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PLC在水电解制氢设备中的应用研究

作者:初中教育
出处:www.lunrr.com
时间:2019-10-09

氢气是一种具有易燃易爆特性的重要工业气体。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,计算机技术和数字通信技术的不断发展,计算机控制已广泛应用于各个领域。可编程控制器是基于微处理器的通用工业控制设备。它具有高质量,低成本,高可靠性和多种规格的优点。因此,PLC的使用更加广泛。该PLC系统可以实现CPU的自动故障切换,从而提高了运行设备的安全性和可靠性,减少了设备的维护工作量,降低了维护成本,减轻了工人的劳动强度,有效地提高了生产率。

1工业水电解制氢设备的工作原理分析

在现代经济领域中,氢由于其体积小,活性强且对环境无污染而广泛用于工程,电子,气象,医学和航空航天等现代领域。目前,加压水电解制氢设备是制氢工业的主要使用对象。尽管氢具有安装简单,运行成本低和对环境污染小的优点,但氢本身易燃易爆,因此其安全操作性是所有工作的重中之重。

水电解制氢设备的主要功能是通过电解分解纯净水产生氢气和氧气,电解后制得的氢气纯度未达到100%,进一步进行了分离,洗涤,脱氧,干燥等处理。需要。获得高纯度氢。

在水电解制氢设备中,电解槽是最重要的部分。制氢工作主要依靠电解液中的正负极,在正负极之间设置分离器,防止气体渗透,从而形成干电池回路。因此,打开电源后,水分解成氢和氧,氢从阴极分解,氧从阳极分解。一般情况下,电解液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液,溶液质量分数为25%-30%。由于氢氧化钾溶液的导电性较强,设备腐蚀问题不明显,节能性能好,综合效益也不错,所以被普遍采用。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,水电解制氢装置由电解槽、氢氧分离器、氢氧洗涤器、循环泵、补水泵、碱槽、水箱、控制柜、整流变压器组成。还有一个整流柜。在设计电解槽时,主要采用滤波型双极结构。它是制氢装置的重要组成部分,是电解反应的主要装置。通电后,装置中的纯水在电流作用下在电极上发生电解反应,产生氢气和氧气。电解质溶液用于提高水的导电性,允许更多的离子通过电池,从而确保产量和降低能耗。但在此过程中,氢氧化钾不参与反应。

2可编程逻辑控制器的概念和工作原理

2.1可编程逻辑控制器的概念

所谓“ PLC”是指随着计算机技术的发展而开发的可编程控制器Programmable LogicController,对实现工业领域的精确控制具有非常重要的意义。在PLC技术的支持下,设备本身具有许多接口,主要负责输入和输出功能,从而有效地提高了驱动能力。在PLC内部,可以使用具有可编程存储器的逻辑操作来控制操作指令,实现数字输出以及实现对工业机械或生产系统的控制。目前,PLC已集成了计算机技术和自动化技术等先进技术,并逐渐显示出强大的多功能性。

2.2 PLC的工作原理

在工作状态下,PLC以循环扫描模式运行,工作过程大致可分为内部操作,通讯操作,程序输入,程序执行和程序输出。完成所有这些任务后,将执行完整的过程扫描,并且在整个过程中花费的时间也可以称为扫描周期。在内部操作期间,PLC系统可以对CPU进行自检,以确保CPU硬件处于正常状态。在通信操作部分中,应用程序智能模块可以响应并更新PLC编程器的键入命令。当PLC处于STOP状态时,它仅执行内部处理和通讯服务。当PLC处于RUN状态时,它将执行循环扫描。在操作过程中,需要完成诸如数据采样,执行和处理之类的命令。一个周期结束时,CPU将所有输出信号集中到输出锁存器。

3 PLC在水电解制氢设备中的应用

3.1 PLC选择

在此阶段,诸如S7-400和S7-300的模型是PLC的重要选择。其中,S7-300在中等程序吞吐量的应用中具有很大的优势,特别是对于二进制和浮点运算。 S7-300具有更大的处理能力,在市场上具有广阔的应用前景。 S7-400性能强劲,以其快速的处理速度,强大的通讯能力和稳定的性能而受到人们的青睐。同时,对同步模式的S7-400支持是响应现代自动化技术的重要应用,并且非常经济。

在工业控制领域,S7-414H也被广泛使用。凭借其先进的容错技术,冗余设计可以在两个并行操作系统中实施,从而降低了操作风险。在设备运行期间,即使设备出现故障,也可以激活备用组件以实现无扰动切换,从而降低了停机风险,减少了生产损失,并避免了信息丢失。

3.2 PLC硬件组成

PLC的基本硬件包括标准机器,电源,CPU,输入和输出设备以及通信系统。但是,在此系统中,需要充分考虑冗余的热备用PLC等。因此,需要不断改善硬件设备的组成,以确保系统运行的可靠性。在冗余配置过程中,除了设置冗余CPU,电源设备和通信设备外,还需要配置客户端服务器,通信介质和接口模块以满足自动化控制的要求。

3.3系统软件设计

在控制系统中,需要安装的软件有step7、protool和wincc。step7的主要功能是改进plc的硬件配置,实现控制程序的编辑、修改、上传和下载。Protool主要作用于系统触摸屏,不断完善其配置、编辑、修改和下载工作流程;WinCC属于监控组态软件。它可以实现对plc工作中数据流的监控。

4结论

现阶段,工业领域引进了许多先进的科技成果,工业生产控制越来越精确,制氢工业也越来越精确。借助plc技术,可以精确控制电解反应,提高制氢工艺的安全可靠性,提高制氢工作效率,创造较好的经济效益。为此,在水电解制氢装置上应用plc先进的控制方法,取得了许多先进的效果,对制氢工业的发展具有重要意义。

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