一种基于plc的燃料电池测试系统安全报警模块
技术领域
1.本发明涉及燃料电池测试系统领域，特别是质子交换膜燃料电池测试系统安全报警模块。
背景技术：2.燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，其中，质子交换膜燃料电池以其高效、洁净、环保等突出优点，成为了现在研究的重点和热点。燃料电池测试系统作为检测燃料电池性能的工具，测试系统的发展对于缩短燃料电池研发周期,提高质量和降低成本具有重要意义。
3.现有的燃料电池测试系统中，安全报警模块研究较少，安全问题依赖人工检测做出反应，不够自动化。此外，燃料电池的安全问题不只是氢气的泄露，还有电池温度异常、电磁阀失电故障、冷却风扇失电故障等。
4.综上所述，我们需要一种实现自动化控制的燃料电池测试系统安全报警模块，来克服现有的技术缺陷。
技术实现要素：5.本发明的目的在于提供一种基于plc的燃料电池测试系统安全报警模块，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.本发明解决其技术问题采用的技术方案是：其特征在于，所述的安全报警模块包括氢气泄露报警、温度异常报警、氢气电磁阀异常报警、氮气电磁阀异常报警、冷却风扇失电报警；还包括自动控制以及与上位机的信息交互，所述自动控制以及其与所述上位机的信息交互均通过plc实现。
7.本发明所述的氢气泄漏报警部分，在发现氢气泄漏时，首先切断燃料电池的负载，停止电池工作，然后切断进氢气的电磁阀，切断氢气循环泵，再打开进氮气的电磁阀，并且延迟0～2分钟再关闭电磁阀，接着打开扫气出口，并且延迟0～2分钟再关闭扫气装置，最后打开冷却风扇，工作2～3分钟后关闭冷却风扇。
8.本发明所述的温度异常报警部分，在发现燃料电池工作温度出现过高或过低时，首先切断燃料电池的负载，停止电池工作，然后切断进氢气的电磁阀，切断氢气循环泵，再打开进氮气的电磁阀，并且延迟0～2分钟再关闭电磁阀，接着打开扫气出口，并且延迟0～2分钟再关闭扫气装置，最后打开冷却风扇，工作2～3分钟后关闭冷却风扇。
9.本发明所述的氢气电磁阀异常报警部分，在发现电磁阀工作异常时，首先切断燃料电池的负载，停止电池工作，然后切断进氢气的电磁阀，切断氢气循环泵，最后打开冷却风扇，工作2～3分钟后关闭冷却风扇，通过上述步骤可以安全的停止燃料电池工作，然后就可以对发生异常报警的电磁阀进行检测和维修。
10.本发明所述的氮气电磁阀异常报警部分，在发现氮气泄露时，首先切断燃料电池的负载，停止电池工作，然后切断进氢气的电磁阀，切断氢气循环泵，打开扫气出口，延迟0
～2分钟再关闭扫气出口，最后打开冷却风扇，工作2～3分钟后关闭冷却风扇。
11.本发明所述的冷却风扇失电报警部分，在发现冷却风扇不工作时，首先切断燃料电池的负载，停止电池工作，然后切断进氢气的电磁阀，切断冷却风扇，再打开进氮气的电磁阀，并且延迟0～2分钟再关闭电磁阀，接着打开扫气出口，并且延迟0～2分钟再关闭扫气装置，最后延迟0～2分钟切断氢气循环泵。
12.本发明所述的自动控制以及与上位机的信息交互，通过plc实现，利用em231模拟量输入模块，结合上位机软件，实现多路数据的采集及保存，然后通过上位机所收集到的信号对系统进行监测和控制，并且发出对应的指令。
13.本发明提出的基于plc的燃料电池测试系统安全报警模块，结构简单紧凑，易于扩展，可靠性高等优点，解决了燃料电池在运行中可能会出现的安全问题。
附图说明：
14.图1为本发明的原理框图；
15.图2为本发明的plc主体电气连接图；
16.图3为本发明的交流接触器与各个部件连接图。
具体实施方式：
17.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，
18.本发明的主体原理如附图1所示：安全报警模块包括氢气泄露报警、温度异常报警、氢气电磁阀异常报警、氮气电磁阀异常报警、冷却风扇失电报警，这些报警模块都通过西门子plcs7-200来实现自动控制以及与上位机的信息交互。在燃料电池运行过程中，如果出现安全报警，则会执行以下对应的措施。
19.本发明所述的氢气泄漏报警部分，在发现氢气泄漏时，i0.1口会出现氢气报警，自动切断q0.3口的燃料电池负载，停止电池工作；然后切断q0.0口的进氢气电磁阀，可以通过i0.3口提供的进氢气电磁阀返回值来确定电磁阀是否工作；切断氢气循环泵，再打开进氮气的电磁阀，可以通过i0.7口提供的氮气电磁阀返回值来确定电磁阀是否工作，并且延迟2分钟再关闭电磁阀；接着闭合q0.1口会打开扫气出口，并且延迟2分钟再关闭扫气装置，在这2分钟内，可以通过i0.2口的扫气电磁阀返回值来确定电磁阀是否工作；最后闭合q0.2口就会打开冷却风扇，工作3分钟后关闭冷却风扇，在这3分钟内，可以通过i0.5口的风扇返回值来确定是否工作；通过上述步骤系统可以自动解除氢气泄漏造成的危害。
20.本发明所述的温度异常报警部分，在发现燃料电池工作温度出现过高或过低时，i0.0口会出现温度报警，系统自动切断q0.3口的燃料电池负载，停止电池工作；然后切断q0.0口的进氢气电磁阀，可以通过i0.3口提供的进氢气电磁阀返回值来确定电磁阀是否工作；切断氢气循环泵，再打开进氮气的电磁阀，可以通过i0.7口提供的氮气电磁阀返回值来确定电磁阀是否工作，并且延迟2分钟再关闭电磁阀；接着闭合q0.1口就会打开扫气出口，并且延迟2分钟再关闭扫气装置，在这2分钟内，可以通过i0.2口的扫气电磁阀返回值来确定电磁阀是否工作；最后闭合q0.2口就会打开冷却风扇，工作3分钟后关闭冷却风扇，在这3分钟内，可以通过i0.5口的风扇返回值来确定是否工作；通过上述步骤可以把燃料电池工作时残余的氢气排尽，然后把电池温度控制在安全范围内，保证燃料电池工作的安全。
21.本发明所述的氢气电磁阀异常报警部分，在发现电磁阀工作异常时，自动切断q0.3口的燃料电池负载，停止电池工作；然后切断q0.0口的进氢气电磁阀，可以通过i0.3口提供的进氢气电磁阀返回值来确定电磁阀是否工作；切断氢气循环泵，最后闭合q0.2口就会打开冷却风扇，工作3分钟后关闭冷却风扇，在这3分钟内，可以通过i0.5口的风扇返回值来确定是否工作；通过上述步骤可以安全的停止燃料电池工作，然后就可以对发生异常报警的电磁阀进行检测和维修。
22.本发明所述的氮气电磁阀异常报警部分，在发现氮气泄露时，自动切断q0.3口的燃料电池负载，停止电池工作；然后切断q0.0口的进氢气电磁阀，可以通过i0.3口提供的进氢气电磁阀返回值来确定电磁阀是否工作；切断氢气循环泵，接着闭合q0.1口就会打开扫气出口，并且延迟2分钟再关闭扫气装置，在这2分钟内，可以通过i0.2口的扫气电磁阀返回值来确定电磁阀是否工作；最后闭合q0.2口就会打开冷却风扇，工作3分钟后关闭冷却风扇，在这3分钟内，可以通过i0.5口的风扇返回值来确定是否工作；通过上述步骤可以避免氮气的泄露，并且安全的停止燃料电池工作，然后就可以对发生异常报警的电磁阀进行检测和维修。
23.本发明所述的冷却风扇失电报警部分，在发现冷却风扇不工作时，自动切断q0.3口的燃料电池负载，停止电池工作；然后切断q0.0口的进氢气电磁阀，可以通过i0.3口提供的进氢气电磁阀返回值来确定电磁阀是否工作；切断冷却风扇，再打开进氮气的电磁阀，可以通过i0.7口提供的氮气电磁阀返回值来确定电磁阀是否工作，并且延迟2分钟再关闭电磁阀；接着闭合q0.1口就会打开扫气出口，并且延迟2分钟再关闭扫气装置，在这2分钟内，可以通过i0.2口的扫气电磁阀返回值来确定电磁阀是否工作；最后延迟2分钟切断氢气循环泵；通过上述步骤可以安全的停止燃料电池工作，然后就可以对冷却风扇进行检测和维修。
24.本发明的主体电气连接图如附图2所示：plc的输入信号主要包括温度报警信号、氢气报警信号、急停信号、故障复位信号以及各个电磁阀的返回信号。返回信号主要用于确认电磁阀是否正常开启。而输出信号主要是控制各个阀门的开启、冷却风扇的启停。i0.0口为温度报警功能，i0.1口为氢气报警功能，i0.2口为扫气电磁阀返回功能，i0.3口为进氢气电磁阀返回功能，i0.4口为备用接口，i0.5口为风扇返回功能，i0.6口为负载返回功能，i0.7口为氮气电磁阀返回功能，i1.1口为急停按钮，i1.2口为故障复位按钮；q0.0口为进氢气电磁阀功能，q0.1口为扫气电磁阀功能，q0.2口为冷却风扇，q0.3口为电池负载，q0.4～0.6都为备用接口，q0.7口为正常指示灯，q1.0口为故障指示灯，q1.1口为报警电铃。
25.本发明的交流接触器与各个部件连接图如附图3所示：plc交流接触器与进氢气电磁阀、扫气电磁阀、冷却风扇、电池负载以及氮气电磁阀相连。kz1和kz2之间连着氢气报警开关，当出现氢气报警信号时，切断开关，停止进氢气电磁阀的工作；2ka继电器开关控制扫气电磁阀的工作；3ka继电器开关控制冷却风扇的工作；4ka继电器开关控制电池负载的工作；5ka电磁继电器开关控制氮气电磁阀的工作。
26.最后应当说明的是：以上所述仅是用以说明的技术方案而非对其限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的实施例，所述领域的技术人员应当理解，未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均涵盖在本发明的权利要求范围当中。
技术特征：1.一种基于plc的燃料电池测试系统安全报警模块，其特征在于，所述的安全报警模块包括氢气泄露报警、温度异常报警、氢气电磁阀异常报警、氮气电磁阀异常报警、冷却风扇失电报警；还包括自动控制以及与上位机的信息交互，所述自动控制以及其与所述上位机的信息交互均通过plc实现。2.根据权利要求1所述的基于plc的燃料电池测试系统安全报警模块，特征在于，所述的氢气泄漏报警部分，在发现氢气泄漏时，首先切断燃料电池的负载，停止电池工作，然后切断进氢气的电磁阀，切断氢气循环泵，再打开进氮气的电磁阀，并且延迟0～2分钟再关闭电磁阀，接着打开扫气出口，并且延迟0～2分钟再关闭扫气装置，最后打开冷却风扇，工作2～3分钟后关闭冷却风扇。3.根据权利要求1所述的基于plc的燃料电池测试系统安全报警模块，其特征在于，所述的温度异常报警部分，在发现燃料电池工作温度出现过高或过低时，首先切断燃料电池的负载，停止电池工作，然后切断进氢气的电磁阀，切断氢气循环泵，再打开进氮气的电磁阀，并且延迟0～2分钟再关闭电磁阀，接着打开扫气出口，并且延迟0～2分钟再关闭扫气装置，最后打开冷却风扇，工作2～3分钟后关闭冷却风扇。4.根据权利要求1所述的基于plc的燃料电池测试系统安全报警模块，其特征在于，所述的氢气电磁阀异常报警部分，在发现电磁阀工作异常时，首先切断燃料电池的负载，停止电池工作，然后切断进氢气的电磁阀，切断氢气循环泵，最后打开冷却风扇，工作2～3分钟后关闭冷却风扇。5.根据权利要求1所述的基于plc的燃料电池测试系统安全报警模块，其特征在于，所述的氮气电磁阀异常报警部分，在发现氮气泄露时，首先切断燃料电池的负载，停止电池工作，然后切断进氢气的电磁阀，切断氢气循环泵，打开扫气出口，延迟0～2分钟再关闭扫气出口，最后打开冷却风扇，工作2～3分钟后关闭冷却风扇。6.根据权利要求1所述的基于plc的燃料电池测试系统安全报警模块，其特征在于，所述的冷却风扇失电报警部分，在发现冷却风扇不工作时，首先切断燃料电池的负载，停止电池工作，然后切断进氢气的电磁阀，切断冷却风扇，再打开进氮气的电磁阀，并且延迟0～2分钟再关闭电磁阀，接着打开扫气出口，并且延迟0～2分钟再关闭扫气装置，最后延迟0～2分钟切断氢气循环泵。7.根据权利要求1所述的基于plc的燃料电池测试系统安全报警模块，其特征在于，利用em231模拟量输入模块，结合上位机软件，实现多路数据的采集及保存，然后通过上位机所收集到的信号对系统进行监测和控制，并且发出对应的指令。
技术总结本发明为一种基于PLC的燃料电池测试系统安全报警模块，所述的安全报警模块包括氢气泄露报警、温度异常报警、氢气电磁阀异常报警、氮气电磁阀异常报警、冷却风扇失电报警，这些报警模块都通过西门子PLCS7-200来实现自动控制以及与上位机的信息交互。本发明具有结构简单紧凑，易于扩展，可靠性高等优点，实现了在面对不同的安全问题时会有不同的反馈措施。不同的安全问题时会有不同的反馈措施。不同的安全问题时会有不同的反馈措施。
技术研发人员：夏玉珍 雷航伟 吴肖骏 胡桂林
受保护的技术使用者：浙江科技学院
技术研发日：2022.02.23
技术公布日：2022/7/5
