铝电解供电整流自动化系统运行维护的模拟教学装置的制作方法

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[0001]
本发明涉及一种模拟教学装置，特别是涉及一种铝电解供电整流自动化系统运行维护的模拟教学装置。


背景技术：
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[0002]
随着国内各大电解铝企业生产规模的日益扩大，铝电解整流供电综合自动化系统在国内电解铝企业得到广泛应用。该系统在提高整流供电装备智能化、信息化技术水平和劳动生产率的同时，由于集成了计算机、网络、通讯、自动控制和视频等多项专业技术，是整流供电一次设备运行监控、操作和事故处理的核心，一旦发生系统性故障不能及时恢复，往往造成送电延迟，严重威胁电解铝系统的安全平稳运行，因此需要对该系统的运行和维护都非常精通的专业技术人员进行系统维护，以保证系统安全平稳运行。但当前专业技术人才短缺，而生产企业因系统连续不间断运行，无法利用运行系统有针对性的对技术人员进行培训，导致对该系统难以进行有效的系统维护，存在严重的安全隐患。
[0003]
目前，尚没有用于铝电解整流供电综合自动化系统的运行和维护的教学培训装置，无法满足铝电解行业的特定需求。


技术实现要素：
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[0004]
针对以上问题，本申请提供一种最大限度贴近生产现场实际，既可实现单体设备培训，又可以将不同智能设备组建成综自网络进行系统培训，具有极强的实操性的铝电解供电整流自动化系统运行维护的模拟教学装置。
[0005]
本发明的目的由如下技术方案实施：铝电解供电整流自动化系统运行维护的模拟教学装置，其包括电源模块、信号采集模拟单元、保护单元、plci、plcii、控制回路模拟单元、通讯管理机和监控主机；
[0006]
所述电源模块分别与所述信号采集模拟单元、所述保护单元、所述plci、所述plcii、所述控制回路模拟单元、所述通讯管理机和所述监控主机连接，用于给各用电设备提供电源。
[0007]
所述信号采集模拟单元用于模拟铝电解供电整流自动化系统的电流信号、电压信号、报警信号和跳闸信号的采集装置；
[0008]
所述控制回路模拟单元用于模拟铝电解供电整流自动化系统的控制回路；
[0009]
所述信号采集模拟单元分别与所述保护单元、所述plci和所述plcii连接；
[0010]
所述保护单元分别与所述控制回路模拟单元和所述通讯管理机连接，所述保护单元将接收到的电流信号和电压信号经内部逻辑分析判断后，发出保护动作信号给所述控制回路模拟单元和所述通讯管理机；所述控制回路模拟单元接收到保护动作信号后执行保护动作；
[0011]
所述plci用于接收来自所述信号采集模拟单元输出的电流信号与报警信号，同步模拟完成稳流总调控制功能；所述plcii通过串口与plci连接，模拟完成单机组稳流控制功
能与冷却器控制功能；plci通过网络与所述监控主机连接；所述通讯管理机与所述监控主机连接，所述通讯管理机将接收到的保护动作信号传输给所述监控主机，用于模拟铝电解供电整流自动化系统的人机界面的显示与交互。plci和plcii与铝电解供电整流自动化系统现场应用的装置相同，内部设计有保护逻辑，可以通过plci和plcii的界面设置或调整相关参数。
[0012]
进一步，所述的铝电解供电整流自动化系统运行维护的模拟教学装置，还包括有智能触控大屏，所述智能触控大屏通过同屏器与所述监控主机连接，实现显示、在线培训功能。智能触控大屏生产厂家为：深圳市皓丽智能科技有限公司，型号为：86m3。
[0013]
进一步，所述信号采集模拟单元包括若干对电流试验插孔、若干对电压试验插孔、三对报警信号试验插孔、两对跳闸信号试验插孔、继电保护测试仪、pt切换箱和智能数显表，其中pt切换箱由西安双安电气有限公司生产，型号为ptqh-iii型电压回路切换箱；所述电源模块分别与每对所述报警信号试验插孔连接，三对所述报警信号试验插孔分别模拟sf6压力低报警信号、变压器油温高报警信号和变压器轻瓦斯报警信号的采集装置；所述电源模块分别与每对所述跳闸信号试验插孔连接，两对所述跳闸信号试验插孔分别模拟变压器重瓦斯跳闸信号和二元件损坏跳闸信号的采集装置；
[0014]
所述继电保护测试仪的电流信号输出端分别与每对所述电流试验插孔串联连接；所述继电保护测试仪的电压信号输出端分别与每对所述电压试验插孔串联连接；其中一对电压试验插孔19与plcii20连接，获得0-5v电压信号接入plcii20中，作为模拟量信号；剩余所述电压试验插孔均与所述pt切换箱的输入端连接用于模拟铝电解供电整流自动化系统的电压信号采集装置；其中一对所述电流试验插孔与所述智能数显表的输入端连接，用于模拟铝电解供电整流系统的水温、水压信号采集装置；剩余所述电流试验插孔用于模拟铝电解供电整流自动化系统的不同位置电流信号采集装置；
[0015]
将对应的电流试验插孔通过导线接通后，继电保护测试仪通过调试人员手动操作输出电流信号后，经接通的电流试验插孔传输于所述智能数显表，所述智能数显表接收到电流信号后显示水温值和水压值，并将电流信号传输给所述plci，然后经所述智能数显表内部逻辑判断如果水温、水压异常发出报警信号同步传输给所述plc1，用于模拟铝电解供电整流自动化系统的非电量信号；未与所述智能数显表连接的电流试验插孔接通后，传输电流信号于保护单元，用于模拟铝电解供电整流自动化系统的电流信号；
[0016]
将对应的电压试验插孔通过导线接通后，继电保护测试仪通过调试人员手动操作输出电压信号后，经接通的所述电压试验插孔传输于所述pt切换箱，经所述pt切换箱将电压信号传输于保护单元的保护装置c，用于模拟铝电解供电整流自动化系统的电压信号；或者经接通的所述电压试验插孔传输于plcii，通过调节继电保护测试仪获得0-5v电压信号接入plcii中，作为模拟量信号，用于模拟铝电解供电整流自动化系统运行的电量监控装置。
[0017]
进一步，所述保护单元为保护装置a、保护装置b、保护装置c和保护装置d；保护装置a、保护装置b、保护装置c和保护装置d与铝电解供电整流自动化系统现场应用的装置相同，各保护装置内部设计有保护逻辑，可以通过各保护装置的界面设置或调整相关参数；
[0018]
所述pt切换箱的信号输出端分别与所述保护装置c的信号输入端连接；所述pt切换箱产生的电压信号传输给所述保护单元c，并经所述保护单元c内部逻辑判断后，如系统
异常则产生保护动作信号传输给所述控制回路模拟单元，控制所述控制回路模拟单元的执行机构执行保护动作；
[0019]
除与所述智能数显表连接的所述电流试验插孔外，剩余其他所述电流试验插孔分别对应与所述保护装置a的输入端、所述保护装置c的输入端和所述保护装置d的输入端连接；所述保护装置a、所述保护装置c和所述保护装置d将接收到的电流信号进行内部逻辑判断后，如系统异常则产生保护动作信号传输给所述控制回路模拟单元，控制所述控制回路模拟单元的执行机构执行保护动作；
[0020]
模拟sf6压力低报警信号、变压器油温高报警信号、变压器轻瓦斯报警信号的三对报警信号试验插孔与保护装置d的信号输入端连接，用于保护装置d报警信号的采集；
[0021]
模拟变压器重瓦斯跳闸信号和二元件损坏跳闸信号的两对跳闸信号试验插孔与保护装置b的信号输入端连接，保护装置b接收到变压器重瓦斯跳闸信号或二元件损坏跳闸信号后，产生保护动作信号传输给所述控制回路模拟单元，控制所述控制回路模拟单元的执行机构执行保护动作。
[0022]
保护装置a由德国西门子公司生产，其型号为：控制和过流保护7sj68；保护装置b由美国sel公司生产，其型号为：非电量重动箱24402311g1g12630；保护装置c由美国sel公司生产，其型号为：方向过流继电器0351a030x4b15x1；保护装置d由美国ge公司生产，其型号为：多路馈线管理继电器f35n00hahf8fh6dm6dp6du6cw6c。
[0023]
进一步，所述控制回路模拟单元包括操作把手、转换开关、继电器a、指示灯a、继电器b、指示灯b、继电器c、指示灯c和保护压板；所述电源模块与所述转换开关的一个端子连接，所述转换开关的另一个端子与所述操作把手的一个端子连接，所述操作把手的另一个端子分别与所述继电器a线圈和所述继电器b线圈串联连接，所述继电器a线圈和所述继电器b线圈的另一端与电源模块连接；所述继电器a的常开接点与所述指示灯a串联连接，所述继电器b的常开接点与所述指示灯b串联连接；所述指示灯a和所述指示灯b均与所述电源模块连接构成开关控制回路；所述电源模块与所述保护压板的一个端子连接，所述保护压板的另一个端子与所述继电器c线圈的一个端子连接，所述继电器c线圈的另一端与所述电源模块连接；所述继电器c的两对常开接点分别与所述指示灯c和继电器a线圈连接，所述指示灯c与所述电源模块连接，构成保护回路；所述转换开关用于模拟断路器远方/就地操作；所述操作把手用于模拟断路器分、合闸操作，所述操作把手打到分闸位置，所述继电器a线圈得电，所述继电器a的常开接点吸合，所述指示灯a亮，用于模拟断路器分闸操作，断路器处于断开状态；所述操作把手打到合闸位置，所述继电器b线圈得电，所述继电器b的常开接点吸合，所述指示灯b亮，用于模拟断路器合闸操作，断路器处于合闸状态；所述保护压板投入后，所述保护单元将保护动作信号传输至所述继电器c；继电器c接收到保护动作信号后，所述继电器c线圈得电，继电器c的两个常开接点均闭合，指示灯c亮，同时，继电器a线圈得电，控制继电器a的常开接点吸合，所述指示灯a亮，用于模拟断路器执行保护动作后断开。
[0024]
通过分析国内教学和培训平台专业厂家生产的实训平台系统，结合目前国内铝行业供电整流综合自动化系统运行情况，将广泛使用的保护、测控、通讯等设备集中组屏，并配以完善的信号、控制、测量二次回路，硬件上实现信号采集、电量保护、非电量保护动作与断路器的遥控功能；软件上以windows 10(ops电脑)或android5.0操作系统和整流所综合自动化系统组态软件为技术开发平台，最大限度的还原铝电解供电整流自动化系统全部功
能。
[0025]
软、硬件系统通过与智能大屏一体机的高度融合，可以有效的解决现场连续运行设备无法培训的难题，并且打破传统培训模式、以逼真的画面或视频方式再现设备的运行维护方法、多种故障现象模拟及处理方法的学习，可以有效的提升培训效果。
[0026]
在铝电解供电整流自动化系统中，采用以上任意一种保护装置均能够完成系统保护功能，但不同的铝电解厂家选用的保护装置不同，为使学员能够对目前常用的保护装置均能够进行学习和实践；本发明采用的保护单元涵盖了在铝电解供电整流自动化系统常用的四种保护装置，因此本发明具有适用范围广，适用性强的特点。
[0027]
本发明的优点：本发明设计了信号采集模拟单元，用于模拟铝电解供电整流自动化系统的电流信号、电压信号或非电量信号的采集装置，设计了控制回路模拟单元用于模拟铝电解供电整流自动化系统的保护回路，并且将信号采集模拟单元、保护测控单元、控制回路模拟单元、通讯管理机和监控主机之间实现通讯来模拟铝电解供电整流自动化系统，最大限度贴近生产现场实际，既可实现单体设备培训，又可以将不同智能设备组建成综自网络进行系统培训，具有极强的实操性；学员可以通过本发明模拟教学装置，能够直观的理解和学习铝电解供电整流自动化系统的运行过程及原理；并能够进行实操练习，可以直接对保护单元a、保护单元b、保护单元c和保护单元d进行操作，对各保护单元的内部参数进行设置和调整；通过本发明模拟教学装置能够现场模拟铝电解供电整流自动化系统的各种故障形式，使得学员能够更加直观的学习和理解各种故障类型，及相应的应急处理措施；为后期学员现场实操打下了坚实的理论基础，积累了一定的实操经验，能够对系统进行及时有效的系统维护，保证系统安全稳定运行。
附图说明：
[0028]
图1为保护单元电路连接示意图。
[0029]
图2为plc电路连接示意图。
[0030]
图3为试验插孔电路连接示意图。
[0031]
图4为控制回路模拟单元电路连接示意图。
[0032]
图5为铝电解供电整流自动化系统运行维护的模拟教学装置正面布置结构示意图。
[0033]
图6为铝电解供电整流自动化系统运行维护的模拟教学装置背面布置结构示意图。
[0034]
指示灯a1，转换开关2，智能数显表3，报警信号试验插孔4，电流试验插孔5，保护压板6，继电保护测试仪7，保护装置a8，保护装置b9，保护装置c10，保护装置d11，pt切换箱12，通讯管理机13，监控主机14，plci15，继电器a16，智能触控大屏17，操作把手18，电压试验插孔19，plcii20，跳闸信号试验插孔21，继电器b22，指示灯b23，继电器c24，指示灯c25。
具体实施方式：
[0035]
铝电解供电整流自动化系统运行维护的模拟教学装置，其包括电源模块、信号采集模拟单元、保护单元、plci15、plcii20、控制回路模拟单元、通讯管理机13和监控主机14；
[0036]
电源模块分别与信号采集模拟单元、保护单元、plci15、plcii20、控制回路模拟单
元、通讯管理机13和监控主机14连接，用于给各用电设备提供电源；其中，电源模块包括220v市电和220v直流电源；电源模块中的220v市电为通讯管理机13、监控主机14、plci15和plcii20供电。
[0037]
信号采集模拟单元用于模拟铝电解供电整流自动化系统的电流信号、电压信号、报警信号和跳闸信号的采集装置；
[0038]
控制回路模拟单元用于模拟铝电解供电整流自动化系统的控制回路；
[0039]
信号采集模拟单元分别与保护单元、plci15和plcii20连接；
[0040]
保护单元分别与控制回路模拟单元和通讯管理机13连接，保护单元将接收到的电流信号和电压信号经内部逻辑分析判断后，发出保护动作信号给控制回路模拟单元和通讯管理机13；控制回路模拟单元接收到保护动作信号后执行保护动作；
[0041]
plci15用于接收来自信号采集模拟单元输出的电流信号与报警信号，同步模拟完成稳流总调控制功能；plcii20通过串口与plci15连接，模拟完成单机组稳流控制功能与冷却器控制功能；plci15通过网络与监控主机14连接；通讯管理机13与监控主机14连接，通讯管理机13将接收到的保护动作信号传输给监控主机14，用于模拟铝电解供电整流自动化系统的人机界面的显示与交互。plci15和plcii20与铝电解供电整流自动化系统现场应用的装置相同，内部设计有保护逻辑，可以通过plci15和plcii20的界面设置或调整相关参数。
[0042]
在一种具体实施方式中，铝电解供电整流自动化系统运行维护的模拟教学装置，还包括有智能触控大屏17，智能触控大屏17通过同屏器与监控主机14连接，实现显示、在线培训功能。220v市电为智能触控大屏17供电；智能触控大屏17生产厂家为：深圳市皓丽智能科技有限公司，型号为：86m3。
[0043]
在一种具体实施方式中，信号采集模拟单元包括若干对电流试验插孔5、若干对电压试验插孔19、三对报警信号试验插孔4、两对跳闸信号试验插孔21、继电保护测试仪7、pt切换箱12和智能数显表3，220v市电为继电保护测试仪7和智能数显表3供电，220v直流电源为pt切换箱12供电；三对报警信号试验插孔4和两对跳闸信号试验插孔21与220v直流电源连接；其中pt切换箱12由西安双安电气有限公司生产，型号为ptqh-iii型电压回路切换箱；电源模块分别与每对报警信号试验插孔4连接，三对报警信号试验插孔4分别模拟sf6压力低报警信号、变压器油温高报警信号和变压器轻瓦斯报警信号的采集装置；电源模块分别与每对跳闸信号试验插孔21连接，两对跳闸信号试验插孔21分别模拟变压器重瓦斯跳闸信号和二元件损坏跳闸信号的采集装置；
[0044]
继电保护测试仪7的电流信号输出端分别与每对电流试验插孔5串联连接；继电保护测试仪7的电压信号输出端分别与每对电压试验插孔19串联连接；其中一对电压试验插孔19与plcii20连接，获得0-5v电压信号接入plcii20中，作为模拟量信号；剩余电压试验插孔19均与pt切换箱12的输入端连接用于模拟铝电解供电整流自动化系统的电压信号采集装置；其中一对电流试验插孔5与智能数显表3的输入端连接，用于模拟铝电解供电整流系统的水温、水压信号采集装置；剩余电流试验插孔5用于模拟铝电解供电整流自动化系统的不同位置电流信号采集装置；
[0045]
将对应的电流试验插孔5通过导线接通后，继电保护测试仪7通过调试人员手动操作输出电流信号后，经接通的电流试验插孔5传输于智能数显表3，智能数显表3接收到电流信号后显示水温值和水压值，并将电流信号传输给plci15，然后经智能数显表3内部逻辑判
断如果水温、水压异常发出报警信号同步传输给plc115，用于模拟铝电解供电整流自动化系统的非电量信号；未与智能数显表3连接的电流试验插孔5接通后，传输电流信号于保护单元，用于模拟铝电解供电整流自动化系统的电流信号；
[0046]
将对应的电压试验插孔19通过导线接通后，继电保护测试仪7通过调试人员手动操作输出电压信号后，经接通的电压试验插孔19传输于pt切换箱12，经pt切换箱12将电压信号传输于保护单元的保护装置c10，用于模拟铝电解供电整流自动化系统的电压信号；或者经接通的电压试验插孔19传输于plcii20，通过调节继电保护测试仪7获得0-5v电压信号接入plcii20中，作为模拟量信号，用于模拟铝电解供电整流自动化系统运行的电量监控装置。
[0047]
在一种具体实施方式中，保护单元为保护装置a8、保护装置b9、保护装置c10和保护装置d11；保护装置a8、保护装置b9、保护装置c10和保护装置d11与铝电解供电整流自动化系统现场应用的装置相同，各保护装置内部设计有保护逻辑，可以通过各保护装置的界面设置或调整相关参数；
[0048]
pt切换箱12的信号输出端分别与保护装置c10的信号输入端连接；pt切换箱12产生的电压信号传输给保护单元c10，并经保护装置c10内部逻辑判断后，如系统异常则产生保护动作信号传输给控制回路模拟单元，控制控制回路模拟单元的执行机构执行保护动作；
[0049]
除与智能数显表3连接的电流试验插孔5外，剩余其他电流试验插孔5分别对应与保护装置a8的输入端、保护装置c10的输入端和保护装置d11的输入端连接；保护装置a8、保护装置c10和保护装置d11将接收到的电流信号进行内部逻辑判断后，如系统异常则产生保护动作信号传输给控制回路模拟单元，控制控制回路模拟单元的执行机构执行保护动作；
[0050]
模拟sf6压力低报警信号、变压器油温高报警信号、变压器轻瓦斯报警信号的三对报警信号试验插孔4与保护装置d11的信号输入端连接，用于保护装置d11报警信号的采集；
[0051]
模拟变压器重瓦斯跳闸信号和二元件损坏跳闸信号的两对跳闸信号试验插孔21与保护装置b9的信号输入端连接，保护装置b9接收到变压器重瓦斯跳闸信号或二元件损坏跳闸信号后，产生保护动作信号传输给控制回路模拟单元，控制控制回路模拟单元的执行机构执行保护动作。
[0052]
保护装置a8由德国西门子公司生产，其型号为：控制和过流保护7sj68；保护装置b9由美国sel公司生产，其型号为：非电量重动箱24402311g1g12630；保护装置c10由美国sel公司生产，其型号为：方向过流继电器0351a030x4b15x1；保护装置d11由美国ge公司生产，其型号为：多路馈线管理继电器f35n00hahf8fh6dm6dp6du6cw6c。以上保护装置均由220v直流电源供电。
[0053]
在一种具体实施方式中，控制回路模拟单元包括操作把手18、转换开关2、继电器a16、指示灯a1、继电器b22、指示灯b23、继电器c24、指示灯c25和保护压板6；电源模块与转换开关2的一个端子连接，转换开关2的另一个端子与操作把手18的一个端子连接，操作把手18的另一个端子分别与继电器a16线圈和继电器b22线圈串联连接，继电器a16线圈和继电器b22线圈的另一端与电源模块连接；继电器a16的常开接点与指示灯a1串联连接，继电器b22的常开接点与指示灯b23串联连接；指示灯a1和指示灯b23均与电源模块连接构成开关控制回路；电源模块与保护压板6的一个端子连接，保护压板6的另一个端子与继电器c24
线圈的一个端子连接，继电器c24线圈的另一端与电源模块连接；继电器c24的两对常开接点分别与指示灯c25和继电器a16线圈连接，指示灯c25与电源模块连接，构成保护回路；转换开关2用于模拟断路器远方/就地操作；操作把手18用于模拟断路器分、合闸操作，操作把手18打到分闸位置，继电器a16线圈得电，继电器a16的常开接点吸合，指示灯a1亮，用于模拟断路器分闸操作，断路器处于断开状态；操作把手18打到合闸位置，继电器b23线圈得电，继电器b23的常开接点吸合，指示灯b23亮，用于模拟断路器合闸操作，断路器处于合闸状态；保护压板6投入后，保护单元将保护动作信号传输至继电器c24；继电器c24接收到保护动作信号后，继电器c24线圈得电，继电器c24的两个常开接点均闭合，指示灯c25亮，同时，继电器a16线圈得电，控制继电器a16的常开接点吸合，指示灯a1亮，用于模拟断路器执行保护动作后断开。控制回路模拟单元供电电源为电源模块中的220v直流电源。
[0054]
通过分析国内教学和培训平台专业厂家生产的实训平台系统，结合目前国内铝行业供电整流综合自动化系统运行情况，将广泛使用的保护、测控、通讯等设备集中组屏，并配以完善的信号、控制、测量二次回路，硬件上实现信号采集、电量保护、非电量保护动作与断路器的遥控功能；软件上以windows 10(ops电脑)或android5.0操作系统和整流所综合自动化系统组态软件为技术开发平台，最大限度的还原铝电解供电整流自动化系统全部功能。
[0055]
软、硬件系统通过与智能大屏一体机的高度融合，可以有效的解决现场连续运行设备无法培训的难题，并且打破传统培训模式、以逼真的画面或视频方式再现设备的运行维护方法、多种故障现象模拟及处理方法的学习，可以有效的提升培训效果。
[0056]
在铝电解供电整流自动化系统中，采用以上任意一种保护装置均能够完成系统保护功能，但不同的铝电解厂家选用的保护装置不同，为使学员能够对目前常用的保护装置均能够进行学习和实践；本发明采用的保护单元涵盖了在铝电解供电整流自动化系统常用的四种保护装置，因此本发明具有适用范围广，适用性强的特点。
[0057]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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