变功率运行下的水电解制氢设备的压力和液位控制系统的制作方法

本发明涉及水电解制氢设备，特别是一种变功率运行下的水电解制氢设备的压力和液位控制系统。

背景技术：

1、清洁能源包括风电、光伏发电、水利发电等，但是这类能源的缺点是功率不稳定，当搭配水电解制氢设备作为储能设备时，水电解制氢设备的运行工况有无规律、变化大的特点，然而当前水电解制氢设备的液位、压力控制采用传统的pid控制方案，此方法应对稳定的设备运行工况表现良好，当运行工况不稳定时，对设备液位、压力的稳定控制带来了很大的难度。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明实施例提供一种适应快速变功率运行下的水电解制氢设备的压力和液位控制系统，实现水电解制氢设备在变工况运行状态下的液位、压力的稳定控制。

2、本发明实施例提供一种变功率运行下的水电解制氢设备的压力和液位控制系统，包括：

3、plc控制装置，其为水电解制氢设备的控制装置，用以控制水电解设备的制氢和纯化的工艺流程，包括压力和液位的pid控制逻辑；

4、嵌入式控制装置，其用以分别采集氢侧液位传感器、氧侧液位传感器和系统压力传感器的信号，并读取所述plc控制装置中的压力设定值，通过压力和液位控制算法，对压力和液位进行控制，以及在运行过程中积累用于优化控制参数的运行数据。

5、在本发明的一些实施例中，所述氢侧液位传感器、所述氧侧液位传感器和所述系统压力传感器通过一进一出安全栅，将相应的信号传送给所述plc控制装置，所述嵌入式控制装置通过modbustcp读取所述plc控制装置的传感器信号。

6、在本发明的一些实施例中，所述氢侧液位传感器、所述氧侧液位传感器和所述系统压力传感器一进为二安全栅，分别将一路信号传递给所述plc控制装置，一路信号传递给所述嵌入式控制装置。

7、在本发明的一些实施例中，所述plc控制装置和所述嵌入式控制装置之间存在心跳信号通讯；

8、当心跳通讯正常时，所述嵌入式控制装置，通过智能算法得出调阀控制开度，并通过modbustcp将调阀开度指令写到所述plc控制装置，以使所述plc控制装置通过ao模块输出给调节阀，从而控制调阀开度；

9、当心跳通讯不正常时，plc控制装置不再执行所述嵌入式控制装置的调阀开度指令，而是通过所述plc控制装置内部的传统pid控制模块，控制设备继续运行。

10、在本发明的一些实施例中，所述plc控制装置和所述嵌入式控制装置均安装在控制柜内；

11、所述嵌入式控制装置接入24v供电电源，并与所述plc控制装置通讯连接，采用内容包括心跳通讯、氢侧电磁阀开度和氧侧电磁阀开度的通讯协议。

12、在本发明的一些实施例中，所述嵌入式控制装置与所述plc控制装置通讯连接的形式至少包括网线、rs485和rs232；

13、通讯协议至少包括modbustcp和modbusrtu。

14、在本发明的一些实施例中，若所述plc装置监测到与所述嵌入式控制装置的心跳通讯失败，则所述plc装置发出声光报警。

15、在本发明的一些实施例中，所述电磁阀的控制逻辑包括：

16、在设备运行过程中，当出现极端工况导致嵌入式控制装置也不能控制压力和/或液位时，氢侧电磁阀和氧侧电磁阀起作用；

17、若氢侧液位减去氧侧液位的差值小于液位差下限设定值，则氢侧电磁阀打开，辅助氢侧调节阀排出多余氢气，让氢侧液位升高，维持氢氧液位平衡，当氢侧液位和氧侧液位均回到液位差设定范围内后，氢侧电磁阀关闭；

18、若氢侧液位减去氧侧液位的差值大于液位差上限设定值，或系统压力高于设定值时，则氧侧电磁阀打开，当氢侧液位和氧侧液位回到液位差范围，且系统压力回到压力设置值范围内时，氧侧电磁阀关闭。

19、在本发明的一些实施例中，所述的氢侧电磁阀和所述氧侧电磁阀均设置有手动/自动模式，且在手动模式下能够直接开关，在自动模式下，通过plc逻辑判断后进行开闭。

20、在本发明的一些实施例中，所述氢侧电磁阀和氧侧电磁阀的管道后方均分别设置有截止阀，以通过截止阀手动调节辅助管路的流量系数到合理的范围。

21、与现有技术相比，本发明实施例提供的变功率运行下的水电解制氢设备的压力和液位控制系统的有益效果在于：其实现将可靠性低但可进行复杂算法运行的嵌入式控制装置，同可靠性高但实现不易复杂编程的plc控制装置结合，可以稳定可靠地实现水电解制氢设备在新能源制氢的变工况模式下，压力、液位控制的快响应、低超调、高精度，即便嵌入式控制装置失效，设备依然可以稳定运行，并且嵌入式控制装置可以快速、方便进行拆卸和替换。此外，当设备处于极端工况下，设置有氢、氧侧电磁阀辅助调节阀控制系统的液位、压力，帮助设备的稳定运行。

技术特征：

1.一种变功率运行下的水电解制氢设备的压力和液位控制系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的变功率运行下的水电解制氢设备的压力和液位控制系统，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的变功率运行下的水电解制氢设备的压力和液位控制系统，其特征在于，

4.根据权利要求2或3所述的变功率运行下的水电解制氢设备的压力和液位控制系统，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的变功率运行下的水电解制氢设备的压力和液位控制系统，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的变功率运行下的水电解制氢设备的压力和液位控制系统，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的变功率运行下的水电解制氢设备的压力和液位控制系统，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的变功率运行下的水电解制氢设备的压力和液位控制系统，其特征在于，所述电磁阀的控制逻辑包括：

9.根据权利要求8所述的变功率运行下的水电解制氢设备的压力和液位控制系统，其特征在于，

10.根据权利要求9所述的变功率运行下的水电解制氢设备的压力和液位控制系统，其特征在于，

技术总结本发明实施例提供了一种变功率运行下的水电解制氢设备的压力和液位控制系统，包括：PLC控制装置，其用以控制水电解设备的制氢和纯化的工艺流程，包括压力和液位的PID控制逻辑；嵌入式控制装置，其用以分别采集氢侧液位传感器、氧侧液位传感器和系统压力传感器的信号，并读取所述PLC控制装置中的压力设定值，通过压力和液位控制算法，对压力和液位进行控制，以及在运行过程中积累用于优化控制参数的运行数据。其实现将可靠性低但可进行复杂算法运行的嵌入式控制装置，同可靠性高但实现不易复杂编程的PLC控制装置结合，可以稳定可靠地实现水电解制氢设备在新能源制氢的变工况模式下，压力、液位控制的快响应、低超调、高精度。技术研发人员：郭少波,张玉广,孙俊凯,李黎明,刘涛,任航星,杨金彭,朱佳受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七一八研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/4