制氢监控系统说明书分析.docx
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制氢监控系统说明书分析
一、概述
．自控设计原则1
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。
氢气3.14MPa
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。
．自控系统的构成2下位机2.1下位机采用可编程序控制器（）控制制氢设备。
PLC选用PLC
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。
上位机2.2
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。
通讯2.3
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、
1．
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。
．自控参数见下表（参考表）:
3
下限报警上限报警检测点联锁点设置序参数名称调节范围
号
3.40—3.14槽压1（MPa）0
2.940氢管压力（MPa）2—+22液位（mm
354535氧液（mm484050
水箱液8535400~80
3545氢液（mm40503548
76循环碱
40碱液循环（L/h409040
999氧槽
91氢槽99
0.0.（MPa0.气源压0.1
氢气纯99.199.
供氢母管压11.1.0.0.
MPa
1.0.11.漏氢（%
716整流柜电（V
741整流柜电（A
．自控系统硬件构成（请以具体的实物为准）4除了包括电源、是制氢装置自控系统的核心硬件、CPUPLCPLC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、
直流仪表电源。
数字量输出模块以及模板所需的外部提供24V
2．
模拟量输入模块4.1模拟量输入模块采用通道模块块，光电4331-7KF02-0AB08
隔离，个模块输入均为电流信号。
4
模块与外部连接信号见下表：
331-7KF02-0AB04.1.1
模块一：
变量名通
号（端子号）道
输入范围
氧槽压力
）1（2-3
20mA—4
氧液位
（4-5）2
20mA—4
氢液位
）3（6-7
20mA—4
碱流量氢管压力
4（8-9））（512-13
20mA—420mA—4
水箱液位
14-15）6（
20mA—4
整流柜电压
）（16-177
20mA—4
整流柜电压
8（18-19）
20mA—4
模块二：
氢槽温度
通变量名
号（端子号）道）1（2-3
输入范围20mA4—
氧槽温度
6-7）3（
20mA4—
循环碱温度
4（8-9）
20mA4—
干燥吸附器
温度A
5（12-13）
20mA4—
干燥吸附器
温度B
6（14-15）
20mA—4
氢气分析仪
）16-177（
20mA—4
氢气湿度
18-198（）
20mA—4
模块三：
通变量名
号（端子号）道
输入范围
储罐间氢浓度
1
（12-3）
20mA—4
3．
2储罐间氢浓度
2（4-5）
20mA4—
电解间氢浓度1
）3（6-7
20mA4—
电解间氢浓度2
4（8-9）
20mA4—
储氢罐压力1
）（512-13
20mA4—
2储氢罐压力
6（14-15）
20mA4—
储氢罐压力3
）7（16-17
20mA—4
模块四：
变量名
道号（端子号）通
输入范围
框2补情氢压力1
1（2-3）
20mA4—
20mA补情氢压力框224—2（4-5）
碱液箱液位
）3（6-7
20mA4—
模拟量输出模块4.2模块，光电隔离，模拟量输出模块采用通道8332-5HF00-0AB0
模块输出均为电流信号。
它与外部被调节信号连接见下表：
变量名
号（端子号）道通
整流柜电流调节
1（3-6）
氧液位调节
7-102（）
氢液位调节
）3（11-14
冷却水调节
）4（15-18
输入范
20m
20m
20m
20m—
数字量输入模块4.3模块，它块通道数字量输入模块采用2321-1BH02-0AA016
与外部连接信号见下表：
模块一
变量名
道通
号（端子号）
整流柜故障
）12（
氧槽压力越上限
）3（2
4．
气源压力越下限
）43（
冷却水入口两通阀阀位
）（54
循环泵状态反馈
）5（6
送水泵状态反馈）76（
备用送水泵状态反馈
）87（
两通阀位框1
）129（
干燥器四通阀位
10（13
1干燥器三通阀位
15（12
2干燥器三通阀位
（1613
17314（干燥器三通阀位
手动紧急开机15（18手动紧急停机16（19
模块二
名变量
道通
号（端子号）
两通阀阀位12框
）1（2
框2两通阀阀位2
）2（3
2两通阀阀位3框
）43（
框4两通阀阀位2
）4（5
）（55两通阀阀位2框6
两通阀阀位26框
）6（7
数字量输出模块4.4输出模块，通道数字量输出模块采用块216322-1BH01-0AA0
它与外部连接信号见下表：
模块一
量变名
通道号（端子号）
循环泵自动控制1
（2）
5．
送水泵自动控制
整流柜开工控制
声光报警
两通阀控制框1
A再生控制干燥
B再生控制干燥
干燥四通阀控制
储罐间风机控制
3框水箱电磁阀控制
干燥三通阀1#控制
控制干燥三通阀2#
3#干燥三通阀控制
备用送水泵启停控制
电解间风机控制
2
（
1
11
11
11
11
11
11
模块二
名变量
冷却水入口电磁阀控制
框2两通阀1控制
两通阀2控制2框
控制两通阀2框3
控制42框两通阀
控制5两通阀2框
控制6两通阀2框
号（端子号
（
．气源5，含油量小于～本装置所选用气动电磁阀需要压力为0.7MPa0.5
纯净的压缩，露点比环境最低温度低℃，流量为33/h5mg/m104Nm
6．
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后方可0.14MPa
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。
．电源6制氢站采用三相四线制供电方式；交流电压和380V
，，功率，要求制氢站进线电源为两路，一路工A100KV220V50Hz
作，一路备用。
二、自控内容
．调节系统1槽压调节1.1槽压调节系统结构原理如图所示。
1-1
氧侧调节阀
电气转换器输出安全栅
压力变送器输入安全栅可编程控制器
槽压调节系统原理图
1-1
7．
槽压调节系统工作原理：
压力变送器由氧分离器上部空间取得
电信号，此测量信号经安全栅送给～压力信号，经转换输出20mA4
，将测量值与给定值进行比较和运算，输出～电信4PLC20mAPLC号经输出安全栅隔离送给电气转换器，电气转换器将～电信20mA4
转换成～的压力信号送给氧侧调节阀，调节阀根据气压4.0MPa0.01
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。
液位调节1.2液位调节系统结构原理图如图所示。
1-2
调节阀
输入安全栅差压变送器P输出氢分离器L安全栅C调节阀
差压变送器
工艺控制柜
氧分离器
8．
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
的高度。
从分离器取液位信号送给液位变送器，～在550mm850mm
变送器输出～信号经安全栅隔离送给，对氢，氧4PLC20mAPLC
液位进行比较，输出～电信号转换成～的压力0.0120mA4.0MPa4
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。
温度调节1.3温度调节系统结构原理图如图所示。
1-3
氢气出口
氧气出口
氧分离器氢分离器
电解槽
9．
输出安电气转一体化PLC换器全栅温度变
送器温度调节系统结构原理图1-3
设置槽温系统的目的是控制氢、氧槽温，使槽温维持在℃左85
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℃左右的一个固定差值，因此只20
要把电解槽进口碱液温度控制在℃左右某一值上，就可以使氢，65
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～的电流信号，送至4mA20
，将测量值与给定值进行比较和运算，输出～信号4PLC20mAPLC送给电气转换器，电气转换器将～信号转换成～4.0MPa20mA0.014
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
℃左右某一值上，同时上位机显示碱液的温度。
65整流柜电流调整1.4根据系统的工艺控制条件输出～电流信号控制整流420mAPLC
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。
．控制系统2
10．
框两通阀贮、排氢控制：
、系统运行时下列条件中任意一a（）2.11
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
定值时氢、氧液位越上下限，则氢发生处理器两通阀打开，氢气排
空，保证系统安全运行。
、当氢气纯度≥时，槽压与氢管压99.8%b
力之差大于其设定值且槽压达到℃以上的设定值，整流柜正常运50
行，系统关闭氢发生处理器两通阀开始向贮氢罐充氢。
送水控制：
补水控制的操纵量为送水泵的开或停，参考量是氧2.2
液位。
送水泵的控制分自动和手动两种，自动和手动实现通过转换
开关。
自动控制：
当氧液位低于补水设定值时打开送水泵进行补水，
当氧液位高于补水上限时关闭送水泵，手动控制根据实际液位当液
位低时，手操按钮打开送水泵，当液位高时，手操按钮关闭送水泵，
整流柜发生联锁故障时，停掉整流柜同时自动停掉送水泵，否则液
位过高下次开机速度减慢。
原料水控制：
电解所需的除盐水来自水箱，水箱入口安装一个2.3
电磁阀，当水箱液位低于下限时自动打开进水电磁阀，当水箱液位
高于上限时关闭进水电磁阀。
同时，水箱输出～电流信号，420mA
当水箱液位低于设定下限时停整流柜。
循环泵控制：
循环泵的控制分自动和手动两种控制方式，自动2.4
和手动通过转换开关实现。
在自动状态下，微机开机时自动开循环
泵。
手动状态下，通过按钮控制循环泵的启停。
干燥器三通阀控制：
、、三个两位三通阀的阀位由氢气干3#2.51#2#
燥装置工艺流程决定，详见第一册使用说明书中氢气干燥装置工艺
流程附表。
干燥器四通阀控制：
两位四通阀的阀位由干燥器的吸附、再生、2.6
吹冷时间控制，三者时间之和为阀位切换时间。
两位四通阀有状态
11．
和状态两个位置，四通阀由状态到状态应由状态再返回22121状态时完成个完整周期。
吸附、再生、吹冷时间可以根据实际11
情况相应调整。
干燥器再生温度控制：
当再生温度到达℃停止加热，由于惯2302.7性温度继续上升，上升至℃左右温度下降，下降至℃开始加230240
热由于惯性温度继续下降，下降至℃左右温度开始上升，上升至220
℃停止加热，重复上述过程，直至达到再生时间。
再生温度可根230
据需要调节参数。
框架Ⅱ两位两通阀（补氢）控制：
框架Ⅱ两位两通阀是向供氢2.8母管补氢的自动门，当供氢母管压力达到下限设定值（）时，0.8MPa
自动打开两通阀往发电机补氢，当压力达到上限设定值（）1.0MPa
时，自动关闭两通阀，使供氢母管的压力维持在规定的压力范围。
、检测3氢槽温、氧槽温、循环碱温、干燥、干燥再生温度均采用AB3.1
一体化温度变送器作为传感器；氢液位、氧液位由电容式差压变送
器作为传感器；槽压、氢管压由压力变送器作为传感器；碱流量由
金属管浮子流量计作为传感器；氢气湿度由湿度分析仪探头作为传
感器；水箱液位由磁翻转液位计作为传感器；漏氢量由氢气测报仪
探头作为传感器；整流电压、电流由整流柜单片机输出；氢、氧气
纯度由氢、氧分析仪气路箱作为传感器，以上信号均为标准的4-
信号，以模拟量信号输入给，进行调节或控制，并通过PLC20mA
上位机显示出来。
总气源、冷却水、补氢、贮罐压力用就地压力表来测量。
3.2、信号报警及联锁4
信号报警和联锁系统有冷却水越下限；气源压力越下限；槽压越
上限；氧槽温越上限、氢槽温越上限；碱液循环开关量；槽压达到
12．
设定值氢、氧液位越上、下限；水箱液位越下下限，当参数越限时
微机发出报警信号由蜂鸣器报警，同时完成联锁功能，停整流柜使
系统自动卸压。
报警信号：
水箱液位越上、下限；氢、氧气纯度越
上限；整流柜自身故障报警。
、紧急手动开停机/5
当发生紧急情况时，用紧急手动开机和手动停机按钮。
三、系统软件操作介绍
1．软件狗的安装
切断计算机电源，将软件狗插于计算机并行口LPT1上，拧紧螺
丝。
2．启动
确认软件狗已经安装后，打开计算机电源,启动Windows
2000，上位机软件手动启动，直接进入监控系统主画面并显示设备
主流程图。
3．系统安全管理
为了保证系统的安全运行，设置了三个用户级别：
管理员、工程
师、运行人员，他们各自的用户名、密码及操作权限如下：
操作权限用户名密码
画面查看，参数修改，退出监控系统管理员AdminAdmin
画面查看，参数修改工程师enginEngin
画面查看opera运行人员Opera
系统启动时，自动以运行人员的身份登录。
若要修改参数，则
须登录为管理者或工程师；若要退出监控系统，则需登录为管理者。
登录方法为：
点击“用户登录”操作按钮（见下）。
13．
4．监控系统软件画面简介
监控系统主画面上方显示系统名称及当前时间和日期，左侧为
6个子画面切换按钮，下方为阀门、泵的控制按钮及其他操作按钮，
右侧为报警及阀位反馈指示灯，整流电压、电流表。
有报警输入或
阀得电时指示灯变成红色，正常工作或干燥器线圈不通电时指示灯
为绿色。
监控系统画面共有6个子画面：
主流程图、干燥流程、棒图显
示、历史曲线、实时曲线、参数设置画面，点击窗口左侧的相应按
钮可以切换显示各个子画面，按钮文字的颜色相应变成红色，指示
当前子画面的名称。
阀门及泵控制按钮上的文字表示当前的工作状态。
只有在阀门
及泵设置为手动操作时（在参数设置/运行方式设置里设置），按钮
才会响应点击操作。
4.1制氢流程子画面
点击主画面左侧“主流程图”按钮，画面将切换到制氢流程子
画面，该画面反映了电解制氢的工艺流程，能够实时显示系统各运
行参数，运行参数状态的变化以颜色来区分，详述如下：
（主流程图见下页）
模拟量参数：
颜色、显状
正常深兰色
越上限报警黄色
越上限联锁红色
越下限报警淡蓝色
越下限联锁紫色
仪表电源消失、没有通讯全为零
14．
循环泵、送水泵：
红色，运行；绿色，停止。
阀门：
红色，得电；绿色，失电。
图中兰色管道及箭头表示氧气的流动方向；橙色管道及箭头表
示氢气的流动方向；黑色管道及箭头表示冷却水的流动方向；灰色
管道及箭头表示循环碱液的流动方向。
4.2干燥器流程子画面
点击主画面左侧“干燥流程”按钮将显示干燥器工作流程图。
当达到充罐条件且干燥器允许工作时，氢气进入干燥器，开始干燥
流程。
干燥器流程包括6个阶段：
干燥器A吸附、B待用；干燥器
A再生、B吸附；干燥器A吹冷，B吸附；干燥器B吸附、A待用；
干燥器B再生、A吸附；干燥器B吹冷、A吸附。
模拟量干燥A温、
干燥B温小于设定值时，以深兰色显示；大于设定值时，以红色显
示；信号断线或PLC与上位机没有通讯时，显示零。
加热线圈通电
15．
时，变为红色；不通电时，以深蓝色显示。
干燥过程之间的切换通
过定时器来控制。
正在进行的过程时间以红色显示，其它时间以黑
色显示；PLC与上位机没有通讯时，均显示零。
“干燥流程”子画面如下：
4.3棒图显示子画面
点击主画面左侧的“棒图显示”按钮，可显示棒图显示子画面。
以棒图直观的显示系统运行参数。
在各棒图上方有各模拟量数值显
示，颜色的变化对应着参数状态的变化，参数在正常范围内时，以
黄色显示，其他颜色与状态的对应关系与流程图相同。
滑块的位置
根据模拟量的大小上下实时移动，指示当前值与最大值的百分比关
系。
棒图子画面如下：
16．
4.4历史曲线子画面
点击主画面左侧的“历史曲线”按钮，可显示历史曲线子画面。
历史曲线能显示槽压、氢氧液位差、氧槽温和氢气纯度４个参
天的数值。
0数３
点击Ｘ轴（时间轴）的前进、后退按钮可滚动Ｘ轴或跳到Ｘ轴
最前和最后。
17．
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