H2氫能換料站危險區(qū)域的分布式I/O系統(tǒng)

圖爾克IP67 ATEX I/O模塊成為了Resato Hydrogen Technology模塊化加氫站實現(xiàn)擴展和快速調(diào)試的保證

未來，氫能將作為能源載體發(fā)揮重要作用。使用氫能的公共汽車和卡車更會越來越多。從長遠來看，氫能似乎也正在成為乘用車的能源載體。擁有加氫站的Resato Hydrogen Technology B.V.（荷蘭阿森市）就是從這一趨勢中獲益的公司之一。公司創(chuàng)新的核心在于高壓技術(shù)。自20世紀90年代初以來，Resato在水切割這一小眾市場上就聲名鵲起。

“圖爾克甚至能為我們推薦了長度合適的確切電纜類型。”Niels de Jong 如果之后通過增加加氫機的方式來擴展加氫站，就能相對容易地添加更多儲氫箱儲氫箱將氫燃料的壓力維持在350 bar（卡車）或700 bar（乘用車）因為采用TB-SG不銹鋼保護外殼，所以幾乎所有TBEN I/O模塊都獲批用于ATEX 2區(qū)由于配備IP67 IMC接口設(shè)備，防爆傳感器也能在沒有控制柜的情況下安全地連接到2區(qū)的I/O模塊圖爾克能為我們提供適用于ATEX爆炸性區(qū)域的不同IP67解決方案。在客戶處，我們只需連接電源線和數(shù)據(jù)線?！皥D爾克甚至能為我們推薦了長度合適的確切電纜類型?！?/span>Niels de Jong 如果之后通過增加加氫機的方式來擴展加氫站，就能相對容易地添加更多儲氫箱

自2018年以來，工程師們還將這一技術(shù)應(yīng)用于加氫站的開發(fā)和建設(shè)。該公司已在歐洲建造并調(diào)試了超過45個加氫站，其中9個在荷蘭。

適用于卡車和乘用車的兩種壓力等級

加氫站獲得燃料的方式有兩種，一種是通過電解器，利用電流引起化學反應(yīng)，將水分離為氫氣和氧氣，另一種是通過稱為長管拖車的氫氣罐車。

長管拖車內(nèi)的氫氣分三個階段壓縮至350 bar后冷卻。然后儲存在為卡車補充燃料的儲氫箱中，或者在第四個壓縮階段將氫氣壓縮至700 bar并儲存在單獨的儲罐中。由于預(yù)先對氫氣進行了冷卻，因此可通過700-bar的泵更快地為乘用車補充燃料。

加氫站比碳基燃料充裝站復(fù)雜得多。該系統(tǒng)必須通過一系列冷卻和壓縮步驟使氫氣達到必要壓力。由于壓力增大會導(dǎo)致溫度升高，因此必須反復(fù)冷卻氫氣。

處理氫氣的過程中必須有防爆措施

燃料補充系統(tǒng)的復(fù)雜在于控制系統(tǒng)。Resato開發(fā)了一種專利算法，可根據(jù)溫度和壓力以最快的速度加氫。在I/O級別，容易爆炸的氫氣給自動化概念的實現(xiàn)帶來了挑戰(zhàn)。為此，系統(tǒng)須有防爆措施，并且產(chǎn)品須經(jīng)適當認證。此外，系統(tǒng)必須盡量免維護，因為現(xiàn)場不會有人員進行任何現(xiàn)場調(diào)整。要處理的信號主要是溫度和壓力信號以及控制閥的開關(guān)信號。此外，還有閥門、急停按鈕和其他安全傳感器的安全相關(guān)信號。

一開始，制造商仍通過無源I/O技術(shù)連接其燃料補充系統(tǒng)。在這種技術(shù)中，傳感器和執(zhí)行器信號會先發(fā)送到儲氫箱的無源加氫機，然后通過多芯線從加氫機發(fā)送到控制器。

模塊化提高了靈活性

第二代Resato加氫站采用模塊化系統(tǒng)。因此，可靈活地增加和組合儲氫容器、壓縮機和冷卻裝置。但這些模塊還必須獲得ATEX 2區(qū)認證，并適用于連接1區(qū)和0區(qū)的本質(zhì)安全信號。為了尋找在防爆領(lǐng)域能支持這種分散式概念的自動化合作伙伴，Resato的團隊也參加了漢諾威工業(yè)博覽會。各大供應(yīng)商的工程師們在展臺上展示了許多IP67 IO解決方案。但當問及是否有通過ATEX認證的IP67解決方案時，許多供應(yīng)商都紛紛搖頭?！俺藞D爾克。他們能為我們提供適用于ATEX爆炸性區(qū)域的不同IP67解決方案。據(jù)我們了解，圖爾克對此很熟悉，也在市場上推出了相應(yīng)的組件，”Lagendijk介紹了尋找分散式I/O解決方案的情況。

為了更容易添加聚集體，每個聚集體上的所有信號必須匯聚在一條數(shù)據(jù)線上。因此，儲氫單元需要工業(yè)以太網(wǎng)（更準確地是指ProFi net）I/O解決方案。由于Resato不想把過多精力浪費在保護外殼和相關(guān)的機械工作上，專家們尋找了耐熱且適合戶外使用的IP67 I/O模塊。到目前為止，沒有讓自動化工程師汗流浹背的要求。     

概念開發(fā)期間進行密集咨詢 因此，Resato為了其儲氫單元與圖爾克專家合作開發(fā)了分散式I/O概念?！皥D爾克真的是很好的合作伙伴。我們沒有隨隨便便開發(fā)產(chǎn)品，而是就產(chǎn)品進行了深入交流，并考慮了不同的可能性。圖爾克甚至推薦了最合適我們的線纜類型以及長度?！毖邪l(fā)工程師Niels de Jong解釋道?！拔覀冃枰獔D爾克這樣的合作伙伴”。I/O概念完全分散實施-例如ATEX 0區(qū)和1區(qū)的本質(zhì)安全傳感器信號。通過IMC系列設(shè)備，圖爾克提供IP67特殊接口模塊。這些模塊連接在防爆傳感器（或執(zhí)行器）和I/O設(shè)備之間，安全地隔離電路并轉(zhuǎn)換信號電流。甚至安全相關(guān)信號也會分散到IP67 I/O模塊TBPN上，TBPN通過Profisafe協(xié)議與安全控制器通信。

模塊化概念有助于實現(xiàn)離線測試并縮短調(diào)試時間

Lagendijk解釋說：“我們看中圖爾克解決方案的其中一個原因是允許進行離線測試?！耙郧拔覀儽仨氃谏a(chǎn)現(xiàn)場進行測試，然后在客戶現(xiàn)場拆除所有設(shè)備并重新布線。然后，我們必須再次測試所有輸入和輸出是否正確連接。如今，我們在我們的場所測試系統(tǒng)，并將所有連接器連接到遠程I/O模塊。在客戶處，我們只需連接電源線和數(shù)據(jù)線。這樣能為電氣工作節(jié)省好幾天的調(diào)試時間，也不再需要動用那么多電氣工程師?！?/span>

Remco Lagendijk強調(diào)了模塊化概念的這一優(yōu)勢：“調(diào)試是一個非常關(guān)鍵的階段。如果調(diào)試出現(xiàn)問題，修復(fù)所花費的時間通常比生產(chǎn)時間長得多。這是因為所有專家、合適的工具甚至必要的備件都不會在客戶現(xiàn)在，而要公司自己準備。

一致的模塊化設(shè)計-最適宜的擴展性

Resato已將模塊化概念考慮得十分周全。Remco Lagendijk及其軟件開發(fā)部同事也將控制軟件模塊化。這就意味著模塊能直接添加到控制軟件中，而不必重寫整個代碼?！斑@幾乎就像復(fù)制粘貼，”Lagendijk說。由于采用一致的模塊化概念，Resato的氫燃料站現(xiàn)在很容易擴展。Niels de Jong補充道：“如果客戶希望擴展存儲空間并需要增加更多儲氫容器，這對我們來說簡直輕而易舉-電工和控制方面的問題更是非常容易解決。”

下一個目標：批量生產(chǎn)

加氫站需求與日俱增。可以推測，在不久的將來，Resato會陸續(xù)將其生產(chǎn)從項目組織轉(zhuǎn)向系列生產(chǎn)-至少有部分是如此。憑借模塊化加氫站概念和模塊化I/O架構(gòu)，Resato已蓄勢待發(fā)。這個概念使批量生產(chǎn)成為可能。單個模塊（如壓縮機或儲氫單元）可預(yù)先大量生產(chǎn)，然后根據(jù)特定的客戶要求進行組裝。這些規(guī)模經(jīng)濟也將降低加氫站的成本和縮短上市時間。