制氢监控系统说明书分析

一、概述

1．自控设计原则

本装置自动设计原则是根据工艺的操作条件设置检测，调节，报警，联锁及电气控制系统以保证制氢装置可靠，安全，高质量地运行，制氢装置的产品是氢气和氧气，操作压力是3.14MPa。氢气是一种易燃易爆的气体，油类物质在高压纯氧里会自燃，制氢装置的电解液是腐蚀性较强的碱溶液，根据这些特点自控设计选用了具有防腐，防爆性能的仪表，对不具备防爆性能的仪表和电气设备都安装在现场相隔离的控制室内，对不具备防腐性能的仪表采用隔离措施，对与氧气相接触的仪表采取禁油措施，操作人员在控制室里就能方便地进行开、停车，监视制氢装置，了解运行机制、联锁点设置。

2．自控系统的构成

2.1下位机

下位机采用可编程序控制器（PLC）控制制氢设备。PLC选用SIEMENS公司生产的S7-400系列硬冗余PLC，系统主要的调节、控制、联锁保护功能均由它完成，因而保证了系统的高可靠性。

2.2上位机

上位机监控下位机的运行。上位机操作系统采用Windows2000中文版，监控软件采用INTOUCH软件。监控系统软件部分主要是上位机的人机交互界面，通过各个不同的画面，可使运行人员直观的监视各类系统参数，手动干预各调节参数和控制参数。

2.3通讯

下位机与就地监控上位机之间是通过2块西门子专用的CP1613网卡进行通讯的。

本说明书只对人机交互界面的使用进行说明，关于PLC、微机、网卡等硬件方面的使用请参考相关硬件使用说明书，自控系统原理图

见说明书最后一页附图。

4．自控系统硬件构成（请以具体的实物为准）

PLC是制氢装置自控系统的核心硬件、PLC除了包括电源、CPU 之外还包括模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块以及模板所需的外部提供24V直流仪表电源。

4.1 模拟量输入模块

模拟量输入模块采用8通道331-7KF02-0AB0模块4块，光电隔

离，4个模块输入均为电流信号。

4.1.1 331-7KF02-0AB0模块与外部连接信号见下表：模块一：

模块二：

模块三：

模块四：

4.2 模拟量输出模块

模拟量输出模块采用8通道332-5HF00-0AB0模块，光电隔离，模块输出均为电流信号。它与外部被调节信号连接见下表：

4.3 数字量输入模块

数字量输入模块采用2块16通道321-1BH02-0AA0模块，它与外部连接信号见下表：

模块一

4.4 数字量输出模块

数字量输出模块采用2块16通道322-1BH01-0AA0输出模块，它与外部连接信号见下表：

模块一

模块二

5．气源

本装置所选用气动电磁阀需要压力为0.5～0.7MPa，含油量小于5mg/m3，露点比环境最低温度低10℃，流量为4Nm3/h纯净的压缩空气。气源由压缩空气站提供净化过的压缩空气，由控制柜内气源分配板直接送给两位两通阀，两位三通阀和两位四通阀；供电气转换器所

用的压缩空气需经过空气过滤减压器减压至0.14MPa后方可使用，电接点压力表指示总气源压力，气源压力低于下限时报警、联锁停整流柜。

6．电源

制氢站采用三相四线制供电方式；交流电压380V和220V，50Hz，功率100KV A，要求制氢站进线电源为两路，一路工作，一路备用。

二、自控内容

1．调节系统

1.1 槽压调节

PLC，PLC将测量值与给定值进行比较和运算，输出4～20mA电信

号经输出安全栅隔离送给电气转换器，电气转换器将4～20mA电信转换成0.01～4.0MPa的压力信号送给氧侧调节阀，调节阀根据气压信号的大小调整开度，从而调整氧气的压力，使氧分离器的压力维持在设定压力下运行，氧分离器压力就是槽压。氧槽压力的数值同时在氢发生处理器上的压力表和上位机上指示出来。

1.2 液位调节

液位调节系统结构原理图如图1-2所示。

液位调节系统结构原理图1-2

设置液位调节的目的是控制氢、氧分离器的液位，使液位维持在

550mm～850mm的高度。从分离器取液位信号送给液位变送器，变送器输出4～20mA信号经安全栅隔离送给PLC，PLC对氢，氧液位进行比较，输出4～20mA电信号转换成0.01～4.0MPa的压力信号送给调节阀，调节阀根据气压信号的大小调整开度，使氢、氧分离器的液位维持在设定液位范围。如果氢液位高于氧液位关闭氢侧调节阀；氢液位低于氧液位打开氢侧调节阀。

1.3 温度调节

温度调节系统结构原理图如图1-3所示。

设置槽温系统的目的是控制氢、氧槽温，使槽温维持在85℃左右，氢、氧槽温都是从电解槽里流出来的含气体的碱液温度。循环泵出口碱液温与氢，氧槽温存在20℃左右的一个固定差值，因此只要把电解槽进口碱液温度控制在65℃左右某一值上，就可以使氢，氧槽温维持在85℃。

工作原理：在碱液循环泵出口取得碱液温度信号，由一体化温度变送器将温度信号转换成4～20 mA的电流信号，送至PLC，PLC将测量值与给定值进行比较和运算，输出4～20mA信号送给电气转换器，电气转换器将4～20mA信号转换成0.01～4.0MPa的压力信号送给冷却水调节阀。调节阀根据气压信号的大小调整调节阀的开度，从而调整冷却水的流量使进电解槽的碱液温度维持在65℃左右某一值上，同时上位机显示碱液的温度。

1.4 整流柜电流调整

PLC根据系统的工艺控制条件输出4～20mA电流信号控制整流柜电流。整流柜电流调整分两个阶段，第一阶段整流柜电流在第一次达到额定电流值之前，为使系统尽快正常运行整流柜工作在稳压状态；当整流柜达到过额定电流之后整流柜工作在稳流状态，整流柜升流条件如下：

槽压小于槽压报警上限；氢槽温小于报警上限；氧槽温小于报警上限；氢液位小于报警上限；氧液位小于报警上限；氧液位大于报警下限；氢液位大于报警下限；碱液流量大于开关下限报警；水箱液位大于报警下限。

2．控制系统

2.1 框1两通阀(贮、排氢)控制：a、系统运行时下列条件中任意一条件出现，如：整流柜故障、气源压力越下限、槽压越上限、氧槽温越上限、氢槽温越上限、碱流量下限开关闭合、系统压力达到设定值时