一体式超高压氢气压缩机控制系统及控制方法与流程

本发明涉及加氢站氢气增压领域，尤其涉及一种一体式超高压氢气压缩机控制系统及控制方法。

背景技术：

1、目前国内加氢站建设仍以面向商用车为主，应用比较多的是45mpa-500kg压缩机，但对于高压力、大流量趋势，加氢站的需求已经非常明显，在同样的储氢容积下，高压力意味着车辆有更长的续航里程和更优的经济性，数据显示，70mpa氢气比35mpa要多出67％的续航里程，现有各类站用氢气压缩机各有优劣，但短时间内无法满足高压、大排量、国产化的发展需求。

2、在高压领域，国产化压缩机技术成熟度和竞争力较差，国外技术成熟度相对较高，国内有成熟应用的90mpa以上高压氢气压缩机尚不多见，目前国内常见的做法是将氢气5～22mpa压力等级氢气由第一个压缩机撬增压至45兆帕，然后再用第二个压缩机撬增压到70兆帕及以上，目前加氢站投建，运营方对于氢气压缩机空间体积，安全性、可靠性、操作及运维便利性、全生命周期经济性等方面的需求尚未得到充分满足，市场亟待一种排量大压力高，占地面积小，设置灵活的“兼美”型产品出现。

技术实现思路

1、为解决以上问题，本发明提供一种一体式超高压氢气压缩机控制系统及控制方法，能够减少缸体换向的高压冲击，提高部件的寿命，降低设备的抖动和噪音，实现动力自动匹配和流程自动控制。

2、本发明采用的技术方案是：一种一体式超高压氢气压缩机控制系统，其特征在于：包括人机交互界面、自动控制单元、数据通讯单元、换向控制模块、定时模块、动力供给模块、冷却单元、运行状态检测单元、数据处理单元、数据存储单元、保护控制单元、警报单元、自动流程控制模块和物联数据模块，所述人机交互界面的输出端与自动控制单元的输入端电连接，所述自动控制单元的输出端与警报单元、保护控制单元、定时模块和数据物联模块的输入端电连接；

3、所述换向控制模块的输出端与动力供给模块的输入端电连接，所述动力供给模块的输出端与运行状态检测单元的输入端电连接，所述运行状态检测单元与数据处理单元的输出端电连接，数据存储单元通过数据处理单元与数据通讯单元的输入端电连接，所述数据通讯单元的输出端与自动控制单元的输入端电连接，所述自动控制单元的输出端与自动流程控制模块的输入端电连接。

4、作为优选，所述运行状态检测单元包括温度检测模块、压力检测模块、液位检测模块、阀体检测模块，动力设备检测模块，气体检测模块、流量检测模块和火焰检测模块，各模块间相互独立，互不影响。

5、作为优选，一体式增压结构，集成度高，打破传统90兆帕以上氢气压缩机增压模式，压力范围可直接由5～20兆帕增压到90兆帕甚至以上。

6、作为优选，整体iic防爆设计，信号回路本安设计，防爆o区与i区隔离区分。

7、作为优选，所述保护控制单元的输出端与动力模块、通风模块、阀控模块、上游psd模块和消防模块的输入端电连接，所述消防模块与警报单元对接，所述通风模块包括强排风机。

8、作为优选，所述警报单元分为一级警报处理模块、二级警报处理模块和三级警报处理模块，在使用时根据出现的不同安全情况，出现不同等级的警报进行响应；其中，一级警报处理模块为设备温度类、压力类、液位类和功率器件过载类警报，为指示灯及人机交互界面提示性警报；二级警报处理模块为温度、压力、液位超限和主功率器件故障类报警，为喇叭配合指示灯和人机交互界面的报警方式；三级警报处理模块为气体泄漏、火灾和工艺异常安全类警报，为喇叭配合指示灯，人机交互界面以及撬内安防监测系统报警，此类警报直接牵动大范围的警报，存在安全隐患需要专业化的紧急处理。

9、一种一体式超高压氢气压缩机控制系统的控制方法，其特征在于：使用上述的一体式超高压氢气压缩机控制系统，包括以下步骤：

10、s1、在工作人员使用时，首先通过人机交互界面设定传感器校准参数、报警压力、报警温度、停机压力、停机温度、电功率保护值和液位上下限，并且监控所有单元的状态，操作人员通过人机交互界面发送指令实现设备的控制；

11、s2、当温度检测模块和压力检测模块检测到温度压力异常，随后自动控制单元启动警报单元和保护控制单元，警报单元检测警报数据类型，不同类型的报警信号对应不同等级的报警级别；

12、s3、系统首先上电初始化，启动自动控制单元并通过人机交互界面状态自检无误后进入下一步，随后启动辅助冷却系统，状态正常后启动电机并进入自动压缩流程，自动控制单元检测压缩缸缸体位置信号到达第一设定位置时，计时模块开始计时，计时结束后控制模块启动一级卸荷流程，计时模块开始计时，计时结束后控制模块启动二次卸荷流程；计时模块再开始计时，计时结束后控制模块启动液压缓冲流程；计时模块继续开始计时，计时结束后控制模块启动液压缸换向流程；计时模块又继续计时，计时结束后控制模块启动液压缓冲切断流程；计时模块再继续计时，计时结束后控制模块启动一级加载流程；计时模块又开始计时，计时结束后控制模块启动二级加载流程；检测到缸体位置到达第二设定位置时，重复上述控制程序，如此保持循环进行，在循环检测的过程中检测到停机指令开始停止电机和辅助冷却系统。

13、作为优选，步骤s2中，所述警报单元检测温度数据异常，控制系统监测工艺流程管线温度的同时，会采集主机冷却模块流量信号，当检测到工艺管线温度异常，而冷却模块流量信号无异常后，一级报警模块报警处理，同时二级报警模块启动，二级报警模块启动后，进一步判断冷却系统进出口介质温度，如进出口介质温度异常，未在合理范围内，此时二级报警模块报警处理，提示冷却系统故障，否者进入三级报警模块，三级报警模块为最高级别相应报警模块，三级报警模块首先发出报警提示，同时三级报警模块会自动调整主机压缩工艺，如果温度持续超限，直到报警模块将压缩工艺调整到极限仍不能解决问题，则设备停机，停机检修。

14、作为优选，工作人员能够通过人机交互界面调取数据存储单元，查看固定时段内的设备运行数据，物联系统通过交换机与可编程控制器实时交互数据，可将可编程控制器采集的作业参数和设备状态发送到远程，实现远程检测，工程师可通过4g网络连接控制器，实现远程的故障诊断和升级调试服务。

15、本发明取得的有益效果是：本发明通过设置保护控制单元、运行状态检测单元、数据存储单元、数据处理单元、自动控制单元、数据通讯单元、警报单元、保护控制单元和动力供给模块，在使用时，自动控制系统集中统一控制，能够通过具体的运行状态与设定的限值对比，实时监控的数据异常后，根据具体问题类型启动警报单元的相应响应模块；同时启动保护控制单元内对应的处理模块并对问题自动处理控制；这种方式能够将多个控制部件之间整合统一，并相应的对其数据一体化存储与管理，实现多个系统的集中监控，特别是配合保护控制单元与警报单元使其安全性得到极大的提升，使其规范化操作的同时，无需多人巡检操作，人员往来度和风险大大降低，成本也得到极大的降低。

16、本发明通过设置自动控制单元、换向控制模块、运行状态检测单元、电机、数据处理单元和数据存储单元，在使用时自动控制单元启动，并通过人机交互界面设定预定数值，随后通过运行状态检测单元，检测压缩缸缸体位置信号到达设定位置时，计时模块开始自计时，多级加卸载和换向控制，循环进行，这种方式相较于现有的控制方式能够极大的降低压缩缸内部缸体的震动，且检测延时自动控制，减少缸体换向的高压冲击，提高部件的寿命，降低设备的抖动和噪音，实现动力自动匹配和流程自动控制。