霍曉楊 薛生

【摘要】? ? 針對(duì)目前低濃度瓦斯穩(wěn)定燃燒監(jiān)控系統(tǒng)存在穩(wěn)定性差、自動(dòng)化程度低、傳輸速率慢等問(wèn)題，基于S7-200系列PLC設(shè)計(jì)了一種低濃度瓦斯穩(wěn)定燃燒監(jiān)控系統(tǒng)，從系統(tǒng)的原理、設(shè)備選型、數(shù)據(jù)采集和閥門(mén)控制等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，有效保障了瓦斯燃燒裝置和余熱鍋爐的穩(wěn)定高效運(yùn)行，并能延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低經(jīng)濟(jì)成本。

【關(guān)鍵詞】? ? 低濃度瓦斯? ? 穩(wěn)定燃燒? ? 監(jiān)控系統(tǒng)

PLC-based low-concentration gas stable combustion monitoring system

HUO Xiaoyang? ?Xue Sheng

（1 School of Safety Science and Engineering， Anhui University of Science and Technology， Huainan 232001， China）

Abstract：In view of the problems of poor stability， low automation， and slow transmission rate in the current low-concentration gas stable combustion monitoring system， a low-concentration gas stable combustion monitoring system is designed based on the S7-200 series PLC. The system principle and equipment are selected. The design in terms of model， data acquisition and valve control effectively guarantees the stable and efficient operation of the gas combustion device and waste heat boiler， and can extend the service life of the equipment and reduce economic costs.

Key words：low concentration gas， stable combustion， monitoring system

煤礦瓦斯（煤層氣）的主要成分是甲烷，它是一種優(yōu)質(zhì)的清潔能源[1，2，3]。目前，濃度高的瓦斯，其利用價(jià)值較高，應(yīng)用技術(shù)也比較成熟;濃度低的瓦斯很難采用傳統(tǒng)的燃燒技術(shù)進(jìn)行直接利用，基本上都是直接排放到大氣中，這既造成了環(huán)境污染（CH4的溫室效應(yīng)約為CO2的28倍），也浪費(fèi)了大量的清潔能源。故解決低濃度瓦斯燃燒安全問(wèn)題，提高低濃度瓦斯利用率，減少溫室氣體的排放是當(dāng)下的重點(diǎn)問(wèn)題[4，5，6，7]。

一、監(jiān)控系統(tǒng)組成及工作原理

低濃度瓦斯進(jìn)入管道后，經(jīng)過(guò)一級(jí)阻火器、干燥器和二級(jí)阻火器進(jìn)入混合倉(cāng)，同時(shí)向混合倉(cāng)輸送新鮮空氣，將空氣與瓦斯混合均勻后輸送至燃燒裝置。燃燒室鋪設(shè)多個(gè)傳感器和離子棒，監(jiān)測(cè)燃燒室內(nèi)的溫度變化，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，各閥門(mén)開(kāi)始動(dòng)作，防止系統(tǒng)因異常情況出現(xiàn)故障導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行。閥門(mén)和各傳感器將接受到的信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收器，數(shù)據(jù)接收器通過(guò)與工控機(jī)進(jìn)行通訊，工控機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，對(duì)具體工況及時(shí)判斷和反饋。系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示。

二、監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)及儀表選型

2.1系統(tǒng)參數(shù)確定

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況確定氣源壓力為8kPa-10kPa，瓦斯管路流量為300m3/h，瓦斯氣體濃度范圍在3%～8%，燃燒的環(huán)境溫度控制在800-1200℃。

2.2系統(tǒng)儀表選型

依據(jù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)要求，壓力變送器選用安徽久躍儀表有限公司的1151AP型差壓變送器，量程為0-40kPa;流量計(jì)選用迅爾儀表（大連）有限公司的LWQ-D2氣體渦輪流量計(jì)，測(cè)量范圍32-650m3/h，準(zhǔn)確度等級(jí)1.5級(jí);甲烷檢測(cè)儀選用深圳市吉順安科技有限公司的固定在線式甲烷帶檢測(cè)帶聲光帶報(bào)警一體機(jī)JSA5-CH4-A，測(cè)量范圍0-20%VOL;溫度傳感器選用江蘇美安特自動(dòng)化儀表有限公司的熱電偶（熱電阻）一體化溫度變送器，測(cè)量范圍0-1300℃，基本誤差0.2-0.5%。

三、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖2所示，PLC實(shí)時(shí)采集濃度、溫度、壓力和流量信號(hào)，參數(shù)發(fā)送到工控機(jī);上位機(jī)的軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、顯示、查詢等功能。當(dāng)上位機(jī)采集到的數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定值，上位機(jī)向PLC發(fā)送控制指令，直接切斷相應(yīng)的閥門(mén)或通過(guò)PID整定調(diào)節(jié)相應(yīng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。

3.2系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

低濃度瓦斯穩(wěn)定燃燒控制系統(tǒng)工作流程首先為系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后檢測(cè)各個(gè)端口是否正常。最后進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)等，如果數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定值，則進(jìn)行報(bào)警并處理。系統(tǒng)軟件流程圖如圖3所示。

四、人機(jī)界面

工控機(jī)人機(jī)交互界面主要由系統(tǒng)參數(shù)顯示、參數(shù)設(shè)置、工藝流程顯示、報(bào)警信息、PID整定、數(shù)據(jù)報(bào)表、報(bào)警一覽及用戶管理等功能。系統(tǒng)采用西門(mén)子WINCC軟件進(jìn)行編寫(xiě)，人機(jī)界面如圖4所示，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短，界面友好，方便用戶操作。

五、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)設(shè)備選型、數(shù)據(jù)采集、閥門(mén)的實(shí)時(shí)控制等環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合考慮，設(shè)計(jì)了基于PLC的低濃度瓦斯穩(wěn)定燃燒監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了低濃度瓦斯燃燒過(guò)程的自動(dòng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控。PLC實(shí)時(shí)采集濃度、壓力溫度等參數(shù)信號(hào)，通過(guò)西門(mén)子WINCC軟件編寫(xiě)的監(jiān)控程序，在電腦上可方便直觀的進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，其操作簡(jiǎn)單，安全可靠。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]李中軍.低濃度煤層氣利用技術(shù)研究現(xiàn)狀及應(yīng)用展望[J].能源與環(huán)保，2018，40（06）：152-156.

[2]蘇鵬.煤礦低濃度瓦斯綜合利用技術(shù)簡(jiǎn)析[J].能源與節(jié)能，2019（08）：143-144+147.

[3]劉佳.我國(guó)煤層氣（煤礦瓦斯）抽采利用現(xiàn)狀與對(duì)策分析[J].中國(guó)煤層氣，2015，12（04）：44-47..

[4]馬揚(yáng).大佛寺礦區(qū)瓦斯發(fā)電廠監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安科技大學(xué)，2017.

[5]趙旭生，逄錦倫.低濃度瓦斯安全直接燃燒技術(shù)研究[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2017，44（06）：1-5+16.

[6]王祖迅.基于S7-1200的瓦斯摻混監(jiān)控系統(tǒng)[J].煤礦安全，2019，50（03）：85-88.

[7]馮凱.基于PLC的選煤廠瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].太原理工大學(xué)，2015.