本申請屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種撬裝式氫氣加注裝置的控制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

在國家政策支持下，氫能應(yīng)用迅速發(fā)展，燃料電池汽車開始投入市場使用，加氫裝置需求越來越大，而氫氣屬于易燃易爆氣體，所以加氫裝置必須要安全可靠的運(yùn)行，控制系統(tǒng)的設(shè)計尤為重要。

目前國內(nèi)撬裝式加氫裝置控制系統(tǒng)設(shè)計雖然能滿足正常加氫功能，但在安全和使用上存在不足，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1.控制系統(tǒng)只設(shè)有一套控制器，同時負(fù)責(zé)工藝控制和安全控制，但是，控制器處理工藝控制時，信號類型多，數(shù)據(jù)量大，動作頻繁，容易死機(jī)或故障，此時加氫裝置的安全信號處在無監(jiān)控狀態(tài)，存在很大安全隱患或?qū)е掳踩鹿省?/p>

2.控制系統(tǒng)控制柜非防爆設(shè)計，放置于控制室內(nèi)，與加氫裝置通過電纜連接，增加了電纜成本和現(xiàn)場安裝時間。

3.安全控制回路未考慮安全完整性等級，存在因部件本身的功能問題，引起安全事故的風(fēng)險。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種撬裝式氫氣加注裝置的控制系統(tǒng)和方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本申請實(shí)施例公開一種撬裝式氫氣加注裝置的控制系統(tǒng)，包括工藝控制器和安全控制器，所述工藝控制器連接于啟動按鈕、壓力傳感器和溫度傳感器并接收其信號，所述工藝控制器連接于壓縮機(jī)、冷卻風(fēng)扇、循環(huán)水泵和閥門以控制其工作，所述安全控制器連接于急停信號檢測模塊、氫氣泄露檢測模塊和火災(zāi)檢測模塊并接收其信號，所述安全控制器連接于工藝控制器、壓縮機(jī)、閥門、聲光報警裝置和顯示裝置以發(fā)送控制信號。

優(yōu)選的，在上述的撬裝式氫氣加注裝置的控制系統(tǒng)中，所述工藝控制器、啟動按鈕和顯示裝置設(shè)置于工藝控制柜上。

優(yōu)選的，在上述的撬裝式氫氣加注裝置的控制系統(tǒng)中，所述工藝控制柜的面板上還設(shè)置有運(yùn)行指示燈、停機(jī)指示燈、鑰匙開關(guān)、模式選擇開關(guān)、故障指示燈、急停按鈕、點(diǎn)動按鈕、停止按鈕和流程選擇開關(guān)。

優(yōu)選的，在上述的撬裝式氫氣加注裝置的控制系統(tǒng)中，所述安全控制器設(shè)置于安全控制柜內(nèi)，該安全控制柜內(nèi)還設(shè)置有浪涌保護(hù)器、冗余開關(guān)電源和安全繼電器，所述冗余開關(guān)電源連接于安全控制器并為其提供電源，所述浪涌保護(hù)器連接于所述冗余開關(guān)電源以避免電流浪涌導(dǎo)致冗余開關(guān)電源損壞，所述安全繼電器設(shè)置于安全控制器的連接電路上。

優(yōu)選的，在上述的撬裝式氫氣加注裝置的控制系統(tǒng)中，所述安全控制柜具有上下間隔設(shè)置的第一空間和第二空間，所述浪涌保護(hù)器、冗余開關(guān)電源、安全控制器和安全繼電器設(shè)置于第一空間內(nèi)，所述第二空間內(nèi)設(shè)置有接線端子。

優(yōu)選的，在上述的撬裝式氫氣加注裝置的控制系統(tǒng)中，所述安全控制柜的面板上設(shè)置有復(fù)位按鈕，該復(fù)位按鈕連接于所述安全控制器。

相應(yīng)的，本申請還公開了一種撬裝式氫氣加注裝置的控制方法，啟動按鈕后工藝控制器接收到啟動信號，然后發(fā)送信號給電機(jī)啟動柜啟動加氫裝置的壓縮機(jī)、冷卻風(fēng)扇和循環(huán)水泵，工藝控制器同時接收工藝管路上的壓力溫度信號來控制相關(guān)閥門開關(guān)，安全控制器實(shí)時檢測急停信號、氫氣泄露信號、火災(zāi)信號，一旦接收到安全信號，立即停止壓縮機(jī)運(yùn)行，關(guān)閉管道閥門，觸發(fā)聲光報警同時發(fā)送信號給工藝控制器停止加氫裝置加注流程，并在顯示裝置顯示報警狀態(tài)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1.控制系統(tǒng)設(shè)置兩套控制器，分別負(fù)責(zé)工藝控制和安全控制，安全控制器優(yōu)先級高于工藝控制器，這樣能夠使加氫裝置安全運(yùn)行得到保障。

2.控制柜采用隔爆和增安防爆設(shè)計，集成在加氫裝置撬上，現(xiàn)場只需連接動力電纜，大大減少了電纜成本和現(xiàn)場施工周期。

3.安全控制回路設(shè)計滿足sil2等級，各部件每小時危險失效概率在10^-7-10^-6之間，保證安全系統(tǒng)的可靠性。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中工藝控制柜的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中電機(jī)啟動柜的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中安全控制柜的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中安全控制柜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中控制系統(tǒng)運(yùn)行流程原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

本案控制系統(tǒng)包括工藝控制系統(tǒng)和安全控制系統(tǒng)，結(jié)合圖1至圖3所示，工藝控制系統(tǒng)包含工藝控制柜1和電機(jī)啟動柜2，安全控制系統(tǒng)包含安全控制柜3，所有控制柜均為隔爆和增安防爆設(shè)計，符合gb3836.2-2010《爆炸性環(huán)境第2部分：由隔爆外殼“d”保護(hù)的設(shè)備》和gb3836.3-2010《爆炸性環(huán)境第3部分：由增安型“e”保護(hù)的設(shè)備》國家標(biāo)準(zhǔn)，能直接在防爆一區(qū)使用。所有控制柜都安裝在撬裝式加氫裝置上。

結(jié)合圖1所示，工藝控制柜1的柜體面板上設(shè)置有運(yùn)行指示燈1-1、停機(jī)指示燈1-2、啟動按鈕1-3、鑰匙開關(guān)1-4、模式選擇開關(guān)1-5、顯示裝置1-6、故障指示燈1-7、急停按鈕1-8、點(diǎn)動按鈕1-9、停止按鈕1-10、流程選擇開關(guān)1-11。

結(jié)合圖3和圖4所示，安全控制柜3柜內(nèi)開關(guān)電源3-4為冗余設(shè)計，保證安全控制器供電可靠，同時還設(shè)有浪涌保護(hù)器3-2，避免電流浪涌導(dǎo)致開關(guān)電源損壞，安全控制器3-3和安全繼電器3-5具有sil2認(rèn)證，以滿足控制回路達(dá)到sil2等級，使每小時危險失效概率在10^-7-10^-6之間，保證安全系統(tǒng)的可靠性。安全控制柜3柜門上設(shè)置復(fù)位按鈕3-1，在觸發(fā)安全事件后需要按下復(fù)位按鈕才能撤銷安全狀態(tài)，以免誤操作產(chǎn)生的安全事故。

結(jié)合圖5所示，加氫裝置運(yùn)行過程中工藝控制系統(tǒng)和安全控制系統(tǒng)相互配合來保證加氫裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)行流程如下：

操作人員按下啟動按鈕1-3后工藝控制器1-12接收到啟動信號，然后發(fā)送信號給電機(jī)啟動柜2啟動加氫裝置的壓縮機(jī)，冷卻風(fēng)扇和循環(huán)水泵，工藝控制器1-12同時接收工藝管路上的壓力溫度信號來控制相關(guān)閥門開關(guān)，設(shè)備運(yùn)行過程中安全控制器3-3實(shí)時檢測安全信號，如急停信號、氫氣泄露信號、火災(zāi)信號，一旦接收到安全信號，立即停止壓縮機(jī)運(yùn)行，關(guān)閉管道閥門，觸發(fā)聲光報警同時發(fā)送信號給工藝控制器1-12停止加氫裝置加注流程，并在顯示裝置1-6顯示報警狀態(tài)，安全控制器3-3停止設(shè)備運(yùn)行無需工藝控制器1-12確認(rèn)，一旦安全控制器3-3故障，設(shè)備將無法運(yùn)行，這樣能夠確保加氫裝置運(yùn)行的安全。

本案中，控制器可以包括微處理器(mcu)，該mcu可以包括中央處理單元(centralprocessingunit,cpu)、只讀存儲模塊(read-onlymemory,rom)、隨機(jī)存儲模塊(randomaccessmemory,ram)、定時模塊、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊(a/dconverter)、以及復(fù)數(shù)輸入/輸出埠。當(dāng)然，控制器也可以采用其它形式的集成電路，如：特定用途集成電路(applicationspecificintegratedcircuit，asic),可編程控制器(programmablelogiccontroller，plc)或現(xiàn)場可程序化門陣列(fieldprogrammablegatearray，fpga)等。

綜上所述本發(fā)明的有益效果至少包括:

1、通過工藝和安全系統(tǒng)分開設(shè)計提高加氫裝置的安全性；

2、通過控制柜防爆設(shè)計并集成在加氫裝置上，使加氫裝置現(xiàn)場安裝簡單快速，減少材料和人工成本；

3、通過安全控制回路sil2設(shè)計提高加氫裝置的安全性。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。