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，電氣轉換器及氣動調節閥共同實現液位平衡控制。通常將背壓閥放置于氫側，以氫液位為比對基準給定值，氫液位作為實際值經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ＰＬＣ輸出經Ｄ/Ａ數模轉換，輸出４～２０ｍＡ模擬量（經安全柵）輸入至電氣轉換器。

　　氣動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），用氣動信號來調節加至氧側的氣動調節閥的開啟度，使氫氧液位保持平衡，如氫液位高則自動減少加至氧側的氣動調節閥的開度。通過調整氧側壓力值（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，從而達到控制氫氧液位平衡。反之亦然。

　　在開機后設備檢測液位以及系統壓力的驅動電氣轉換器，使氣動閥開啟合適開度，以保證系統液位平衡。待停機后，氣動調節閥呈安全打開狀態，以便泄壓。

4） 系統溫度控制

　　水的電解過程是一個放熱的過程。隨著電解過程的不斷運行，電解槽內部會連續產生熱量，進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，將檢測的實際溫度經溫度變送器即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，使實際溫度與設定溫度進行比較。如高于設定極限溫度時，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單的溫度極限保護。如需對系統溫度進行控制，則可以使ＰＬＣ輸出模擬控制信號增大，進而控制系統冷卻水流量調節閥的開度變大，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生的壓力進行相應檢測。當系統壓力大于設定壓力時，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，則會控制電解電流下降，使氫產氣量減小，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，氧放空閥打開，以降低氧出口端壓力。

　　在設計上為方便用戶使用，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系統壓力為原則。

　　6） 電解電壓控制

　　氫氧機產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

　　為了實現整個系統的控制，特建立以PLC為核心的控制系統。工業觸摸屏顯示系統運行狀態及參數。

　　CPIH是歐姆龍PLC產品中一款小型可編程序控制器，能夠控制該設備以滿足自動化控制需求。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個數字量輸入和2個數字量輸出（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個模擬量擴展模塊CPM1A—MAD11。

　　表1 輸入輸出信號與輸入輸出點的分配

　　為使系統有較好的人機對話界面，實現液位、壓力、溫度等現場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

　　該控制系統充分發揮PLC可靠靈活的優勢，以及觸摸屏友好人機界面功能。實踐證明，系統具有較強的抗干擾能力，操作簡單，在較惡劣的操作現場得到很好應用。