一种大型电解槽碱罐液位主动调节系统及方法

1.本发明涉及电解水制氢技术领域，尤其是涉及一种大型电解槽碱罐液位主动调节系统及方法。

背景技术：

2.在当前国家双碳计划背景下，为响应国家能源结构转型需要，氢能由于其热值和清洁性等优势在多种新能源中脱颖而出。电解水制氢是当前氢能产业的重要发展方向，通常是由koh作为电解质进行反应，借助直流电作用将水分解为氢气和氧气的电化学反应。碱性电解水制氢技术当前最为成熟，安全可靠、运行寿命长、经济性能好，是大规模制氢中最具潜力和成熟的技术之一。国外研究开发电解水制氢设备较成熟的国家由美国、德国、挪威、加拿大和日本等，包括美国的teledyne公司，挪威hydro公司等。国内自上世纪八十年代奠定电解水制氢的基础，设备发展经历了小型到大型、常压到加压、手动控制到plc全自动控制的发展历程，目前国内生产制造电解水制氢设备较好的公司有苏州竞立制氢设备公司、天津大陆制氢设备公司和邯郸电力设备厂等，可生产产氢量0.5-300m^3/h多种规格产品，满足市场各类需求。
3.测控技术被广泛应用于电子信息和工业生产，包括检测技术和控制技术。随着微电子技术和计算机技术的不断发展，现代测控技术在追求系统智能化的同时对精度、稳定性、可靠性等指标也在不断提高，电解水制氢设备也从最初的气动仪表逐渐发展到电动仪表控制阶段。从手动控制到半自动控制、再到逐渐采用计算机控制方式，通过大量使用智能仪表，对所有生产过程均可按照预定设计自动化完成，减少人员干预，极大提高装置运行安全性、可靠性，并降低经济成本。
4.电解质(koh)本身并不作为反应物被消耗，但在电解槽产氢的过程中碱液会随着气体运动而被带走，因而随着电化学反应的进行碱液罐内的液位存在波动，为保证电解过程的顺利进行，工厂需要保证碱液罐内液位处于一个具体的区间。如今的大型碱性电解系统使用的碱液罐通常是由液位传感器对碱液量进行检测，在发现液位异常后停机并对碱液进行补偿，耗时耗力且大幅影响制氢工作效率。

技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种大型电解槽碱罐液位主动调节系统及方法，实现了碱液罐液位的主动控制，提升了制氢系统的作业连贯性和效率。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.根据本发明的第一方面，提供了一种大型电解槽碱罐液位主动调节系统，该系统包括控制模块以及至少一个碱罐液位补偿模块；每个所述碱罐液位补偿模块包括碱液罐、碱液补偿罐、电磁阀、碱液泵以及液位传感器；
8.所述液位传感器设置于碱液罐中；所述碱液罐和碱液补偿罐通过串接的电磁阀和
碱液泵连通；所述控制模块分别与每个碱罐液位补偿模块中的电磁阀、碱液泵和液位传感器连接。
9.优选地，所述碱罐液位补偿模块的数量为2。
10.优选地，所述控制模块为plc。
11.优选地，所述液位传感器为磁性浮子液位计。
12.优选地，所述系统还设有用于显示碱液罐液位高度的显示模块；所述显示模块与所述控制模块连接。
13.优选地，所述系统还设有用于对碱液罐液位高度进行安全保护的报警模块。
14.优选地，所述系统还设有与控制模块通信连接的远程控制端。
15.根据本发明的第二方面，提供了一种用于上述大型电解槽碱罐液位主动调节系统的控制方法，该方法包括以下步骤：
16.步骤s1、电解制氢系统运行，碱液罐内的液位传感器将采集到的液位信号传递给控制模块；通过控制模块直接读取当前两个碱液罐的液位高度；
17.步骤s2、碱液罐和碱液补偿罐此时处于断联状态，电磁阀和碱液泵等待控制信号；
18.步骤s3、当依据设定需求需增高或降低碱液罐内的液位高度时，控制模块发送相应控制信号给电磁阀和碱液泵；
19.步骤s4、电磁阀和碱液泵在控制信号作用下开启，碱液由碱液补偿罐流入碱液罐或由碱液罐流入碱液补偿罐，所述碱液罐内液面高度上升或下降；当高度满足设定需求时，通过控制信号关闭电磁阀及碱液泵。
20.根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述的方法。
21.根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现任一项所述的方法。
22.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
23.1)本发明采用plc控制面板，利用小碱液补偿罐能够实现对大罐碱液量的补偿，自动调节液位至设定高度，避免手动调整液位，实现了碱液罐液位的主动控制，提升了制氢系统的作业连贯性和效率；
24.2)本发明采用液位传感器实时获取碱液罐的液位高度并通过显示模块实时显示液位数据，灵敏度和实时性更强；
25.3)本发明采用的磁性浮子液位计，确保了实时液位信号的有效性；
26.4)本发明采用报警模块利用内置程序控制使得液位始终处于安全范围内，对碱液罐的安全液位高度进行实时监测，安全性更高；
27.5)本发明设有的远程控制端，实现了对碱液罐液位的长距离远程控制，更为便捷，实时性更好；
28.6)本发明采用了包括液位传感器、电磁阀以及碱液泵等现代化电气仪表，提高了液位控制的精确度。
附图说明
29.图1为本发明的系统结构示意图；
30.图2为本发明的控制流程示意图；
31.其中，1-控制模块，2-碱液罐，3-碱液补偿罐，4-电磁阀，5-碱液泵，6-液位传感器。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
33.实施例
34.首先给出本发明的系统实施例，一种大型电解槽碱罐液位主动调节系统，该系统包括控制模块1以及两个碱罐液位补偿模块；图1为单个碱罐液位补偿模块的结构示意图，每个所述碱罐液位补偿模块包括碱液罐2、碱液补偿罐3、电磁阀4、碱液泵5以及液位传感器6；
35.所述液位传感器6设置于碱液罐2内；所述碱液罐2和碱液补偿罐3通过串接的电磁阀4和碱液泵5连通；所述控制模块1分别与每个碱罐液位补偿模块中的电磁阀4、碱液泵5和液位传感器6连接。
36.所述控制模块1为plc控制面板。
37.所述液位传感器6为磁性浮子液位计。
38.所述系统还设有用于显示碱液罐2液位高度的显示模块；所述显示模块与所述控制模块1连接。
39.所述系统还设有用于对碱液罐2液位高度进行安全保护的报警模块以及与控制模块1通信连接的远程控制端。
40.接下来，给出本发明的方法实施例，一种用于上述大型电解槽碱罐液位主动调节系统的控制方法，该方法包括以下步骤：
41.步骤s1、电解制氢系统运行，碱液罐2内的液位传感器6将采集到的液位信号传递给控制模块1；通过控制模块1直接读取当前两个碱液罐的液位高度；
42.步骤s2、碱液罐2和碱液补偿罐3此时处于断联状态，电磁阀和碱液泵等待控制信号；
43.步骤s3、当依据设定需求需增高或降低碱液罐1内的液位高度时，控制模块1发送相应控制信号给电磁阀4和碱液泵5；
44.步骤s4、电磁阀4和碱液泵5在控制信号作用下开启，碱液由碱液补偿罐3流入碱液罐2或由碱液罐2流入碱液补偿罐3，所述碱液罐2内液面高度上升或下降；当高度满足设定需求时，通过控制信号关闭电磁阀4及碱液泵5。
45.控制软件的具体控制流程如图2所示，包括：
46.101：plc实时对液位区间进行判断；若液位低于下限100mm，执行105，否则执行102；
47.102：plc对液位区间再次判断，若液位高于设定上限，执行110，否则执行103；
48.103：液位传感器6采集碱液罐的液位高度，并执行104；
49.104：液位传感器6将采集到的液位高度数据传输至plc，重复执行101；
50.105：plc控制面板向电磁阀4和碱液泵5发送电信号开启并正向运行，碱液流入碱液罐，执行106；
51.106：由碱液罐2中的液位传感器6再次发送信号给plc，并执行107；
52.107：plc对已经输入了液位区间进行判断，若液面高于设定上限100mm，执行108，否则执行109；
53.108：plc发送关闭信号给电磁阀4和碱液泵5，电磁阀4及碱液泵5关闭；
54.109：继续执行105；
55.110：plc控制面板向电磁阀4和碱液泵5发送电信号开启并反向运行，碱液流入小碱液补偿罐，执行111；
56.111：由碱液罐2中的液位传感器6再次发送信号给plc，并执行112；
57.112：plc对已经输入了液位区间进行判断，若液位低于设定标准液位150mm，执行113，否则执行109；
58.113：plc发送关闭信号给电磁阀4和碱液泵5，电磁阀4及碱液泵5关闭；
59.114：继续执行110。
60.本发明电子设备包括中央处理单元(cpu)，其可以根据存储在只读存储器(rom)中的计算机程序指令或者从存储单元加载到随机访问存储器(ram)中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在ram中，还可以存储设备操作所需的各种程序和数据。cpu、rom以及ram通过总线彼此相连。输入/输出(i/o)接口也连接至总线。
61.设备中的多个部件连接至i/o接口，包括：输入单元，例如键盘、鼠标等；输出单元，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元，例如磁盘、光盘等；以及通信单元，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元允许设备通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
62.处理单元执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法s1～s4。例如，在一些实施例中，方法s1～s4可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom和/或通信单元而被载入和/或安装到设备上。当计算机程序加载到ram并由cpu执行时，可以执行上文描述的方法s1～s4的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，cpu可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法s1～s4。
63.本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)等等。
64.用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
65.在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可
读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
66.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种大型电解槽碱罐液位主动调节系统，其特征在于，该系统包括控制模块(1)以及至少一个碱罐液位补偿模块；每个所述碱罐液位补偿模块包括碱液罐(2)、碱液补偿罐(3)、电磁阀(4)、碱液泵(5)以及液位传感器(6)；所述液位传感器(6)设置于碱液罐(2)中；所述碱液罐(2)和碱液补偿罐(3)通过串接的电磁阀(4)和碱液泵(5)连通；所述控制模块(1)分别与每个碱罐液位补偿模块中的电磁阀(4)、碱液泵(5)和液位传感器(6)连接。2.根据权利要求1所述的一种大型电解槽碱罐液位主动调节系统，其特征在于，所述碱罐液位补偿模块的数量为2。3.根据权利要求1所述的一种大型电解槽碱罐液位主动调节系统，其特征在于，所述控制模块(1)为plc。4.根据权利要求1所述的一种大型电解槽碱罐液位主动调节系统，其特征在于，所述液位传感器(6)为磁性浮子液位计。5.根据权利要求1所述的一种大型电解槽碱罐液位主动调节系统，其特征在于，所述系统还设有用于显示碱液罐(2)液位高度的显示模块；所述显示模块与所述控制模块(1)连接。6.根据权利要求1所述的一种大型电解槽碱罐液位主动调节系统，其特征在于，所述系统还设有用于对碱液罐(2)液位高度进行安全保护的报警模块。7.根据权利要求1所述的一种大型电解槽碱罐液位主动调节系统，其特征在于，所述系统还设有与控制模块(1)通信连接的远程控制端。8.一种用于权利要求1所述的大型电解槽碱罐液位主动调节系统的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤s1、电解制氢系统运行，碱液罐(2)内的液位传感器(6)将采集到的液位信号传递给控制模块(1)；通过控制模块(1)直接读取当前两个碱液罐的液位高度；步骤s2、碱液罐(2)和碱液补偿罐(3)此时处于断联状态，电磁阀和碱液泵等待控制信号；步骤s3、当依据设定需求需增高或降低碱液罐(1)内的液位高度时，控制模块(1)发送相应控制信号给电磁阀(4)和碱液泵(5)；步骤s4、电磁阀(4)和碱液泵(5)在控制信号作用下开启，碱液由碱液补偿罐(3)流入碱液罐(2)或由碱液罐(2)流入碱液补偿罐(3)，所述碱液罐(2)内液面高度上升或下降；当高度满足设定需求时，通过控制信号关闭电磁阀(4)及碱液泵(5)。9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求8所述的方法。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求8所述的方法。

技术总结

本发明涉及一种大型电解槽碱罐液位主动调节系统及方法，该系统包括控制模块以及至少一个碱罐液位补偿模块；每个所述碱罐液位补偿模块包括碱液罐、碱液补偿罐、电磁阀、碱液泵以及液位传感器；所述液位传感器设置于碱液罐中；所述碱液罐和碱液补偿罐通过串接的电磁阀和碱液泵连通；所述控制模块分别与每个碱罐液位补偿模块中的电磁阀、碱液泵和液位传感器连接。与现有技术相比，本发明实现了碱液罐液位的主动控制，提升了制氢系统的作业连贯性和效率。率。率。