梁永封

(山西焦煤西山煤電集團發(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)電中的應用*

梁永封

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

為了提高對于瓦斯的利用率,降低對空氣的污染,分析了PLC技術(shù)控制的瓦斯發(fā)電系統(tǒng),以及加壓風機控制進行優(yōu)化的措施。將PLC技術(shù)應用于瓦斯發(fā)電之中,能夠充分利用資源,對于煤礦的生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義。

PLC技術(shù);瓦斯發(fā)電;應用

0 引 言

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

1 預處理系統(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存的能量來使冷卻液汽化,汽化的冷卻液推動發(fā)電機進行旋轉(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,通過瓦斯氣的爆燃推動發(fā)動機轉(zhuǎn)動發(fā)電。利用瓦斯進行發(fā)電,需要有一套預處理設(shè)備。預處理設(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。所以需要通過預處理設(shè)備的過濾、加壓等裝置對氣體進行凈化,將穩(wěn)定的、干凈的瓦斯氣送入瓦斯發(fā)電機中燃燒。該設(shè)備完全可以通過PLC電控技術(shù)對相關(guān)數(shù)據(jù)信號進行管理,達到自動化控制的目的[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)應用于瓦斯發(fā)電之中,首先應該構(gòu)建通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。瓦斯的開采和利用瓦斯發(fā)電不在同一個地方,兩者可能相隔很遠,為了保證整個瓦斯發(fā)電系統(tǒng)的正常運行,有必要同時從開采和使用對瓦斯氣體進行監(jiān)控,保證整個系統(tǒng)安全,這就必須需要一個穩(wěn)定的系統(tǒng)來實時快速的傳輸大量的數(shù)據(jù)。性能優(yōu)良,運行可靠的通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)才能保證整個瓦斯發(fā)電系統(tǒng)的正常運行。相關(guān)企業(yè)可以通過光纖為傳輸介質(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)運行穩(wěn)定,抗干擾能力強,能夠快速傳輸大量的信息。

2.2 中央計算機監(jiān)控系統(tǒng)

中央計算機監(jiān)控系統(tǒng)是整個瓦斯發(fā)電系統(tǒng)的核心,控制著整個系統(tǒng)的運作。設(shè)立調(diào)度監(jiān)控中心,對氣體的采集、運輸、燃燒都是通過監(jiān)控中心內(nèi)的計算機進行監(jiān)視,計算機能夠?qū)崟r采集各種信息,并且對采集到的各種信息進行分析。這一點通過PLC控制系統(tǒng)進行實時數(shù)據(jù)的采集和交換能夠做到。一般情況下,中央計算機監(jiān)控系統(tǒng)都設(shè)為二級分布式控制系統(tǒng),現(xiàn)場的PLC控制器為第二級控制系統(tǒng),而中央控制室的計算機為第一級控制系統(tǒng)。從控制方式上可分為三級,即:計算機遠程控制(遙控)、現(xiàn)場PLC控制器(RTU)自動控制和現(xiàn)場控制屏人工手動控制。計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖然高,但是由于計算機難以妥善處理各種突發(fā)情況。因此,將人工手動控制的優(yōu)先級設(shè)置為最高,計算機遠程控制次之,自動控制的優(yōu)先級最低[2]。

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

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數(shù)據(jù),對設(shè)備狀態(tài)信息進行傳送,以及進行遠程開關(guān)機等各種控制。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)電需求來購買不同的設(shè)備,從而組建出滿足不同需求的控制系統(tǒng)。舉個簡單的例子,將PLC控制器連接到溫度的探頭以及閥門之上,并且設(shè)定高低報警溫度,在瓦斯燃燒的過程中,如果溫度超過報警值,則PLC控制器可以降低閥門的開度,降低瓦斯的輸入量,以降低溫度。如果溫度低于報警值,則PLC控制器,可以增加閥門的開度,增加瓦斯的輸入量,從而提高溫度。不僅如此,它還可以做到對各種異常信息的記錄和匯報,從而實現(xiàn)實時監(jiān)控各種儀器運行正常與否[3]。

3 注意事項

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,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)之間的切換時間應該控制在3～5 s之間。這樣做保證各種數(shù)據(jù)能夠有效的被記錄,而不會因為長時間的切換而導致整個控制系統(tǒng)的停機?？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)計之初就設(shè)定了可以手動進行操作,這樣能夠快速對各種突發(fā)情況進行處理。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致系統(tǒng)出現(xiàn)各種問題。由于各系統(tǒng)之間通過以太網(wǎng)進行連接,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)置必須要嚴密。網(wǎng)絡(luò)的安全是影響整個瓦斯發(fā)電系統(tǒng)運行的重要因素。因此,控制系統(tǒng)最好禁止一切外來IP的訪問,只接受特定IP地址的控制。

3.2 加壓風機的控制

一般來說,一個發(fā)電機發(fā)生故障的概率就不是很大,多個發(fā)電機同時發(fā)生故障的概率就更低。但是,遇到特殊情況,發(fā)電機全部發(fā)生故障,瓦斯的輸送卻又未能及時停止,很可能導致災難性的后果。因此,有必要對加壓風機進行特殊的調(diào)控。最好能夠?qū)⒀h(huán)電磁閥換為電動循環(huán)閥。正常的運轉(zhuǎn)情況下,電動循環(huán)閥會留出一個較小的孔洞來排除部分氣體。如果發(fā)電機發(fā)生故障,管道中的瓦斯不能夠及時的排出,管道壓力過大時控制系統(tǒng)也可以控制電動循環(huán)閥門再次打開,將管道中的氣體排往其他的儲存空間內(nèi)。這一段時間就可以作為反應時間來及時切斷瓦斯氣的來源,從而有效防止瓦斯在管道內(nèi)堆積可能引發(fā)的災難性后果。

3.3 對整個瓦斯發(fā)電系統(tǒng)進行實時的監(jiān)控

瓦斯是一種危險系數(shù)比較高的氣體,聚集到了一定的濃度就會有爆炸的危險。因此,整個瓦斯發(fā)電系統(tǒng)中都應該對于瓦斯實時監(jiān)控。在瓦斯采集時監(jiān)控溫度、濃度和壓力,在運輸過程中對這些數(shù)據(jù)進行再次的采集和監(jiān)控,這樣能夠及時發(fā)現(xiàn)可能的瓦斯?jié)B漏情況,將隱患消除在萌芽狀態(tài)。最好利用計算機控制技術(shù)規(guī)設(shè)定瓦斯?jié)舛?、壓力溫度的報警值和停機值,在達到某一限定之后就自動停止瓦斯的運輸,避免瓦斯在某一區(qū)域的局部堆積。

3.4 對于系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的觀察

瓦斯經(jīng)過預處理系統(tǒng)除去水分、顆粒物等雜質(zhì)。在預處理完畢之后,系統(tǒng)會排出一定的水,在實際的生產(chǎn)過程中,檢查是否有水的排出是驗證系統(tǒng)運行穩(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,流速過高會導致管道內(nèi)的壓力過大,從而產(chǎn)生各種危險,因此除了利用計算機進行調(diào)控之外,也要利用人力經(jīng)常進行觀察,確保瓦斯流速的合理性[4]。

4 結(jié) 語

瓦斯氣體既是能源又是常見的溫室氣體之一,在以往的煤礦開采中瓦斯氣體多被直接排放到空氣中,不僅對環(huán)境造成的污染而且還對資源產(chǎn)生了嚴重的浪費,利用瓦斯進行發(fā)電則為煤礦企業(yè)提供了新的思路。從預處理系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、中央計算機監(jiān)控系統(tǒng)以及PLC控制系統(tǒng)4個方面闡述PLC技術(shù)在瓦斯發(fā)電中的應用機理,考慮到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性,有必要設(shè)置兩套系統(tǒng)進行切換,保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性,保障系統(tǒng)的有效運行。同時對于整個瓦斯發(fā)電系統(tǒng)都應該進行實時的監(jiān)控,不僅需要通過計算機手段,還應該通過對于一些現(xiàn)象的觀察來確定系統(tǒng)運行的穩(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)應用分析[J].工業(yè)控制計算機,2013,26(5):8-9.

[2] 楊鵬躍,李偉清.PLC自動控制在沼氣發(fā)電中的應用[J].農(nóng)機化研究,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。