一种用于PEM电解水制氢设备的远程安全监控系统的制作方法

本技术涉及，尤其是涉及一种用于pem电解水制氢设备的远程安全监控系统。

背景技术：

1、pem电解水制氢设备主要用于生产氢气。pem是proton exchange membrane（质子交换膜）的缩写，它是一种常用于电解水制氢的技术。该设备通过将水分解成氢气和氧气，使用质子交换膜（pem）作为电解槽的分隔膜，以实现高效的水电解过程，主要用于生产高纯度的氢气燃料，用于燃料电池发电系统、氢气动力车辆和其他氢能源应用，氢能源被认为是一种清洁、可再生的能源形式，对环境友好，可以减少碳排放。

2、现有的pem电解水制氢设备在使用过程中存在以下缺陷：

3、1、pem电解水制氢设备在日常使用过程一般都是通过人工在设定周期范围内对其进行日常维护跟检查，导致设备的使用隐患较大，会出现在下一次检查周期临近之前出现故障或问题，影响生产效率的同时人工检查可能存在误差性，而现有的远程安全监控系统不能进一步对电解池内的膜片状态以及使用状态进行监测分析，从而对隐患进行提前排查；

4、2、pem电解水制氢设备的电解池在进行清理维护的过程中，通常都是将特定的清洁剂均匀的分散至目标设备内部，不能根据各目标设备电解池的相关参数进行监测分析，从而对清洁剂的用量以及清洁时间进行控制优化。

5、为此，推出一种pem电解水制氢设备的远程安全监控系统。

技术实现思路

1、为了解决现有的远程安全监控系统不能进一步对电解池内的膜片状态以及使用状态进行监测分析，从而对隐患进行提前排查的问题，本技术提供一种用于pem电解水制氢设备的远程安全监控系统。

2、本技术提供的一种用于pem电解水制氢设备的远程安全监控系统采用如下的技术方案：一种用于pem电解水制氢设备的远程安全监控系统，包括：

3、设备参数分析模块，用于通过多组传感器分别采集监控区域内各目标设备实时状态下的电流g1、电压g2以及温度g3参数，并将电流g1、电压g2以及温度g3进行整合分析得到设备运行评估指数ga；

4、依据公式，得到监控区域内各目标设备实时状态下的设备运行评估指数ga，其中g4、g5以及g6分别为各目标设备的允许电流、允许电压以及允许温度，b1、b2以及b3分别为目标设备电流g1、电压g2以及温度g3的影响权重因子；

5、膜片状态分析模块，用于对监控区域内各目标设备的膜片状态进行分析，并由此得到目标设备的膜片使用状态指数：

6、s1：将四电极电阻率传感器安装在监控区域内各目标设备的电解池通道内，得到监控区域内各目标设备对应当前采集时间点的电阻率数据，获取监控区域内各目标设备在预设时间范围内指定时间间隔的电阻率数据，读取并对其进行均值的计算，得到各目标设备在该预设时间范围内的平均电阻率da1；

7、s2：将各目标设备所采集的不同时间间隔的电阻率数据代入图形中进行表示，绘制各目标设备电阻率数据对应的数值在折线图中的数值点，连接相邻的数值点得到斜线，分别各斜线与水平线之间的夹角；当斜线为水平线之间的夹角为锐角时，将该斜线的斜率标记为第一斜率；当斜线与水平线之间的夹角为钝角时，则标记为第二斜率；将所有的第一斜率之间进行求和计算得到第一总值k1，将所有的第二斜率之间进行求和计算并取绝对值得到第二总值k2；

8、s201：连接折线图中排序最前的数值点与排序最后的数值点得到一条线段并将该线段标记为连接线，计算连接线的斜率以及与水平线的夹角，当连接线与水平线的夹角为锐角时，将该连接线的斜率标记为第三斜率k3；当连接线与水平线的夹角为钝角时，将该连接线的斜率标记为第四斜率k4；同时计算最高数值点与最低数值点之间的垂直距离k5；

9、s202：对监控区域内各目标设备所对应在折线图内的各项参数进行整合处理得到电阻变化值da2；

10、依据公式da2=（k2/k1）×c1+ki×c2+k5×c3，得到目标设备的电阻变化值，其中i=3或4，c1、c2以及c3均为影响权重系数；

11、s3：通过液体渗透性传感器采集监控区域内各目标设备中液体穿过膜片的通透性，得到监控区域内各目标设备对应当前采集时间点的通透性数据，获取监控区域内各目标设备在预设时间范围内指定时间间隔的通透性数据，读取并对其进行均值的计算，得到各目标设备在该预设时间范围内的通透性均值da3；

12、从维护数据库内调取监控区域内各目标设备所使用的膜片种类，设定不同的种类均对应一个类型值，获取各目标设备所使用的膜片种类所对应的类型值da4；

13、由监控区域内各目标设备所对应预设时间范围内的平均电阻率da1、电阻变化值da2、通透性均值da3、类型值da4以及温度值g3得到各目标设备的膜片使用状态指数gb；

14、依据公式，得到目标设备的膜片使用状态指数gb，其中da5、da6以及da7分别表示为允许平均电阻率、允许电阻变化值以及正常通透性均值；s1、s2、s3、s4以及s5分别为平均电阻率da1、电阻变化值da2、通透性均值da3、类型值da4以及温度值g3的影响权重因子；

15、杂质异常分析模块，用于对监控区域内各目标设备的电解池使用状态进行分析，并由此进行相应的处理，得到各目标设备的电解池清洁指数：

16、在电解池出口或循环回路上安装过滤器，通过图像传感器对监控区域内各目标设备的过滤器图像进行采集，得到各目标设备过滤器的图像信息，对图像进行预处理后，将图像转换为二值图像，根据颗粒与背景的灰度差异，提取颗粒部分所对应的背景阴影面积，得到监控区域内各目标设备的颗粒灰度值ya1；

17、在氢气输出管道上安装氢气流量计，通过氢气流量计采集监控区域内各目标设备氢气输出管道的氢气体积，得到监控区域内各目标设备在单位时间内产生的氢气产量ya2；

18、由监控区域内各目标设备所对应的颗粒灰度值ya1、单位时间内的氢气产量值ya2以及电阻变化值da2得到各目标设备的电解池清洁指数gc；

19、依据公式，进行计算得到目标设备的电解池清洁指数gc，其中p1、p2以及p3分别为颗粒灰度值ya1、单位时间内的氢气产量值ya2以及电阻变化值da2的影响权重因子，为预设的修正因子；

20、预警评估分析模块，用于在目标设备的设备运行评估指数ga基础上，将膜片使用状态指数gb与电解池清洁指数gc进行整合分析得到该目标设备的预警评估指数blg：

21、m1：将监控区域各目标设备的设备运行评估指数ga、膜片使用状态指数gb以及电解池清洁指数gc代入公式，进行计算得到目标设备的预警评估指数blg，其中ga1、gb1以及gc1分别表示为设备运行评估指数阈值、膜片使用状态指数阈值以及电解池清洁指数阈值；r1、r2以及r3分别为设备运行评估指数ga、膜片使用状态指数gb以及电解池清洁指数gc的影响权重因子；为预设的修正因子；

22、m2：将各目标设备的预警评估指数blg与预设的阈值进行比对，当目标设备的预警评估指数blg大于预设的阈值时，计算目标设备预警评估指数blg与预设阈值之间的差值，并将目标设备的差值与维护数据库内所对应的两个取值范围进行匹配，设定每个取值范围分别对应一个设备的维护措施，将对应设备的差值匹配对应的取值范围内，得到该目标设备的维护措施；

23、m201：当目标设备的差值匹配第一取值范围内时，将该目标设备标记为待维护设备，并将该设备的参数值变化与维护数据库内的预警参数值变化集合进行匹配，得到该目标设备的预警故障种类并发送至对应监控区域的管理人员移动终端上；

24、m202：当目标设备的差值匹配第二取值范围内时，将该目标设备标记为待处理设备，并将该设备的参数值与维护数据库内的故障参数值集合进行匹配，得到该目标设备的故障待处理种类并发送至对应监控区域的管理人员移动终端上；

25、m203：当目标设备的差值超出维护数据库内设置的取值范围内时，将该目标设备标记为异常设备，通过各分析模块重新对该设备的各项参数进行分析整合得到新的差值，将新的差值进行匹配，若仍匹配不了对应的取值范围时，将该设备的位置发送至对应监控区域的管理人员移动终端上，管理人员对目标异常设备的问题故障进行排查解决后，将其整合进维护数据库内进行更新。

26、可选的，清洁处理分析模块，用于获取各目标设备的电解池清洁指数gc，并由此进行进一步的分析处理，得到各目标设备的清洁调节指数jdg：

27、从维护数据库内调取待清理目标设备电解池的使用材料与形状，并将待清理目标设备的使用材料与形状匹配对应的设备参考集合内，设定每个参考集合均对应一个清理影响评估指数，将各待清理目标设备匹配对应的参考集合内，得到各待目标设备的清理影响评估指数yt1；

28、基于预警评估指数blg进行比对后，从监控区域内获取需要清洁电解池的目标设备编号与位置并标记为待清理设备，利用电流表获取各待清理设备电解池的电流密度值yt2；

29、从维护数据库内调取各待清理设备最近一次的清理日期，通过对待清理设备的清理日期与现日期之间进行时间差计算得到清理间隔值yt3；

30、基于待清理设备的电解池清洁指数gc的基础上，将待清理设备的电流密度值yt2、清理间隔值yt3以及清理影响评估指数yt1之间进行整合处理得到待清理设备的清理调节指数jdg；

31、依据公式，进行计算得到待清理设备的清理调节指数jdg，其中n1、n2以及n3分别为清理影响评估指数yt1、电流密度值yt2以及清理间隔值yt3的影响权重因子，为预设的修正因子；

32、将待清理设备的清理调节指数jdg代入维护数据库所对应的取值范围，设定每个取值范围分别对应一个电解池的清洁剂用量以及清洁时间，将清理调节指数jdg匹配对应的取值范围内得到各待清理设备的清洁剂用量和清洁时间，基于待清理设备的清洁剂用量和清洁时间进行相应的处理。

33、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

34、本发明通过在各目标设备的设备运行评估指数的基础上，进一步对电解池内的膜片状态以及电解池使用状态进行监测分析，由此得到各目标设备的膜片使用状态指数和电解池清洁指数，从而解决了现有的远程安全监控系统只能单一的对设备运行状态进行分析，提高了全面性；

35、本发明通过在目标设备的设备运行评估指数基础上，将膜片使用状态指数与电解池清洁指数进行整合分析得到该目标设备的预警评估指数，通过计算目标设备的预警评估指数与阈值之间的差值，并与维护数据库内的取值范围进行匹配，得到该目标设备的维护措施，从而解决了现有的制氢设备在使用过程大多都是通过人工在设定周期范围内对其进行日常维护跟检查，导致设备的使用隐患较大，会出现在下一次检查周期临近之前出现故障的问题；

36、本发明通过在预警评估指数进行比对后，获取需要清洁电解池的目标设备编号与位置，并标记为待清理设备，基于待清理设备的电解池清洁指数的基础上，进一步对待清理设备的电流密度值、清理间隔值以及清理影响评估指数进行分析，得到待清理设备的清理调节指数，将待清理设备的清理调节指数代入维护数据库所对应的取值范围内，得到各待清理设备的清洁剂用量与清洁时间，可以根据不同的待清理设备对清洁剂的用量以及清洁时间进行控制优化，提高清理效率的同时保证了清理效果。