制氢监控系统说明书分析.docx

1、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。

2、 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。

3、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 3.403.14槽压1(MPa)0 2.940氢管压力(MPa)2 +22液位(mm 354535 氧液(mm484050水箱液8535 400803545氢液(mm405035 4876循环碱40碱液循环(L/h409040999氧槽91氢槽990.0.(MPa0.气源压0.1氢气纯99.199.供氢母管压11.1.0.0.MPa1.0.11.漏氢(%716

4、整流柜电(V741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、CPUPLC PLC 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 4 331-7KF02-0AB0 8 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 20mA4 氧液位 （4-5）2 20mA4 氢液位 ）3（6-

5、7 20mA4 碱流量氢管压力 4（8-9）（512-13 20mA420mA4 水箱液位 14-15）6（ 20mA4 整流柜电压 ）（16-177 20mA4 整流柜电压 8（18-19） 20mA4 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） 20mA4 氢气分析仪 ）16-177（ 20mA4 氢气湿度 18-198（） 20mA4 模块三： 通变量名 号（端子号）道 输入范围 储罐间氢浓度 1

6、 （12-3） 20mA4 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 20mA4 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 2 242（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 8 332-5HF00-0AB0 模块输出均为电流信号。它与

7、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 2 321-1BH02-0AA0 16 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

8、（131干燥器三通阀位 15（12 2干燥器三通阀位 （161317 314（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2 6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 2 16322-1BH01-0AA0 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

9、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0.7MPa 0.5 纯净的压缩，露点比环境最低温度低，流量为33 /h5mg/m10 4Nm 6 空气。气

10、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A100KV220V 50Hz 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

11、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 20mA 4 ，将测量值与给定值进行比较和运算，输出电信 4PLC 20mAPLC 号经输出安全栅隔离送给电气转换器，电气转换器将电信 20mA 4 转换成的压力信号送给氧侧调节阀，调节阀根据气压 4.0MPa 0.01 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

12、 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 4PLC20mA PLC 液位进行比较，输出电信号转换成的压力 0.0120mA 4.0MPa4 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

13、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 4PLC 20mA PLC 送给电气转换器，电气转换器将信号转换成4.0MPa

14、 20mA 0.01 4 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；

15、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()2.1 1 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

16、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

17、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#2.5 1#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 2 21 2 1 状态时完成个完整周期。吸附、再生、吹冷时间可以根据实际 1 1 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230 2.7 性温度继续上升，上升

18、至左右温度下降，下降至开始加230 240 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。 框架两位两通阀（补氢）控制：框架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 AB 3.1 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

19、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

20、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、

21、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

22、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

23、、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

24、 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、氧槽温和氢气纯度个参 天的数值。0 数 点击轴（时间轴）的前进、后退按钮可滚动轴或跳到轴 最前和最后。 17