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、

2、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PLQ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INTOUC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

3、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。3.自控参数见下表：(参考表)序号参数名称调节范围检测点联锁点设置上限报警下限报警1槽压(MPa)03.143.402氢管压力(MPa)02.943液位差(mm)20 +204氧液位(mm)400500350 4804503555水箱液位400800350 8506氢液位(mm)400500350 4804503557循环碱温C)65 758碱液循环量(L/h)4009004004009氧槽温(C)90959010氢槽温(C) 99.899.513供氢母管压力(MPa)0.

4、8 1.01.00.814漏氢量(%)0.2 1.01.215整流柜电压(V)62 7016整流柜电流(A)7404.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：变量名通道号（端子号）输入范围氧槽压力1（ 2-3）420mA氧液位2（

5、 4-5）420mA氢液位3（ 6-7）420mA碱流量4（ 8-9）420mA氢管压力5（ 12-13）420mA水箱液位6（ 14-15）420mA整流柜电压7（ 16-17）420mA整流柜电压8（ 18-19）420mA模块二:变量名通道号（端子号）输入范围氢槽温度1（ 2-3）420mA氧槽温度3（ 6-7）420mA循环碱温度4（ 8-9）420mA干燥吸附器A温度5（ 12-13）420mA干燥吸附器B温度6（ 14-15）420mA氢气分析仪7（ 16-17）420mA氢气湿度8（ 18-19）420mA模块三:变量名通道号（端子号）输入范围储罐间氢浓度11（ 2-3）420m

6、A储罐间氢浓度22（ 4-5）420mA电解间氢浓度13（ 6-7）420mA电解间氢浓度24（ 8-9）420mA储氢罐压力15（ 12-13）420mA储氢罐压力26（ 14-15）420mA储氢罐压力37（ 16-17）420mA模块四:变量名通道号（端子号）输入范围框2补情氢压力11（ 2-3）420mA框2补情氢压力22（ 4-5）420mA碱液箱液位3（ 6-7）420mA4.2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：变量名通道号（端子号）输入范围整流柜电流调节1（ 3-6）420mA氧

7、液位调节2（ 7-10）420mA氢液位调节3（ 11-14）420mA冷却水调节4（ 15-18）420mA4.3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： 模块一变量名通道号（端子号）整流柜故障1（2）氧槽压力越上限2（3）气源压力越下限3（4）冷却水入口两通阀阀位4（5）循环泵状态反馈5（ 6）送水泵状态反馈6（ 7）备用送水泵状态反馈7（ 8）框1两通阀位9（ 12）干燥器四通阀位10（ 13）干燥器三通阀位112（ 15）干燥器三通阀位213（ 16）干燥器三通阀位314（ 17）手动紧急开机15（ 18）手动紧急停机16（

8、 19）模块二变量名通道号（端子号）框2两通阀阀位11（2）框2两通阀阀位22（3）框2两通阀阀位33（4）框2两通阀阀位44（5）框2两通阀阀位55（6）框2两通阀阀位664.4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：模块一变量名通道号（端子号）循环泵自动控制1（ 2）送水泵自动控制2（ 3）整流柜开工控制3（ 4）声光报警4 (5)框1两通阀控制5 (6)干燥A再生控制6 (7)干燥B再生控制7 (8)干燥四通阀控制8 (9)储罐间风机控制9 (12)框3水箱电磁阀控制10 (13)干燥三通阀1#控制11 (14)干燥三通阀

9、2#控制12 (15)干燥三通阀3#控制13 (16)备用送水泵启停控制14 (17)电解间风机控制16 (19)模块二变量名通 道号（端子号）冷却水入口电磁阀控制1 (2)框2两通阀1控制2 (3)框2两通阀2控制3 (4)框2两通阀3控制4 (5)框2两通阀4控制5 (6)框2两通阀5控制6 (7)框2两通阀6控制7 (8)5.气源本装置所选用气动电磁阀需要压力为 0.50.7MPa,含油量小于 5mg/m3,露点比环境最低温度低10C,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

10、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100KVA，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槽压调节槽压调节系统结构原理如图1-1所示槽压调节系统原理图1-1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压力信号，经转换输出 420mA电信号，此测量信号经安全栅送给PLC, PLC将测量值与给定值进行比较和运算，输出 420mA电信号经输出安全栅隔离送给电气转换器，电

11、气转换器将 420mA电信转换成0.014.0MPa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550mm850mm的高度。从分离器取液位信号送给液位变送器，变 送器输出420mA信号经安全栅隔离送给PLC, PLC对氢，氧液位 进行比较，输出420mA电信号转换成0.014.0MPa的压力信号送 给

12、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 C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 20C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65C左右某一值上，就可以使氢，氧槽 温维持在85 C。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420 mA的电流信号，送至PLC, PLC

13、将 测量值与给定值进行比较和运算，输出 420mA信号送给电气转换 器，电气转换器将420mA信号转换成0.014.OMPa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 65C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 420mA 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

14、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 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。b、当氢气纯度99.8%时，槽压与氢管压力之差大于 其设定值且槽压达到 50C以上的设定值，整流柜正常运行，系统关 闭氢发生处理器两通阀

15、开始向贮氢罐充氢。2.2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。2.3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 420mA电流信号，

16、当水箱液位低于设定下限时停整流柜。2.4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。2.5干燥器三通阀控制： 1#、 2#、 3#三个两位三通阀的阀位由氢气干 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。2.6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、 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 1 和状态 2 两个位置，四通阀由状态 1到状态 2 应由状态 2 再返回状态 1时完成 1 个完整周期。吸附、再生、吹冷时间可以

17、根据实际情况相 应调整。2.7干燥器再生温度控制：当再生温度到达230C停止加热，由于惯性 温度继续上升，上升至240C左右温度下降，下降至230 C开始加热由 于惯性温度继续下降，下降至220C左右温度开始上升，上升至230C 停止加热，重复上述过程，直至达到再生时间。再生温度可根据需要 调节参数。2.8框架H两位两通阀（补氢）控制：框架H两位两通阀是向供氢母 管补氢的自动门，当供氢母管压力达到下限设定值（0.8 MPa ）时，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。3、 检测3.1氢槽温、氧槽温、循环碱温

18、、干燥 A、干燥B再生温度均采用 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 4-20mA 信号，以 模拟量信号输入给PLC，进行调节或控制，并通过上位机显示出来。3.2 总气源、冷却水、补氢、贮罐压力用就地压力表来测量。4、 信号报警及联锁信号报警和联锁系统有冷却水越下限；气源压力

19、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。5、紧急手动开/停机 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

20、.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：用户名密码操作权限管理员AdminAdmin画面查看，参数修改，退出监控系统工程师enginEn gi n画面查看，参数修改运行人员operaOpera画面查看系统启动时，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）。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

21、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

22、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、显示状态深兰色正常黄色越上限报警红色越上限联锁淡蓝色越下限报警紫色越下限联锁全为零仪表电源消失、没有通讯循环泵、送水泵：红色，运行；绿色，停止阀门：红色，得电；绿色，失电。图中兰色管道及前头表示氧气的流动方向； 橙色管道及前头表示 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、

23、 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

24、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：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个参数 3 0天的数值。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。自曲1于-新訂站1手新丨自功于动 飢调节阀車调节阀 冷却术阀M疑r51*Ti牴警用户退出打机n圭询躯控主流程图干燥流程棒图显示4.5实时曲线子画面点击主画面左侧的“实时曲线”按钮，可显示实时曲线子画面。用曲线实时显

25、示槽压、差压、氧槽温和氢气纯度四个参数 10分 钟内的变化情况。当PLC与上位机没有通讯时，没有曲线显示；正常工作时，曲线 下方显示实时参数数值。棒压实时抽柱4.003.002.00-1 00fl8:522007-1:4011-238:58:402007-1-239:03:402007-1 1-230.87MPA0,00R：5S4O 9:03:402007-11-23 2007-11 -23扛紀務两逝阀观阀住 氢发聆三通阀囚阀住 蚕規转上通旳吗闸住 氮发各2通闷犯闽炽 氢;2吋啦贰5Q阀仪mtn8:55:402007-11-239;03:402007-11-2346.9ft20.00-0.00

26、-20.00-3.36-40.00 & 53:40 2007-11-23差压虫时曲线40.00n0.75-0.50-0.25-TQ0.00-I 8:53:402007-11 -23泵晁轴歸峯退术妮*舫冋退水皋 埠嗤 批警 推譬 用户 進电 羽I术凤打机 fl 停4.6参数设置子画面点击主画面左侧的“参数设置”按钮，可显示参数设置子画面。参数设置子画面包括8个窗口：调节参数、联锁参数、报警参数、 干燥参数、PID参数、状态设定、打印设置、功能键定义窗口。可以 查看和修改各种参数及各种泵和阀门的运行方式。点击不同的窗口按钮，弹出各自的画面及参数，按钮上的文字以 红色显示。调节参数和联锁参数画面如下

27、:主流程图千燥流程棒图显示历屯曲蜒实吋阳线麝数设矍调节麝数摘压设定（氧幡湛兀它之料）0.80MPa槽压设定（宣楷遥乳花之后）L 1)0MPa氧槽湛设定（幵贰碉节阀）55. 0r氧険位下喂（开送水朿）450mm軌迪位上限1停送水泵）470wn茨箱液位下阻（开除盐水阀）100mm水箱液位上喂（停際盐水阀）200mm螯流柩电压上，喂72整流柜电流上艰714A梢压霾管压蔓优雜/排空）0. 20MPa氢气浓度设老0.20%死氢雄压力上限2. 50MPa补氫琳压力下眼L 10MPa补氢压力下F艮（开丸嶂补氢阀）化80MPei补氢压力上限（关大罐补氢阀）1,00h%整吭根故肄乳晞压力亟下陰抚刪疋力站上低冷却申人也阀.1甄就爵两逝阀观阀住 氢发聆三通阀囚阀住 蚕規转上通旳吗闸住 氮发各2通闷犯闽炽氢炭落吋啦戚5Q阀腔劭用退水甌整疵屯压整流电淀-I.自汕手御自动丨手新|自动|手动系統昭毎迢水乐水抑列逼忒集肓离+K-? 枢警用户退点 鋭调节阀 兀调节阀 冷却术凤 尹机 月 辞 斤 第月號 卡止 拮止 圭询 登录 监控筑画节阀飪调节阀P1X控制中压水範解制氢装置2007-11-23 9：04：斗 0主流程图千燥流程棒图显示历也曲綵实吋曲蝇麝M设赛联锁参数一、整淤柩联赖参數據压上很3. 20MP1联總九许我就仪上限亦 mm联議尢许氢浪位下阻5D0 mni联糙允许氧疲位上限650 mm聚钳此许