瓦斯发电站电气自动化控制技术分析

瓦斯发电站电气自动化控制技术分析

郭可,阮昭

永贵能源开发有限责任公司新田煤矿

摘要：随着煤矿瓦斯发电技术的创新和发展，瓦斯发电机组自动化控制水平越来越高 ，配套供配电技术自动化和集成化程度越来越高，在运行过程中自动化设备故障率较高，传感器参数失真、程序运行混乱导致自动化控制系统运行停滞、死机现象等，严重影响了瓦斯发电设备自动化水平运行水平，存在一定的安全风险因素，有可能产生安全事故发生。本文在分析瓦斯发电机组发配电自动化控制技术的基础上，对配套电气仪表设备的系统控制进行了研究。

关键词：瓦斯发电机组；发配电、控制系统；自动化运行

新田煤矿一期瓦斯发电机组电气仪表设备系统相对落后，控制技术较为单一，自动化程度低，运行人员一人智能控一台机组。由于科技的高速推进，电气自动化技术同样走上了创新的快车道，计算机智能化技术的革新，也加速了电气自动化技术的更好发展，当可监控的PLC(即 可编程逻辑控制器)取代电气系统之后，自动化控制也开始向集成化与智能化方向发展，并在应用领域不断推广与创新。引进与推广先进技术，不仅使操作更为便捷，还促使仪表的精细化管理水平上了一个台阶。

1电气与仪表自动化控制系统的功能概述

1．1 智能监控

电气自动化控制系统还能够对附近的生产和生活环境提供监测，并完成环境信息的采集。通常我们会使用相应的传感器来开展监测，其类型主要分为煤器，温度和烟雾等多种类型的传感器，它们将收集来的信息通过红外收发模块(主要由信号源及红外收发装置结合组成)进行传输，此类收发系统的信号源通常是由红外线发光二极管组成，其接着装置使用的是光敏三极管。当其处于工作状态时，红外发射管会不停发射红外光，再由红外接收管接收后，将所得信号输至单片机上。假如红外线发射管被警戒线遮挡时，红外线接收管不会向单片机输出信号，这时单片机会出现中断，将报警信号发到相应基站。通过这种方式，就能做到在无人值守情况下对所处环境进行监测，实现智能控制 。

1．2 自动控制与保护功能

高压与大电流开关设备体积庞大，主要功能就是对控制系统并做 到合 闸与分闸。当设备在运行中出现故障，必须安装一套完整的自动化操作设备，才能做到对供电系统的调控。自动化仪表工程是一项涉及面广、质量要求高的综合性工程。具体来说就是使用世界领先水平的计算机自动化技术、信息信号处理技术、现代电子通信技术，把测量仪、信号系统、继电保护、自动装置等一系列仪表设备的功能进行整合，使其真正做到对主动监控、自动测量、自动控制、微机保护及调度通信的综合性自动化控制。

1．3 测量功能

设备中指示灯或音响的信号只能表明设备当前的运行状态，假如想要准确获悉设备的工作状态，必须通过相关的设备仪表对线路参数作出测量，需要测量的有电压、电流和频率三项构成。在操作组件与仪表等设备中，人工操作正逐渐被电脑控制系统所取代，这也为微机自动化控制打下了良好的基础。

2 电气自动化控制系统的模块组成

电气自动化控制系统分为三大模块：PLC控制模块，通信模块，和中央控制模块三部分组成，下面分别介绍这三种系统。

2．1 PLC控制模块

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)，一种具有微处理机的数字电子设备，用于自动化控制的数字逻辑控制器，可以将控制指令随时加载内存内储存与执行。可编程控制器由内部CPU，指令及资料内存、输入输出单元、电源模组、数字模拟等单元所模组化组合成。广泛应用于工业控制领域。在可编程逻辑控制器出现之前，一般要使用成百上千的继电器以及计数器才能组成具有相同功能的自动化系统，而现在，经过编程的简单的可编程逻辑控制器模块基本上已经代替了这些大型装置。可编程逻辑控制器的系统程序一般在出厂前已经初始化完毕，用户可以根据自己的需要自行编辑相应的用户程序来满足不同的自动化生产要求。最初的可编程逻辑控制器只有电路逻辑控制的功能，所以被命名为可编程逻辑控制器，后来随着不断的发展，这些当初功能简单的计算机模块已经有了包括逻辑控制，时序控制、模拟控制、多机通信等许多的功能，名称也改为可编程控制器(Programmable Controller)，但是由于它的简写也是PC与个人电脑(Personal Computer )的简写相冲突，也由于多年来的使用习惯，人们还是经常使用可编程逻辑控制器这一称呼，并在术语中仍沿用PLC这一缩写。

2．2通讯模块

通讯模块的功能就是将数据采集仪器所 收集的各类数据存入存储器，再通过网络传输至上位机系统。这种通讯系统通常所用的是通信网络中的通用技术，就如同目前被广泛应用的 TCP／IP协议，运用现有的局域网或互联网功能 ，能够大大降低对设备资源的使用，同时也能保障信息传输的精 确与稳定和通信信号的畅通，假如通讯模块使用光纤进行通信，可以将传输中的误码率和外界因素对通信模块的干扰进一步降低。使用局域网或互联网作为基础技术的通信模块系统，不仅可以做到信息的实时传递，还能通过网络在其他设备上做到信息共享，优化信息传递途径，使人力资源更为有效、科学地使用。

2．3 中央控制系统

中央控制系统是由安装于系统 当中的微机来控制的，由于计算机技术的高速发展，微型计算机拥有多种功能与大量接口，可以与多个设备进行连接，完成系统所分配任务 。和人工操作对比，在控制电气自动化系统时，微型计算机有精度高，速度快的特点，用中央控制系统操作时，系统的运行效率有明显提高。中央控制系统不仅能对传感器所采集数据做中央控制系统是指对声、光、电等各种设备进行集中控制的设备。它应用于多媒体教室、多功能会议厅、指挥控制中心、智能化家庭等，用户可用按钮式控制面板、计算机显示器、触摸屏和无线遥控等设备，通过计算机和中央控制系统软件控制投影机、展示台、影碟机、录像机等设备。它可实现资源共享、影音互传和相互监控。协同控制计算机、影碟机、录像机、视频展台等现代视听设备，并集中控制电动窗帘、灯光、幕布等设备，通过大屏幕投影，营造出一个高清晰、高保真、受控声光背景的现代化多媒体视听教学环境.

3电气自动化控制系统的设计理念及工作步骤

3．1设计理念

3．1．1集中监控的方式

集中监控的目的是将系统功能集中到一个处理器去处理，过程较为缓慢，信息量大，在监控的作用下，电气设备系统的可靠性会下降，但由于CAN总线技术的应用，智能电气设备开始有较为快速的发展，不但 降低了电缆等材料 的使用，还可以在网络连接下使整个组态更为灵活，降低了系统故障的发生率。

3.1.2远程监控

远程监控是通过建立无线传感器网络系统，无线传感器网络技术是一种具有计算机通信能力的微型传感器节点，经自由组织而成的无线网络。在传感器节点间的作用下，做到了对周边信息与监测对象的动态检查，能够做到对周边设备的状态感知、故障诊断及预知维修等功能，确保了电气设备运行时的安全 。

3.2电气自动化控制系统的工作过程

3.2.1调度端系统的工作过程

当自动化电气设备系统接受计算机所发送的信息后，经过前置机处理，储存至相应的储存设备中，将信息完整保存，之后服务器再把相关信息传送至相应工作站中，最后将系统信息传送到局域网，以供共享信息的需要。 远动系统的基本作用就是实现调度端对被控端设备的监视与控制操作，所以远动系统组成应包括控制端、执行端和通信信道三部分。 调度端是远动系统遥控、遥调指令信息的产生部分，也是被控端设备对象遥测、通信信息的接收部分。电气化铁道牵引供电远动系统调度端安装在中心域市的调度控制中心。在远动系统中，为配合调度端工作，调度控制中心还配备有模拟屏、打印机、工程师终端、VDU显示设备(含键盘、 鼠标器等人机接口) 、通信处理器及不间断电源（UPS）等设备。 调度端的主要任务就是对被控端送来的信息进行加工、处理（如有功功率、无功功率、电能量等），并根据需要进行各种报表、记录得打印、存储、显示，对事故信号进行报警，以及由操作员通过人机接口向各被控对象发出操作命令等。 采用计算机技术的远动系统也称作远方监控与数据采集系统，也称为SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition System）。其主要功能是依靠软件编程来实现的，突出优势在于信息数据处理、人机对话和自动巡回检测等。 执行端是远动系统遥控、遥调指令信息的接收与执行部分，也是被控端设备对象遥测、遥信信息的采集与发送部分。系统执行端分布安装在被控对象的所在地，其主要功能则是采集牵引变电所内各开关量的状态、电气量的参数并及时上送调度端，以及执行控制端发来的各种操作命令等。执行端为实现远动系统的功能完善，一般还具备被控设备对象发生事件的顺序记录、自恢复和自检测功能。 在SCADA中，执行端也称为远方终端装置（RTU）。计算机远动系统的执行端主要包括计算机、数据采集电路、显示器和打印机等设备，其主要功能依靠软件编程来实现。

3、通信信道

远动系统中信道的主要功能是承担控制端与被控端之间的信息数据、命令的传输。通常，把从控制端向被控端发送的数据成为“下行”数据；反之，把从被控端向控制端发送的数据称为“上行”数据。

参考资料来源：百度百科-远动

3.2.2 RTU的工作流程

运用遥测采集板，AID转换器等设备，采集变电所的遥测量，通过信息网络将相关信息发送至控制单元。在中央控制系统完成处理后，将信息发送至与之相对应的功能计算机，最后将其发送到调度端，作综合处理。

4 结语

综上所述，尽管电气仪表自动化系统有了不小的进步，并且应用此系统之后，能使 生产效率有明显提高。不过因为此系统还不太成熟，在实际运用中仍有一些问题，比如怎样在控制系统上升级其自我诊断的能力，加强自我维护功能，运行稳定性的提高，都需要在未来研究中的去重点解决。虽然电气仪表自动化系统依然有这样那样的问题，但它在应用领域中的优点更为突出，肯定会更为广泛的应用在今后的各个行业中。所以在未来研究中，要针对每个行业的特点，有针对性地开发出与之对应的电气自动化控制系统，让机械生产加工更精确、规范与稳定，让我国的机械加工产业向高精度、高质量、高标准的道路迈进。

参考文献：

【1】 华树超，孙娜 _基于电气工程自动化的智能化技术应用分析叽．《科技创新与应用》，2012.(19)

【2】 梁苏友．论电气工程与自动化控制们．《科技向导》，2011.(21)