绿氢无疑是推动能源转型迈向成功的关键因素之一。利用风能、水能及太阳能等可再生能源产生的电能可以通过电解方式转化为氢能，然后安全地储存于储罐之中以方便运输，供未来随时随地使用。可再生能源产生的电能可以通过转化为氢能储存起来，并需要时重新接入电网。倍福基于 PC 的控制技术可为氢能制备、储存、运输到应用全产业链提供全面的自动化解决方案。在这一系列过程中，高精度测量技术扮演着举足轻重的角色。它不仅能够实时监测电解过程，还能确保氢能储存环节的安全性。
电压测量：精确监测单电池以及整个电堆的电压
绿氢通常是通过电解水制得的，即利用电能将水分解成氢气和氧气。工业中使用的电解槽通常由多个并列的电解池构成。
在电解过程中，测量和监测单电池的电流-电压特性至关重要：因为电池电压与氢气产量直接相关。
电池电压升高可以增加电流密度，从而提高氢气产量，但制氢效率却会随着电池电压的升高而降低。通过精确测量所有参数可以选定最佳工作点。但在实际操作中，由于电池在电堆中的安装位置限制，电压的设置往往只能针对整个系统统一进行。尽管如此，在电解槽的使用寿命周期内，单电池的电压可能会取不同值并出现电压漂移现象。这种情况会造成工作点偏离预设范围，进而导致效率下降或设备的使用寿命缩短。因此，对单电池的电压进行测量显得尤为重要，这有助于我们及时发现电压漂移，并据此设定合理的维护周期。
EtherCAT 端子模块 EL3008-0003 为此提供了一个高效的解决方案：它集成了 8 个 ±3 V 的电压输入，凭借其 16 位的高分辨率、2 ksamples/s 的采样速率以及高达 ±0.1 % 的精度，能够在电解过程中高速高精度地采集所有关键参数。该端子模块的级联测量原理极大地简化了布线工作，而其优异的绝缘性能则确保了能在高达 1000 V 的堆栈总电压环境下稳定运行，因此也适用于大型系统。得益于模块化设计，该端子模块不仅能够用于搭建测试环境，还能与整个装置控制系统结合使用，实现长期、不间断的监测。
建议该端子模块与 EtherCAT 端子模块 EL3002-0205 配合使用，以每秒高达 10,000 次的测量频率精准测量总电压。该端子模块具有较高的分辨率（24 位），可以覆盖高达 1200 V 的电压范围。这为制氢电解槽的操作人员提供了工艺流程的实时、全面监控，使他们能够优化工作点，并在发生故障时能够迅速做出有效应对。
温度测量
在电解过程中，电解池的温度是另一个至关重要的考量因素：环境温度越高，制氢效率会越高，但设备的使用寿命会相应缩减。因此，对电解槽的多个关键位置进行温度监测，以确保热量能够尽可能均匀分布，显得尤为重要。针对这一需求，倍福同样能够提供一系列丰富多样的测量产品，包括适用于安装在控制柜内的 IP20 端子模块和可以直接安装在系统上的 IP67 端子盒。
可以连接诸如 RTD、NTC 热敏电阻以及热电偶等多种元件。您可以根据具体的精度和采样率需求，从倍福的产品系列中精心挑选一款最合适的产品采集这些温度信号。
在利用电解方式制取绿氢的过程中，其它很多参数同样发挥着至关重要的作用。若要延长电解槽的使用寿命并提升其效率，必须严密监测这些参数。其中很多测量数据都是通过现场设备获取，并且与配备 4...20 mA 标准模拟量输入的信号系统连接。
电能监测
倍福的能源测量产品在监测与调控制氢电解槽的运行方面具有显著优势。EL34xx 系列 EtherCAT 端子模块和 SCT 系列电流互感器能够精确测量流入电解槽的电能的电流和电压，为操作人员提供了强大的工具，让他们能够高效检测并及时对负载峰值及其它各种异常情况，比如能耗随着时间的推移而逐渐增加的现象。尤其是在需要测量大量负载的配电板应用中，倍福的 EL34xx 系列分布式电力测量端子模块展现了出色的成本效益：仅需 12 毫米的安装空间，最多可测量六个电流通道。此外，系统仅需一次性记录相应的电压值，随后通过 EtherCAT 传输至电流测量设备，确保高效、精确地分配测量数据。
除了能源测量之外，物料流的监测同样至关重要。为确保电解槽高效运行，必须不间断地监测物料流，包括电解槽中流入的水以及流出的氧气和氢气情况。倍福凭借 EtherCAT 及其它很多支持的总线系统，能够轻松地从相应的传感器中采集测量数据。随后，可以通过倍福基于 PC 的控制技术对处理这些传感器数据，使操作人员能够迅速识别并解决装置运行中出现的任何故障或低效运行问题。
结合倍福的物联网解决方案，可以实现透明、灵活、经济的电能管理应用。同时能够实时监测与分析数据，进而提升运营管理和能源利用效率。这种全面的监测与分析机制，有助于延长电解槽的使用寿命并降低运营成本，最终提高氢能的经济性和可持续性。
气体处理装置的状态监测
制氢、运氢以及用氢装置都配备了复杂的气体处理系统，比如管道、泵及阀门。确保氢气输送管道与泵的完好无损是预防泄漏及潜在风险的关键。通过不间断地监测包括压力、温度及振动在内的机械参数，能够及早发现磨损或材料疲劳等迹象。实时监测管道的运行状态，以便深入分析机械部件的状况，是维系长期安全运行不可或缺的一环。倍福可为此类机械监测提供多样化的解决方案。
制氢装置中的泵需要承受较高的机械负荷，因此，为其配备振动传感器显得尤为必要，这些传感器通过倍福的 EtherCAT 模拟量 I/O（作为 IEPE 或 10 V/20 mA 信号，提供 IP20 和 IP67 防护等级设计）与中央装置监测系统连接，从而能够在早期阶段检测到机械异常。倍福提供了一系列高性能的基于 PC 的控制平台以及专业的 PLC 库，以及 TwinCAT Analytics 数据处理平台，用于进行复杂的计算分析。这些平台能够从大量的测量数据中提取并直观显示关键的特征值。除了机械状态监测之外，实时记录泵的当前运行数据同样重要。EL34xx 系列 EtherCAT 端子模块凭借其高达 100 ksamples/s 的采用率，成为测量这些数据的理想选择。此外，温度信息也可通过离散传感器采集，并借助倍福 I/O 系统中的 RTD/TwinCAT 模拟量输入模块进行读取。
这三种测量方法都非常适合用于监测安装组件的运行状态。状态监测有助于及时发现运行过程中的异常状况，这些异常可能表明存在储存问题或不平衡状态。基于这些分析结果，我们可以在故障尚未发生之前，采取有针对性的维护措施。
也可以对阀门进行专项监测，重点关注其因膨胀过程而产生的温度变化以及实际所处的位置。这些信号可以很方便地通过倍福的 I/O 系统进行读取。最后，管道自身的振动也是一个关键因素。在必要时，也可以利用上述方法对这些振动进行可靠的测量。
综上所述，基于 PC 的状态监测系统可为制氢装置的安全和高效运行提供坚实保障。该系统能够在早期阶段识别并妥善解决机械问题，极大地降低了故障与事故发生的概率，有效延长了装置组件的使用寿命，并确保了整个生产流程安全无虞。
