爐料進(jìn)行埋弧操作，利用電弧的能量及電流通過爐料時(shí)因爐料的電阻而產(chǎn)生能量來熔煉金屬，是一種陸續(xù)加料，間歇式出鐵渣，連續(xù)作業(yè)的一種工業(yè)電爐。無功補(bǔ)償PLC控制系統(tǒng)說明書畢業(yè)論文目錄第一章 緒論 1 1 1 2 3 3 PLC無功補(bǔ)償系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn) 4第二章無功補(bǔ)償原理 5 5 無功補(bǔ)償功補(bǔ)償?shù)幕驹?5 6 6 7 7 8 8 8 8 8 9 9 9 9 10第3章 無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 11 11 11 12 PLC系列選型 12 S7200系列各型號CPU比較 16 PLC模擬量模塊選型 17 17 17 19 20 20 22 23 24 24 26 26第四章 無功補(bǔ)償系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì) 29 30 30 PLC I/O分配表 32表2 32 33第五章 上位組態(tài)的設(shè)計(jì) 36 36 36 41 4趨勢數(shù)據(jù)記錄 46 46 48設(shè)計(jì)總結(jié) 53參考文獻(xiàn) 54外文翻譯 55英文原文 55中文譯文 62致謝 68附錄 程序清單 69第一章 緒論礦熱爐又稱電弧電爐或電阻電爐。其采用碳質(zhì)或鎂質(zhì)耐火材料作爐襯，使用自培電極。一般前幾級恒流容量輸入，后幾級恒電流輸出，礦熱爐主要由爐殼，爐蓋、爐襯、短網(wǎng)，水冷系統(tǒng)，排煙系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)，電極殼，電極壓放及升降系統(tǒng)，上下料系統(tǒng)，把持器，燒穿器，液壓系統(tǒng)，礦熱爐變壓器及各種電器設(shè)備等組成。因此目前也有部分單位在新建爐子上采取了高低壓同時(shí)進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)拇胧?，來解決以上的問題，在短網(wǎng)端進(jìn)行補(bǔ)償能夠大幅提高短網(wǎng)端的功率因數(shù)，降低電耗。 目前在國內(nèi)冶煉行業(yè)，由于其工作電極屬于強(qiáng)電感性負(fù)載，導(dǎo)致電網(wǎng)中存在很大無功損耗，致使電網(wǎng)功率因數(shù)降低，電網(wǎng)供電質(zhì)量變差，礦熱爐工作效率降低，使得降低礦熱爐無功損耗、改善電網(wǎng)供電質(zhì)量從而提高能效、降低消耗的重要性尤為突出。我們國家低壓無功補(bǔ)償裝置發(fā)展主要經(jīng)歷了靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置和動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置階段。（2）70年代末，補(bǔ)償裝置主要由刀熔開關(guān)，接觸器和電力電容器組成。動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置發(fā)展主要設(shè)三個(gè)階段,分別是：為了解決靜態(tài)補(bǔ)償裝置郵寄和跟蹤時(shí)間問題，1995年由機(jī)械工業(yè)科技發(fā)展基金發(fā)起的行業(yè)內(nèi)P(G)JD1型動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。該裝置主要采用TSC方案，可以做到電容器投入無涌流，工作沒有噪聲，具有單相和分相補(bǔ)償功能，2002年行業(yè)完成了P(G)JD3型動(dòng)態(tài)的無功補(bǔ)償裝置研制，該裝置采用了TSC+TCR方案?？刂破鞴ぷ鳝h(huán)境處于強(qiáng)磁場中，一些控制器由于沒有采用力度不大的抗干擾措施，導(dǎo)致電抗器抗干擾能力差，出現(xiàn)誤投或者誤切。(2)數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)控制電容器組的投切需要采集電網(wǎng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，只有采集了電網(wǎng)現(xiàn)階段各項(xiàng)數(shù)據(jù)，才能決定是否投切電容器組是否投入電網(wǎng)，測量需要電壓互感器，電流互感器，功率因數(shù)表，電能質(zhì)量檢測儀電壓變送器，電流變送器。 PLC無功補(bǔ)償系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在國內(nèi)的冶煉行業(yè)，普遍使用電加熱型礦熱爐，由于其工作電極屬于強(qiáng)感性的負(fù)載導(dǎo)致電網(wǎng)的無功功率過大，導(dǎo)致電網(wǎng)的功率因數(shù)降低，供電損耗加大，有功輸出減少，如6600Kvar的礦熱爐如果減少20%的無功損耗，一臺(tái)電路一天可以節(jié)約幾千到幾萬度電，采用PLC技術(shù)，能夠自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償減少了人力成本，對功率因數(shù)的變化進(jìn)行快速反應(yīng)。 無功補(bǔ)償功補(bǔ)償?shù)幕驹黼娋W(wǎng)輸出的功率包括兩部分。只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能,這種能做為電氣設(shè)備能夠做功的必備條件,并且這種能是在電網(wǎng)中與電能進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換,這部分功率稱為無功功率,如電磁元件建立磁場占用的電能,電流滯后于電壓90176。這樣，感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率補(bǔ)償。 2 降低線損，由公式ΔP%=（1cosΦ0/cosΦ1）100%得出其中cosΦ1為補(bǔ)償后的功率因數(shù)，cosΦ0為補(bǔ)償前的功率因數(shù)則： 　cosΦ0 cosΦ0，所以提高功率因數(shù)后，線損率也下降了，減少設(shè)計(jì)容量、減少投資，增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。 確定無功補(bǔ)償容量時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)： （1） 在輕負(fù)荷時(shí)要避免過補(bǔ)償，倒送無功造成功率損耗增加，也是不經(jīng)濟(jì)的。所以說，把這種電容器組叫做無功補(bǔ)償裝置。圖21無功補(bǔ)償?shù)刃щ娐穲D22開關(guān)斷開時(shí)的向量圖圖23 開關(guān)閉合時(shí)候的向量圖由圖23可以知道，容性電流IC在相位上超前電壓90度，這樣可以抵消一部分相位滯后電壓的感性電流，就使電路上的電流減少，功率因數(shù)cosΦ1提高到了cosΦ2線路除了需要負(fù)擔(dān)用電負(fù)荷的有功功率P之外，還要承擔(dān)負(fù)荷無功功率Q有功功率與無功功率還有視載功率S之間存在如下關(guān)系：S=P2+Q2,功率因數(shù)可以表示成如下形式cosΦ1=PS=P3UI.可以想見，在一定的電壓和電流的情況下，提高cosΦ，其輸出的有功功率增大。例如某個(gè)電石廠一臺(tái)礦熱爐，這臺(tái)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(yùn)行比較正常。提高功率因數(shù)所需補(bǔ)償電容器的無功功率的容量Q，可根據(jù)負(fù)載有功功率的大