集散控制系统DCS在瓦斯发电自动监控系统中的研究及应用

张汉昌

【摘要】针对煤矿瓦斯发电站的安全运行管理,利用计算机、通信、现代图形显示和控制等4C技术,以通信网络为纽带研究设计了集散控制系统(DCS).重点阐述了该系统现场控制站、操作员站、通信网络单元的设计.该系统经煤矿实际运行,实现了整个瓦斯发电站的一机监控,三级管理,提高了电站的安全监控水平和管理效率.

【期刊名称】《煤矿机电》

【年(卷),期】2013(000)002

【总页数】6页(P88-93)

【关键词】煤矿瓦斯发电站;集散控制系统(DCS);一机监控

【作者】张汉昌

【作者单位】陕西长武亭南煤业有限责任公司,陕西咸阳713600

【正文语种】中文

【中图分类】TP277.2

0 引言

煤矿瓦斯发电系统设备、设施布置分散，瓦斯的输送、发电过程复杂，监测环节又多，为保证瓦斯发电过程的安全可靠性，将分散监控的设备、设施进行集中管理、分级管理，这种集散控制系统已成为瓦斯发电综合自动化监控系统的发展目标和方向。按亭南煤矿瓦斯发电站的实际情况，安装了12套500GF1-3RW型低浓度瓦斯发电机组，建立一套适用于电站的集散控制系统，实现电站整体运行的集中监控，三级管理，以提高电站运行的自动控制程度，达到电站运行的经济性、可靠性目的。

1 集散控制系统组成

1.1 主要特点

集散控制系统 (Distributed Control System，简称DCS)由过程控制级和过程监控级组成，

水管温度传感器主要是以通信网络为纽带的多级分布式计算机系统。它综合了计算机、通信、现代图形显示和控制等4C技术，特点是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活及组态方便。其信息集中，控制分散，从而达到危险分散，系统的硬件可靠性高、软件开放、使用也方便。

1.2 系统组成

集散控制系统一般由现场控制站，通信网络，操作员站以及工程师站等4部分组成。其中现场控制站、操作员站和工程师站都是独立的计算机构成，它们分别完成数据采集、控制，监视、报警、记录，系统组态、系统管理等功能。这些完成特定功能的计算机都被称为“节点”，都通过通信网络连接在一起，成为一个完整统一的系统，以此来实现分散控制和集中监视、集中操作的目的。在实际应用中，工程师站的工作可以在操作员站上完成。因此，亭南煤矿瓦斯发电DCS系统使设计为现场控制站，通信网络，操作员站3部分，见于图1。

图1 集散控制系统框图

1.3 发电流程

亭南煤矿瓦斯发电站的发电流程如图2所示。

图2 瓦斯发电站发电流程

2 集散控制系统设计

2.1 现场控制站设计

根据整个电站的运行过程，其现场控制主要包括瓦斯抽放系统的瓦斯流量、压力等，控制机房温度，冷却循环系统的控制。根据亭南煤矿瓦斯发电站的现场要求设计采用风冷方式，配用4台低温冷却塔和4台高温冷却塔，集散监控系统可控制冷却塔电机的起停，并采集水管的温度、压力信号，以及余热系统的热水泵、冷却泵等的控制等。

依据电站的发电流程和现场情况，结合实际需求，将亭南煤矿瓦斯发电站的现场控制站设计分为总站、1号分站、2号分站、3号分站、甲烷测量就地柜、抽排泵站6个部分。各站的划分见表1。

表1 现场控制站划分表低压控制室1#分站监视机组冷却水温度和房顶环境温度温度变送器、PLC 发电机房2#分站采集机组冷却塔进出水的温度、压力和冷却塔水池的液位名称功能主要使用器件放置位置总站对电站内所有电动机、风机和水泵进行监视和控制，监

视控制屏、进线柜断路器的分合闸状态 PLC温度变送器、压力变送器、液位变送器、流量积算仪、PLC 冷却泵房3#分站采集蒸汽补水箱的液位、温度和压力，采集蒸汽的流量、温度和压力V锥流量计、差压变送器、温度传感器、压力变送器、流量积算仪、甲烷浓度分析仪采暖泵房甲烷测量就地柜采集瓦斯管道内瓦斯的流量、温度和压力 V锥流量计、差压变送器、温度传感器、压力变送器、信号转换器发电机房抽排泵站采集抽排泵的温度、电流，抽排井里的瓦斯压力、温度、流量和抽出井的瓦斯的压力、温度、流量温度采集器、信号转换器低压控制室

1)总站系统配置图如图3所示，图中PM582为通信模块，DC532为PLC模块，CP-E24/5A为电源模块。

PLC模块实现电机等的分合闸状态的监视和控制。以电站上冷却塔电机为例，由图4所示，电机的运行状态只需要接一个交流接触器KM的常开点到PLC的输入端即可，图中KM的4对触点均使用，可并联一个KA到KM，取KA的常开点连接到PLC。电机的分合闸通过PLC的输出来实现。在PLC的输出点接上继电器，在站用配电柜上接上对应继电器的常开触电，并联到分合闸按钮上，来控制电机的分合闸。

2)1#分站系统配置图如图5所示。

图3 总站配置图

图4 冷却塔电动机控制原理图

图5 1#分站系统配置图

一体化温度变送器使用Pt100热电阻信号输入，转换为4～20 mA的直流信号传给PLC，在PLC的输入点接入仪表的正负信号即可。

3)2#分站系统配置图如图6所示。一体化温度变送器、压力变送器、液位变送器采集温度、压力、液位等模拟信号，转换为4～20 mA的直流信号传给PLC，在PLC的输入点接入仪表的正负信号即可。

图6 2#分站系统配置图

4)3#分站系统原理图如图7所示。采用FFM61型V锥流量计计算蒸汽的瞬时流量，再配备差压变送器得到4～20 mA的流量信号。由于要测量高温高压蒸气，在不同温度下膨胀系数不

一样，会直接会影响流量，为了准确测量使用Pt100温度传感器来进行温度压力补偿，压力变送器采集压力信号转换为4～20 mA的信号。3个信号同时传给流量积算仪，流量积算仪便对气体的流量参数进行采集、测量显示、累积计算、报警控制、变送输出及通信。

图7 3#分站(余热泵房)系统原理图

5)瓦斯测量就地柜系统原理图如图8所示。瓦斯的流量测量与3#分站基本一致，其地柜还需要对瓦斯的浓度进行监测。首先对管道内瓦斯进行采样，再对采样到的气体进行冷凝、过滤等处理，瓦斯浓度分析仪便对采样处理过的气体进行分析，得到现场气源中瓦斯的含量，再转换为4～20 mA的信号传给信号转换器(ADAM4117)。

图8 瓦斯测量就地柜(发电机房)系统原理图

6)抽排泵站系统图如图9所示。ADAM4117采集汽水分离器液位、冷却水温度等模拟信号，温度采集器XMD置于水环泵上，采集水环泵的电机温度，对水环泵进行保护，保证气源的供给。KJJ92型智能接口接收到传感器的信号在监控系统上显示，通过ADAM4520将监控系统的RS-232信号转换为RS-485信号，可以根据需要将想要读取的参数传输给操作员站，便于集中显示，简单直观。

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