基于PLC在氢氧机控制系统的设计

　　3） 液位平衡控制

　　液位平衡控制亦称系统平衡控制。为达到液位平衡目的，采用背压阀，电气转换器及气动调节阀共同实现液位平衡控制。通常将背压阀放置于氢侧，以氢液位为比对基准给定值，氢液位作为实际值经ＰＬＣ（数字显示调节仪）做比例、积分和微分ＰＩＤ运算，将运算结果以模拟量形式通过ＰＬＣ输出经Ｄ/Ａ数模转换，输出４～２０ｍＡ模拟量（经安全栅）输入至电气转换器。

　　气动调节阀的工作是在配套气泵与电气转换器（将４～２０ｍＡ模拟另转换为０。０２～０。１Ｍｐａ），用气动信号来调节加至氧侧的气动调节阀的开启度，使氢氧液位保持平衡，如氢液位高则自动减少加至氧侧的气动调节阀的开度。通过调整氧侧压力值（变小）使电解液通过Ｈ２、Ｏ２分离器下端连通管，造成氢液位下降，从而达到控制氢氧液位平衡。反之亦然。

　　在开机后设备检测液位以及系统压力的驱动电气转换器，使气动阀开启合适开度，以保证系统液位平衡。待停机后，气动调节阀呈安全打开状态，以便泄压。

4） 系统温度控制

　　水的电解过程是一个放热的过程。随着电解过程的不断运行，电解槽内部会连续产生热量，进而使电解槽的运行温度持续上升。根据水电解制氢工艺要求，电解槽温度规定为８５℃则为极限温度，以保证电解槽内部隔膜使用寿命。

　　在系统温度的采样上，通常在电解槽出口管道上安装温度变送器，将检测的实际温度经温度变送器即Ａ/Ｄ转换为４～２０ｍＡ的标准电信号，输入至ＰＬＣ中。在编写好的控制逻辑程序中利用可编程控制器自带的普通ＰＩＤ调节子程序，使实际温度与设定温度进行比较。如高于设定极限温度时，输出控制信号保证设备以故障形式停机。

　　当然上述只是较为简单的温度极限保护。如需对系统温度进行控制，则可以使ＰＬＣ输出模拟控制信号增大，进而控制系统冷却水流量调节阀的开度变大，使得冷却水流量加大，热交换加速，使得返回电解槽的碱液温度加速降低，最终使电解槽温度下降。这种控制能够保证水电解可在最理想温度下工作。

　　5） 系统压力

　　为保证氢氧机在运行中的安全性，特对设备系统内部最高压力进行设定。所设压力变送器放置在氧侧，与氢侧所加的背压调节阀产生的压力进行相应检测。当系统压力大于设定压力时，则设备判定为严重故障泄压停止运行。

　　在设备氢、氧出口端采用A/D压力变送器将采集模拟量输入至PLC处理为相应的数字量。当氢出口压力达到氢出口压力所设上限时，则会控制电解电流下降，使氢产气量减小，以降低氢出口压力。反之亦然。

　　如氧出口端压力达到所设置压力值时，氧放空阀打开，以降低氧出口端压力。

　　在设计上为方便用户使用，触摸屏上可对氢、氧出口端压力设定上下限压力值，以上限压力最高不允许超过系统压力为原则。

　　6） 电解电压控制

　　氢氧机产生的氢气量大小与参与电解电流的大小成正比，所以控制电解电流输出电流值就可控制氢气量输出。为便于设定控制电解电流，在触摸屏可输入电解电流百分比，由PLC输出经D/A转换输出的0～10V电压信号加入电解电源输入控制端达到控制输出电流目的。

　　2． 系统设计

　　为了实现整个系统的控制，特建立以PLC为核心的控制系统。工业触摸屏显示系统运行状态及参数。

　　CPIH是欧姆龙PLC产品中一款小型可编程序控制器，能够控制该设备以满足自动化控制需求。它具有紧凑的结构、灵活的配置和较强的指令集，使CPIH成为各种控制应用的理想方案。本控制系统需6个数字量输入和2个数字量输出（表1），根据系统控制要求，选取CPIH—XA4ODR—A 100作为控制核心，此外还需扩展1个模拟量扩展模块CPM1A—MAD11。

　　表1 输入输出信号与输入输出点的分配

　　为使系统有较好的人机对话界面，实现液位、压力、温度等现场参数的设定并输出各种报警提示信息，选择信捷触摸屏显示口作为显示设定单元。系统软件设计流程如图2。

　　3．结束语

　　该控制系统充分发挥PLC可靠灵活的优势，以及触摸屏友好人机界面功能。实践证明，系统具有较强的抗干扰能力，操作简单，在较恶劣的操作现场得到很好应用。