燃气发电厂主厂房屋顶风机控制的优化设计分析

摘""要：主厂房屋顶风机是燃气发电厂的重要设备，在保证厂房通风、提高主辅设备散热效果以及保障可燃气体不聚集等方面发挥重要作用。以某燃气发电厂主厂房屋顶风机控制优化改造项目为例，分别从系统设计、程序编写、远程通信等方面，优化燃气-蒸汽联合循环发电机组主厂房屋顶风机的控制，实现风机温度调节、远程控制、优先级控制等功能，保障机组运行效率和安全。

关键词：燃气电厂"""屋顶风机"""系统设计"""程序编写"""远程控制

中图分类号：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

燃气-蒸汽联合循环发电机组主厂房内布置有燃气轮机、蒸汽轮机、发电机、主蒸汽管道等主设备，油系统、氢气系统、大功率水泵等辅机设备。设备运行时散出大量热量，若厂房通风系统不能自动调节厂房温度，可能会造成设备过热或不利于节能。若设备可燃气体泄漏，运行人员接到报警后不能及时远程开启通风，会出现爆炸的重大风险[1]。某燃气电厂主厂房配置36台防爆式屋顶通风机。此前，屋顶风机只能现场手动启停，不能实现温度自动调节和远程通风监控。因此，技术人员开展了一系列主厂房屋顶风机优化改造，实现了风机温度调节、远程控制、优先级控制等功能，保障机组运行效率和安全。

1""系统设计

1.1""功能设计

主厂房屋顶风机控制优化主要实现以下功能：

（1）通过可编程逻辑控制器（Programmable"Logic"Controller，PLC）根据厂房内的温度，调节屋顶风机运行台数：可人为设定基准控制温度，计算环境温度与基准温度的差值，设置比率系数P，输出风机台数=P×（T-T0）。

（2）通过Wi-Fi网络控制器和集控室远程控制平台软件，实现远程对每一台风机的启停控制，并且通过温湿度传感器监视厂房温湿度。

（3）为保证主厂房的可燃气体不聚集，设置“以启动优先”的功能[2]：当网络控制器启动该台风机后，PLC的温度控制过程中不能停止该风机。这样就能在集控室远程启动相应区域的风机保证安全运行，而PLC温度控制不会影响到这些风机。

（4）为了使主厂房屋顶风机运行小时数平均，便于计划性检修管理，PLC对风机运行小时数进行记录，并实现优先启动运行小时数少的风机，优先停运运行小时数多的风机。

1.2""电气回路改造设计

主厂房两套机组分别有18台风机（共36台），此前分别有一个就地控制箱手动控制风机的启停。就地控制箱对每台风机设有接触器、启动停止按钮来控制风机的启停。本项目改造在原控制箱基础上，增加中间继电器、PLC、网络控制器、PT100等，以实现相应的功能。

如图1所示，设计了主厂房屋顶风机的控制优化电气回路，图中绘制了3台风机的控制回路，其余15台风机控制原理相同。控制回路设置了手自动切换旋钮SA，既保留了原有的手动启停功能，也能在自动的情况下受网络控制器远程控制和PLC的自动控制。设置中间继电器KA，其常开触点接通可使风机接触器KM接通，而KA可由PLC或网络控制器来控制吸合。由于KA线圈接入PLC和网络控制器并联的常开点，网络控制器节点闭合后，无论PLC节点状态如何，继电器都保持吸合状态，实现了上述的“以启动优先”的功能。同时，将风机接触器的常开点接入网络控制器，实现远程监视风机的启停状态，并将手自动接入PLC，便于逻辑的判断。

此外，为了实现PLC根据环境温度自动调整风机运行台数[3]，设置了EM231热电阻模拟量采集模块，并接入了PT100热电阻，从而测量环境温度。为了能在集控室监视环境温湿度，将设置温湿度仪，并将信号通过RS485的MODBUS协议接入网络控制器，实现温湿度的远程实时监控。

2""PLC程序编写

2.1""程序的总体情况

本项目PLC程序模块分为主程序、初始化处理子程序、运行小时数记录程序、温差计算和目标运行台数输出子程序、增加运行台数子程序、减少运行台数子程序、选出运行小时数最大和最小风机子程序、温度采集中断子程序。下面对主要程序功能如何实现进行介绍。

2.2""主程序

在实现初始化后，主程序调用“温度判断”子程序，计算温差和目标运行台数，并将目前的风机运行数量和目标运行台数分别存入寄存器VD8028和VD8024中。主程序将目标运行台数和现实运行数量做比较，若台数偏少则调用“加载”子程序，增加运行台数；若台数偏多，则调用“卸载”子程序，最终实现主厂房温度调节的功能[4]。

2.3""实现运行小时数计算子程序

运行小时数计算子程序的核心是应用定时器和累加器：为了使风机运行时间能被记忆下来，使用TONR失电保持定时器；以#1风机为例，当风机接通运行后，T71定时器开始记录时间，到达60"s后，将分钟数据VW7314加1，并且清空T71定时器；同理，当VW7314达到60"min时，将小时数据VD7310加1。最终实现精确到分钟的运行时间记录。#2风机运行小时数存放区域为VD7320，#3风机为VD7330，以此类推，18台风机之间的运行小时存放区域均相差10个字节，为后续大小子程序运作提供了条件。

2.4""选出运行小时数最大和最小风机子程序

选大小的子程序采用了指针的方法，对指向地址逐一偏移，配合循环语句，实现18台风机运行时间大小的对比。以选最大运行时间为例，先将储存最大运行时间的风机编号变量VW8020清零，将记录最大运行小时的局部变量LW4设为0，将“小时数”指针VD8008先指向VB7300地址（循环第一个周期将地址+10，正好指向VB7310，即#1风机的运行小时数）。

为了使运行中的风机才参与比对，实现最大运行小时数的风机优先停下来，回路中串联T18X（指第X台风机已运行超过20"s），即运行中的风机才会接通后续回路。

程序采用FOR循环语句，从编号1开始，循环18次。每一次循环先将VD8008指向的地址偏移10；例如第一次循环，即#1风机的运行小时数和LW4相比，由于LW4初始化为0，所以#1风机先“胜出”，将其运行小时、分钟数和编号分别存入局部变量LD0、LW4和全局变量VW8020；第二次循环，#2风机的运行小时数与LD0相比（若相同则对比分钟LW4），若“胜出”则覆盖LD0、LW4和VW8020。以此类推，经过18次循环，从18台风机中选出最大运行小时数风机的编号、小时数和分钟数，并保存下来。选最小运行小时数风机的程序同理。

2.5""温差计算和目标运行台数输出子程序

子程序使用变量VD7000与VD7054为基准温度和叠加值，变量VD7100是中端程序中采集的PT100温度数据的平均值，而变量VD7050为比例系数P的倒数。子程序最终输出的运行台数VD8024从LD8所得，最大不超过18台，最小不低于0台。最终实现输出台数VD8024=P×（T-T0）。

3""远程控制功能的实现

3.1""通信流程简介

本项目主厂房屋顶风机控制箱内的网络控制器与集控室客户端、服务器采用Wi-Fi无线通信，采用TCP/IP基础上的消息队列遥测传输（Message"Queuing"Telemetry"Transport，MQTT）物联网通信协议。本项目系统的服务器和客户端在集控室同一台电脑上。各个网络控制器、集控室服务器和客户端组成MQTT协议架构。根据协议原理，各个网络控制器与集控室客户端互相“订阅”，当网络控制器有信号上报时，服务器将会把信息推送给客户端；当客户端有信息下发时，服务器同样会将信息推送给对应IP地址的网络控制器[5]。

3.2""地址分配

厂级Wi-Fi"6网络分割一部分IP地址（地址范围为192.170.XXX.XXX）供本项目使用。本项目采用静态IP地址分配，各个设备地址列表如1所示。

3.3"""客户端组态

在网络通信搭建完成后，对客户端软件进行组态，将两套机组主厂房风机分别设置界面进行管理，分别对每套机的18台风机回路进行配置，实现风机的远程操控和监视功能。对现场传感器MODBUS"参数设置，实现温度、湿度参数的显示。

4""结语

本改造项目实现了燃气电厂主厂房屋顶风机的控制优化，可以在远程对屋顶风机进行控制并监视相关参数，就地PLC可以根据环境温度调整风机运行台数，而且可以根据风机运行小时数调整风机启停的优先级。本项目的实施降低了主厂房可燃气体聚集的安全风险，提高设备运行可靠性，并提升了自动化水平，减少人力操作，具有较好的成效，可推广应用到其他同类型发电厂。

参考文献

[1]"陈锋，林克培.核电厂通风系统运行方式优化分析[J].工程技术研究，2024，9（12）：220-222.

[2]"王子瑜.燃气电厂中的智能控制技术分析[J].电子技术，2024，53（2）：308-309.

[3]"李浩浩.燃气-蒸汽联合循环电厂节能分析与优化[D].南京：南京理工大学，2023.

[4]"李浩浩，朱曙光，马晓荣，等.燃气-蒸汽联合循环电厂节能分析[J].能源研究与利用，2022"（4）：27-33.

[5]"徐大为，李心奋，罗仕进，等.核电站厂房通风系统自动化控制故障分析及解决[J].电工技术，2021（6）：7-9.