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【摘要】 针对目前低浓度瓦斯稳定燃烧监控系统存在稳定性差、自动化程度低、传输速率慢等问题，基于S7-200系列PLC设计了一种低浓度瓦斯稳定燃烧监控系统，从系统的原理、设备选型、数据采集和阀门控制等方面进行设计，有效保障了瓦斯燃烧装置和余热锅炉的稳定高效运行，并能延长设备使用寿命，降低经济成本。
【关键词】 低浓度瓦斯 稳定燃烧 监控系统
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
煤矿瓦斯（煤层气）的主要成分是甲烷，它是一种优质的清洁能源[1，2，3]。目前，浓度高的瓦斯，其利用价值较高，应用技术也比较成熟;浓度低的瓦斯很难采用传统的燃烧技术进行直接利用，基本上都是直接排放到大气中，这既造成了环境污染（CH4的温室效应约为CO2的28倍），也浪费了大量的清洁能源。故解决低浓度瓦斯燃烧安全问题，提高低浓度瓦斯利用率，减少温室气体的排放是当下的重点问题[4，5，6，7]。
一、监控系统组成及工作原理
低浓度瓦斯进入管道后，经过一级阻火器、干燥器和二级阻火器进入混合仓，同时向混合仓输送新鲜空气，将空气与瓦斯混合均匀后输送至燃烧装置。燃烧室铺设多个传感器和离子棒，监测燃烧室内的温度变化，当系统出现异常时，各阀门开始动作，防止系统因异常情况出现故障导致系统无法运行。阀门和各传感器将接受到的信号发送到数据接收器，数据接收器通过与工控机进行通讯，工控机对数据进行处理分析，对具体工况及时判断和反馈。系统工作原理图如图1所示。
二、监控系统参数及仪表选型
2.1系统参数确定
根据现场具体情况确定气源压力为8kPa-10kPa，瓦斯管路流量为300m3/h，瓦斯气体浓度范围在3%～8%，燃燒的环境温度控制在800-1200℃。
2.2系统仪表选型
依据实验参数要求，压力变送器选用安徽久跃仪表有限公司的1151AP型差压变送器，量程为0-40kPa;流量计选用迅尔仪表（大连）有限公司的LWQ-D2气体涡轮流量计，测量范围32-650m3/h，准确度等级1.5级;甲烷检测仪选用深圳市吉顺安科技有限公司的固定在线式甲烷带检测带声光带报警一体机JSA5-CH4-A，测量范围0-20%VOL;温度传感器选用江苏美安特自动化仪表有限公司的热电偶（热电阻）一体化温度变送器，测量范围0-1300℃，基本误差0.2-0.5%。
三、监测系统设计
3.1系统总体设计
系统总体设计如图2所示，PLC实时采集浓度、温度、压力和流量信号，参数发送到工控机;上位机的软件系统实现数据采集、显示、查询等功能。当上位机采集到的数据超过设定值，上位机向PLC发送控制指令，直接切断相应的阀门或通过PID整定调节相应调节阀的开度。
3.2系统的软件设计
低浓度瓦斯稳定燃烧控制系统工作流程首先为系统进行初始化，然后检测各个端口是否正常。最后进行数据的采集和存储等，如果数据达到设定值，则进行报警并处理。系统软件流程图如图3所示。
四、人机界面
工控机人机交互界面主要由系统参数显示、参数设置、工艺流程显示、报警信息、PID整定、数据报表、报警一览及用户管理等功能。系统采用西门子WINCC软件进行编写，人机界面如图4所示，系统开发周期短，界面友好，方便用户操作。
五、结束语
通过对设备选型、数据采集、阀门的实时控制等环节进行综合考虑，设计了基于PLC的低浓度瓦斯稳定燃烧监控系统，实现了低浓度瓦斯燃烧过程的自动、远程监控。PLC实时采集浓度、压力温度等参数信号，通过西门子WINCC软件编写的监控程序，在电脑上可方便直观的进行参数设置，其操作简单，安全可靠。
参 考 文 献
[1]李中军.低浓度煤层气利用技术研究现状及应用展望[J].能源与环保，2018，40（06）：152-156.
[2]苏鹏.煤矿低浓度瓦斯综合利用技术简析[J].能源与节能，2019（08）：143-144+147.
[3]刘佳.我国煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用现状与对策分析[J].中国煤层气，2015，12（04）：44-47..
[4]马扬.大佛寺矿区瓦斯发电厂监测监控系统设计与实现[D].西安科技大学，2017.
[5]赵旭生，逄锦伦.低浓度瓦斯安全直接燃烧技术研究[J].矿业安全与环保，2017，44（06）：1-5+16.
[6]王祖迅.基于S7-1200的瓦斯掺混监控系统[J].煤矿安全，2019，50（03）：85-88.
[7]冯凯.基于PLC的选煤厂瓦斯监控系统的研究[D].太原理工大学，2015.
【关键词】 低浓度瓦斯 稳定燃烧 监控系统
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
煤矿瓦斯（煤层气）的主要成分是甲烷，它是一种优质的清洁能源[1，2，3]。目前，浓度高的瓦斯，其利用价值较高，应用技术也比较成熟;浓度低的瓦斯很难采用传统的燃烧技术进行直接利用，基本上都是直接排放到大气中，这既造成了环境污染（CH4的温室效应约为CO2的28倍），也浪费了大量的清洁能源。故解决低浓度瓦斯燃烧安全问题，提高低浓度瓦斯利用率，减少温室气体的排放是当下的重点问题[4，5，6，7]。
一、监控系统组成及工作原理
低浓度瓦斯进入管道后，经过一级阻火器、干燥器和二级阻火器进入混合仓，同时向混合仓输送新鲜空气，将空气与瓦斯混合均匀后输送至燃烧装置。燃烧室铺设多个传感器和离子棒，监测燃烧室内的温度变化，当系统出现异常时，各阀门开始动作，防止系统因异常情况出现故障导致系统无法运行。阀门和各传感器将接受到的信号发送到数据接收器，数据接收器通过与工控机进行通讯，工控机对数据进行处理分析，对具体工况及时判断和反馈。系统工作原理图如图1所示。
二、监控系统参数及仪表选型
2.1系统参数确定
根据现场具体情况确定气源压力为8kPa-10kPa，瓦斯管路流量为300m3/h，瓦斯气体浓度范围在3%～8%，燃燒的环境温度控制在800-1200℃。
2.2系统仪表选型
依据实验参数要求，压力变送器选用安徽久跃仪表有限公司的1151AP型差压变送器，量程为0-40kPa;流量计选用迅尔仪表（大连）有限公司的LWQ-D2气体涡轮流量计，测量范围32-650m3/h，准确度等级1.5级;甲烷检测仪选用深圳市吉顺安科技有限公司的固定在线式甲烷带检测带声光带报警一体机JSA5-CH4-A，测量范围0-20%VOL;温度传感器选用江苏美安特自动化仪表有限公司的热电偶（热电阻）一体化温度变送器，测量范围0-1300℃，基本误差0.2-0.5%。
三、监测系统设计
3.1系统总体设计
系统总体设计如图2所示，PLC实时采集浓度、温度、压力和流量信号，参数发送到工控机;上位机的软件系统实现数据采集、显示、查询等功能。当上位机采集到的数据超过设定值，上位机向PLC发送控制指令，直接切断相应的阀门或通过PID整定调节相应调节阀的开度。
3.2系统的软件设计
低浓度瓦斯稳定燃烧控制系统工作流程首先为系统进行初始化，然后检测各个端口是否正常。最后进行数据的采集和存储等，如果数据达到设定值，则进行报警并处理。系统软件流程图如图3所示。
四、人机界面
工控机人机交互界面主要由系统参数显示、参数设置、工艺流程显示、报警信息、PID整定、数据报表、报警一览及用户管理等功能。系统采用西门子WINCC软件进行编写，人机界面如图4所示，系统开发周期短，界面友好，方便用户操作。
五、结束语
通过对设备选型、数据采集、阀门的实时控制等环节进行综合考虑，设计了基于PLC的低浓度瓦斯稳定燃烧监控系统，实现了低浓度瓦斯燃烧过程的自动、远程监控。PLC实时采集浓度、压力温度等参数信号，通过西门子WINCC软件编写的监控程序，在电脑上可方便直观的进行参数设置，其操作简单，安全可靠。
参 考 文 献
[1]李中军.低浓度煤层气利用技术研究现状及应用展望[J].能源与环保，2018，40（06）：152-156.
[2]苏鹏.煤矿低浓度瓦斯综合利用技术简析[J].能源与节能，2019（08）：143-144+147.
[3]刘佳.我国煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用现状与对策分析[J].中国煤层气，2015，12（04）：44-47..
[4]马扬.大佛寺矿区瓦斯发电厂监测监控系统设计与实现[D].西安科技大学，2017.
[5]赵旭生，逄锦伦.低浓度瓦斯安全直接燃烧技术研究[J].矿业安全与环保，2017，44（06）：1-5+16.
[6]王祖迅.基于S7-1200的瓦斯掺混监控系统[J].煤矿安全，2019，50（03）：85-88.
[7]冯凯.基于PLC的选煤厂瓦斯监控系统的研究[D].太原理工大学，2015.