一种具有低压无功补偿和电极电流控制的矿热炉控制器

摘要

一种具有低压无功补偿和电极电流控制的矿热炉控制器，它由控制器硬件和控制软件两部分组成，控制软件控制和操纵控制器硬件；所述控制器硬件由电流互感器(1)、电压互感器(2)、高精度三相电能专用计量芯片(3)、ARM微控制器(4)、功率因数控制输出隔离接口(5)、电流控制输出隔离接口(6)、异常事件输入隔离接口(7)、模拟量输入接口(8)、键盘和LED指示灯(9)、LCD液晶显示器(10)和通讯接口(11)组成；所述控制软件，是针对各相电流和各相功率因数的控制；本发明对矿热炉的三相电源分相实施低压补偿，并控制电极电流在最佳值附衡运行，从而达到提高各相的功率因数和节能增效的目的。

主权项

一种具有低压无功补偿和电极电流控制的矿热炉控制器，其特征在于：它由控制器硬件和控制软件两部分组成，控制软件用于控制和操纵控制器硬件；所述控制器硬件由电流互感器(1)、电压互感器(2)、高精度三相电能专用计量芯片(3)、ARM微控制器(4)、功率因数控制输出隔离接口(5)、电流控制输出隔离接口(6)、异常事件输入隔离接口(7)、模拟量输入接口(8)、键盘和LED指示灯(9)、LCD液晶显示器(10)和通讯接口(11)组成；其间关系是：电流互感器(1)、电压互感器(2)将矿热炉电能源的电流、电压变换成高精度三相电能专用计量芯片(3)相应输入口所需的信号，经高精度三相电能专用计量芯片(3)自动完成测量、变换、计算得到各相的电流有效值、电压有效值、功率因数、相角、有功功率、无功功率、视在功率、频率参数，然后经过SPI总线送往ARM微控制器(4)；ARM微控制器(4)将这些参数和从模拟量输入接口8获得的参数送往LCD液晶显示器(10)进行显示，也将这些参数经过通讯接口(11)发往其它用户；并将其中的电流有效值、功率因数值与通过键盘和LED指示灯(9)设定的相应期望值进行比较，然后决定是否需要通过功率因数控制输出隔离接口(5)、电流控制输出隔离接口(6)对A相、B相、C相分别发出控制信息，对功率因数、电流实施补偿和控制；通过异常事件输入隔离接口(7)输入的异常事件出现时，控制器能够按照预先设定的程序、步骤切出从功率因数控制输出隔离接口(5)和电流控制输出隔离接口(6)输出的控制信号；模拟量输入接口(8)用于检测矿热炉变压器低压侧的电流、控制器运行环境的环境温度、环境大气压力；该电流互感器(1)是将矿热炉各相原有电流互感器输出的电流信号变换成本控制器中高精度三相电能专用计量芯片(3)的模/数转换所需信号的大小；该电压互感器(2)是将矿热炉各相原有电压互感器输出的电压信号变换成本控制器中高精度三相电能专用计量芯片(3)的模/数转换所需信号的大小；该高精度三相电能专用计量芯片(3)将电流互感器(1)、电压互感器(2)送来的电流、电压信号经它自动完成测量、变换、计算得到各相的电流有效值、电压有效值、功率因数、相角、有功功率、无功功率、视在功率、频率参数，然后经过SPI总线送往ARM微控制器(4)；该ARM微控制器(4)经过SPI总线接收由高精度三相电能专用计量芯片(3)送来的电流有效值、电压有效值、功率因数，相角，有功功率、无功功率、视在功率、频率参数和从模拟量输入接口8获得参数，并将这些参数送往LCD液晶显示器(10)进行显示，也将这些参数经过通讯接口(11)发往其它用户，还将其中的电流有效值、功率因数值与通过键盘和LED指示灯(9)设定的相应期望值进行比较，然后决定是否需要通过功率因数控制输出隔离接口(5)、电流控制输出隔离接口(6)对A相、B相、C相分别发出控制信息对功率因数、电流实施补偿和控制；该功率因数控制输出隔离接口(5)：由ARM微控制器(4)对A相、B相、C相发出的功率因数补偿控制信号，每相16路经它输出，为了控制器的安全和提高控制信号强度，采用光电隔离电路输出，其光电隔离芯片是TLP521‑4；该电流控制输出隔离接口(6)：由ARM微控制器(4)对A相、B相、C相发出的电流控制信号，每相一路控制信号控制电极上升、一路控制信号控制电极下降，经该接口输出；为了控制器的安全和提高控制信号强度，采用光电隔离电路输出；该异常事件输入隔离接口(7)：在某些异常事件出现时，控制器能够按照预先设定的程序、步骤切出从功率因数控制输出隔离接口(5)和电流控制输出隔离接口(6)输出的控制信号；为了控制器的安全和提高控制信号强度，它们需经光电隔离电路输入；该模拟量输入接口(8)：用于检测检测矿热炉变压器低压侧的电流，控制器运行环境的环境温度、环境大气压力参数；为了ARM微控制器(4)的安全和便于调整信号大小，在模拟量输入信号与ARM微控制器(4)间采用了一级射极跟随电路进行隔离；该键盘和LED指示灯(9)：是人机交换的窗口；该LCD液晶显示器(10)：它是采取分页显示各个所需显示的参数，采用SMG240128A点阵图形液晶模块，点像素为240×128点，黑色字/白色底，STN液晶屏；该通讯接口(11)：是控制器与其他计算机用户进行数据交换的部件，具有两个工业控制系统中常用的RS‑485接口和两个CAN总线接口，通过不同的跳线短接选择RS‑485接口、CAN总线；所述控制器软件，是针对各相电流和各相功率因数的控制；这里采取了串行控制的方案，即对三相电源的电流和功率因数实施轮流串行循环控制，对每相的电流和功率因数实施串行控制；在对每相的电流和功率因数实施串行控制时，可以对电流连续控制M次，每一次间等待H秒，然后交给功率因数实施控制；对功率因数连续控制N次，每一次间等待L秒，然后交给后续相控制。