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基于西门子 PLC 的低频电源监控系统设计

2014/9/14    来源:万方数据    作者:曲文婷          
关键字:PLC  低频电源  监控系统  
本文在分析了低频电源在矿热炉中的应用、节能原理和监控低频电源的要求的基础上,介绍了西门子 PLC 控制系统在低频电源监控中的设计与应用。 完成了监控低频电源的软、硬件设计。 目前,该系统应用于三相低频电源并且稳定运行,便于实时监控,开放性、可靠性高。

    目前,矿热炉基本采用的是 50Hz 交流供电,由于矿热炉是低电压大电流负载,短网上电抗压降较大,所以矿热炉的自然功率很难达到 0.9 以上。 较低的功率因数消耗大量的无用功,降低了入炉功率,为了减小电抗,最有效的方法就是在变压器和短网之间加入频率变换装置来降低电源频率。 陕西高科电力电子有限责任公司于 2013 年 6 月投入生产低频电源。 低频电源系统庞大,使用电力电子器件数量较多,冷却路数繁多,母排较多、需要检测的点很多,其监控系统不但要监控电力电子器件失效、元件过热、水温过高、变压器油温高、瓦斯报警、输入与输出电流、电压、温度、水压,还涉及合分闸、给定、闭环调节、曲线跟踪等,因此需要设计一个多点信号监控方便、自动化水平高、抗干扰能力强、人机界面操作合理的控制系统。 目前,其控制系统采用的是西门子 S7-200 的 PLC,以及西门子 TD400 文本显示器实现监控作用。

1 低频电源监控系统的要求

    矿热炉冶炼所需的热能是由电能转换而来的, 在变压器和电炉之间增加一个低频电源, 电源输出的频率由控制系统自动调节,可在 0~5Hz 之间改变。 7200kVA 低频电源采用 6 组整流桥变频, 控制电路使桥式整流电路按照 12-23-34-45-56-61的顺序运行,会在 A、B、C 三个电极上产生三个电压波形,当改变晶闸管的导通速度时, 就会在三个电极上得到不同频率的电压。 由于电极上电源的频率是由主电路 1~6 组晶闸管的切换速度决定的。 所以 PLC 需要控制晶闸管之间的切换、死区时间、频率调节、电压电流给定、高压和分闸、封、解锁脉冲等等,由于低频电源系统庞大,母排、电力电子器件较多,所以需要检测的点很多,有晶闸管是否失效、桥臂是否过热、桥臂是否熔断、变压器油温是否过高等等。

    西门子 PLC 控制系统在在整个供电系统中起到非常重要的作用。其控制系统分为本控和远控。现场监测系统即本控主要用于工作现场监测, 其监控系统如图 1 所示。 CPU 模块和TD400 文本显示器采用 TD / CPU 电 缆连接 ,由于距离近 ,所以工控机与 PLC 可直接用 PC/PPI 电缆连接,远程控制监控系统采用 RS485 接口,Profiubus 通信, 因 为 RS485 接 口具有良好的抗干扰性,能确保稳定可靠的通信质量。 实现了不在工业现场,同样可以实时监控,真正做到开放性、可靠性高。

现场监控系统框图监控系统

图 1 现场监控系统框图监控系统

    按照预先设置的参数值自动控制低频电源输出的电压、电流。 霍尔电压传感器和霍尔电流传感器采集现场实时的电压、电流,PLC 和控制板自动对低频电源输出的电压和电流理论计算值和反馈值进行比较,自动校正电压、电流输出值,实现了低频电源系统的闭环控制。 通过改变远控或本控的给定,调节晶闸管的触发角。 CPU216 晶体管输出,低电平 0 允许晶闸管工作,通过频率调节,改变了 A、B、C 三个电极输出电流的频率。

责任编辑:陈浩
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