plc 在水电解制氢设备中的应用研究

《plc 在水电解制氢设备中的应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、PLC在水电解制氢设备中的应用研究　　氢气是一种重要的工业气体，具有易燃易爆的特点。为了确保工业制氢的安全性和稳定性，必须采取必要的安全措施。随着微处理器技术、计算机技术、数字通信技术的不断发展，计算机控制被广泛应用于各个领域。可编程控制器是建立在微处理器基础上的一种通用工业控制设备，具有质量高、成本低、可靠性强、规格多等优点，所以，PLC的用途也更加广泛。利用PLC系统可以实现CPU自动故障切换，从而提高运行设备的安全性和可靠性，减少设备维护工作量，降低维修成本，减轻工人劳动强度，有效提高生产率。　　1工业水电解制氢设备工作原理分析　　在现代经济领域，氢气凭借分子小、性质活跃、对环境无

2、污染等优点被广泛应用于现代化工、电子、气象、医药、航天等领域。目前，加压水电解制氢设备是制氢行业的重点使用对象，虽然它具有安装简单、运行费用低、环境污染小等优点，但是，氢气本身易燃、易爆，所以，其运行安全是人们重点关注的内容，也是各项工作的重中之重。　　水电解制氢设备的主要作用是采用电解手段分解纯水，从而产生氢气和氧气，而电解之后获得的氢气纯度并没有达到100%，还需要进行后续的分离、洗涤，通过脱氧、干燥等处理获得高纯度氢气。　　在水电解制氢设备中，电解槽是最主要的部分，制氢工作主要依靠的是电解液中的正负电极，并在正负电极之间放置隔膜，防止气体渗透，从而形成干电池回路。这样，接通电源后，

3、水就会分解成氢气和氧气，氢气来自阴极，氧气来自阳极。通常情况下，电解液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，溶液的质量分数为25%～30%.因为氢氧化钾溶液的导电能力更强，设备腐蚀加重的问题并不明显，节能性能良好，总体效益也比较好，所以，它被普遍使用。其反应方程式为：　　总反应方程式为：2H2O→2H2↑+O2↑.　　阴极反应方程式为：2H2O→H2↑+2OH-.　　阳极反应方程式为：2OH--2e→H2O+1/2O2↑.　　如图1所示，水电解制氢装置是由电解槽、氢氧分离器、氢氧洗涤器、循环泵、补水泵、碱箱、水箱、控制柜、整流

4、变压器和整流柜等组成。在设计电解槽时，主要采用的是压滤式双极性结构。它是制氢装置中必不可少的部分，也是发生电解反应的主要装置。接通电源后，在电流的作用下，设备中的纯水在电极上发生电解反应，生成氢气和氧气。使用电解质溶液是为了增加水的导电能力，使更多的离子能通过电解槽，从而保证产量，降低能耗。但是，在此过程中，氢氧化钾是不参加反应的。　　2PLC概念及工作原理　　2.1PLC的概念　　所谓PLC，是指可编程序控制器ProgrammableLogicController，它是随着计算机技术的发展而发展的，对工业领域实现精准化控制有非常重要的意义。在PLC技术的支持下，设备自身接口比较多，主要

5、承担着输入和输出功能，有效提升了驱动能力。在PLC内部，运用具有可编程序的存储器进行逻辑运算，可以实现对操作指令的控制，实现数字化输出，实现对工业机械或生产系统的控制。目前，PLC与计算机技术、自动化技术等先进技术相融合，逐渐显示出了强大的通用性。　　2.2PLC工作原理　　在工作状态下，PLC以循环扫描的方式运作，工作过程大体可以分为内部操作、通信操作、程序输入、程序执行和程序输出5部分。当这些任务全部完成后，就实现了全过程扫描，而整个过程所花费的时间也可以称为扫描周期。在内部操作的过程中，PLC系统可以实现对CPU的自检，确保CPU硬件处于正常状态。而在通信操作部分，应用智能模块能够

6、响应和更新PLC编程器的键入命令。当PLC处于STOP状态时，其仅执行内部处理和通信服务;当PLC处于RUN状态时，则执行循环扫描。在操作过程中，需要完成数据采样、执行、处理等命令，待一个循环周期结束，CPU集中将这些输出信号全部输送给输出锁存器。　　3PLC在水电解制氢设备中的应用方案　　3.1PLC选型　　现阶段，S7-400、S7-300等型号都是PLC的重要选型。其中，S7-300在中等程序处理量方面的应用具有很大的优势，尤其是对二进制和浮点数的运算，S7-300的处理能力更强，在市场中有广泛的应用前景。而S7-400的使用性能比较强，它凭借快速的处理速度、强悍的通讯能力和稳定的

7、性能备受人们的青睐。与此同时，S7-400对等时模式的支持是响应现代自动化技术的重要应用方案，具有较强的经济性。　　在工业控制领域，S7-414H也被广泛应用。借助其先进的容错技术，用2个并行的操作系统可以实现冗余设计，从而降低运行风险。在设备运行过程中，即使其发生故障，也可以启动备用元器件实现无扰动切换，从而减小停机风险，减少生产损失，避免信息丢失。　　3.2PLC硬件组成　　PLC的基本硬件包括标准机、电源、CPU、输入输出设备