燃氣發電廠主廠房屋頂風機控制的優化設計分析

摘""要：主廠房屋頂風機是燃氣發電廠的重要設備，在保證廠房通風、提高主輔設備散熱效果以及保障可燃氣體不聚集等方面發揮重要作用。以某燃氣發電廠主廠房屋頂風機控制優化改造項目為例，分別從系統設計、程序編寫、遠程通信等方面，優化燃氣-蒸汽聯合循環發電機組主廠房屋頂風機的控制，實現風機溫度調節、遠程控制、優先級控制等功能，保障機組運行效率和安全。

關鍵詞：燃氣電廠"""屋頂風機"""系統設計"""程序編寫"""遠程控制

中圖分類號：TU834；TM623

Optimal"Design"of"Roof"Fan"Control"for"the"Main"Building"of"Gas"Power"Plants

LI"Guilong

CNOOC"Zhuhai"Natural"Gas"Power"Generation"Co.，"Ltd.，Zhuhai，"Guangdong"Province，"519000"China

Abstract："The"roof"fan"of"the"main"building"isnbsp;an"important"equipment"of"gas-fired"power"plants，"which"plays"an"important"role"in"ensuring"the"ventilation"of"the"building，"improving"the"heat"dissipation"effect"of"the"main"and"auxiliary"equipment"and"ensuring"the"non-accumulation"of"combustible"gas."Taking"the"optimization"and"renovation"project"of"the"roof"fan"control"in"the"main"building"of"a"certain"gas"power"plant"as"an"example，"the"control"of"the"roof"fan"in"the"main"building"of"a"gas"steam"combined"cycle"generator"set"is"optimized"from"the"aspects"of"system"design，"programming，"remote"communication，"etc.，"to"achieve"functions"such"as"fan"temperature"regulation，"remote"control，"priority"control，"etc.，"to"ensure"the"efficiency"and"safety"of"the"unit"operation.

Key"Words："Gas"power;"Roof"fan;"System"design;"Programming;"Remote"control

燃氣-蒸汽聯合循環發電機組主廠房內布置有燃氣輪機、蒸汽輪機、發電機、主蒸汽管道等主設備，油系統、氫氣系統、大功率水泵等輔機設備。設備運行時散出大量熱量，若廠房通風系統不能自動調節廠房溫度，可能會造成設備過熱或不利于節能。若設備可燃氣體泄漏，運行人員接到報警后不能及時遠程開啟通風，會出現爆炸的重大風險[1]。某燃氣電廠主廠房配置36臺防爆式屋頂通風機。此前，屋頂風機只能現場手動啟停，不能實現溫度自動調節和遠程通風監控。因此，技術人員開展了一系列主廠房屋頂風機優化改造，實現了風機溫度調節、遠程控制、優先級控制等功能，保障機組運行效率和安全。

1""系統設計

1.1""功能設計

主廠房屋頂風機控制優化主要實現以下功能：

（1）通過可編程邏輯控制器（Programmable"Logic"Controller，PLC）根據廠房內的溫度，調節屋頂風機運行臺數：可人為設定基準控制溫度，計算環境溫度與基準溫度的差值，設置比率系數P，輸出風機臺數=P×（T-T0）。

（2）通過Wi-Fi網絡控制器和集控室遠程控制平臺軟件，實現遠程對每一臺風機的啟停控制，并且通過溫濕度傳感器監視廠房溫濕度。

（3）為保證主廠房的可燃氣體不聚集，設置“以啟動優先”的功能[2]：當網絡控制器啟動該臺風機后，PLC的溫度控制過程中不能停止該風機。這樣就能在集控室遠程啟動相應區域的風機保證安全運行，而PLC溫度控制不會影響到這些風機。

（4）為了使主廠房屋頂風機運行小時數平均，便于計劃性檢修管理，PLC對風機運行小時數進行記錄，并實現優先啟動運行小時數少的風機，優先停運運行小時數多的風機。

1.2""電氣回路改造設計

主廠房兩套機組分別有18臺風機（共36臺），此前分別有一個就地控制箱手動控制風機的啟停。就地控制箱對每臺風機設有接觸器、啟動停止按鈕來控制風機的啟停。本項目改造在原控制箱基礎上，增加中間繼電器、PLC、網絡控制器、PT100等，以實現相應的功能。

如圖1所示，設計了主廠房屋頂風機的控制優化電氣回路，圖中繪制了3臺風機的控制回路，其余15臺風機控制原理相同。控制回路設置了手自動切換旋鈕SA，既保留了原有的手動啟停功能，也能在自動的情況下受網絡控制器遠程控制和PLC的自動控制。設置中間繼電器KA，其常開觸點接通可使風機接觸器KM接通，而KA可由PLC或網絡控制器來控制吸合。由于KA線圈接入PLC和網絡控制器并聯的常開點，網絡控制器節點閉合后，無論PLC節點狀態如何，繼電器都保持吸合狀態，實現了上述的“以啟動優先”的功能。同時，將風機接觸器的常開點接入網絡控制器，實現遠程監視風機的啟停狀態，并將手自動接入PLC，便于邏輯的判斷。

此外，為了實現PLC根據環境溫度自動調整風機運行臺數[3]，設置了EM231熱電阻模擬量采集模塊，并接入了PT100熱電阻，從而測量環境溫度。為了能在集控室監視環境溫濕度，將設置溫濕度儀，并將信號通過RS485的MODBUS協議接入網絡控制器，實現溫濕度的遠程實時監控。

2""PLC程序編寫

2.1""程序的總體情況

本項目PLC程序模塊分為主程序、初始化處理子程序、運行小時數記錄程序、溫差計算和目標運行臺數輸出子程序、增加運行臺數子程序、減少運行臺數子程序、選出運行小時數最大和最小風機子程序、溫度采集中斷子程序。下面對主要程序功能如何實現進行介紹。

2.2""主程序

在實現初始化后，主程序調用“溫度判斷”子程序，計算溫差和目標運行臺數，并將目前的風機運行數量和目標運行臺數分別存入寄存器VD8028和VD8024中。主程序將目標運行臺數和現實運行數量做比較，若臺數偏少則調用“加載”子程序，增加運行臺數；若臺數偏多，則調用“卸載”子程序，最終實現主廠房溫度調節的功能[4]。

2.3""實現運行小時數計算子程序

運行小時數計算子程序的核心是應用定時器和累加器：為了使風機運行時間能被記憶下來，使用TONR失電保持定時器；以#1風機為例，當風機接通運行后，T71定時器開始記錄時間，到達60"s后，將分鐘數據VW7314加1，并且清空T71定時器；同理，當VW7314達到60"min時，將小時數據VD7310加1。最終實現精確到分鐘的運行時間記錄。#2風機運行小時數存放區域為VD7320，#3風機為VD7330，以此類推，18臺風機之間的運行小時存放區域均相差10個字節，為后續大小子程序運作提供了條件。

2.4""選出運行小時數最大和最小風機子程序

選大小的子程序采用了指針的方法，對指向地址逐一偏移，配合循環語句，實現18臺風機運行時間大小的對比。以選最大運行時間為例，先將儲存最大運行時間的風機編號變量VW8020清零，將記錄最大運行小時的局部變量LW4設為0，將“小時數”指針VD8008先指向VB7300地址（循環第一個周期將地址+10，正好指向VB7310，即#1風機的運行小時數）。

為了使運行中的風機才參與比對，實現最大運行小時數的風機優先停下來，回路中串聯T18X（指第X臺風機已運行超過20"s），即運行中的風機才會接通后續回路。

程序采用FOR循環語句，從編號1開始，循環18次。每一次循環先將VD8008指向的地址偏移10；例如第一次循環，即#1風機的運行小時數和LW4相比，由于LW4初始化為0，所以#1風機先“勝出”，將其運行小時、分鐘數和編號分別存入局部變量LD0、LW4和全局變量VW8020；第二次循環，#2風機的運行小時數與LD0相比（若相同則對比分鐘LW4），若“勝出”則覆蓋LD0、LW4和VW8020。以此類推，經過18次循環，從18臺風機中選出最大運行小時數風機的編號、小時數和分鐘數，并保存下來。選最小運行小時數風機的程序同理。

2.5""溫差計算和目標運行臺數輸出子程序

子程序使用變量VD7000與VD7054為基準溫度和疊加值，變量VD7100是中端程序中采集的PT100溫度數據的平均值，而變量VD7050為比例系數P的倒數。子程序最終輸出的運行臺數VD8024從LD8所得，最大不超過18臺，最小不低于0臺。最終實現輸出臺數VD8024=P×（T-T0）。

3""遠程控制功能的實現

3.1""通信流程簡介

本項目主廠房屋頂風機控制箱內的網絡控制器與集控室客戶端、服務器采用Wi-Fi無線通信，采用TCP/IP基礎上的消息隊列遙測傳輸（Message"Queuing"Telemetry"Transport，MQTT）物聯網通信協議。本項目系統的服務器和客戶端在集控室同一臺電腦上。各個網絡控制器、集控室服務器和客戶端組成MQTT協議架構。根據協議原理，各個網絡控制器與集控室客戶端互相“訂閱”，當網絡控制器有信號上報時，服務器將會把信息推送給客戶端；當客戶端有信息下發時，服務器同樣會將信息推送給對應IP地址的網絡控制器[5]。

3.2""地址分配

廠級Wi-Fi"6網絡分割一部分IP地址（地址范圍為192.170.XXX.XXX）供本項目使用。本項目采用靜態IP地址分配，各個設備地址列表如1所示。

3.3"""客戶端組態

在網絡通信搭建完成后，對客戶端軟件進行組態，將兩套機組主廠房風機分別設置界面進行管理，分別對每套機的18臺風機回路進行配置，實現風機的遠程操控和監視功能。對現場傳感器MODBUS"參數設置，實現溫度、濕度參數的顯示。

4""結語

本改造項目實現了燃氣電廠主廠房屋頂風機的控制優化，可以在遠程對屋頂風機進行控制并監視相關參數，就地PLC可以根據環境溫度調整風機運行臺數，而且可以根據風機運行小時數調整風機啟停的優先級。本項目的實施降低了主廠房可燃氣體聚集的安全風險，提高設備運行可靠性，并提升了自動化水平，減少人力操作，具有較好的成效，可推廣應用到其他同類型發電廠。

參考文獻

[1]"陳鋒，林克培.核電廠通風系統運行方式優化分析[J].工程技術研究，2024，9（12）：220-222.

[2]"王子瑜.燃氣電廠中的智能控制技術分析[J].電子技術，2024，53（2）：308-309.

[3]"李浩浩.燃氣-蒸汽聯合循環電廠節能分析與優化[D].南京：南京理工大學，2023.

[4]"李浩浩，朱曙光，馬曉榮，等.燃氣-蒸汽聯合循環電廠節能分析[J].能源研究與利用，2022"（4）：27-33.

[5]"徐大為，李心奮，羅仕進，等.核電站廠房通風系統自動化控制故障分析及解決[J].電工技術，2021（6）：7-9.