s7300plc的煤层气发电生产过程监控系统设计【字数：9526】
摘 要煤层气俗称瓦斯主要成分为甲烷，燃烧后几乎没有废气产生，为了节约能源保护环境，人们开始对煤矿的伴生资源煤层气展开了研究，这种气体被人们重视的原因是在开采煤矿的过程中，矿井内气体的浓度达到5%-16%易产生爆炸的风险，间接的证明它的价值所在，将长久以来火力发电转向利用煤层气发电。煤层气输送过程是煤层气发电控制系统的主要控制对象，煤层气在管道内的状态直接影响到电厂的工作效益，本文主要介绍了煤层气从抽取到如何利用增加风机将气体传输到发电机组进行发电实现自动化控制的过程，采用PLC与上位机WINCC相结合的方式对系统进行优化。
目录
1.绪论 1
1.1课题的研究背景与意义 1
1.2课题的研究现状 2
2.系统设计方案 3
2.1工艺要求 3
2.2煤层气发电系统概述 3
2.2.1燃气浓度检测系统 4
2.2.2发电机温度检测系统 4
2.2.3压力检测系统 4
2.3总体设计方案 4
3.系统硬件设计 6
3.1硬件设计总体框架 6
3.2硬件设备的选型 6
3.2.1 PLC的选型 6
3.2.2变频器的选型 7
3.3 PLC的I/O分配表 7
3.4系统设计原理图 8
3.4.1主回路和控制回路设计 8
3.4.2 PLC模块设计 11
4.软件设计 15
4.1软件设计思路 15
4.2硬件配置 15
4.3程序设计 16
5.上位机组态 21
5.1 WINCC软件介绍 21
5.2通讯方式 21
5.3变量定义 21
5.4组态画面的设计 22
6.调试与分析 28
6.1系统硬件调试 28
6.2程序调试 28
6.3 WINCC调试 29
7.总结与展望 34
参考文献 35
致谢 36 1.绪论
1.1课题的研究背景与意义
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
随着生活水平的提高，居民的用电水平需求也越来越大，电厂发电无非是利用煤、石油、天然气以及煤矸石、煤泥等小比例的燃料。由于燃料油气的比例低于煤炭，燃煤电厂传统上被称为燃煤电厂或燃煤电厂，或简称燃煤电厂。
而且二氧化碳没有完全燃烧。还会产生一氧化碳。燃烧时产生二氧化硫的硫含量，二氧化硫的排放会造成大气污染，二氧化硫的产生，对环境会带来很大的污染，二氧化硫排放到空气中会产生酸雨污染水源，过度的挖采煤矿还会对环境造成不可逆的伤害。
煤层气是储存在煤层中的一种烃类气体，主要由甲烷组成，吸附在煤基颗粒表面，部分游离于煤层孔隙中或溶解于煤层水中。煤层气在煤矿周围扮演的角色就类似于煤矿的保镖，阻止我们对煤矿进行开采，煤矿的开采需要对矿井下的煤层气进行疏通，否则开采过程中会有极大的爆炸风险，国人面对这一现象很是头疼，但是中国人口居多，为了减小能源的消耗，对这一煤矿的伴生资源国家始终不愿放弃它的利用价值，终于在地质学家的不断考察下，证实煤层气如果加以利用将是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料，俗称“瓦斯”，发热量是普通煤的25倍。1立方米纯煤层气的热值相当于1.13千克汽油和1.21千克标准煤。其热值相当于天然气。它可以与天然气混合，燃烧后清洁，几乎不产生废气。它是一种很好的工业、化工、发电和民用燃料。
美丽与危险总是并存的，煤层气这一丰富资源被视作上好原料的同时，他的开采的风险也极高，当空气中的煤层气浓度达到5%16%时，会在明火的情况下爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根本原因。煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强，稍有不慎，全球变暖的原因可能就变成开采煤层气了，如果在开采前开采煤层气，可使煤矿瓦斯爆破率降低70%~85%。煤层气的开发利用有着巨大的影响：清洁能源、商品化可以产生巨大的经济效益，成为国家战略资源。
煤层气加以有效利用的好处主要体现在以下几点：
变害为宝，将阻碍煤矿开采的煤层气转换成可利用资源。我国频频发生瓦斯爆炸，爆炸带来的损失不仅是人员伤亡和财产损失，还有资源的损失，作为一个人口大国，资源的妥善利用极为重要。我国国有重点煤矿中高瓦斯矿井占47%，新中国成立以来却不断发生煤矿瓦斯爆炸事故。因此，从这个角度看，煤层气开采是煤矿开采的首要安全保障。要开发煤矿，必须首先开发煤层气，并将瓦斯浓度降低到一定的安全范围，才能允许煤矿的开发。
第二，开发煤层气，有利于改善能源结构，促进国民经济的发展。与世界发达国家相比，中国的能源结构极其不合理。煤炭占很大比例，石油仅占世界平均水平的1/3，天然气占1/10。虽然煤炭储量丰富，但是仍不能满足高速发展的国民经济，只有大力发展煤层气这类新型清洁能源，才能弥补我国能源的缺失。
第三，煤层气的燃烧几乎不会产生废气，保护人类的生存环境。甲烷的温室效应是二氧化碳的20多倍。据粗略估计，中国每年向大气排放的煤层气约为60亿立方米，占世界总量的1/3，不仅浪费能源，而且对环境造成极大的破坏。这也是国际社会对我国提出的基本要求，在发展的同时，也要保护好我们的环境。
第四，我国煤层气资源丰富，分布广。据统计，在2000m的浅层范围内，我国煤层气资源为35万亿立方米，开发利用前景广阔。
第五，国内外煤层气开采技术的不断发展和完善，为现阶段煤层气的开发提供了有力的技术保障。
1.2课题的研究现状
自2010年以来，我国已经意识到煤层气这一矿产资源的重要性，很多地区都在对煤层气实施开采，着手研究煤层气发电技术 ，随着科技飞速发展，我国对煤层气发电技术掌握的越来越透彻，对于煤层气的开采、运输以及对工作人员人身安全的保护措施正在逐步提高。
尽管如此煤层气发电仍然不尽如人意，由于煤层气的的抽采浓度会随着开采环境的变化而变化，大部分情况下抽采的煤层气浓度都较低，开采所获取的煤层气浓度较低会直接影响到了发电效率，时常发生因煤层气浓度不够使得电机停机的现象。
我国的煤层气发电技术与国外相比还存在一定的差距，提高煤层气发电技术水平，关键是加大对大功率且并能够广泛适应煤层气浓度变化的发电机组的研制，尤其是低浓度发电机组的研制，我国科研人员正在以它为目标进行探索。
目录
1.绪论 1
1.1课题的研究背景与意义 1
1.2课题的研究现状 2
2.系统设计方案 3
2.1工艺要求 3
2.2煤层气发电系统概述 3
2.2.1燃气浓度检测系统 4
2.2.2发电机温度检测系统 4
2.2.3压力检测系统 4
2.3总体设计方案 4
3.系统硬件设计 6
3.1硬件设计总体框架 6
3.2硬件设备的选型 6
3.2.1 PLC的选型 6
3.2.2变频器的选型 7
3.3 PLC的I/O分配表 7
3.4系统设计原理图 8
3.4.1主回路和控制回路设计 8
3.4.2 PLC模块设计 11
4.软件设计 15
4.1软件设计思路 15
4.2硬件配置 15
4.3程序设计 16
5.上位机组态 21
5.1 WINCC软件介绍 21
5.2通讯方式 21
5.3变量定义 21
5.4组态画面的设计 22
6.调试与分析 28
6.1系统硬件调试 28
6.2程序调试 28
6.3 WINCC调试 29
7.总结与展望 34
参考文献 35
致谢 36 1.绪论
1.1课题的研究背景与意义
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
随着生活水平的提高，居民的用电水平需求也越来越大，电厂发电无非是利用煤、石油、天然气以及煤矸石、煤泥等小比例的燃料。由于燃料油气的比例低于煤炭，燃煤电厂传统上被称为燃煤电厂或燃煤电厂，或简称燃煤电厂。
而且二氧化碳没有完全燃烧。还会产生一氧化碳。燃烧时产生二氧化硫的硫含量，二氧化硫的排放会造成大气污染，二氧化硫的产生，对环境会带来很大的污染，二氧化硫排放到空气中会产生酸雨污染水源，过度的挖采煤矿还会对环境造成不可逆的伤害。
煤层气是储存在煤层中的一种烃类气体，主要由甲烷组成，吸附在煤基颗粒表面，部分游离于煤层孔隙中或溶解于煤层水中。煤层气在煤矿周围扮演的角色就类似于煤矿的保镖，阻止我们对煤矿进行开采，煤矿的开采需要对矿井下的煤层气进行疏通，否则开采过程中会有极大的爆炸风险，国人面对这一现象很是头疼，但是中国人口居多，为了减小能源的消耗，对这一煤矿的伴生资源国家始终不愿放弃它的利用价值，终于在地质学家的不断考察下，证实煤层气如果加以利用将是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料，俗称“瓦斯”，发热量是普通煤的25倍。1立方米纯煤层气的热值相当于1.13千克汽油和1.21千克标准煤。其热值相当于天然气。它可以与天然气混合，燃烧后清洁，几乎不产生废气。它是一种很好的工业、化工、发电和民用燃料。
美丽与危险总是并存的，煤层气这一丰富资源被视作上好原料的同时，他的开采的风险也极高，当空气中的煤层气浓度达到5%16%时，会在明火的情况下爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根本原因。煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强，稍有不慎，全球变暖的原因可能就变成开采煤层气了，如果在开采前开采煤层气，可使煤矿瓦斯爆破率降低70%~85%。煤层气的开发利用有着巨大的影响：清洁能源、商品化可以产生巨大的经济效益，成为国家战略资源。
煤层气加以有效利用的好处主要体现在以下几点：
变害为宝，将阻碍煤矿开采的煤层气转换成可利用资源。我国频频发生瓦斯爆炸，爆炸带来的损失不仅是人员伤亡和财产损失，还有资源的损失，作为一个人口大国，资源的妥善利用极为重要。我国国有重点煤矿中高瓦斯矿井占47%，新中国成立以来却不断发生煤矿瓦斯爆炸事故。因此，从这个角度看，煤层气开采是煤矿开采的首要安全保障。要开发煤矿，必须首先开发煤层气，并将瓦斯浓度降低到一定的安全范围，才能允许煤矿的开发。
第二，开发煤层气，有利于改善能源结构，促进国民经济的发展。与世界发达国家相比，中国的能源结构极其不合理。煤炭占很大比例，石油仅占世界平均水平的1/3，天然气占1/10。虽然煤炭储量丰富，但是仍不能满足高速发展的国民经济，只有大力发展煤层气这类新型清洁能源，才能弥补我国能源的缺失。
第三，煤层气的燃烧几乎不会产生废气，保护人类的生存环境。甲烷的温室效应是二氧化碳的20多倍。据粗略估计，中国每年向大气排放的煤层气约为60亿立方米，占世界总量的1/3，不仅浪费能源，而且对环境造成极大的破坏。这也是国际社会对我国提出的基本要求，在发展的同时，也要保护好我们的环境。
第四，我国煤层气资源丰富，分布广。据统计，在2000m的浅层范围内，我国煤层气资源为35万亿立方米，开发利用前景广阔。
第五，国内外煤层气开采技术的不断发展和完善，为现阶段煤层气的开发提供了有力的技术保障。
1.2课题的研究现状
自2010年以来，我国已经意识到煤层气这一矿产资源的重要性，很多地区都在对煤层气实施开采，着手研究煤层气发电技术 ，随着科技飞速发展，我国对煤层气发电技术掌握的越来越透彻，对于煤层气的开采、运输以及对工作人员人身安全的保护措施正在逐步提高。
尽管如此煤层气发电仍然不尽如人意，由于煤层气的的抽采浓度会随着开采环境的变化而变化，大部分情况下抽采的煤层气浓度都较低，开采所获取的煤层气浓度较低会直接影响到了发电效率，时常发生因煤层气浓度不够使得电机停机的现象。
我国的煤层气发电技术与国外相比还存在一定的差距，提高煤层气发电技术水平，关键是加大对大功率且并能够广泛适应煤层气浓度变化的发电机组的研制，尤其是低浓度发电机组的研制，我国科研人员正在以它为目标进行探索。
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