基于PLC的低濃度瓦斯穩定燃燒監控系統

霍曉楊 薛生

【摘要】? ? 針對目前低濃度瓦斯穩定燃燒監控系統存在穩定性差、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定燃燒監控系統，從系統的原理、設備選型、數據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定高效運行，并能延長設備使用壽命，降低經濟成本。

【關鍵詞】? ? 低濃度瓦斯? ? 穩定燃燒? ? 監控系統

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，它是一種優質的清潔能源[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、監控系統組成及工作原理

低濃度瓦斯進入管道后，經過一級阻火器、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，監測燃燒室內的溫度變化，當系統出現異常時，各閥門開始動作，防止系統因異常情況出現故障導致系統無法運行。閥門和各傳感器將接受到的信號發送到數據接收器，數據接收器通過與工控機進行通訊，工控機對數據進行處理分析，對具體工況及時判斷和反饋。系統工作原理圖如圖1所示。

二、監控系統參數及儀表選型

2.1系統參數確定

根據現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%，燃燒的環境溫度控制在800-1200℃。

2.2系統儀表選型

依據實驗參數要求，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、監測系統設計

3.1系統總體設計

系統總體設計如圖2所示，PLC實時采集濃度、溫度、壓力和流量信號，參數發送到工控機;上位機的軟件系統實現數據采集、顯示、查詢等功能。當上位機采集到的數據超過設定值，上位機向PLC發送控制指令，直接切斷相應的閥門或通過PID整定調節相應調節閥的開度。

3.2系統的軟件設計

低濃度瓦斯穩定燃燒控制系統工作流程首先為系統進行初始化，然后檢測各個端口是否正常。最后進行數據的采集和存儲等，如果數據達到設定值，則進行報警并處理。系統軟件流程圖如圖3所示。

四、人機界面

工控機人機交互界面主要由系統參數顯示、參數設置、工藝流程顯示、報警信息、PID整定、數據報表、報警一覽及用戶管理等功能。系統采用西門子WINCC軟件進行編寫，人機界面如圖4所示，系統開發周期短，界面友好，方便用戶操作。

五、結束語

通過對設備選型、數據采集、閥門的實時控制等環節進行綜合考慮，設計了基于PLC的低濃度瓦斯穩定燃燒監控系統，實現了低濃度瓦斯燃燒過程的自動、遠程監控。PLC實時采集濃度、壓力溫度等參數信號，通過西門子WINCC軟件編寫的監控程序，在電腦上可方便直觀的進行參數設置，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狀及應用展望[J].能源與環保，2018，40（06）：152-156.

[2]蘇鵬.煤礦低濃度瓦斯綜合利用技術簡析[J].能源與節能，2019（08）：143-144+147.

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

[4]馬揚.大佛寺礦區瓦斯發電廠監測監控系統設計與實現[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].礦業安全與環保，2017，44（06）：1-5+16.

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

[7]馮凱.基于PLC的選煤廠瓦斯監控系統的研究[D].太原理工大學，2015.