CN114542958A - 一种加氢机融合控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加氢机融合控制方法及系统，方法包括：S1、获取氢气加注温度、环境温度、气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度；S2、若单板电脑不存在故障则执行步骤S3，否则执行步骤S5；S3、单板电脑基于气瓶内氢气温度模拟计算公式，计算得到采用不同氢气加注质量流率的模拟加注过程中的时间‑气瓶内氢气温度模拟变化曲线；S4、根据各曲线选取最大氢气加注质量流率，以得到氢气加注上升率控制信息，发送至PLC，执行步骤S6；S5、PLC根据预制控制参数表格，查找得到氢气加注上升率控制信息，执行步骤S6；S6、PLC根据氢气加注上升率控制信息控制加氢机的加氢速率；S7、重复步骤S1‑S6，直至气瓶压力达到目标压力值。可兼顾加氢过程的高效、安全、稳定与智能。

Description

一种加氢机融合控制方法及系统
技术领域
本发明属于加氢站加氢控制技术领域，具体涉及一种加氢机融合控制方法及系统。
背景技术
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、韩在内的许多国家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。
在35/70MPa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，若氢气加注速度过快，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，若降低氢气加注速度，虽可保证车载储氢瓶的及时散热，但加注效率势必将大大下降。
因此，亟需一种可兼顾加氢过程中高效性、安全性的控制方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种加氢机融合控制方法及系统，可兼顾加氢过程中高效性、安全性，且融合控制的方式保证了加氢过程中的高稳定性与高智能性。
本发明采用以下技术方案：
一种加氢机融合控制方法，包括步骤：
S1、获取氢气加注温度、环境温度、气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度；
S2、判断单板电脑是否存在故障，若否则执行步骤S3，若是则执行步骤S5；
S3、单板电脑将氢气加注温度、环境温度、气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度代入气瓶内氢气温度模拟计算公式，计算得到采用不同氢气加注质量流率的模拟加注过程中的时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线；
S4、单板电脑根据时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线，选取满足气瓶内氢气温度阈值条件的最大氢气加注质量流率，根据最大氢气加注质量流率，得到氢气加注上升率控制信息，并发送至加氢机PLC，执行步骤S6；
S5、加氢机PLC根据环境温度、气瓶当前压力、预制控制参数表格，查找得到氢气加注上升率控制信息，执行步骤S6；
S6、加氢机PLC根据氢气加注上升率控制信息控制加氢机的加氢速率；
S7、每隔预设时间，重复执行步骤S1-S6，直至气瓶压力达到目标压力值。
作为优选方案，步骤S2中，气瓶内氢气温度模拟计算公式为基于氢气质量守恒定理、氢气能量守恒定理、非稳态导热公式得到。
作为优选方案，步骤S1中，还获取气瓶类型；
步骤S3中，单板电脑根据气瓶类型选取相应气瓶内氢气温度模拟计算公式，并将氢气加注温度、环境温度、气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度代入选取的气瓶内氢气温度模拟计算公式，计算得到采用不同氢气加注质量流率的模拟加注过程中的时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线。
作为优选方案，步骤S3中具体为，根据气瓶类型选取不考虑壁面导热影响或考虑壁面导热影响的气瓶内氢气温度模拟计算公式。
作为优选方案，步骤S3中，所述不考虑壁面导热影响的气瓶内氢气温度模拟计算公式为：
Figure 521369DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，T表示模拟加注过程中气瓶内氢气实时温度，
Figure 108208DEST_PATH_IMAGE002
，cv表示氢气定容比热容，cp表示氢气定压比热容，Tin表示氢气加注温度，
Figure 331379DEST_PATH_IMAGE003
，As表示气瓶壁表面积，ks表示气瓶壁表面换热系数，Vin表示氢气加注质量流率，Ta表示环境温度，T0表示气瓶内氢气当前温度，
Figure 927445DEST_PATH_IMAGE004
，m0表示气瓶内氢气当前质量，m表示模拟加注过程中气瓶内氢气实时质量。
作为优选方案，步骤S1中，还获取气瓶壁面当前温度；
步骤S3中，所述考虑壁面导热影响的气瓶内氢气温度模拟计算公式为：
Figure 654093DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 677412DEST_PATH_IMAGE006
，
其中，T表示模拟加注过程中气瓶内氢气实时温度，T0表示气瓶内氢气当前温度，
Figure 246934DEST_PATH_IMAGE007
，cv表示氢气定容比热容，cp表示氢气定压比热容，Ain表示气瓶壁内表面积，kin表示气瓶壁内表面换热系数，Vin表示氢气加注质量流率，Tin表示氢气加注温度，Tw表示模拟加注过程中气瓶壁面实时温度，
Figure 59075DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 296022DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 427926DEST_PATH_IMAGE011
，Aout表示气瓶壁外表面积，Kout表示气瓶壁外表面换热系数，mw表示气瓶壁质量，cw表示气瓶壁比热容，Ta表示环境温度，Tw0表示气瓶壁面当前温度。
作为优选方案，步骤S1中，还获取气瓶类型、加氢机预冷温度、加氢机加注压力等级；
步骤S5中，加氢机PLC根据气瓶类型、加氢机预冷温度、加氢机加注压力等级选取相应预制控制参数表格，并根据环境温度、气瓶当前压力查找得到氢气加注上升率控制信息。
作为优选方案，步骤S7中预设时间为1s~5s。
相应地，还提供了一种加氢机融合控制系统，基于上述的一种加氢机融合控制方法，包括相连的加氢机PLC、单板电脑，单板电脑包括第一信息获取模块、处理模块、第一通讯模块，加氢机PLC包括第二信息获取模块、查表模块、第二通讯模块、控制模块；
第一信息获取模块、处理模块分别与第一通讯模块连接；第二信息获取模块、查表模块分别与第二通讯模块连接；第二通讯模块、查表模块分别与控制模块连接；第一通讯模块与第二通讯模块连接，以实现加氢机PLC与单板电脑之间的信息传输；
第一信息获取模块，用于获取气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度；
第二信息获取模块，用于获取氢气加注温度、环境温度；
处理模块，用于将氢气加注温度、环境温度、气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度代入气瓶内氢气温度模拟计算公式，计算得到采用不同氢气加注质量流率的模拟加注过程中的时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线；
处理模块，还用于根据时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线，选取满足气瓶内氢气温度阈值条件的最大氢气加注质量流率，根据最大氢气加注质量流率，得到氢气加注上升率控制信息；
查表模块，用于当单板电脑出现故障时根据环境温度、气瓶当前压力、预制控制参数表格，查找得到氢气加注上升率控制信息；
控制模块，用于根据氢气加注上升率控制信息控制加氢机的加氢速率。
作为优选方案，控制模块包括相连的自定义调整单元、控制单元，第二通讯模块、查表模块分别与自定义调整单元连接；
自定义调整单元，用于对氢气加注上升率控制信息进行自定义调整；
控制单元，用于根据自定义调整后的氢气加注上升率控制信息控制加氢机的加氢速率。
本发明的有益效果是：
单板电脑可根据氢气加注温度、环境温度、气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度、气瓶内氢气温度模拟计算公式计算得到采用不同氢气加注质量流率的模拟加注过程中的时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线，并根据时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线，选取满足气瓶内氢气温度阈值条件的最大氢气加注质量流率，根据最大氢气加注质量流率，得到氢气加注上升率控制信息。该氢气加注上升率，可在满足氢气加注过程中不超过阈值温度85℃的基础上保证加注速率尽可能快，可兼顾加氢过程中高效性、安全性。
当单板电脑存在故障时，加氢机PLC可根据环境温度、气瓶当前压力以及预制控制参数表格，查找得到氢气加注上升率控制信息，该氢气加注上升率虽然较慢，但可保证加氢过程中的安全性。
采用单板电脑、加氢机PLC融合控制氢气加注速率，可保证加氢机加氢过程中的高稳定性、高智能性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述一种加氢机融合控制方法的流程图；
图2是采用不同氢气加注质量流率的模拟加注过程中的时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线图；
图3是本发明所述一种加氢机融合控制系统的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一：
参照图1所示，本实施例提供了一种加氢机融合控制方法，包括步骤：
S1、获取氢气加注温度、环境温度、气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度（需要说明的是，氢气加注温度以及环境温度在一次氢气加注过程中基本不变，因此针对该两个数据可不实时获取，可仅在加注开始时获取一次即可）；
S2、判断单板电脑是否存在故障，若否则执行步骤S3，若是则执行步骤S5；
S3、单板电脑将氢气加注温度、环境温度、气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度代入气瓶内氢气温度模拟计算公式，计算得到采用不同氢气加注质量流率的模拟加注过程中的时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线；
S4、单板电脑根据时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线，选取满足气瓶内氢气温度阈值条件的最大氢气加注质量流率，根据最大氢气加注质量流率，得到氢气加注上升率控制信息，并发送至加氢机PLC，执行步骤S6；
S5、加氢机PLC根据环境温度、气瓶当前压力、预制控制参数表格，查找得到氢气加注上升率控制信息，执行步骤S6；
S6、加氢机PLC根据氢气加注上升率控制信息控制加氢机的加氢速率；
S7、每隔预设时间（本实施例中预设时间为1s~5s），重复执行步骤S1-S6，直至气瓶压力达到目标压力值。
需要说明的是，上述判断单板电脑是否存在故障，可根据单板电脑发送至加氢机PLC的心跳信号进行判断，若所述单板电脑出现故障，所述加氢机PLC失去所述单板电脑的心跳信号。
还需要说明的是，在实际操作中，也可设定为，即使单板电脑不存在故障也通过加氢机PLC进行查表以获取氢气加注上升率控制信息，或者单板电脑存在故障时，则停止加氢，具体可根据实际情况进行相应预设。
上述气瓶当前压力，可通过加氢枪与车辆的红外通讯，获得车载气瓶当前的压力情况；或者通过加氢机给予车载气瓶一个压力脉冲来确定气瓶当前的压力情况。上述环境温度，可通过加氢机上自带的温度变送器获得加注时的环境温度。
可知，单板电脑可根据氢气加注温度、环境温度、气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度、气瓶内氢气温度模拟计算公式计算得到采用不同氢气加注质量流率的模拟加注过程中的时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线，并根据时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线，选取满足气瓶内氢气温度阈值条件的最大氢气加注质量流率，根据最大氢气加注质量流率，得到氢气加注上升率控制信息。该氢气加注上升率，可在满足氢气加注过程中不超过阈值温度85℃的基础上保证加注速率尽可能快，可兼顾加氢过程中高效性、安全性。
当单板电脑存在故障时，加氢机PLC可根据环境温度、气瓶当前压力以及预制控制参数表格，查找得到氢气加注上升率控制信息，该氢气加注上升率虽然较慢，但可保证加氢过程中的安全性。
采用单板电脑、加氢机PLC融合控制氢气加注速率，可保证加氢机加氢过程中的高稳定性、高智能性。
具体地：
步骤S1中，还获取气瓶类型，气瓶类型可通过站点销售等外部系统根据加氢车辆的型号，明确加氢车辆的气瓶型号，然后经单板电脑发送到加氢机PLC；
步骤S3中，单板电脑根据气瓶类型选取相应气瓶内氢气温度模拟计算公式，并将氢气加注温度、环境温度、气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度代入选取的气瓶内氢气温度模拟计算公式，计算得到采用不同氢气加注质量流率的模拟加注过程中的时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线。
步骤S3中具体为，根据气瓶类型选取不考虑壁面导热影响或考虑壁面导热影响的气瓶内氢气温度模拟计算公式。
所述气瓶内氢气温度模拟计算公式为基于氢气质量守恒定理、氢气能量守恒定理、非稳态导热公式得到。
以下对所述不考虑壁面导热影响的气瓶内氢气温度模拟计算公式、所述考虑壁面导热影响的气瓶内氢气温度模拟计算公式进行说明。
首先进行热力学模型搭建，热力学模型主要考虑了氢气经压缩后由进气口进入车载气瓶的过程。整个过程由于外界做功引起整套系统发生能量变化，产生的能量一部分经过车载气瓶壁传递给环境换热，一部分转化为车载气瓶内氢气内能。
模型主要通过氢气质量守恒、氢气能量守恒以及非稳态导热情况来分析。整套系统根据不同气瓶类型，构建有多个热力学模型。
当气瓶类型可不考虑壁面导热影响时，热力学模型如下：
氢气质量守恒：
Figure 107912DEST_PATH_IMAGE012
（1）
其中，m为气瓶内氢气质量，t为加注时间，Vin为氢气加注质量流率；
氢气能量守恒：
Figure 452306DEST_PATH_IMAGE013
（2）
其中，u为气瓶内氢气比内热，hin为加注氢气比焓，q为气瓶内氢气与车载气瓶换热量；
非稳态导热：
Figure 278180DEST_PATH_IMAGE014
（3）
其中，As表示气瓶壁表面积，ks表示气瓶壁表面换热系数，Ta表示环境温度，T表示气瓶内氢气实时温度。
综合上述几个公式，可得到所述不考虑壁面导热影响的气瓶内氢气温度模拟计算公式为：
Figure 637442DEST_PATH_IMAGE015
（4）
其中，T表示模拟加注过程中气瓶内氢气实时温度，
Figure 791343DEST_PATH_IMAGE016
，cv表示氢气定容比热容，cp表示氢气定压比热容，Tin表示氢气加注温度，
Figure 267324DEST_PATH_IMAGE003
，As表示气瓶壁表面积，ks表示气瓶壁表面换热系数，Vin表示氢气加注质量流率，Ta表示环境温度，T0表示气瓶内氢气当前温度，
Figure 88649DEST_PATH_IMAGE004
，m0表示气瓶内氢气当前质量（可根据气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度计算得到），m表示模拟加注过程中气瓶内氢气实时质量（可根据气瓶内氢气当前质量以及选定的氢气加注质量流率、加注时间计算得到）。
当气瓶类型需要考虑壁面导热影响时，热力学模型如下：
氢气质量守恒：
Figure 624673DEST_PATH_IMAGE012
（1）
其中，m为气瓶内氢气质量，t为加注时间，Vin为氢气加注质量流率；
氢气能量守恒：
Figure 390504DEST_PATH_IMAGE013
（2）
其中，u为气瓶内氢气比内热，hin为加注氢气比焓，q为气瓶内氢气与车载气瓶换热量；
非稳态导热：
Figure 279962DEST_PATH_IMAGE017
（5）
其中，Ain表示气瓶壁内表面积，kin表示气瓶壁内表面换热系数，T表示气瓶内氢气实时温度，Tw表示气瓶壁面实时温度，Aout表示气瓶壁外表面积，Kout表示气瓶壁外表面换热系数，Ta表示环境温度；
综合上述几个公式，可得到所述考虑壁面导热影响的气瓶内氢气温度模拟计算公式为：
Figure 80428DEST_PATH_IMAGE018
（6）
Figure 662719DEST_PATH_IMAGE019
（7）
其中，T表示模拟加注过程中气瓶内氢气实时温度，T0表示气瓶内氢气当前温度，
Figure 915846DEST_PATH_IMAGE007
，cv表示氢气定容比热容，cp表示氢气定压比热容，Ain表示气瓶壁内表面积，kin表示气瓶壁内表面换热系数，Vin表示氢气加注质量流率，Tin表示氢气加注温度，Tw表示模拟加注过程中气瓶壁面实时温度，
Figure 733629DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 263968DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 141794DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 23162DEST_PATH_IMAGE011
，Aout表示气瓶壁外表面积，Kout表示气瓶壁外表面换热系数，mw表示气瓶壁质量，cw表示气瓶壁比热容，Ta表示环境温度，Tw0表示气瓶壁面当前温度。
需要说明的是，当需要选用考虑壁面导热影响的气瓶内氢气温度模拟计算公式时，则步骤S1中，还需获取气瓶壁面当前温度。
进一步的，选取若干不同的氢气加注质量流率，并基于上述不考虑壁面导热影响的气瓶内氢气温度模拟计算公式或考虑壁面导热影响的气瓶内氢气温度模拟计算公式，将步骤S1中获取的数据代入相应计算公式，可计算得到采用不同氢气加注质量流率的模拟加注过程中的时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线，根据这些曲线，选取满足气瓶内氢气温度阈值条件的最大氢气加注质量流率，根据最大氢气加注质量流率，得到氢气加注上升率控制信息，并发送至加氢机PLC。
具体的，选取满足气瓶内氢气温度阈值条件的最大氢气加注质量流率步骤如下：
A、根据气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度计算得到气瓶内氢气当前质量；
B、根据公式（气瓶最大允许加注质量-气瓶内氢气当前质量）/氢气加注质量流率，计算得到各氢气加注质量流率对应的最大加注时间，其中气瓶最大允许加注质量可根据气瓶类型确定；
C、选取最大加注时间时温度低于85℃（358.15K）的各氢气加注质量流率中最大的氢气加注质量流率。
参照图2所示，为便于说明上述最大氢气加注质量流率的选取原理，假设图2中四种氢气加注质量流率对应的最大加注时间均为100s（注：仅为了便于说明，实际情况中四种氢气加注质量流率应对应四个不同的最大加注时间）。可知，100s时仅加注质量流率为0.005时，温度低于85℃（358.15K），因此选择0.005作为最大氢气加注质量流率。
当单板电脑出现故障时，则采用加氢机PLC根据环境温度、气瓶当前压力、预制控制参数表格，查找得到氢气加注上升率控制信息。
更进一步的，步骤S1中，还获取气瓶类型、加氢机预冷温度、加氢机加注压力等级；
步骤S5中，加氢机PLC根据气瓶类型、加氢机预冷温度、加氢机加注压力等级选取相应预制控制参数表格，并根据环境温度、气瓶当前压力查找得到氢气加注上升率控制信息。预制控制参数表格可参照下表1所示，其中H35为加氢机加注压力等级，T20为加氢机预冷温度，B则代表气瓶类型，当气瓶当前压力为20MPa，环境温度为40℃时，氢气加注上升率控制信息即为37.5（MPa/min）。
Figure 644636DEST_PATH_IMAGE021
表1 加氢机PLC中预制控制参数表格
其中，所述加氢机预冷温度和加氢机加注压力等级均在加氢站建设完成之后即确定，由所述站点销售等外部系统将相应数据经所述单板电脑传递给所述PLC用于查表法的表格的确定，加氢机硬件升级后，通过信息系统进行更改。
需要说明的是，单板电脑、加氢机PLC不仅可以实现加氢机实时加注压力的控制，加氢机PLC还可实现加氢机整站协调控制，PLC通过I/O模块实时采集加氢机中各设备（包括压力变送器、温度变送器、质量流量计变送器等）的信号，将电信号转化为数据信息并与单板电脑进行数据通讯。PLC将完成转化的上述数据信息通讯至人机交互界面用于向加氢操作性显示加氢机实时状态，同时PLC可以通过人机界面接口采集各项人机交互信息（包括显示器、读卡器、键盘等输入信息），根据输入信息，严格执行设定的加注流程，通过下接的I/O模块控制对应气动阀启闭，以实现整机的加注、置换等工作（调压阀的控制流程已在之前提资描述）。
单板电脑在实现与PLC的数据通讯外，还可启动其内置的多媒体程序，通过多媒体输出接口，输出一个更加优化、美观、简洁的多媒体界面。
实施例二：
参照图3所示，本实施例提供一种加氢机融合控制系统，基于实施例一所述的一种加氢机融合控制方法，包括相连的加氢机PLC、单板电脑，单板电脑包括第一信息获取模块、处理模块、第一通讯模块，加氢机PLC包括第二信息获取模块、查表模块、第二通讯模块、控制模块；
第一信息获取模块、处理模块分别与第一通讯模块连接；第二信息获取模块、查表模块分别与第二通讯模块连接；第二通讯模块、查表模块分别与控制模块连接；第一通讯模块与第二通讯模块连接，以实现加氢机PLC与单板电脑之间的信息传输；
第一信息获取模块，用于获取气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度；
第二信息获取模块，用于获取氢气加注温度、环境温度；
处理模块，用于将氢气加注温度、环境温度、气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度代入气瓶内氢气温度模拟计算公式，计算得到采用不同氢气加注质量流率的模拟加注过程中的时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线；
处理模块，还用于根据时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线，选取满足气瓶内氢气温度阈值条件的最大氢气加注质量流率，根据最大氢气加注质量流率，得到氢气加注上升率控制信息；
查表模块，用于当单板电脑出现故障时根据环境温度、气瓶当前压力、预制控制参数表格，查找得到氢气加注上升率控制信息；
控制模块，用于根据氢气加注上升率控制信息控制加氢机的加氢速率。
具体地：
控制模块包括相连的自定义调整单元、控制单元，第二通讯模块、查表模块分别与自定义调整单元连接；
自定义调整单元，用于对氢气加注上升率控制信息进行自定义调整，可对氢气加注上升率乘以相应的调整系数等等；
控制单元，用于根据自定义调整后的氢气加注上升率控制信息控制加氢机的加氢速率。
单板电脑还包括加氢机模式切换模块，模式切换模块用于切换加氢机的工作模式，具体为通过设置的内部密钥文件启动。
工作模式包括以下四种模式：
封存状态模式：加氢机所有设备均处于停机状态，所有阀门关闭，键盘、读卡器等输入均无响应，加氢机上电后操作员无法操作。
工作状态模式：该状态下，主要用于加氢机氢气加注过程。加氢机可以接收来自信息系统的各项数据，并实现与加氢站控制系统的通讯，该状态下，加氢机键盘、读卡器等人机交互输入设备均可正常工作。整套系统在接受信息系统命令后，启动设定的加氢流程，根据加氢站站控系统的各项指令进行阀门等动作，直至完成氢气加注。
置换状态模式：在工作状态，只允许进行氢气加注流程，只有切换至置换状态，才允许加氢机进行氮气置换、氢气置换等工作流程。该状态主要用于当加氢机将进入封存状态时，使用氮气将其管路中氢气置换，或者当加氢机封存结束进入工作状态时，需将对其进行氮气置换、氢气置换时启用。
检修状态模式：该状态仅用于设备制造商对加氢机设备的现场调试以及后期的检修。在该模式下，加氢机具有最强的可调能力。加氢机可实现在不接受信息系统命令下完成氢气加注的全流程工作，同时可根据加氢机键盘内置命令，实现氮气置换、氢气置换等。此外，在该模式下，加氢机可实现对内部气动阀门、调压阀、压力变送器、温度变送器、质量流量计变送器等设备实现单体操作，控制单个阀门的工作或读取指定变送器的各项数据。
单板电脑还包括与处理模块连接的高级算法编译器，由于处理模块无法直接显示其计算中间值、运算结果等数据，因此当调试过程中出现各项问题时，无法对问题进行快速查找、发现并解决。因此引入了高级算法编译器设备。
通过高级算法编译器，使其通过通讯线连接单板电脑的处理模块，能够在其中实现算法程序的编制、编译和调试。通过高级算法编译器，可实现处理模块中智能算法程序的调试，并设置程序断点，单步执行程序，以检查算法内各变量的输入以及输出值，检查程序存在的问题，以此来判断算法是否与设计一致。
需要说明的是，本实施例提供的一种加氢机融合控制系统，与实施例一类似，在此不多做赘述。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种加氢机融合控制方法，其特征在于，包括步骤：
S1、获取氢气加注温度、环境温度、气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度；
S2、判断单板电脑是否存在故障，若否则执行步骤S3，若是则执行步骤S5；
S3、单板电脑将氢气加注温度、环境温度、气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度代入气瓶内氢气温度模拟计算公式，计算得到采用不同氢气加注质量流率的模拟加注过程中的时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线；
S4、单板电脑根据时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线，选取满足气瓶内氢气温度阈值条件的最大氢气加注质量流率，根据最大氢气加注质量流率，得到氢气加注上升率控制信息，并发送至加氢机PLC，执行步骤S6；
S5、加氢机PLC根据环境温度、气瓶当前压力、预制控制参数表格，查找得到氢气加注上升率控制信息，执行步骤S6；
S6、加氢机PLC根据氢气加注上升率控制信息控制加氢机的加氢速率；
S7、每隔预设时间，重复执行步骤S1-S6，直至气瓶压力达到目标压力值。
2.根据权利要求1所述的一种加氢机融合控制方法，其特征在于，步骤S2中，气瓶内氢气温度模拟计算公式为基于氢气质量守恒定理、氢气能量守恒定理、非稳态导热公式得到。
3.根据权利要求1所述的一种加氢机融合控制方法，其特征在于：
步骤S1中，还获取气瓶类型；
步骤S3中，单板电脑根据气瓶类型选取相应气瓶内氢气温度模拟计算公式，并将氢气加注温度、环境温度、气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度代入选取的气瓶内氢气温度模拟计算公式，计算得到采用不同氢气加注质量流率的模拟加注过程中的时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线。
4.根据权利要求3所述的一种加氢机融合控制方法，其特征在于，步骤S3中具体为，根据气瓶类型选取不考虑壁面导热影响或考虑壁面导热影响的气瓶内氢气温度模拟计算公式。
5.根据权利要求4所述的一种加氢机融合控制方法，其特征在于，步骤S3中，所述不考虑壁面导热影响的气瓶内氢气温度模拟计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，T表示模拟加注过程中气瓶内氢气实时温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，cv表示氢气定容比热容，cp表示氢气定压比热容，Tin表示氢气加注温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，As表示气瓶壁表面积，ks表示气瓶壁表面换热系数，Vin表示氢气加注质量流率，Ta表示环境温度，T0表示气瓶内氢气当前温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，m0表示气瓶内氢气当前质量，m表示模拟加注过程中气瓶内氢气实时质量。
6.根据权利要求4所述的一种加氢机融合控制方法，其特征在于：
步骤S1中，还获取气瓶壁面当前温度；
步骤S3中，所述考虑壁面导热影响的气瓶内氢气温度模拟计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，
其中，T表示模拟加注过程中气瓶内氢气实时温度，T0表示气瓶内氢气当前温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，cv表示氢气定容比热容，cp表示氢气定压比热容，Ain表示气瓶壁内表面积，kin表示气瓶壁内表面换热系数，Vin表示氢气加注质量流率，Tin表示氢气加注温度，Tw表示模拟加注过程中气瓶壁面实时温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，Aout表示气瓶壁外表面积，Kout表示气瓶壁外表面换热系数，mw表示气瓶壁质量，cw表示气瓶壁比热容，Ta表示环境温度，Tw0表示气瓶壁面当前温度。
7.根据权利要求1所述的一种加氢机融合控制方法，其特征在于：
步骤S1中，还获取气瓶类型、加氢机预冷温度、加氢机加注压力等级；
步骤S5中，加氢机PLC根据气瓶类型、加氢机预冷温度、加氢机加注压力等级选取相应预制控制参数表格，并根据环境温度、气瓶当前压力查找得到氢气加注上升率控制信息。
8.根据权利要求1所述的一种加氢机融合控制方法，其特征在于，步骤S7中预设时间为1s~5s。
9.一种加氢机融合控制系统，基于权利要求1-8任一项所述的一种加氢机融合控制方法，其特征在于，包括相连的加氢机PLC、单板电脑，单板电脑包括第一信息获取模块、处理模块、第一通讯模块，加氢机PLC包括第二信息获取模块、查表模块、第二通讯模块、控制模块；
第一信息获取模块、处理模块分别与第一通讯模块连接；第二信息获取模块、查表模块分别与第二通讯模块连接；第二通讯模块、查表模块分别与控制模块连接；第一通讯模块与第二通讯模块连接，以实现加氢机PLC与单板电脑之间的信息传输；
第一信息获取模块，用于获取气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度；
第二信息获取模块，用于获取氢气加注温度、环境温度；
处理模块，用于将氢气加注温度、环境温度、气瓶当前压力、气瓶内氢气当前温度代入气瓶内氢气温度模拟计算公式，计算得到采用不同氢气加注质量流率的模拟加注过程中的时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线；
处理模块，还用于根据时间-气瓶内氢气温度模拟变化曲线，选取满足气瓶内氢气温度阈值条件的最大氢气加注质量流率，根据最大氢气加注质量流率，得到氢气加注上升率控制信息；
查表模块，用于当单板电脑出现故障时根据环境温度、气瓶当前压力、预制控制参数表格，查找得到氢气加注上升率控制信息；
控制模块，用于根据氢气加注上升率控制信息控制加氢机的加氢速率。
10.根据权利要求9所述的一种加氢机融合控制系统，其特征在于，控制模块包括相连的自定义调整单元、控制单元，第二通讯模块、查表模块分别与自定义调整单元连接；
自定义调整单元，用于对氢气加注上升率控制信息进行自定义调整；
控制单元，用于根据自定义调整后的氢气加注上升率控制信息控制加氢机的加氢速率。
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