基于PLC在氫氧機控制系統的設計

　　3） 液位平衡控制

　　液位平衡控制亦稱(chēng)系統平衡控制。為達到液位平衡目的，采用背壓閥，電氣轉換器及氣動(dòng)調節閥共同實(shí)現液位平衡控制。通常將背壓閥放置于氫側，以氫液位為比對基準給定值，氫液位作為實(shí)際值經(jīng)ＰＬＣ（數字顯示調節儀）做比例、積分和微分ＰＩＤ運算，將運算結果以模擬量形式通過(guò)ＰＬＣ輸出經(jīng)Ｄ/Ａ數模轉換，輸出４～２０ｍＡ模擬量（經(jīng)安全柵）輸入至電氣轉換器。

　　氣動(dòng)調節閥的工作是在配套氣泵與電氣轉換器（將４～２０ｍＡ模擬另轉換為０。０２～０。１Ｍｐａ），用氣動(dòng)信號來(lái)調節加至氧側的氣動(dòng)調節閥的開(kāi)啟度，使氫氧液位保持平衡，如氫液位高則自動(dòng)減少加至氧側的氣動(dòng)調節閥的開(kāi)度。通過(guò)調整氧側壓力值（變?。┦闺娊庖和ㄟ^(guò)Ｈ２、Ｏ２分離器下端連通管，造成氫液位下降，從而達到控制氫氧液位平衡。反之亦然。

　　在開(kāi)機后設備檢測液位以及系統壓力的驅動(dòng)電氣轉換器，使氣動(dòng)閥開(kāi)啟合適開(kāi)度，以保證系統液位平衡。待停機后，氣動(dòng)調節閥呈安全打開(kāi)狀態(tài)，以便泄壓。

4） 系統溫度控制

　　水的電解過(guò)程是一個(gè)放熱的過(guò)程。隨著(zhù)電解過(guò)程的不斷運行，電解槽內部會(huì )連續產(chǎn)生熱量，進(jìn)而使電解槽的運行溫度持續上升。根據水電解制氫工藝要求，電解槽溫度規定為８５℃則為極限溫度，以保證電解槽內部隔膜使用壽命。

　　在系統溫度的采樣上，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轉換為４～２０ｍＡ的標準電信號，輸入至ＰＬＣ中。在編寫(xiě)好的控制邏輯程序中利用可編程控制器自帶的普通ＰＩＤ調節子程序，使實(shí)際溫度與設定溫度進(jìn)行比較。如高于設定極限溫度時(shí)，輸出控制信號保證設備以故障形式停機。

　　當然上述只是較為簡(jiǎn)單的溫度極限保護。如需對系統溫度進(jìn)行控制，則可以使ＰＬＣ輸出模擬控制信號增大，進(jìn)而控制系統冷卻水流量調節閥的開(kāi)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） 系統壓力

　　為保證氫氧機在運行中的安全性，特對設備系統內部最高壓力進(jìn)行設定。所設壓力變送器放置在氧側，與氫側所加的背壓調節閥產(chǎn)生的壓力進(jìn)行相應檢測。當系統壓力大于設定壓力時(shí)，則設備判定為嚴重故障泄壓停止運行。

　　在設備氫、氧出口端采用A/D壓力變送器將采集模擬量輸入至PLC處理為相應的數字量。當氫出口壓力達到氫出口壓力所設上限時(shí)，則會(huì )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。

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

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

　　6） 電解電壓控制

　　氫氧機產(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轉換輸出的0～10V電壓信號加入電解電源輸入控制端達到控制輸出電流目的。

　　2． 系統設計

　　為了實(shí)現整個(gè)系統的控制，特建立以PLC為核心的控制系統。工業(yè)觸摸屏顯示系統運行狀態(tài)及參數。

　　CPIH是歐姆龍PLC產(chǎn)品中一款小型可編程序控制器，能夠控制該設備以滿(mǎn)足自動(dòng)化控制需求。它具有緊湊的結構、靈活的配置和較強的指令集，使CPIH成為各種控制應用的理想方案。本控制系統需6個(gè)數字量輸入和2個(gè)數字量輸出（表1），根據系統控制要求，選取CPIH—XA4ODR—A 100作為控制核心，此外還需擴展1個(gè)模擬量擴展模塊CPM1A—MAD11。

　　表1 輸入輸出信號與輸入輸出點(diǎn)的分配

　　為使系統有較好的人機對話(huà)界面，實(shí)現液位、壓力、溫度等現場(chǎng)參數的設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定單元。系統軟件設計流程如圖2。

　　3．結束語(yǔ)

　　該控制系統充分發(fā)揮PLC可靠靈活的優(yōu)勢，以及觸摸屏友好人機界面功能。實(shí)踐證明，系統具有較強的抗干擾能力，操作簡(jiǎn)單，在較惡劣的操作現場(chǎng)得到很好應用。