PLC技術(shù)在瓦斯發(fā)電中的應(yīng)用*

梁永封

(山西焦煤西山煤電集團(tuán)發(fā)電分公司屯蘭瓦斯電廠,山西古交 030026)

PLC技術(shù)在瓦斯發(fā)電中的應(yīng)用*

梁永封

(山西焦煤西山煤電集團(tuán)發(fā)電分公司屯蘭瓦斯電廠,山西古交 030026)

為了提高對(duì)于瓦斯的利用率,降低對(duì)空氣的污染,分析了PLC技術(shù)控制的瓦斯發(fā)電系統(tǒng),以及加壓風(fēng)機(jī)控制進(jìn)行優(yōu)化的措施。將PLC技術(shù)應(yīng)用于瓦斯發(fā)電之中,能夠充分利用資源,對(duì)于煤礦的生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

PLC技術(shù);瓦斯發(fā)電;應(yīng)用

0 引 言

俗稱的瓦斯,即在煤礦的開(kāi)采過(guò)程中抽出的煤層氣。以前,開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生瓦斯一般都是直接排放到空氣中,這不僅對(duì)資源造成極大的浪費(fèi),并對(duì)大氣環(huán)境造成了污染。近些年來(lái)利用瓦斯進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)不斷發(fā)展,不僅將資源有效的利用,而且對(duì)節(jié)能減排,保護(hù)大氣環(huán)境做出了巨大貢獻(xiàn)。為煤礦利用瓦斯能源提供了新的思路。

1 預(yù)處理系統(tǒng)

核電站發(fā)電以及火力發(fā)電的原理都是基本一致的,即利用核原料或者煤中儲(chǔ)存的能量來(lái)使冷卻液汽化,汽化的冷卻液推動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。只是將不同能源的能量轉(zhuǎn)化為電能。瓦斯發(fā)電是利用瓦斯氣為原料,通過(guò)瓦斯氣的爆燃推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。利用瓦斯進(jìn)行發(fā)電,需要有一套預(yù)處理設(shè)備。預(yù)處理設(shè)備具有除濕、除塵、加壓、穩(wěn)壓的作用。瓦斯氣從礦井下抽出攜帶有水份和顆粒物質(zhì),并且瓦斯氣的壓力隨著流量的變化而變化,并不穩(wěn)定。所以需要通過(guò)預(yù)處理設(shè)備的過(guò)濾、加壓等裝置對(duì)氣體進(jìn)行凈化,將穩(wěn)定的、干凈的瓦斯氣送入瓦斯發(fā)電機(jī)中燃燒。該設(shè)備完全可以通過(guò)PLC電控技術(shù)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行管理,達(dá)到自動(dòng)化控制的目的[1]。

2 電氣控制系統(tǒng)組成

2.1 通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

將PLC技術(shù)應(yīng)用于瓦斯發(fā)電之中,首先應(yīng)該構(gòu)建通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。瓦斯的開(kāi)采和利用瓦斯發(fā)電不在同一個(gè)地方,兩者可能相隔很遠(yuǎn),為了保證整個(gè)瓦斯發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行,有必要同時(shí)從開(kāi)采和使用對(duì)瓦斯氣體進(jìn)行監(jiān)控,保證整個(gè)系統(tǒng)安全,這就必須需要一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)來(lái)實(shí)時(shí)快速的傳輸大量的數(shù)據(jù)。性能優(yōu)良,運(yùn)行可靠的通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)才能保證整個(gè)瓦斯發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。相關(guān)企業(yè)可以通過(guò)光纖為傳輸介質(zhì)建立工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,抗干擾能力強(qiáng),能夠快速傳輸大量的信息。

2.2 中央計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

中央計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是整個(gè)瓦斯發(fā)電系統(tǒng)的核心,控制著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作。設(shè)立調(diào)度監(jiān)控中心,對(duì)氣體的采集、運(yùn)輸、燃燒都是通過(guò)監(jiān)控中心內(nèi)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)視,計(jì)算機(jī)能夠?qū)崟r(shí)采集各種信息,并且對(duì)采集到的各種信息進(jìn)行分析。這一點(diǎn)通過(guò)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和交換能夠做到。一般情況下,中央計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)都設(shè)為二級(jí)分布式控制系統(tǒng),現(xiàn)場(chǎng)的PLC控制器為第二級(jí)控制系統(tǒng),而中央控制室的計(jì)算機(jī)為第一級(jí)控制系統(tǒng)。從控制方式上可分為三級(jí),即:計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制(遙控)、現(xiàn)場(chǎng)PLC控制器(RTU)自動(dòng)控制和現(xiàn)場(chǎng)控制屏人工手動(dòng)控制。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖然高,但是由于計(jì)算機(jī)難以妥善處理各種突發(fā)情況。因此,將人工手動(dòng)控制的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為最高,計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制次之,自動(dòng)控制的優(yōu)先級(jí)最低[2]。

中央計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)有兩套,一套用以維持正常的運(yùn)行,另一套備用。雙系統(tǒng)的存在能夠保證在一個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),另一個(gè)系統(tǒng)仍能夠正常工作,并且兩套計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是相同的,可以互為備份,這種保障機(jī)制的存在能夠保證整個(gè)瓦斯發(fā)電系統(tǒng)始終處于正常的運(yùn)行之中。

2.3 PLC控制系統(tǒng)

以西門子PLC控制器為例,PLC控制系統(tǒng)是整個(gè)瓦斯發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分,它的職能是采集各項(xiàng)數(shù)據(jù),對(duì)設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行傳送,以及進(jìn)行遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)等各種控制。PLC技術(shù)已經(jīng)較為成熟,其配套的設(shè)備也豐富多樣。因此,可以根據(jù)不同的發(fā)電需求來(lái)購(gòu)買不同的設(shè)備,從而組建出滿足不同需求的控制系統(tǒng)。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子,將PLC控制器連接到溫度的探頭以及閥門之上,并且設(shè)定高低報(bào)警溫度,在瓦斯燃燒的過(guò)程中,如果溫度超過(guò)報(bào)警值,則PLC控制器可以降低閥門的開(kāi)度,降低瓦斯的輸入量,以降低溫度。如果溫度低于報(bào)警值,則PLC控制器,可以增加閥門的開(kāi)度,增加瓦斯的輸入量,從而提高溫度。不僅如此,它還可以做到對(duì)各種異常信息的記錄和匯報(bào),從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控各種儀器運(yùn)行正常與否[3]。

3 注意事項(xiàng)

3.1 控制系統(tǒng)性能

考慮到發(fā)電系統(tǒng)的特殊性,瓦斯發(fā)電系統(tǒng)中設(shè)置了兩套控制系統(tǒng),這樣一套控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),另一套系統(tǒng)能夠迅速地啟用以接替工作。這種系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的切換時(shí)間應(yīng)該控制在3～5 s之間。這樣做保證各種數(shù)據(jù)能夠有效的被記錄,而不會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的切換而導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)的停機(jī)?？紤]到突發(fā)情況或者系統(tǒng)檢修的因素,控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初就設(shè)定了可以手動(dòng)進(jìn)行操作,這樣能夠快速對(duì)各種突發(fā)情況進(jìn)行處理。但是,控制系統(tǒng)切換的權(quán)限必須要高,這樣做能防止不必要的切換導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)各種問(wèn)題。由于各系統(tǒng)之間通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行連接,可能直接連接在互聯(lián)網(wǎng)上。因此,網(wǎng)絡(luò)防火墻的設(shè)置必須要嚴(yán)密。網(wǎng)絡(luò)的安全是影響整個(gè)瓦斯發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的重要因素。因此,控制系統(tǒng)最好禁止一切外來(lái)IP的訪問(wèn),只接受特定IP地址的控制。

3.2 加壓風(fēng)機(jī)的控制

一般來(lái)說(shuō),一個(gè)發(fā)電機(jī)發(fā)生故障的概率就不是很大,多個(gè)發(fā)電機(jī)同時(shí)發(fā)生故障的概率就更低。但是,遇到特殊情況,發(fā)電機(jī)全部發(fā)生故障,瓦斯的輸送卻又未能及時(shí)停止,很可能導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。因此,有必要對(duì)加壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行特殊的調(diào)控。最好能夠?qū)⒀h(huán)電磁閥換為電動(dòng)循環(huán)閥。正常的運(yùn)轉(zhuǎn)情況下,電動(dòng)循環(huán)閥會(huì)留出一個(gè)較小的孔洞來(lái)排除部分氣體。如果發(fā)電機(jī)發(fā)生故障,管道中的瓦斯不能夠及時(shí)的排出,管道壓力過(guò)大時(shí)控制系統(tǒng)也可以控制電動(dòng)循環(huán)閥門再次打開(kāi),將管道中的氣體排往其他的儲(chǔ)存空間內(nèi)。這一段時(shí)間就可以作為反應(yīng)時(shí)間來(lái)及時(shí)切斷瓦斯氣的來(lái)源,從而有效防止瓦斯在管道內(nèi)堆積可能引發(fā)的災(zāi)難性后果。

3.3 對(duì)整個(gè)瓦斯發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控

瓦斯是一種危險(xiǎn)系數(shù)比較高的氣體,聚集到了一定的濃度就會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)。因此,整個(gè)瓦斯發(fā)電系統(tǒng)中都應(yīng)該對(duì)于瓦斯實(shí)時(shí)監(jiān)控。在瓦斯采集時(shí)監(jiān)控溫度、濃度和壓力,在運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行再次的采集和監(jiān)控,這樣能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能的瓦斯?jié)B漏情況,將隱患消除在萌芽狀態(tài)。最好利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)規(guī)設(shè)定瓦斯?jié)舛?、壓力溫度的?bào)警值和停機(jī)值,在達(dá)到某一限定之后就自動(dòng)停止瓦斯的運(yùn)輸,避免瓦斯在某一區(qū)域的局部堆積。

3.4 對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的觀察

瓦斯經(jīng)過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)除去水分、顆粒物等雜質(zhì)。在預(yù)處理完畢之后,系統(tǒng)會(huì)排出一定的水,在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中,檢查是否有水的排出是驗(yàn)證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的重要手段。在這氣體的流速要根據(jù)管道的抗壓能力而定,流速過(guò)高會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)的壓力過(guò)大,從而產(chǎn)生各種危險(xiǎn),因此除了利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)控之外,也要利用人力經(jīng)常進(jìn)行觀察,確保瓦斯流速的合理性[4]。

4 結(jié) 語(yǔ)

瓦斯氣體既是能源又是常見(jiàn)的溫室氣體之一,在以往的煤礦開(kāi)采中瓦斯氣體多被直接排放到空氣中,不僅對(duì)環(huán)境造成的污染而且還對(duì)資源產(chǎn)生了嚴(yán)重的浪費(fèi),利用瓦斯進(jìn)行發(fā)電則為煤礦企業(yè)提供了新的思路。從預(yù)處理系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、中央計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以及PLC控制系統(tǒng)4個(gè)方面闡述PLC技術(shù)在瓦斯發(fā)電中的應(yīng)用機(jī)理,考慮到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,有必要設(shè)置兩套系統(tǒng)進(jìn)行切換,保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性,保障系統(tǒng)的有效運(yùn)行。同時(shí)對(duì)于整個(gè)瓦斯發(fā)電系統(tǒng)都應(yīng)該進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控,不僅需要通過(guò)計(jì)算機(jī)手段,還應(yīng)該通過(guò)對(duì)于一些現(xiàn)象的觀察來(lái)確定系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,保證安全生產(chǎn)。

[1] 陶靈兵,陳燕兵,鐵治欣,等.基于PLC及iFIX技術(shù)的天然氣發(fā)電自控系統(tǒng)應(yīng)用分析[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2013,26(5):8-9.

[2] 楊鵬躍,李偉清.PLC自動(dòng)控制在沼氣發(fā)電中的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究,2013,35(2):233-236.

[3] 吉 銘.西門子S7-300在沼氣發(fā)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息,2012(3):83-83.

[4] 蘇寶楓,任憲仁,張 召,等.垃圾填埋氣發(fā)電中自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究[J].電氣技術(shù),2011(8):57-59.

Application of PLC Technology in Methane Electrical Generation

LIANG Yong-feng
(Generation Branch of Shanxi Coking Coal Xishan Coal and Electricity Power Co.,Ltd,Gujiao Shanxi 030026,China)

In order to improve the utilization of gas and to reduce the air pollution,this paper analyses the gas power generation system which is controlled by the PLC technology,as well as the optimizing measures to the pressure blower control.It can make full use of resources,and has important practical significance for the coal mine production when applying the PLC technology in the methane electrical generation.

PLC technology;methane electrical generation;application

TP273.5

A

1007-4414(2015)05-0148-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.052

2015-07-13

梁永封(1980-),男,河南羅山人,主要從事瓦斯發(fā)電方面的工作。