基于PLC在氫氧機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計

　　3） 液位平衡控制

　　液位平衡控制亦稱系統(tǒng)平衡控制。為達(dá)到液位平衡目的，采用背壓閥，電氣轉(zhuǎn)換器及氣動調(diào)節(jié)閥共同實(shí)現(xiàn)液位平衡控制。通常將背壓閥放置于氫側(cè)，以氫液位為比對基準(zhǔn)給定值，氫液位作為實(shí)際值經(jīng)ＰＬＣ（數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀）做比例、積分和微分ＰＩＤ運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果以模擬量形式通過ＰＬＣ輸出經(jīng)Ｄ/Ａ數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出４～２０ｍＡ模擬量（經(jīng)安全柵）輸入至電氣轉(zhuǎn)換器。

　　氣動調(diào)節(jié)閥的工作是在配套氣泵與電氣轉(zhuǎn)換器（將４～２０ｍＡ模擬另轉(zhuǎn)換為０。０２～０。１Ｍｐａ），用氣動信號來調(diào)節(jié)加至氧側(cè)的氣動調(diào)節(jié)閥的開啟度，使氫氧液位保持平衡，如氫液位高則自動減少加至氧側(cè)的氣動調(diào)節(jié)閥的開度。通過調(diào)整氧側(cè)壓力值（變小）使電解液通過Ｈ２、Ｏ２分離器下端連通管，造成氫液位下降，從而達(dá)到控制氫氧液位平衡。反之亦然。

　　在開機(jī)后設(shè)備檢測液位以及系統(tǒng)壓力的驅(qū)動電氣轉(zhuǎn)換器，使氣動閥開啟合適開度，以保證系統(tǒng)液位平衡。待停機(jī)后，氣動調(diào)節(jié)閥呈安全打開狀態(tài)，以便泄壓。

4） 系統(tǒng)溫度控制

　　水的電解過程是一個放熱的過程。隨著電解過程的不斷運(yùn)行，電解槽內(nèi)部會連續(xù)產(chǎn)生熱量，進(jìn)而使電解槽的運(yùn)行溫度持續(xù)上升。根據(jù)水電解制氫工藝要求，電解槽溫度規(guī)定為８５℃則為極限溫度，以保證電解槽內(nèi)部隔膜使用壽命。

　　在系統(tǒng)溫度的采樣上，通常在電解槽出口管道上安裝溫度變送器，將檢測的實(shí)際溫度經(jīng)溫度變送器即Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換為４～２０ｍＡ的標(biāo)準(zhǔn)電信號，輸入至ＰＬＣ中。在編寫好的控制邏輯程序中利用可編程控制器自帶的普通ＰＩＤ調(diào)節(jié)子程序，使實(shí)際溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行比較。如高于設(shè)定極限溫度時，輸出控制信號保證設(shè)備以故障形式停機(jī)。

　　當(dāng)然上述只是較為簡單的溫度極限保護(hù)。如需對系統(tǒng)溫度進(jìn)行控制，則可以使ＰＬＣ輸出模擬控制信號增大，進(jìn)而控制系統(tǒng)冷卻水流量調(diào)節(jié)閥的開度變大，使得冷卻水流量加大，熱交換加速，使得返回電解槽的堿液溫度加速降低，最終使電解槽溫度下降。這種控制能夠保證水電解可在最理想溫度下工作。

　　5） 系統(tǒng)壓力

　　為保證氫氧機(jī)在運(yùn)行中的安全性，特對設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)部最高壓力進(jìn)行設(shè)定。所設(shè)壓力變送器放置在氧側(cè)，與氫側(cè)所加的背壓調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的壓力進(jìn)行相應(yīng)檢測。當(dāng)系統(tǒng)壓力大于設(shè)定壓力時，則設(shè)備判定為嚴(yán)重故障泄壓停止運(yùn)行。

　　在設(shè)備氫、氧出口端采用A/D壓力變送器將采集模擬量輸入至PLC處理為相應(yīng)的數(shù)字量。當(dāng)氫出口壓力達(dá)到氫出口壓力所設(shè)上限時，則會控制電解電流下降，使氫產(chǎn)氣量減小，以降低氫出口壓力。反之亦然。

　　如氧出口端壓力達(dá)到所設(shè)置壓力值時，氧放空閥打開，以降低氧出口端壓力。

　　在設(shè)計上為方便用戶使用，觸摸屏上可對氫、氧出口端壓力設(shè)定上下限壓力值，以上限壓力最高不允許超過系統(tǒng)壓力為原則。

　　6） 電解電壓控制

　　氫氧機(jī)產(chǎn)生的氫氣量大小與參與電解電流的大小成正比，所以控制電解電流輸出電流值就可控制氫氣量輸出。為便于設(shè)定控制電解電流，在觸摸屏可輸入電解電流百分比，由PLC輸出經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換輸出的0～10V電壓信號加入電解電源輸入控制端達(dá)到控制輸出電流目的。

　　2． 系統(tǒng)設(shè)計

　　為了實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制，特建立以PLC為核心的控制系統(tǒng)。工業(yè)觸摸屏顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)。

　　CPIH是歐姆龍PLC產(chǎn)品中一款小型可編程序控制器，能夠控制該設(shè)備以滿足自動化控制需求。它具有緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和較強(qiáng)的指令集，使CPIH成為各種控制應(yīng)用的理想方案。本控制系統(tǒng)需6個數(shù)字量輸入和2個數(shù)字量輸出（表1），根據(jù)系統(tǒng)控制要求，選取CPIH—XA4ODR—A 100作為控制核心，此外還需擴(kuò)展1個模擬量擴(kuò)展模塊CPM1A—MAD11。

　　表1 輸入輸出信號與輸入輸出點(diǎn)的分配

　　為使系統(tǒng)有較好的人機(jī)對話界面，實(shí)現(xiàn)液位、壓力、溫度等現(xiàn)場參數(shù)的設(shè)定并輸出各種報警提示信息，選擇信捷觸摸屏顯示口作為顯示設(shè)定單元。系統(tǒng)軟件設(shè)計流程如圖2。

　　3．結(jié)束語

　　該控制系統(tǒng)充分發(fā)揮PLC可靠靈活的優(yōu)勢，以及觸摸屏友好人機(jī)界面功能。實(shí)踐證明，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，操作簡單，在較惡劣的操作現(xiàn)場得到很好應(yīng)用。