霍曉楊 薛生

【摘要】? ? 針對目前低濃度瓦斯穩(wěn)定燃燒監(jiān)控系統(tǒng)存在穩(wěn)定性差、自動化程度低、傳輸速率慢等問題，基于S7-200系列PLC設計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、設備選型、數(shù)據(jù)采集和閥門控制等方面進行設計，有效保障了瓦斯燃燒裝置和余熱鍋爐的穩(wěn)定高效運行，并能延長設備使用壽命，降低經(jīng)濟成本。

【關鍵詞】? ? 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，其利用價值較高，應用技術也比較成熟;濃度低的瓦斯很難采用傳統(tǒng)的燃燒技術進行直接利用，基本上都是直接排放到大氣中，這既造成了環(huán)境污染（CH4的溫室效應約為CO2的28倍），也浪費了大量的清潔能源。故解決低濃度瓦斯燃燒安全問題，提高低濃度瓦斯利用率，減少溫室氣體的排放是當下的重點問題[4，5，6，7]。

一、監(jiān)控系統(tǒng)組成及工作原理

低濃度瓦斯進入管道后，經(jīng)過一級阻火器、干燥器和二級阻火器進入混合倉，同時向混合倉輸送新鮮空氣，將空氣與瓦斯混合均勻后輸送至燃燒裝置。燃燒室鋪設多個傳感器和離子棒，監(jiān)測燃燒室內(nèi)的溫度變化，當系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，各閥門開始動作，防止系統(tǒng)因異常情況出現(xiàn)故障導致系統(tǒng)無法運行。閥門和各傳感器將接受到的信號發(fā)送到數(shù)據(jù)接收器，數(shù)據(jù)接收器通過與工控機進行通訊，工控機對數(shù)據(jù)進行處理分析，對具體工況及時判斷和反饋。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)實驗參數(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;流量計選用迅爾儀表（大連）有限公司的LWQ-D2氣體渦輪流量計，測量范圍32-650m3/h，準確度等級1.5級;甲烷檢測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帶聲光帶報警一體機JSA5-CH4-A，測量范圍0-20%VOL;溫度傳感器選用江蘇美安特自動化儀表有限公司的熱電偶（熱電阻）一體化溫度變送器，測量范圍0-1300℃，基本誤差0.2-0.5%。

三、監(jiān)測系統(tǒng)設計

3.1系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)總體設計如圖2所示，PLC實時采集濃度、溫度、壓力和流量信號，參數(shù)發(fā)送到工控機;上位機的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、顯示、查詢等功能。當上位機采集到的數(shù)據(jù)超過設定值，上位機向PLC發(fā)送控制指令，直接切斷相應的閥門或通過PID整定調(diào)節(jié)相應調(diào)節(jié)閥的開度。

3.2系統(tǒng)的軟件設計

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)進行初始化，然后檢測各個端口是否正常。最后進行數(shù)據(jù)的采集和存儲等，如果數(shù)據(jù)達到設定值，則進行報警并處理。系統(tǒng)軟件流程圖如圖3所示。

四、人機界面

工控機人機交互界面主要由系統(tǒng)參數(shù)顯示、參數(shù)設置、工藝流程顯示、報警信息、PID整定、數(shù)據(jù)報表、報警一覽及用戶管理等功能。系統(tǒng)采用西門子WINCC軟件進行編寫，人機界面如圖4所示，系統(tǒng)開發(fā)周期短，界面友好，方便用戶操作。

五、結束語

通過對設備選型、數(shù)據(jù)采集、閥門的實時控制等環(huán)節(jié)進行綜合考慮，設計了基于PLC的低濃度瓦斯穩(wěn)定燃燒監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了低濃度瓦斯燃燒過程的自動、遠程監(jiān)控。PLC實時采集濃度、壓力溫度等參數(shù)信號，通過西門子WINCC軟件編寫的監(jiān)控程序，在電腦上可方便直觀的進行參數(shù)設置，其操作簡單，安全可靠。

參? 考? 文? 獻

[1]李中軍.低濃度煤層氣利用技術研究現(xiàn)狀及應用展望[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簡析[J].能源與節(jié)能，2019（08）：143-144+147.

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

[4]馬揚.大佛寺礦區(qū)瓦斯發(fā)電廠監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].西安科技大學，2017.

[5]趙旭生，逄錦倫.低濃度瓦斯安全直接燃燒技術研究[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，2015.