基于LabVIEW的工厂计算负荷的确定-自动化专业课设

科技学院自动课程设计化专业PAGEPAGE1自动化专业课程设计题目：基于labview的工厂计算负荷的确定学院：科技学院专业：自动化姓名：学号：目录1. 课题名称 12. 课设小组成员 13. 课设内容及要求 14. 计算负荷的概念 24.1. 概述 24.2. 与计算负荷有关的物理量 24.2.1. 年最大负荷Pmax 24.2.2. 年最大负荷利用小时数Tmax 24.2.3. 平均负荷Pav 34.3. 规定取“半小时平均负荷”的原因： 34.4. 设备额定容量的确定 34.5. 设备额定容量的确定 35. 工厂计算负荷的确定方法分析 55.1. 电力负荷计算原因 55.2. 计算负荷的计算方法 55.2.1. 需要系数法 55.2.2. 计算基本步骤 65.2.3. 基本公式 65.3. 需用系数法－需用系数查表 75.3.1. 一个用电设备组 75.3.2. 多个用电设备组的计算负荷 75.3.3. 采用需用系数法的优点 85.4. 企业负荷的确定 85.5. 逐级计算法步骤 86. 软件设计 106.1. 软件流程图 106.2. 详细设计与实现 106.2.1. 前面版（Frontpanel） 106.2.2. 程序框图（Blockdiagram） 106.2.3. 图形化程序设计 116.3. 可执行exe文件打包过程 156.4. 软件运行情况 167. 软件执行验证 198. 心得体会 219. 参考文献 22 平均负荷Pav平均负荷Pav就是电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率，也就是电力负荷在该时间内消耗的电能W除以时间t的值，即Pav=W/t年平均负荷：Pav=Wa/8760负荷系数：Klo=Pav/Pmax图2规定取“半小时平均负荷”的原因：一般中小截面导体的发热时间常数τ为10min以上，根据经验表明，中小截面导线达到稳定温升所需时间约为3τ=3×10＝30（min），如果导线负载为短暂尖峰负荷，显然不可能使导线温升达到最高值，只有持续时间在30min以上的负荷时，才有可能构成导线的最高温升。设备额定容量的确定断续运行工作制（重复短暂工作制）断续周期工作制的设备，通常用暂载率ε表征其工作特征，取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比值，即为ε，即：式中t，t0－工作时间与停歇时间，两者之和为工作周期T。在每台用电设备的铭牌上都有“额定功率”PN，但由于各用电设备的额定工作方式不同，不能简单地将铭牌上规定的额定功率直接相加，必须先将其换算为同一工作制下的额定功率，然后才能相加。经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为“设备额定容量”，用Pe表示。设备额定容量的确定（1）长期工作制设备容量Pe=PN（2）重复短暂工作制的设备容量①吊车机组用电动机（包括起重机、行车等）的设备容量统一换算到ε=25%时的额定功率（kW），若其εN不等于25%时应进行换算，公式为:②电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到ε＝100%时的额定功率（kW）。若其铭牌暂载率εN不等于100%时，应进行换算，公式为:（3）电炉变压器的设备容量电炉变压器的设备容量是指在额定功率因数下的额定功率（kW），即：Pe=PN=SN·cosＮ工厂计算负荷的确定方法分析电力负荷计算原因进行工厂用供电设计，首先遇到的是全厂要用多少电。即符合计算，由于各种用电设备在运行时，其负荷大小是变化的，各设备的cosφ亦不同。各用电设备的最大负荷一般不会同时出现，所有设备又不同时工作。因此，精确的计算企业的用电负荷是非常重要的。导线截面及电气设备额定容量选择取决于己巳按负荷的大小，若计算负荷过大，则所选导线截面及电气设备的额定容量就大，将造成投资和设备的浪费；若极端负荷过小，则所选导线截面及电气设备的额定容量就小，将造成导线及电气设备过热，使线路及各种电气设备的绝缘老化，过早损坏。负荷计算的目的为了合理的选择供电系统的导线，开关电器，变压器等设备，使电气设备和材料既能充分得到利用，又能满足电网的安全运行。另外，也是选择仪表量程，整定继电保护的重要依据。计算负荷的计算方法需要系数法需要系数法是根据类似用户的负荷曲线引出的：K=P／∑P=P／P式中，P为30min平均负荷最大值，此值就是所要求的计算负荷Pca;∑PN为用电设备总额定容量。∑P即为P，各用电设备组成的需要系数Kd及功率因数cosφ都可以在相关专业书籍中查得用电需要系数法计算负荷。用电设备的计算负荷是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷P用电设备组的设备容量P是指用电设备所有设备（不包括备用设备在内）的额定容量P之和，即P=∑P。而设备的额定容量是指设备在额定条件下的最大输出功率。但是用电设备组的设备实际上不一定都是同时运行，运行的设备也不可能都满负荷。同时设备本身有功损耗，配电线路也有有功损耗。因此用电设备组的有功极端负荷为：P=KK／ηeηwl·P式中，K－设备的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与设备总容量之比。K－设备的同时系数，即设备组在最大负荷时输出功率与运行的设备容量之比。ηe－设备的平均效率，设备的同时系数，即设备组在最大负荷时输出功率与取用功率之比。ηwl－配电线路的平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率与首端功率之比。令上式中KK／ηeηwl=Kd，即Kd为需要系数。即得到Kd=P30／Pe，由此可得按需要系数法确定三相用电设备有功计算负荷的基本公式为：P30=Kd·Pe实际上，需要系数不仅与用电设备的工作性质，设备台数，设备效率和线路损耗等因数有关，而且与操作工人的技术熟练程度和生产组织等多种因数有关。因此应尽可能通过实测分析确定，使之尽量接近实际。在求出有功负荷P30后，可按下列各式求出其余的计算负荷：无功计算负荷：Q30=P30tanφ单位为Kvar視在计算负荷：S30=P30／cosφ单位为KVA计算电流：I30=S30／1.732U30单位为A计算基本步骤查表得到系数，按照公式计算需要系数考虑了以下的主要因素：式中：K－同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比；KL－负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比；ηwl－线路供电效率；η－用电设备组在实际运行功率时的平均效率。基本公式（一）基本公式用电设备组的计算负荷:是用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷P30。用电设备组的设备容量Pe：是指用电设备组所有设备（不含备用设备）的额定容量PN之和，即Pe=ΣPN。设备的额定容量：是设备在额定条件下的最大输出功率。用电设备组的有功计算负荷：式中：P30——计算有功功率(kw)；Kd——需要系数(三台以下时Kd＝1)；Pe——用电设备组的设备容量(kw)。式中，Kd为需要系数。无功计算负荷：式中，tanΦ为对应于用电设备组cosΦ中的正切值。视在计算负荷：式中，cosΦ为用电设备组的平均功率因数。计算电流：式中，UN为用电设备组的额定电压。需用系数法－需用系数查表系数查表见附表1Kd的范围原则任取，一般取较大值正切值用来计算无功功率，余弦值只在单个用电设备组中计算视在功率了解用电设备组的类型需用系数法－计算公式一个用电设备组多个用电设备组的计算负荷用需用系数法分别每个用电设备组的计算负荷查表2-3得多个用电设备组的同时系数按公式计算多个用电设备组采用需用系数法的优点简单：只用一个公式方便：查表准确：Kd来自于多年的经验积累明确：物理意义明确适用范围广：基本各种情况都适用企业负荷的确定除求出计算负荷外，还应该考虑供电损耗。供电损耗包括线路和变压器损耗。线路损耗和变压器损耗包括有功和无功损耗。(开关不考虑)供电损耗计算有详细的计算公式，但可以估算，取计算负荷的5-10%.计算负荷加上供电损耗便是企业总负负荷。计算负荷用于选择高低压线路的截面和变压器容量。逐级计算法步骤从负荷端开始，逐级上推到电源进线端。①用电设备组②车间低压变压器出线③高压出线④企业变压器出线⑤企业进线P305=KΣ5×ΣP306iP304=P305+∆PwL2P303=KΣ3×ΣP304iP302=P303+∆PT+∆PwL1P301=KΣ1×P302i图3逐级推算法图3逐级推算法软件设计软件流程图图4启动欢迎界面并进入计算面板图4启动欢迎界面并进入计算面板开始计算菜单选择输入数据及参数是否推出结束计算并输出结果否是详细设计与实现前面版（Frontpanel）前面版是VI特有的组成部分之一，用来在计算机的屏幕显示人机对话、交互式用户操作界面，亦可构成模拟真实仪器的操作面板。它可以放置诸如开关、滑动条、仪表盘、图形、图表、LED等等控件，所有这些控件都可以在LabVIEW开収环境所提供的控件选项板上找到。程序框图（Blockdiagram）程序框图是放置LabVIEW图形化语言程序源代码的地方。LabVIEW图形化语言采用的是用图形方式表示的程序或算法，构成图形化语言程序代码的基本要素。程序框图为程序设计者编程时所使用，最终用户也是无法看到的。程序款图是提供给设计者设计VI所必须的提供的要素之一。图形化程序设计设计框图：①选择函数模板设计框图；②连线；③运行和调试。程序启动欢迎界面程序设计框图（图14）；单组设备按需系数法程序设计框图（图15）；多组设备按需系数法程序设计框图（图16）；年产量估算法程序设计框图（图17）；逐级计算法程序设计框图（图18）；总体程序设计框图（图19）；图14程序启动欢迎界面程序设计框图图15单组设备按需系数法程序设计框图图16多组设备按需系数法程序设计框图图17年产量估算法程序设计框图图18逐级计算法程序设计框图图19总体程序设计框图可执行exe文件打包过程文件—新建项目；添加VI程序以及相关文件；新建应用程序exe文件；设置应用程序信息；打包成可以直接运行的exe文件；图5新建应用程序exe文件图6应用程序信息设置图7打包成可以直接运行的exe文件图8生产exe文件软件运行情况程序启动欢迎界面（图9）；单组设备按需系数法程序运行图（图10）；通过输入设备的额定容量Pn以及设备数量N、Kd、tanφ、cosφ，计算出设备总容量Pe以及计算负荷P30、Q30、S30和I30；多组设备按需系数法程序运行图（图11）；通过输入各组设备的P30、Q30以及tanφ、cosφ、K∑p、K∑q求计算负荷P30、Q30、S30和I30年产量估算法程序运行图（图12）；通过输入年产量A、单位产品耗电量a以及工厂年最大负荷利用小时Tmax，计算出工厂有功计算负荷。逐级计算法程序运行图（图13）。工厂计算负荷，应该是高压母线上所有高压配电线路计算负荷之和，再乘上一个同时系数。图9程序启动欢迎界面图10程序启动欢迎界面图11多组设备按需系数法程序运行图图12年产量估算法程序运行图图13逐级计算法程序运行图软件执行验证例证一：已知机修车间的金属切削机床组，拥有电压为380V的三相电动机7.5kW3台；4kW8台；3kW17台；1.5kW10台。试求其计算负荷。解:此机床组电动机的总容量为Pe=7.5kW×3+4kW×8+3kW×17+1.5×10=120.5kW查附录表1中“小批生产的金属冷加工机床电动机”项，得Kd=16-0.2(取0.2),cosΦ=0.5,tanΦ=1.73。因此求得:有功计算负荷P30=0.2×120.5kW=24.1kW无功计算负荷Q30=24.1kW×1.73=41.7kvar视在计算负荷S30=24.1kW/0.5=48.2kv.A计算电流I30=48.2kv.A/×0.38kv）=73.2A例证二：某机修车间380V线路上，接有金属切削机床电动机20台共50kW（其中较大容量电动机有7.5kW1台；2.2kW3台；2.2kW7台），通风机2台共3kW，电阻炉1台2kW。试确定此线路上的计算负荷。解:先求各组的计算负荷（1）金属切削机床组查附录表1，取Kd=0.2,cosΦ=0.5,tanΦ=1.73故P30（1）=0.2×50kW=10kWQ30（1）=10kW×1.73=17.3kvar（2）通风机组查附录表1，取Kd=0.8,cosΦ=0.8,tanΦ=0.75故P30（2）=0.8×3kW=2.4kWQ30（2）=2.4kW×0.75=1.8kvar（3）电阻炉查附录表1，取Kd=0.7,cosΦ=1,tanΦ=0故P30（3）=0.2×2kW=1.4kWQ30（3）=0因此总的计算负荷为（取K∑p=0.95，K∑q=0.97）P30=0.95×（10+2.4+1.4）kW=13.1kWQ30=0.97×(17.3+1.8+0)kvar=18.5kvarS30=22.7kv.AI30=22.7kv.A/×0.38kv）=34.5A多组用电设备电力负荷计算表表1序号名称数量容量需要系数cosΦTanΦ计算负荷P30Q30S30I301金属切削机床20500.20.51.731017.30.651.082通风机230.80.80.752.41.83电阻炉120.7101.40车间总计235513.819.1取K∑p=0.95K∑q=0.9713.118.522.734.5心得体会这次专业课程设计的题目是基于LabVIEW的工厂计算负荷的确定。此次课程设计是我在继课堂学习书本上的虚拟仪器知识和《工厂供电》知识后，再一次并且更加深入的了解到虚拟仪器的基本使用方法