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　　平安系统次要包罗视频模块和氢平安监测模块，用于对坐内系统环节进行及时，此中视频系统具有视频的存储和回放功能，可用于工艺系统的形态阐发和确认，防爆摄像头6 台，用于察看液氢存储设备、液氢泵增压设备、高压存储设备、排放设备及加氢设备等工做形态，现场平安不变工做。氢平安监测模块次要包罗氢浓度传感器、火焰探测器，浓度传感器输出信号为4~20mA 电流信号，系统接入从控系统采集卡，由从控系统进行响应的浓度显示，浓度跨越1%进行浓度报警，浓度超多4% 则进行平安连锁功能，火焰探测器为红外探测传感器输出信号为开关量，当现场有火焰或高温非常形态时，输出报警信号进行响应的平安连锁功能。

　　DCS 节制器按照PID 节制算法将给定的设定值和传感器反馈的值比校，操纵其误差值来节制阀门开关，若是设定值和反馈值分歧，则节制器将生成零点误差。若是设定值和反馈值不分歧，则节制器将生成误差值δ，并发送输出至节制器以批改误差。当压差较大或较小时，间接打开电磁阀或进气电磁阀，来缩小调理时间；当压差小于某一值后，采用PID 节制算法，以使系统快速达到方针要求，该模式节制精度高、响应速度快，可实现远距离节制功能。

　　此中消息办理系统次要用于液态加氢坐现场工艺设备形态、数据参数存储和数据阐发等，工艺设备形态参数通过光纤收集从坐控系统传输到数据办事器，数据办事器用于实现数据及时记实和及时存储功能；坐控系统的工程师坐用于实现加氢操做员的节制指令和领受设备形态指令，实现加氢系统节制功能；坐控PLC 节制系统用于施行加氢操做员指令，实现加氢系统响应功能；高压存储系统用于供给加氢系统所需要的氢气气源，通过PLC 节制系统液氢泵增压节制，满脚氢燃料电池汽车所需的气源；增压汽化输送系统用于实现氢气系统的增压，通过PLC 节制系统实现液氢泵快速系统增压，向储氢气瓶充气；加氢机系统次要通过冗余光纤收集实现加氢节制系统对加氢机设备供气压力、按照工艺系统需求设想响应功能，该系统采用分布式节制手艺，实现远距离、高精度对加氢设备的节制。

　　节制系统选择供气模式包罗从动供气和手动供气两种模式，若选择从动供气模式读取已设定好的打算表，生成节制指令，施行从动供能；若选择手动供气模式时，按照加气系统供应范畴，操做人员正在参数界面输入供气系统压力值、流量值，生成节制指令，工艺系统顺次施行增压汽化系统、高压存储系统、加氢供气系统等，加氢供气系统起头加氢，各设备形态数据被上传到工程师坐及时显示数据形态和存储数据。系统加氢完后，系统按照指令顺次封闭电磁阀、电动调理阀及电动减压器，电控设备恢复到初始形态。具系统统工艺软件如图6所示。

　　节制系统软件平台为VxSCADA 节制软件和GCSContrix 编程软件，编程软件采用算法块封拆，基于数据驱动、事务触发的分布式算法安排手艺，集逻辑节制、活动节制取过程节制为一体，支撑图形化编程、支撑节制算法的离线、正在线调试，提高软件平台的编程效率，系统通过软件平台实现从坐、从坐设备和工艺系统的仪控设备完成设备形态自检、从动节制、毛病诊断及无人值守等功能。系统软件工做流程如图4 所示。

　　式中，n为电机转速（r/min）；f为电动机频次（Hz）；s为转差率（%）；p为电动机磁极对数。

　　节制系统通过组态编程软件完成加氢供气系统功能，实现数据报表记实、毛病诊断以及平安连锁等功能，节制系统工做过程中，若加气系统的压力、温度、流量超出设定要求范畴、电动阀未开到位或未关到位、电控减压器设定的出口压力超出误差范畴以及管呈现大流量泄露时，系统软件界面从动发出报警信号并弹出响应消息框提醒，同时加氢供气系统遏制加氢工做，工艺系统不变工做。系统软件毛病诊断结果图如图7所示。

　　系统完成对液氢泵增压汽化试验，实现最大增压压力达到50。6 MPa，液氢泵系统无较着泄露、过度震动和毁伤，可以或许一般运转，增压汽化压力满脚加氢要求。

　　分布式节制系统采用并联冗余模式设想，具体包罗冗余机架、冗余节制器、冗余电源、冗余互换机收集及冗余信号模块来实现加氢供气系统，设备靠得住不变工做，节制系统全数采用数字式仪表、电动阀、电控减压器、调理阀等智能元件完成近程节制及近程调压手艺，此中坐控系采用压力闭环节制方式，实现加氢系统稳压调理等功能，加氢系统的不变加气和切确节制。

　　：提出了正在液态储氢加氢坐中采用分布式节制手艺，实现对氢燃料电池汽车的加氢功能。液态储氢加氢系统次要包罗：消息办理系统、坐控系统、平安系统、高压存储系统、增压汽化系及加氢机系统。此中消息办理系统和坐控系统担任坐内设备形态及设备功能运转；平安系统担任各工艺设备平安监测，呈现非常形态具备毛病报警取及时诊断等功能；加氢机用于实现氢燃料电池汽车加氢。系统通过试验使用验证，实现了液氢增压汽化手艺，分布式节制手艺以及无人值守供气手艺等多项手艺，摘要不做任何评价“填补”不是本人说了算。

　　液氢泵增压汽化系统，正在分歧工况下泵出口压力随时间变化数据曲线，由泵入口处压力传感器测得进液压力数据，并对泵进液过冷度进行评估，颠末数据阐发，进液过冷度正在1。5 K 以上。试验数据如表3 所示。

　　丈量传感器设备均采用二线 mA 信号传输体例，具有传输距离远、衰减小、抗干扰能力强等长处，为耽误采集卡利用寿命，需要完成对传感器的二线制配电，对每一个丈量通道都配有信号隔离器。

　　节制系统启动一键自检后，对加氢系统进入自检形态，先对平安系统、高压存储系统、增压汽化输送系统、加氢设备系统的设备阀门、减压器、压力传感器、温度传感器及流量计形态进行自检，查抄能否工做一般，待各设备形态及格后，再对系统工艺设备气密形态进行逐段查抄，各系统形态都一般及格后，系统形态自检竣事。

　　分布式节制系统（Distributed Control System，DCS）使用于液态储氢加氢系统具有主要意义，分布式节制系统次要包罗：消息办理系统、坐控系统、平安系统、高压存储系统、增压汽化输送系统、加氢设备系统等构成，此中消息办理系统次要包罗数据办事器和收集互换机等，用于实现近程坐内设备形态和数据参数记实功能；坐控系统次要包罗工程师坐和坐控PLC节制设备，用于实现整坐工艺设备的运转、加氢过程的节制和设备报警处置等功能，及时查看各系统形态，进行响应的近程操做；平安系统次要包罗从机、防爆摄像头和氢浓度检测仪表等，用于及时监测现场工艺设备运转形态，呈现非常形态时，氢浓度检测仪表具备毛病报警功能；高压存储系统次要包罗高压储氢气瓶等，用于储存供氢气源；增压汽化输送系统次要包罗液氢泵增压设备和汽化设备，用于实现高压液氢和增压供气等功能；加氢设备系统次要包罗加氢机设备，用于给氢燃料汽车加氢供气。系统道理框图如图1 所示。

　　分布式节制系统采用并行冗余模式，节制层采用工程师坐和操做员坐，互为从备机，此中节制器CPU 采用冗余架构，从坐机架采用冗余节制模式互为备份，机架上利用国产中控节制器GCU521、冗余同步光纤收集模块、冗余供电电源模块以及数字I/O 模块；现场条理要为冗余节制器从坐和仪控系统，此中冗余节制器从坐包罗冗余的近程通信卡COM523 及冗余的数字I/O 模块，别离用于传感器采集和阀门节制，仪控系统包罗传感器、流量计、电磁阀和电动减压阀等，用于工艺系统形态监测及形态节制等。收集层、节制层和现场层都通过冗余的光纤收集互换机实现设备毗连，从而达到近程监测和节制功能，系统从坐柜内结构和系统从坐柜内结构如图2和图3所示。

　　节制系统采用冗余GCU521节制器， 扫描周期从10 ms~5 s可选，支撑多使命并行安排，采用冗余COM523 通信卡， 具有多种通信总线和谈如OPC、TCP/IP、Modbus 等，合适系统功能要求。系统采用罗斯蒙特8800DD 质量流量计，该流量计具有双冗余输出功能，信号为电流4~20 mA，传输距离远，抗干扰能力强，精度可达到0。5%，该设备布局简单，便利，满脚加氢供气系统要求。

　　按照液态储氢加氢系统先增压后汽化的特点，进行了以液氢介质设备试验，过程成功、参数不变，通过耐压和耐低温试验，完成整个汽化过程。此中液氢增压泵系统采用国产自从可控系统，通过度布式节制手艺，实现对变频器近程调理泵增压功能，变频器采用海利普HLP-A100 变频设备，功率为75 kW，系统通过当地址动触摸屏按钮或通过以太网总线近程上位机SCADA 界面启停增压泵设备，实现对液氢增压泵系统从动启停功能。系统软件工艺界面如图8 和图9 所示。

　　[2] 冯屹，杜建波，刘桂彬。燃料电池汽车氢存储及道平安评估[J]。上海汽车， 2007(9)！6-8？。

　　加氢系统中实现节制加氢流速正在0-100 g/s，通过闭环节制调理阀开度，系统平安靠得住运转。系统采用多线程工做模式，通过液氢泵供给高压储氢罐，后供给加氢机供氢，按照供氢压力、流速品级分歧，选择最优节制算法模式，实现平安靠得住加氢，满脚加氢系统手艺要求。

　　2）加氢供气系统的分布式节制手艺，实现从动节制，待呈现非常后，敏捷做出处置，达到无人值守功能。

　　氢能具有来历普遍、洁净环保、轮回操纵等一系列长处，获得了科研机构、和企业的高度关心。跟着氢燃料电池车的快速成长，配套的氢能根本设备——加氢坐，也正在全球范畴快速添加，为氢能燃料电池等氢能操纵设备设备供给能源补给的根本设备，是氢能燃料电池汽车推广使用、加速成长氢能财产的前置前提。本文连系液态储氢加氢系统模式提出设想一套分布式节制系统，实现工艺系统形态监测、数据记实和查询、毛病诊断报警、无人值守及云端互联等功能，从而满脚液态加氢坐功能扶植需求。

　　节制系统具有无人值守功能，需具备待机形态及人员撤离后，能正在人工模式和从动模式两种模式间进行近程切换，按照设定好从动加气的压力值、流量值等，系统进行从动切换起头加注，调压供气以及从动排放等功能，完成无人值守，提高系统收集化、从动化、智能化节制功能。

　　3）加氢供气系统的聪慧互联功能，具备多收集通信接术，实现云平台数据，提高系统靠得住性和平安性。

　　加氢设备系统具备加氢量的计量、显示，支撑取坐控系统以太网通信，实现对加氢设备近程节制功能，具备多参数采集、显示、查询等功能，该坐运营如图10所示，此中对加氢机进行了双枪加氢功能试验，具体试验数据如表4 所示。

　　式中u(kT)为节制输出量；e(kT)为第k次采样所获得的误差信号；k为采样序号；T为采样周期；Kp为比例系数；Ki为积分系数；Kd为微分系数。按照被控对象数值分歧，对Kp、Ki和Kd系数进行调整，实现PID节制的最优输出。

　　加氢系统支撑多通信收集模式包罗OPC DA、TCP/IP 及Modbus TCP 等，满脚现代收集通信手艺要求，加氢系统通过OPC DA、TCP/IP 和谈，实现云平台的数据消息通信互联及数据监测、数据记实及坐点办理等功能。按照收集系统多元化成长，系统为后期加氢坐建立消息收集系统、决策办理、供给数据支持，极大的提高运营效率。

　　系统需满脚无人值守功能，实现液态储氢加氢设备的远距离节制取高速采集，对加氢供气压力精度要求0。5%，实现加气系统的稳压、稳流等调理功能，系统需求实现近程节制、数据监测及报表、毛病诊断及无人值守功能，满脚环节设备冗余，支撑扩展等特点。坐控系统完成对工艺系统的节制及传感器设备的采集，此中施行布局次要包罗气动阀、电磁阀、泵电机等设备，传感器次要包压力传感器、温度传感器、流量计、氢浓度传感器等，系统总体所需的参数如下表1 所示、传感器统计如表2 所示。

　　加氢系统涉及多种加氢设备，如液氢泵、加氢机等环节设备，以先辈性、不变性、靠得住性、顺应性为方针，通过modbus TCP 收集通信和谈，实现各系统设备通信总线毗连，满够数据监测、设备节制等形态，进而使设备形态参数丈量、近程节制及毛病消息监测达到无人值守的功能。

　　加氢系统的节制算法通过比例、积分、微分，实现快速、高效的节制，改善系统的动态机能，针对加氢供气系统需求设定加氢压力值，其误差来节制电控减压器的动做，以调减省压阀进气量和排气量，从而达到切确节制减压器供气压力目标，加氢系统供气压力的设定、传感器的采样都传送到DCS 节制器中，用PID 节制算法实现对压力的闭环节制。具体算法如式（1）？。

　　[1] 郁永章，高其烈，冯兴全，等。天然气汽车加气坐设备取运转[M]。！中国石化出书社，2006。