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PLC集中控制技术在煤层气发电项目中的可行性分析

摘要：煤层气是煤炭生产过程中的一种伴生资源，具有清洁、

环保、经济的特点，煤层气发电可以最大限度有效利用资源。在整

个发电过程中，自动控制系统起到了举足轻重的作用。

本文以煤层气发电厂为主要研究对象，结合所辖三个电站实际运

行情况，分析现有控制系统的主要功能、构成以及关键参数，提出

了将三站运行监控系统进行整合，从而实现集中监控。并且从必要

性、技术基础、需求分析三个方面进行了论述，结果表明实现三站

生产运行数据的集中调度监控是可行的。

关键词：plc；煤层气发电；集中控制；调度；监控

一、研究背景

阳煤集团所辖区域的煤层气（俗称瓦斯）含量极为丰富，在煤炭

生产过程中有大量煤层气涌出，瓦斯抽放是确保矿井安全生产必不

可少的生产环节。煤层气中的主要成份甲烷（ch4）属温室气体，

它对地球产生的温室效应约为二氧化碳（co2）的24.5倍，直接排

入大气，会对环境造成严重影响。因此，加大煤层气合理利用，是

保护环境的必然选择。在此背景下，阳煤集团于2006年开始建设

煤层气发电项目。2007年7月项目进入试运行，总装机容量28.9mw，

分别由神堂嘴、贵石沟、虎尾沟三个电站构成。

二、煤层气发电系统组成及工作原理

整个煤层气发电系统主要由气体预处理系统、发电机组、电气系

统三大部分组成。

从外界输送过来的煤层气，其中含有大量的水份和灰尘，首先要

进入气体预处理系统，通过两级脱水、两级除尘、升压，成为符合

机组要求的气源。从气体预处理过滤后的煤层气在进入机组气缸

前，首先要通过压力调整、温度调整、空气配比几道工序，达到合

格气体要求，随后开始吸气、压缩、做功、排气四个冲程后推动发

动机的曲轴进行旋转，曲轴带动发电机转子转动，形成电流输出。

三、现有控制系统模式分析

目前煤层气发电厂所辖的三个电站分布在距离较远的不同区域，

属于独立运行模式，控制系统包括气体预处理控制系统、发电机组

控制系统、中控系统，虽然可以满足电站自身的日常监视、调整、

控制等要求，但无法将三个电站的实时数据进行集中监控，无法有

效把控三站的日常运行、故障情况，存在不直观、不准确、不及时

的诸多不利因素。

四、集中监控模式可行性分析

（一）必要性分析

（1）煤层气发电厂由三个电站组成，应当对三站进行集中的监

控和调度，有利于整体控制生产组织、故障处理，同时能够及时发

现现场所存在的问题和隐患。

（2）煤层气发电由于其发电介质的特殊性，在现场生产过程中

存在瓦斯泄漏燃烧爆炸、润滑油冷却液高温、强噪音、高压触电、

转动机械伤害等危险因素，通过集中监控可以减少工作人员到达现

场的次数，降低安全风险。

（3）实现集中调度控制可以节约大量成本，主要体现在人员和

车辆交通方面的成本节约。

（4）可以提高日常运行数据的及时性、有效性，便于三站运行

数据的横向对比，合理工作计划。

（二）现有的技术基础

1.硬件基础

三站采用西门子的s7-300为控制运算中心，通过西门子工业交

换机完成数据的传输，采集模块分为数字和模拟两种类型。使用单

模光纤进行环网连接，最后汇集至主控室，通过前端两台工程师站

完成监视以及控制，核心硬件完全兼容。

2.软件基础

各站的软件环境：下位程序使用西门子step7进行程序开发，上

位监控程序使用西门子wincc6.0进行开发，数据库为sqlserver，

由下位程序负责现场数字量及模拟量的采集，通过计算，形成中间

变量存储在数据库中，上位程序负责从数据库中读取数据，并通过

友好的图形界面进行显示并完成人机交互。所以，从软件平台来讲，

三站同样兼容。

3.采集数据类型

三站虽然使用的机组不同，但现场所采集的数据类型相同，现场

的温度、湿度、压力、浓度等均是重点采集的数据，缸温、水温水

压、油温油压、轴承温度等均是重点监控的参数，负荷调整、风机

启停、功率因数修改等都是重点操作内容，所以采集数据类型统一。

（三）集中控制系统需求分析

1.系统设计方案

集中控制系统的控制中心设置在神堂嘴电站，通过核心交换机以

及与虎尾沟、贵石沟两站之间的光缆进行网路连接，形成神堂嘴核

心交换机、虎尾沟、贵石沟子交换机的网络拓扑结构。

在神堂嘴电站设置两台调度管理计算机作为工程师站，直接通过

上位程序读取三个电站数据，实现远程监控。可通过核心交换机与

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