梁永封

(山西焦煤西山煤电集团发电分公司屯兰瓦斯电厂,山西古交 030026)

PLC技术在瓦斯发电中的应用*

梁永封

(山西焦煤西山煤电集团发电分公司屯兰瓦斯电厂,山西古交 030026)

为了提高对于瓦斯的利用率,降低对空气的污染,分析了PLC技术控制的瓦斯发电系统,以及加压风机控制进行优化的措施。将PLC技术应用于瓦斯发电之中,能够充分利用资源,对于煤矿的生产具有重要的现实意义。

PLC技术;瓦斯发电;应用

0 引 言

俗称的瓦斯,即在煤矿的开采过程中抽出的煤层气。以前,开采过程中产生瓦斯一般都是直接排放到空气中,这不仅对资源造成极大的浪费,并对大气环境造成了污染。近些年来利用瓦斯进行发电的技术不断发展,不仅将资源有效的利用,而且对节能减排,保护大气环境做出了巨大贡献。为煤矿利用瓦斯能源提供了新的思路。

1 预处理系统

核电站发电以及火力发电的原理都是基本一致的,即利用核原料或者煤中储存的能量来使冷却液汽化,汽化的冷却液推动发电机进行旋转。只是将不同能源的能量转化为电能。瓦斯发电是利用瓦斯气为原料,通过瓦斯气的爆燃推动发动机转动发电。利用瓦斯进行发电,需要有一套预处理设备。预处理设备具有除湿、除尘、加压、稳压的作用。瓦斯气从矿井下抽出携带有水份和颗粒物质,并且瓦斯气的压力随着流量的变化而变化,并不稳定。所以需要通过预处理设备的过滤、加压等装置对气体进行净化,将稳定的、干净的瓦斯气送入瓦斯发电机中燃烧。该设备完全可以通过PLC电控技术对相关数据信号进行管理,达到自动化控制的目的[1]。

2 电气控制系统组成

2.1 通讯网络系统

将PLC技术应用于瓦斯发电之中,首先应该构建通讯网络系统。瓦斯的开采和利用瓦斯发电不在同一个地方,两者可能相隔很远,为了保证整个瓦斯发电系统的正常运行,有必要同时从开采和使用对瓦斯气体进行监控,保证整个系统安全,这就必须需要一个稳定的系统来实时快速的传输大量的数据。性能优良,运行可靠的通讯网络系统才能保证整个瓦斯发电系统的正常运行。相关企业可以通过光纤为传输介质建立工业以太网网络系统,这种网络系统运行稳定,抗干扰能力强,能够快速传输大量的信息。

2.2 中央计算机监控系统

中央计算机监控系统是整个瓦斯发电系统的核心,控制着整个系统的运作。设立调度监控中心,对气体的采集、运输、燃烧都是通过监控中心内的计算机进行监视,计算机能够实时采集各种信息,并且对采集到的各种信息进行分析。这一点通过PLC控制系统进行实时数据的采集和交换能够做到。一般情况下,中央计算机监控系统都设为二级分布式控制系统,现场的PLC控制器为第二级控制系统,而中央控制室的计算机为第一级控制系统。从控制方式上可分为三级,即:计算机远程控制(遥控)、现场PLC控制器(RTU)自动控制和现场控制屏人工手动控制。计算机控制系统的稳定性虽然高,但是由于计算机难以妥善处理各种突发情况。因此,将人工手动控制的优先级设置为最高,计算机远程控制次之,自动控制的优先级最低[2]。

中央计算机监控系统有两套,一套用以维持正常的运行,另一套备用。双系统的存在能够保证在一个系统发生故障时,另一个系统仍能够正常工作,并且两套计算机监控系统的数据是相同的,可以互为备份,这种保障机制的存在能够保证整个瓦斯发电系统始终处于正常的运行之中。

2.3 PLC控制系统

以西门子PLC控制器为例,PLC控制系统是整个瓦斯发电系统中的重要组成部分,它的职能是采集各项数据,对设备状态信息进行传送,以及进行远程开关机等各种控制。PLC技术已经较为成熟,其配套的设备也丰富多样。因此,可以根据不同的发电需求来购买不同的设备,从而组建出满足不同需求的控制系统。举个简单的例子,将PLC控制器连接到温度的探头以及阀门之上,并且设定高低报警温度,在瓦斯燃烧的过程中,如果温度超过报警值,则PLC控制器可以降低阀门的开度,降低瓦斯的输入量,以降低温度。如果温度低于报警值,则PLC控制器,可以增加阀门的开度,增加瓦斯的输入量,从而提高温度。不仅如此,它还可以做到对各种异常信息的记录和汇报,从而实现实时监控各种仪器运行正常与否[3]。

3 注意事项

3.1 控制系统性能

考虑到发电系统的特殊性,瓦斯发电系统中设置了两套控制系统,这样一套控制系统发生故障时,另一套系统能够迅速地启用以接替工作。这种系统与系统之间的切换时间应该控制在3～5 s之间。这样做保证各种数据能够有效的被记录,而不会因为长时间的切换而导致整个控制系统的停机。考虑到突发情况或者系统检修的因素,控制系统在设计之初就设定了可以手动进行操作,这样能够快速对各种突发情况进行处理。但是,控制系统切换的权限必须要高,这样做能防止不必要的切换导致系统出现各种问题。由于各系统之间通过以太网进行连接,可能直接连接在互联网上。因此,网络防火墙的设置必须要严密。网络的安全是影响整个瓦斯发电系统运行的重要因素。因此,控制系统最好禁止一切外来IP的访问,只接受特定IP地址的控制。

3.2 加压风机的控制

一般来说,一个发电机发生故障的概率就不是很大,多个发电机同时发生故障的概率就更低。但是,遇到特殊情况,发电机全部发生故障,瓦斯的输送却又未能及时停止,很可能导致灾难性的后果。因此,有必要对加压风机进行特殊的调控。最好能够将循环电磁阀换为电动循环阀。正常的运转情况下,电动循环阀会留出一个较小的孔洞来排除部分气体。如果发电机发生故障,管道中的瓦斯不能够及时的排出,管道压力过大时控制系统也可以控制电动循环阀门再次打开,将管道中的气体排往其他的储存空间内。这一段时间就可以作为反应时间来及时切断瓦斯气的来源,从而有效防止瓦斯在管道内堆积可能引发的灾难性后果。

3.3 对整个瓦斯发电系统进行实时的监控

瓦斯是一种危险系数比较高的气体,聚集到了一定的浓度就会有爆炸的危险。因此,整个瓦斯发电系统中都应该对于瓦斯实时监控。在瓦斯采集时监控温度、浓度和压力,在运输过程中对这些数据进行再次的采集和监控,这样能够及时发现可能的瓦斯渗漏情况,将隐患消除在萌芽状态。最好利用计算机控制技术规设定瓦斯浓度、压力温度的报警值和停机值,在达到某一限定之后就自动停止瓦斯的运输,避免瓦斯在某一区域的局部堆积。

3.4 对于系统运行稳定性的观察

瓦斯经过预处理系统除去水分、颗粒物等杂质。在预处理完毕之后,系统会排出一定的水,在实际的生产过程中,检查是否有水的排出是验证系统运行稳定性的重要手段。在这气体的流速要根据管道的抗压能力而定,流速过高会导致管道内的压力过大,从而产生各种危险,因此除了利用计算机进行调控之外,也要利用人力经常进行观察,确保瓦斯流速的合理性[4]。

4 结 语

瓦斯气体既是能源又是常见的温室气体之一,在以往的煤矿开采中瓦斯气体多被直接排放到空气中,不仅对环境造成的污染而且还对资源产生了严重的浪费,利用瓦斯进行发电则为煤矿企业提供了新的思路。从预处理系统、通讯系统、中央计算机监控系统以及PLC控制系统4个方面阐述PLC技术在瓦斯发电中的应用机理,考虑到整个系统的稳定性,有必要设置两套系统进行切换,保证数据的稳定性,保障系统的有效运行。同时对于整个瓦斯发电系统都应该进行实时的监控,不仅需要通过计算机手段,还应该通过对于一些现象的观察来确定系统运行的稳定性,保证安全生产。

[1] 陶灵兵,陈燕兵,铁治欣,等.基于PLC及iFIX技术的天然气发电自控系统应用分析[J].工业控制计算机,2013,26(5):8-9.

[2] 杨鹏跃,李伟清.PLC自动控制在沼气发电中的应用[J].农机化研究,2013,35(2):233-236.

[3] 吉 铭.西门子S7-300在沼气发电控制系统中的应用[J].黑龙江科技信息,2012(3):83-83.

[4] 苏宝枫,任宪仁,张 召,等.垃圾填埋气发电中自动控制系统的研究[J].电气技术,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,河南罗山人,主要从事瓦斯发电方面的工作。