曹輝

摘 要：由于轉(zhuǎn)數(shù)、燃燒室溫度、潤(rùn)滑系統(tǒng)壓力、冷卻系統(tǒng)溫度等工況在瓦斯發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中起重要作用，該設(shè)計(jì)將采用轉(zhuǎn)數(shù)度傳感器，壓力傳感器，溫度傳感器，對(duì)瓦斯發(fā)電機(jī)組各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，傳感器將檢測(cè)的結(jié)果送入PLC 中，由PLC 將其與設(shè)定值進(jìn)行比較，再發(fā)出相應(yīng)的指令驅(qū)動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)（電控混合器：依靠控制燃?xì)夂涂諝獾倪M(jìn)氣量來(lái)控制機(jī)組轉(zhuǎn)數(shù)）、報(bào)警裝置、散熱風(fēng)機(jī)、斷路器、電磁閥等設(shè)備的運(yùn)行或停止來(lái)調(diào)節(jié)瓦斯發(fā)電機(jī)組的輸出功率、退網(wǎng)、停車(chē)，從而達(dá)到智能化、自動(dòng)化控制的目的。

關(guān)鍵詞：PLC 傳感器 智能化

中圖分類(lèi)號(hào)：TM31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（c）-0035-02

隨著可再生資源的日益減少和環(huán)境不斷破壞，節(jié)能減排已是擺在全人類(lèi)面前重要的任務(wù)。瓦斯作為煤礦伴生資源的利用工作受到了國(guó)家的高度重視。國(guó)內(nèi)的瓦斯發(fā)站建設(shè)電已初具規(guī)模。目前國(guó)內(nèi)多數(shù)瓦斯發(fā)電站安裝瓦斯發(fā)電機(jī)組數(shù)量至少在4臺(tái)以上，少數(shù)瓦斯發(fā)電站安裝機(jī)組數(shù)量達(dá)到20臺(tái)以上。本著經(jīng)濟(jì)的原則值班人員人數(shù)一般在3到5人，在遇到突發(fā)性瓦斯氣源波動(dòng)時(shí)由于人員不足不能及時(shí)對(duì)每臺(tái)機(jī)組進(jìn)行操作，造成部分瓦斯發(fā)電機(jī)組失控（燃燒室溫度過(guò)高、機(jī)組轉(zhuǎn)數(shù)超速飛車(chē)、冷卻液丟失溫度過(guò)高、潤(rùn)滑油壓力下降）、損毀。所以該文主要研究機(jī)組運(yùn)行轉(zhuǎn)數(shù)、燃燒室溫度、潤(rùn)滑系統(tǒng)壓力、冷卻系統(tǒng)溫這四個(gè)因素對(duì)瓦斯發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行的影響。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

該設(shè)計(jì)采用 S7-200[1]系列的PLC，S7-200 系列的PLC 是一種小型PLC 系統(tǒng)，其功能非常強(qiáng)大，許多功能可以達(dá)到大、中型PLC 水平，而價(jià)格卻和小型PLC 的一樣。S7-200 系列中的CPU22*系列，具有了多種功能模塊和人機(jī)界面可供選擇，使得系統(tǒng)的集成非常方便。 利用 PLC 作為控制器，采用傳感器對(duì)發(fā)電機(jī)組各項(xiàng)工況進(jìn)行巡回測(cè)量，并將結(jié)果送到PLC 中，由PLC 對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理，然后調(diào)控各設(shè)備對(duì)環(huán)境因子進(jìn)行補(bǔ)償。

1.2 系統(tǒng)的工作原理

系統(tǒng)由溫度傳感器，轉(zhuǎn)數(shù)傳感器，壓力傳感器，PLC 系統(tǒng)，電子設(shè)備，調(diào)速設(shè)備，停機(jī)設(shè)備，燃料供給設(shè)備等幾個(gè)部份組成。系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，PLC 通過(guò)轉(zhuǎn)數(shù)傳感器，溫度傳感器，壓力傳感器來(lái)檢測(cè)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)的燃燒室溫度，轉(zhuǎn)數(shù)，潤(rùn)滑油壓力，冷卻系統(tǒng)溫度并與設(shè)計(jì)值比較，如果超出設(shè)定值上下限值，PLC就會(huì)輸出指令，控制動(dòng)作相應(yīng)的執(zhí)行設(shè)備。相反，如果測(cè)量值在設(shè)定值范圍內(nèi)則發(fā)出指令停 止相應(yīng)的設(shè)備。

2 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

2.1 器件的選型

2.1.1 傳感器的選擇

（1）溫度傳感器。

溫度傳感器[2][3]主要四種類(lèi)型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)器（RTD）和IC 溫度傳感器。IC 溫度傳感器又包括模擬量輸出和數(shù)字量輸出兩種類(lèi)型。在溫度傳感器的選擇上 余地比較大，在此選用鎳鉻熱電偶（K型熱電偶），K型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和。K 型熱電偶絲直徑一般為1.2～4.0 mm。K 型熱電偶可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸氣，并且性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格也便宜。

（2）壓力傳感器。

潤(rùn)滑液壓力傳感器采用BOSHENG F114壓力傳感器，性能指標(biāo)如下

型號(hào)：YYSEB M14 1.5

壓力范圍：0-1 Mpa

（3）轉(zhuǎn)數(shù)傳感器

轉(zhuǎn)數(shù)傳感器采用BOSHENG轉(zhuǎn)速傳感器， 性能指標(biāo)如下

型號(hào)：401029-30MSC

輸出波形：近似正弦波（≥50 r/min時(shí)）

工作環(huán)境：溫度 -20～+60 ℃

2.2 系統(tǒng)工作過(guò)程

按下啟動(dòng)按鈕，PLC 開(kāi)始掃描，轉(zhuǎn)數(shù)傳感器將機(jī)組轉(zhuǎn)數(shù)測(cè)量值信號(hào)送到PLC 中，PLC再將信號(hào)值處理并與設(shè)定值比較，如果結(jié)果低于設(shè)定值，則控制系統(tǒng)不動(dòng)作；結(jié)果高于設(shè)定值，則關(guān)閉燃?xì)廨敋夤苈冯姶砰y停運(yùn)機(jī)組，傳感器出現(xiàn)故障的時(shí)候就發(fā)出聲光報(bào)警。燃燒室溫度傳感器將檢測(cè)的燃燒室溫度值送到 PLC 中，PLC 將檢測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果空氣濕度低于設(shè)定值下限，則控制燃?xì)夤┙o系統(tǒng)加大燃?xì)夤┝?，如果測(cè)量值在設(shè)定值上下限之間，則燃?xì)夤┙o量保持不變；如果測(cè)量值高于設(shè)定值上限，則發(fā)出指令減少燃?xì)夤┙o量，降低燃燒室溫度。潤(rùn)滑油壓力傳感器檢測(cè)的值首先送到PLC 中，由PLC 將其與設(shè)定值相比較，如果測(cè)量值高于設(shè)定值上限，則由PLC 發(fā)出控制斷路器斷開(kāi)發(fā)電機(jī)組退網(wǎng)運(yùn)行，降低轉(zhuǎn)數(shù)，報(bào)警；如果測(cè)量值在設(shè)定值上下限之間，關(guān)閉報(bào)警器；如果測(cè)量值低于設(shè)定值下限則關(guān)閉燃?xì)廨敋夤苈冯姶砰y，停運(yùn)機(jī)組。如果電磁閥發(fā)生故障則會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。冷卻液溫度傳感器將冷卻液溫度測(cè)量值送到 PLC 中，由 PLC 將其與設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，再將其比較結(jié)果送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)中去，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)作，如果測(cè)量值低于設(shè)定值則控制關(guān)閉散熱器風(fēng)機(jī)；如果測(cè)量值高于設(shè)定值上限，則打開(kāi)散熱器風(fēng)機(jī)。在這個(gè)過(guò)程中，如果散熱設(shè)備出現(xiàn)故障則出現(xiàn)聲光報(bào)警。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分

該設(shè)計(jì)采用PLC 編程，實(shí)現(xiàn)機(jī)組燃燒室溫度、轉(zhuǎn)數(shù)、潤(rùn)滑油壓力、冷卻液的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)實(shí)時(shí)輸出曲線(xiàn)的情況進(jìn)行智能的調(diào)節(jié)，使機(jī)組運(yùn)行工況保持在設(shè)定值的范圍內(nèi)。主要包括三部分：轉(zhuǎn)數(shù)控制、燃燒室溫度控制、潤(rùn)滑油壓力控制和冷卻液溫度控制。

3.1 轉(zhuǎn)數(shù)控制

當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，由轉(zhuǎn)數(shù)傳感器將機(jī)組運(yùn)行速度測(cè)量參數(shù)傳給 PLC，再由 PLC 將其檢測(cè)結(jié)果與事先設(shè)定好的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行對(duì)比，如果測(cè)量值小于設(shè)定值則保持原來(lái)的轉(zhuǎn)數(shù)；如果測(cè)量值大于設(shè)定值，關(guān)閉燃?xì)廨敋夤苈冯姶砰y，立即停運(yùn)機(jī)組。

3.2 潤(rùn)滑油壓力控制

當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，由壓力傳感器將機(jī)組潤(rùn)滑油壓力測(cè)量參數(shù)傳給 PLC，再由 PLC 將其檢測(cè)結(jié)果與事先設(shè)定好的壓力值進(jìn)行對(duì)比，如果測(cè)量值等于設(shè)定值則保持原有的運(yùn)行狀態(tài)；如果測(cè)量值與設(shè)定值不等，再判斷大于還是小于，當(dāng)測(cè)量值大于設(shè)定值，則斷路器斷開(kāi)，退網(wǎng)運(yùn)行，降低轉(zhuǎn)數(shù)報(bào)警；當(dāng)測(cè)量值小于設(shè)定值，則關(guān)閉燃?xì)廨斔凸苈冯姶砰y，立即停運(yùn)機(jī)組。

3.3 燃燒室溫度控制

系統(tǒng)開(kāi)始工作，溫度傳感器開(kāi)始對(duì)燃燒室溫度進(jìn)行檢測(cè)。溫度傳感器將測(cè)量結(jié)果送入PLC 中，再由PLC 測(cè)量結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果測(cè)量值等于設(shè)定值（即450在上下限之間），則保持原來(lái)的狀態(tài)，打開(kāi)電磁閥、電控混合器開(kāi)度不變；當(dāng)測(cè)量值不等于設(shè)定值時(shí)，如果測(cè)量值高于設(shè)定值上限則減小電控混合器燃?xì)忾_(kāi)度減少燃?xì)膺M(jìn)氣量，降低燃燒室溫度；如果測(cè)量值小于設(shè)定值下限則打加大電控混合器燃?xì)忾_(kāi)度加大燃?xì)膺M(jìn)氣量提高燃燒室溫度。

3.4 冷卻液溫度

當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，由溫度傳感器將冷卻液溫度測(cè)量參數(shù)傳給 PLC，再由 PLC 將其檢測(cè)結(jié)果與事先設(shè)定好的溫度進(jìn)行對(duì)比，如果測(cè)量值小于設(shè)定值則保持原來(lái)的狀態(tài)；如果測(cè)量值大于設(shè)定值，打開(kāi)散熱器風(fēng)機(jī)，降低冷卻液溫度。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制不僅減輕了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度也提高了勞動(dòng)效率，國(guó)家對(duì)資源綜合利用工作力度的加大，會(huì)使越來(lái)越多的瓦斯被利用。瓦斯發(fā)電也將會(huì)在國(guó)家發(fā)電比例中進(jìn)一步增加份額。瓦斯發(fā)電的可靠性、安全性、清潔型越來(lái)越受到人們的關(guān)注，所以控制好瓦斯發(fā)電機(jī)組的工況尤為重要。該文主要是介紹了瓦斯發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制的組成部分以及主要的設(shè)計(jì)，希望能對(duì)讀者的研究、學(xué)習(xí)有所幫助。

參考文獻(xiàn)

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[2] 何希才，薛永毅.傳感器及其應(yīng)用實(shí)例[M].北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社，2004.