一种加氢站控制方法与流程

1.本发明涉及加氢技术，具体涉及一种加氢站控制方法。


背景技术：

2.氢能以高能效、来源广、可再生、燃烧产物零污染等优点，被国际公认为未来的绿色能源。近年来，包括美、日、中、韩、欧盟在内的许多国家和地区都在大力开发氢能汽车，积极建造加氢站和相关氢能基础实施。以氢为动力己成为新能源领域的重要应用方向。氢气通过加氢站加氢机对燃料电池汽车进行加注，并以高压形式储存在车载氢气瓶中。
3.现阶段针对加氢站的相关控制技术开发大都是专注于安全、标准或者单个设备技术或者过程。但加氢站除压缩机、加氢机外，还有冷水机组、卸气柱、安全系统等设备，还需要整体控制系统的集成和优化。
4.此外针对现阶段加氢站主要用长管拖车作为气源，因此外运气源的压力、容积以及卸气模式等也会对加氢站的加注能力产生重要影响，现有加氢站控制技术很少关注气源的卸气模式等。
5.现有加氢站控制系统一般未将自动氮气、氢气置换集成于控制系统中，很多站点需采用人工氮气、氢气置换的方式。
6.此外在70mpa加氢机氢气加注过程中，由于氢气的焦汤效应，会使得车载气瓶瓶内温度上升。由于加注速度快，车载储氢瓶不能及时散热，因此造成储氢瓶内温度快速上升，有可能超过目前国际标准规定的85℃，带来极大安全隐患。
7.因此，需要对现有技术进行改进。


技术实现要素：

8.本发明要解决的技术问题是提供一种高效的一种加氢站控制方法。
9.为解决上述技术问题，本发明提供一种加氢站控制方法，包括以下步骤：
10.s1、初始状态；
11.s2、加注状态；
12.s3、氮气置换状态；
13.s4、氢气置换状态；
14.s5、卸荷状态。
15.作为对本发明一种加氢站控制方法的改进：
16.还包括：
17.s6、紧急排空状态。
18.作为对本发明一种加氢站控制方法的改进：
19.步骤s1初始状态中：
20.在plc上电运行阶段、工控机上进入人工操作界面时、s2/s3/s4/s5/s6状态结束后、系统报警停机后都进入s1状态；
21.在s1状态中，加氢站整套系统停运，所有气动阀关闭，s2/s3/s4/s5步变量全部清零，s2/s3/s4/s5所有循环计数清零；
22.系统报警停机包括：急停按钮动作(整套设备各处)；加氢机加氢状态指令消失；氢气入口压力变送器压力小于设定压力；增压模块各级压力、温度变送器的压力和温度值大于设定值；冷水机组故障报警信号；冷却水流量低报警信号；液压油泵油温大于设定温度发出报警信号；液压油泵油箱液位低报警信号；液压油泵油箱液位高报警信号；增压模块管路爆破报警信号等信号。
23.作为对本发明一种加氢站控制方法的改进：
24.在加氢机操作界面或工控机操作界面完成枪型、车型、加注压力的选择后，点击加注选项开始加注流程s2；
25.在加氢机操作界面或工控机操作界面点击氮气置换选项开始氮气置换流程s3；
26.在加氢机操作界面或工控机操作界面点击氢气置换选项开始氢气置换流程s4；
27.在加氢机操作界面或工控机操作界面点击卸荷选项开始卸荷流程s5。
28.作为对本发明一种加氢站控制方法的改进：
29.步骤s2、加注状态：包括以下步骤：
30.2.1)、首先判断s2流程启动，确认氮气置换气路与放空气路阀门关闭，加氢机加氢信号存在；如果满足上述所有条件，执行步骤2.2)；
31.加氢机加氢信号从加氢机出发出，为长信号，即加氢过程中该信号一直存在；信号消失即认为加氢过程需要停止；
32.2.2)、开始加注流程，打开增压模块进口阀、出口阀及卸气柱气动阀，执行步骤2.3)；
33.2.3)、判断氢气入口压力与加氢机出口压力差值是否满足要求；若满足要求，执行步骤2.4；若不满足要求，执行步骤2.6；
34.可以设定为判断氢气出口压力和加氢机出口压力差值大于设定值一定时间后即认为满足要求；
35.2.4)、启动平气过程，延迟几秒后打开增压模块旁路上的阀门，执行步骤2.5)；
36.2.5)、判断氢气入口压力与加氢机出口压力差值是否小于设定值(2mpa)；如是，则关闭旁路气动阀、打开主路气动阀，并启动压机，执行步骤2.6)；
37.2.6)、关闭旁路气动阀，打开主路气动阀，启动压机开始增压过程；执行步骤2.7)；
38.2.7)、判断氢气入口压力是否大于设定值，若大于，则执行步骤2.8)，开始增压加注；若小于或等于，则执行步骤2.10)；
39.2.8)、延迟5s后启动压机；执行步骤2.9)；
40.2.9)、在加注过程中，若未收到加氢机加氢信号后则延迟2s关闭所有阀门，执行步骤2.10；
41.站控plc处每间隔一定时间识别扫描一次加氢机加氢信号，若发现加氢机加氢信号消失，则延迟2s关闭所有阀门；
42.2.10)、结束加注流程s2，进入s1状态。
43.作为对本发明一种加氢站控制方法的改进：
44.步骤s3、氮气置换状态：包括以下步骤：
45.3.1)、首先进行旁路置换，打开加氢站增压模块旁路上的阀门，执行步骤3.2)；
46.加氢站增压模块分为旁路和主路，旁路用于直接平气，主路用于压缩机加注，增压模块旁路上的阀门为旁路置换相关气动阀门；
47.3.2)、判断管路内压力是否满足要求；如满足，执行步骤3.3)；
48.3.3)、延迟2s后向旁路内部(含加氢机)充气至指定压力(增压模块内容压力变送器数值)，执行步骤3.4)；
49.3.4)、判断充气压力是否满足要求；如满足，执行步骤3.5)；
50.3.5)、将管路内气体放空；
51.3.6)、判断放空后的压力是否满足要求；如满足，执行步骤3.7)；
52.3.7)、延迟2s后关闭所有阀门，进行一次计数；
53.该计数为旁路置换的计数；
54.3.8)、判断计数是否满足指定次数；如满足，执行步骤3.9)；如不满足，执行步骤3.3)；
55.3.9)、关闭所有阀门，计数清零；执行步骤3.10)；
56.3.10)、开始主路置换，打开加氢站增压模块主路上的阀门，执行步骤3.11)；
57.3.11)、判断充气压力是否满足要求，如满足，执行步骤3.12)；
58.3.12)、将管路内气体放空，执行步骤3.13)；
59.3.13)、判断放空后的压力是否满足要求；如满足，执行步骤3.14)；
60.3.14)、延时2s后关闭所有阀门，进行一次计数，执行步骤3.15)；
61.3.15)、判断计数是否满足指定次数；如满足，执行步骤3.16)；如不满足，执行步骤3.10)；
62.该计数为主路置换的计数；
63.旁路置换、主路置换各需置换5～6次，计数用于统计置换次数；
64.3.16)、结束加注流程s3，进入s1状态。
65.作为对本发明一种加氢站控制方法的改进：
66.步骤s4、氢气置换状态：包括以下步骤：
67.4.1)、进行旁路置换，打开旁路置换的相关气动阀门，执行步骤4.2)；
68.4.2)、判断管路内压力是否满足要求；如满足，执行步骤4.3)；
69.4.3)、延迟2s后向旁路内部(含加氢机)充气至指定压力(增压模块内容压力变送器数值)，执行步骤4.4)；
70.4.4)、判断充气压力是否满足要求；如满足，执行步骤4.5)；
71.4.5)、将管路内气体放空；执行步骤4.6)；
72.4.6)、判断放空后的压力是否满足要求；如满足，执行步骤4.7)；
73.4.7)、延迟2s后关闭所有阀门，进行一次计数；执行步骤4.8)；
74.4.8)、判断计数是否满足指定次数；如满足，执行步骤4.9)；如不满足，执行步骤4.3)；
75.4.9)、关闭所有阀门，计数清零；执行步骤4.10)；
76.4.10)、开始主路置换，打开加氢站增压模块主路上的阀门，执行步骤3.11)；
77.4.11)、判断充气压力是否满足要求，如满足，执行步骤4.12)；
78.4.12)、将管路内气体放空，执行步骤4.13)；
79.4.13)、判断放空后的压力是否满足要求；如满足，执行步骤4.14)；
80.4.14)、延时2s后关闭所有阀门，进行一次计数，执行步骤4.15)；
81.4.15)、判断计数是否满足指定次数；如满足，执行步骤3.16)；如不满足，执行步骤3.10)；
82.该计数为主路置换的计数；
83.旁路置换、主路置换各需置换5～6次，计数用于统计置换次数，以满足置换6的要求；
84.4.16)、结束氢气置换状态s4，进入s1状态。
85.作为对本发明一种加氢站控制方法的改进：
86.步骤s5、卸荷状态，包括以下步骤：
87.5.1)、打开所有涉及到的放空阀门，执行步骤5.2)；
88.5.2)、判断管路内压力是否满足结束放空的要求；如满足，执行步骤5.3)；
89.5.3)、延迟2s关闭所有气动阀；执行步骤5.4)；
90.5.4)、结束卸荷状态s5，进入s1状态。
91.作为对本发明一种加氢站控制方法的改进：
92.步骤s6、紧急排空状态，在任何状态下都可启动紧急排空s6；
93.在s1～s5的任何步骤中，只要氢浓度高高报警或者火探报警会触发执行步骤s6；
94.步骤s6包括以下步骤：
95.6.1)、停运所有设备，关闭所有阀门；执行步骤6.2)；
96.6.2)、打开放空相关气动阀(打开增压模块除入口阀外所有阀门，对设备管路内气体进行放空)，打开氮气抑爆阀，向涉氢撬内喷淋氮气；执行步骤6.3)；
97.6.3)、判断管路内压力是否满足结束放空的要求；如满足，执行步骤6.4)；
98.6.4)、进行氮气吹扫，持续吹扫1分钟；执行步骤6.5)；
99.6.5)、关闭所有阀门；执行步骤6.6)；
100.6.6)、结束紧急排空状态s6，进入s1状态。
101.作为对本发明一种加氢站控制方法的改进：
102.在步骤2.2)中，加注流程为加氢机查表过程，查表法是通过对各个温度压力点计算后预设的目标压力矩阵，包括以下步骤：
103.2.2.1)、首先根据加氢操作人员在加氢机操作界面上的操作，明确此次加注车辆的车型，加氢机所用的加氢枪型号及目标加注压力；通过加注车辆的型号，明确加氢车辆的气瓶型号；
104.加氢车辆的车型采用人为选择，即确定加氢枪的型号，这样就可以确定最大加注目标压力；然后操作人员可以根据驾驶员要求，改变目标加注压力，但目标压力值不能超过最大目标压力；
105.2.2.2)、获得车载气瓶加注前的压力情况，通过加氢机上自带的温度变送器获得加注时的环境温度；
106.获得车载气瓶加注前的压力情况采用以下两种方式：
107.a)、通过加氢枪与车辆的红外通讯，获得车载气瓶加注前的压力情况；
108.b)、通过加氢机给予车载气瓶一个压力脉冲来确定气瓶加注前的压力情况；
109.2.2.3)、根据车载气瓶的型号、加氢机的预冷温度范围、加氢机的加注压力等级来确定对应的查找表，根据温度变送器获得的环境温度及加氢机获得的车载气瓶压力，来确定加注的目标压力和平均压力上升率；
110.加氢机的预冷温度范围和加氢机的加注压力等级均为在加氢站建设完成之后即确定的；
111.2.2.4)、在确定加注的初次的目标压力和平均压力上升率后，将相应的数值发送给调压阀，并且根据平均目标压力上升率每隔一个时间间隔，调整调压阀的开度至当前时间允许的最大压力。
112.本发明一种加氢站控制方法的技术优势为：
113.本发明一种加氢站控制方法采用了全自动的氢气管路系统氮气置换与氢气置换方式，相较于人工置换更安全、可靠性更高。本发明采用将压缩机、加氢机、冷水机组、卸气柱、安全系统等设备全部整合至一套系统中控制，使得整体设备更加安全、可靠，集成度更高。
114.针对现有气源条件，通过系统控制采用了两种卸气方式，对加氢站加注能力有所提高。通过将标准中的查表法引入实际加氢机加注过程，在满足温度条件下尽可能的提高了加氢机加注速率。
115.本发明可以应用于管束拖车供氢、液驱活塞式压缩机加压、35mpa加氢机加注的加氢站整体控制。
附图说明
116.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
117.图1是本发明一种加氢站控制方法步骤s1初始状态的流程示意图；
118.图2是本发明一种加氢站控制方法步骤s2加注状态的流程示意图；
119.图3是本发明一种加氢站控制方法步骤s3氮气置换状态的流程示意图；
120.图4是本发明一种加氢站控制方法步骤s4氢气置换状态的流程示意图；
121.图5是本发明一种加氢站控制方法步骤s5卸荷状态的流程示意图；
122.图6是本发明一种加氢站控制方法步骤s6紧急排空状态的流程示意图；
123.图7是加氢机加注表示例图。
具体实施方式
124.下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
125.实施例1、一种加氢站控制方法，如图1-6所示，包括以下步骤：
126.s1、初始状态：
127.在plc上电运行阶段、工控机上进入人工操作界面时、s2/s3/s4/s5/s6状态结束后、系统报警停机后都进入s1状态。
128.在s1状态中，加氢站整套系统停运，所有气动阀关闭，s2/s3/s4/s5步变量全部清零，s2/s3/s4/s5所有循环计数清零。
129.系统报警停机包括：急停按钮动作(整套设备各处)；加氢机加氢状态指令消失；氢气入口压力变送器压力小于设定压力；增压模块各级压力、温度变送器的压力和温度值大于设定值；冷水机组故障报警信号；冷却水流量低报警信号；液压油泵油温大于设定温度发出报警信号；液压油泵油箱液位低报警信号；液压油泵油箱液位高报警信号；增压模块管路爆破报警信号等信号。
130.在执行完步骤s1之后，可以人为选择，执行步骤s2、s3、s4、s5其中之一；
131.在加氢机操作界面或工控机操作界面完成枪型、车型、加注压力的选择后，点击加注选项开始加注流程s2。
132.在加氢机操作界面或工控机操作界面点击氮气置换选项开始氮气置换流程s3。
133.在加氢机操作界面或工控机操作界面点击氢气置换选项开始氢气置换流程s4。
134.在加氢机操作界面或工控机操作界面点击卸荷选项开始卸荷流程s5。
135.s2、加注状态：包括以下步骤：
136.2.1)、首先判断s2流程启动，确认氮气置换气路与放空气路阀门关闭，加氢机加氢信号存在；如果满足上述所有条件，执行步骤2.2)；
137.加氢机加氢信号从加氢机出发出，为长信号，即加氢过程中该信号一直存在。信号消失即认为加氢过程需要停止。
138.2.2)、开始加注流程，打开增压模块进口阀、出口阀及卸气柱气动阀，执行步骤2.3)；
139.加注流程为加氢机查表过程，查表法是通过对各个温度压力点计算后预设的目标压力矩阵，包括以下步骤：
140.2.2.1)、首先根据加氢操作人员在加氢机操作界面上的操作，明确此次加注车辆的车型，加氢机所用的加氢枪型号及目标加注压力。通过加注车辆的型号，明确加氢车辆的气瓶型号(a/b/c)。
141.加氢车辆的车型采用人为选择，即确定加氢枪的型号，这样就可以确定最大加注目标压力；然后操作人员可以根据驾驶员要求，改变目标加注压力，但目标压力值不能超过最大目标压力。
142.2.2.2)、获得车载气瓶加注前的压力情况，通过加氢机上自带的温度变送器获得加注时的环境温度。
143.获得车载气瓶加注前的压力情况采用以下两种方式：
144.a)、通过加氢枪与车辆的红外通讯，获得车载气瓶加注前的压力情况；
145.b)、通过加氢机给予车载气瓶一个压力脉冲来确定气瓶加注前的压力情况。
146.2.2.3)、根据车载气瓶的型号(a/b/c)、加氢机的预冷温度范围、加氢机的加注压力等级来确定对应的查找表，根据温度变送器获得的环境温度及加氢机获得的车载气瓶压力(红外通讯/压力脉冲方式)，来确定加注的目标压力和平均压力上升率。
147.加氢机的预冷温度范围和加氢机的加注压力等级均为在加氢站建设完成之后即确定的。
148.2.2.4)、在确定加注的初次的目标压力和平均压力上升率后，将相应的数值发送给调压阀，并且根据平均目标压力上升率每隔一个时间间隔，调整调压阀的开度至当前时间允许的最大压力。
149.例如：设定时间间隔为1s，在开始加注时，即完成一次查表，将调压阀压力值设置为1s后允许的最大压力值；1s后，根据当前压力，再次进行查表，将调压阀压力值设置为1s后允许的最大压力值；以此重复进行。
150.2.3)、判断氢气入口压力与加氢机出口压力差值是否满足要求；若满足要求，执行步骤2.4；若不满足要求，执行步骤2.6；
151.可以设定为判断氢气出口压力和加氢机出口压力差值大于设定值一定时间后即认为满足要求。
152.2.4)、启动平气过程，延迟几秒后打开增压模块旁路上的阀门，执行步骤2.5)；
153.2.5)、判断氢气入口压力与加氢机出口压力差值是否小于设定值(2mpa)；如是，则关闭旁路气动阀、打开主路气动阀，并启动压机，执行步骤2.6)；
154.2.6)、关闭旁路气动阀，打开主路气动阀，启动压机开始增压过程；执行步骤2.7)；
155.2.7)、判断氢气入口压力是否大于设定值，若大于，则执行步骤2.8)，开始增压加注；若小于或等于，则执行步骤2.10)；
156.2.8)、延迟5s后启动压机；执行步骤2.9)；
157.2.9)、在加注过程中，若未收到加氢机加氢信号后则延迟2s关闭所有阀门，执行步骤2.10；
158.站控plc处每间隔一定时间识别扫描一次加氢机加氢信号，若发现加氢机加氢信号消失，则延迟2s关闭所有阀门；
159.2.10)、结束加注流程s2，进入s1状态。
160.加注过程中停止加注的方式：1、急停按钮；2、加氢机操作界面或工控机操作界面上选择停止选项；3、联锁停机；
161.s3、氮气置换状态：包括以下步骤：
162.3.1)、首先进行旁路置换，打开加氢站增压模块旁路上的阀门，执行步骤3.2)；
163.加氢站增压模块分为旁路和主路，旁路用于直接平气，主路用于压缩机加注，增压模块旁路上的阀门为旁路置换相关启动阀门；
164.3.2)、判断管路内压力是否满足要求；如满足，执行步骤3.3)；
165.3.3)、延迟2s后向旁路内部(含加氢机)充气至指定压力(增压模块内容压力变送器数值)，执行步骤3.4)；
166.3.4)、判断充气压力是否满足要求；如满足，执行步骤3.5)；
167.3.5)、将管路内气体放空；
168.3.6)、判断放空后的压力是否满足要求；如满足，执行步骤3.7)；
169.3.7)、延迟2s后关闭所有阀门，进行一次计数；
170.该计数为旁路置换的计数；
171.3.8)、判断计数是否满足指定次数；如满足，执行步骤3.9)；如不满足，执行步骤3.3)；
172.3.9)、关闭所有阀门，计数清零；执行步骤3.10)；
173.3.10)、开始主路置换，打开加氢站增压模块主路上的阀门，执行步骤3.11)；
174.3.11)、判断充气压力是否满足要求，如满足，执行步骤3.12)；
175.3.12)、将管路内气体放空，执行步骤3.13)；
176.3.13)、判断放空后的压力是否满足要求；如满足，执行步骤3.14)；
177.3.14)、延时2s后关闭所有阀门，进行一次计数，执行步骤3.15)；
178.3.15)、判断计数是否满足指定次数；如满足，执行步骤3.16)；如不满足，执行步骤3.10)；
179.该计数为主路置换的计数；
180.旁路置换、主路置换各需置换5～6次，计数用于统计置换次数，以满足置换6的要求。
181.3.16)、结束加注流程s3，进入s1状态。
182.s4、氢气置换状态：包括以下步骤：
183.4.1)、进行旁路置换，打开旁路置换的相关气动阀门，执行步骤4.2)；
184.4.2)、判断管路内压力是否满足要求；如满足，执行步骤4.3)；
185.4.3)、延迟2s后向旁路内部(含加氢机)充气至指定压力(增压模块内容压力变送器数值)，执行步骤4.4)；
186.4.4)、判断充气压力是否满足要求；如满足，执行步骤4.5)；
187.4.5)、将管路内气体放空；执行步骤4.6)；
188.4.6)、判断放空后的压力是否满足要求；如满足，执行步骤4.7)；
189.4.7)、延迟2s后关闭所有阀门，进行一次计数；执行步骤4.8)；
190.4.8)、判断计数是否满足指定次数；如满足，执行步骤4.9)；如不满足，执行步骤4.3)；
191.4.9)、关闭所有阀门，计数清零；执行步骤4.10)；
192.4.10)、开始主路置换，打开加氢站增压模块主路上的阀门，执行步骤3.11)；
193.4.11)、判断充气压力是否满足要求，如满足，执行步骤4.12)；
194.4.12)、将管路内气体放空，执行步骤4.13)；
195.4.13)、判断放空后的压力是否满足要求；如满足，执行步骤4.14)；
196.4.14)、延时2s后关闭所有阀门，进行一次计数，执行步骤4.15)；
197.4.15)、判断计数是否满足指定次数；如满足，执行步骤3.16)；如不满足，执行步骤3.10)；
198.该计数为主路置换的计数；
199.旁路置换、主路置换各需置换5～6次，计数用于统计置换次数，以满足置换6的要求。
200.4.16)、结束氢气置换状态s4，进入s1状态。
201.s5、卸荷状态，包括以下步骤：
202.5.1)、打开所有涉及到的放空阀门，执行步骤5.2)；
203.5.2)、判断管路内压力是否满足结束放空的要求；如满足，执行步骤5.3)；
204.5.3)、延迟2s关闭所有气动阀；执行步骤5.4)；
205.5.4)、结束卸荷状态s5，进入s1状态。
206.s6、紧急排空状态，在任何状态下都可启动紧急排空s6；
207.在s1～s5的任何步骤中，只要氢浓度高高报警或者火探报警会触发执行步骤s6；
208.步骤s6包括以下步骤：
209.6.1)、停运所有设备，关闭所有阀门；执行步骤6.2)；
210.6.2)、打开放空相关气动阀(打开增压模块除入口阀外所有阀门，对设备管路内气体进行放空)，打开氮气抑爆阀，向涉氢撬内喷淋氮气；执行步骤6.3)；
211.6.3)、判断管路内压力是否满足结束放空的要求；如满足，执行步骤6.4)；
212.6.4)、进行氮气吹扫，持续吹扫1分钟；执行步骤6.5)；
213.6.5)、关闭所有阀门；执行步骤6.6)；
214.6.6)、结束紧急排空状态s6，进入s1状态。
215.各状态切换说明：
216.只有在s1状态下，可以进入s2/s3/s4/s5状态；在任何状态下，只要触发s6状态的条件存在，则系统直接进入s6状态；所有状态流程结束后全部回到s1状态。系统每次只能同时运行一个状态，例如在s2状态进行过程中，无法开始除s6状态外的其他状态。
217.最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。