基于PLC的瓦斯发电机组自动控制系统的设计

曹辉

摘 要：由于转数、燃烧室温度、润滑系统压力、冷却系统温度等工况在瓦斯发电机组运行过程中起重要作用，该设计将采用转数度传感器，压力传感器，温度传感器，对瓦斯发电机组各项指标进行监测，传感器将检测的结果送入PLC 中，由PLC 将其与设定值进行比较，再发出相应的指令驱动调速系统（电控混合器：依靠控制燃气和空气的进气量来控制机组转数）、报警装置、散热风机、断路器、电磁阀等设备的运行或停止来调节瓦斯发电机组的输出功率、退网、停车，从而达到智能化、自动化控制的目的。

关键词：PLC 传感器 智能化

中图分类号：TM31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（c）-0035-02

随着可再生资源的日益减少和环境不断破坏，节能减排已是摆在全人类面前重要的任务。瓦斯作为煤矿伴生资源的利用工作受到了国家的高度重视。国内的瓦斯发站建设电已初具规模。目前国内多数瓦斯发电站安装瓦斯发电机组数量至少在4台以上，少数瓦斯发电站安装机组数量达到20台以上。本着经济的原则值班人员人数一般在3到5人，在遇到突发性瓦斯气源波动时由于人员不足不能及时对每台机组进行操作，造成部分瓦斯发电机组失控（燃烧室温度过高、机组转数超速飞车、冷却液丢失温度过高、润滑油压力下降）、损毁。所以该文主要研究机组运行转数、燃烧室温度、润滑系统压力、冷却系统温这四个因素对瓦斯发电机组安全运行的影响。

1 系统整体设计方案

1.1 系统整体设计方案

该设计采用 S7-200[1]系列的PLC，S7-200 系列的PLC 是一种小型PLC 系统，其功能非常强大，许多功能可以达到大、中型PLC 水平，而价格却和小型PLC 的一样。S7-200 系列中的CPU22*系列，具有了多种功能模块和人机界面可供选择，使得系统的集成非常方便。 利用 PLC 作为控制器，采用传感器对发电机组各项工况进行巡回测量，并将结果送到PLC 中，由PLC 对结果进行处理，然后调控各设备对环境因子进行补偿。

1.2 系统的工作原理

系统由温度传感器，转数传感器，压力传感器，PLC 系统，电子设备，调速设备，停机设备，燃料供给设备等几个部份组成。系统开始工作时，PLC 通过转数传感器，温度传感器，压力传感器来检测发电机组运行时的燃烧室温度，转数，润滑油压力，冷却系统温度并与设计值比较，如果超出设定值上下限值，PLC就会输出指令，控制动作相应的执行设备。相反，如果测量值在设定值范围内则发出指令停 止相应的设备。

2 系统硬件的设计

2.1 器件的选型

2.1.1 传感器的选择

（1）温度传感器。

温度传感器[2][3]主要四种类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器（RTD）和IC 温度传感器。IC 温度传感器又包括模拟量输出和数字量输出两种类型。在温度传感器的选择上 余地比较大，在此选用镍铬热电偶（K型热电偶），K型热电偶是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。K 型热电偶丝直径一般为1.2～4.0 mm。K 型热电偶可以直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸气，并且性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格也便宜。

（2）压力传感器。

润滑液压力传感器采用BOSHENG F114压力传感器，性能指标如下

型号：YYSEB M14 1.5

压力范围：0-1 Mpa

（3）转数传感器

转数传感器采用BOSHENG转速传感器， 性能指标如下

型号：401029-30MSC

输出波形：近似正弦波（≥50 r/min时）

工作环境：温度 -20～+60 ℃

2.2 系统工作过程

按下启动按钮，PLC 开始扫描，转数传感器将机组转数测量值信号送到PLC 中，PLC再将信号值处理并与设定值比较，如果结果低于设定值，则控制系统不动作；结果高于设定值，则关闭燃气输气管路电磁阀停运机组，传感器出现故障的时候就发出声光报警。燃烧室温度传感器将检测的燃烧室温度值送到 PLC 中，PLC 将检测值与设定值进行比较，如果空气湿度低于设定值下限，则控制燃气供给系统加大燃气供量，如果测量值在设定值上下限之间，则燃气供给量保持不变；如果测量值高于设定值上限，则发出指令减少燃气供给量，降低燃烧室温度。润滑油压力传感器检测的值首先送到PLC 中，由PLC 将其与设定值相比较，如果测量值高于设定值上限，则由PLC 发出控制断路器断开发电机组退网运行，降低转数，报警；如果测量值在设定值上下限之间，关闭报警器；如果测量值低于设定值下限则关闭燃气输气管路电磁阀，停运机组。如果电磁阀发生故障则会发出声光报警。冷却液温度传感器将冷却液温度测量值送到 PLC 中，由 PLC 将其与设定的温度进行比较，再将其比较结果送到执行机构中去，对其进行动作，如果测量值低于设定值则控制关闭散热器风机；如果测量值高于设定值上限，则打开散热器风机。在这个过程中，如果散热设备出现故障则出现声光报警。

3 系统软件设计部分

该设计采用PLC 编程，实现机组燃烧室温度、转数、润滑油压力、冷却液的实时监控，并根据实时输出曲线的情况进行智能的调节，使机组运行工况保持在设定值的范围内。主要包括三部分：转数控制、燃烧室温度控制、润滑油压力控制和冷却液温度控制。

3.1 转数控制

当系统开始工作时，由转数传感器将机组运行速度测量参数传给 PLC，再由 PLC 将其检测结果与事先设定好的转数进行对比，如果测量值小于设定值则保持原来的转数；如果测量值大于设定值，关闭燃气输气管路电磁阀，立即停运机组。

3.2 润滑油压力控制

当系统开始工作时，由压力传感器将机组润滑油压力测量参数传给 PLC，再由 PLC 将其检测结果与事先设定好的压力值进行对比，如果测量值等于设定值则保持原有的运行状态；如果测量值与设定值不等，再判断大于还是小于，当测量值大于设定值，则断路器断开，退网运行，降低转数报警；当测量值小于设定值，则关闭燃气输送管路电磁阀，立即停运机组。

3.3 燃烧室温度控制

系统开始工作，温度传感器开始对燃烧室温度进行检测。温度传感器将测量结果送入PLC 中，再由PLC 测量结果与设定值进行比较，如果测量值等于设定值（即450在上下限之间），则保持原来的状态，打开电磁阀、电控混合器开度不变；当测量值不等于设定值时，如果测量值高于设定值上限则减小电控混合器燃气开度减少燃气进气量，降低燃烧室温度；如果测量值小于设定值下限则打加大电控混合器燃气开度加大燃气进气量提高燃烧室温度。

3.4 冷却液温度

当系统开始工作时，由温度传感器将冷却液温度测量参数传给 PLC，再由 PLC 将其检测结果与事先设定好的温度进行对比，如果测量值小于设定值则保持原来的状态；如果测量值大于设定值，打开散热器风机，降低冷却液温度。

4 结语

实现的自动控制不仅减轻了人员的劳动强度也提高了劳动效率，国家对资源综合利用工作力度的加大，会使越来越多的瓦斯被利用。瓦斯发电也将会在国家发电比例中进一步增加份额。瓦斯发电的可靠性、安全性、清洁型越来越受到人们的关注，所以控制好瓦斯发电机组的工况尤为重要。该文主要是介绍了瓦斯发电机组自动控制的组成部分以及主要的设计，希望能对读者的研究、学习有所帮助。

参考文献

[1] 戴仙金.西门子 S7-200 系列PLC 应用与开发[M].北京：中国水利水电出版社，2007.

[2] 何希才，薛永毅.传感器及其应用实例[M].北京：北京机械工业出版社，2004.