★ 艾默生 李家松

隨著新能源技術快速發展，綠氫正在成為可再生能源消納、長周期儲能以及工業深度脫碳的重要載體。水電解制氫的基本原理并不復雜：利用電能將水分解為氫氣和氧氣；但當電力來自風電、光伏等清潔能源，并進一步走向大型連續化生產時，真正的挑戰已經不只在電解槽本體，而在于如何讓工藝、設備、控制和數據形成一個穩定、可優化、可復制的工業系統。

對于裝備研發企業而言， 從實驗室驗證到工業化裝置，往往要跨越“能運行”和“長期穩定、高效運行”之間的鴻溝。尤其在綠氫裝備處于快速迭代階段時，研發團隊既要驗證新的工藝路線與核心算法，又要縮短現場調試周期、積累真實運行數據，并為后續更大規模項目建立可復用的工程模板。正是在這樣的背景下，數字化自動化平臺成為綠氫產業從試點走向規模化的重要支撐。

綠氫項目試點建設， 亟需高性能數字化控制平臺

上海氫器時代科技有限公司扎根上海， 主要從事氫能技術服務，并提供完整的氫氣系統解決方案。公司長期投入水電解制氫裝備研發，覆蓋質子交換膜（PEM）、堿性（ALK）等不同技術路線；多款設備已經投產，同時還在推進陰離子交換膜（AEM）、固體氧化物電解槽（SOEC）、復合膜等新一代技術路線探索，目標是在不同應用場景中找到更適合大規模綠氫生產的系統方案。

該公司的Bristack-P系列質子交換膜制氫設備，產氫量覆蓋5-400Nm3/h；Bristack-Z系列堿性制氫系統，產氫量可達50-3000Nm3/h。研發設計過程中，團隊不僅關注單位制氫能耗、效率和設備可靠性，也需要面向不同用戶側場景進行適配：有的項目要求滿負荷連續穩定運行，用于規模化產氫；有的項目則需要跟隨風光出力波動，在較大功率范圍內實現靈活啟停與快速調節。

近期，該公司正式建設1500Nm3/h堿性水電解制氫試點項目。該項目承上啟下：  一方面承接前期研發成果，驗證大規模堿性制氫裝備的工程化能力；另一方面也為后續2000Nm3/h以上大型工業制氫項目提供關鍵的控制策略、數據模型和工程實施經驗。

精準選型： 定制化自動化架構適配復雜制氫工藝

在測試新技術、驗證規模化效果時，試點裝置的搭建、聯調和后續優化難度都顯著提高。項目需要一套集控制、可視化、數據管理于一體的平臺，支撐裝置從單機調試走向連續運行，并滿足以下核心要求：

（1）運行穩定、安全可靠，能夠應對制氫裝置在壓力、溫度、流量、液位、純度等環節的工藝風險；

（2）適配試點項目初期需求多變、工藝參數不斷調整的研發特征；

（3）部署方式靈活， 便于工程團隊快速修改、擴展和復用；

（4）支持復雜控制邏輯和企業自研算法，滿足大規模堿性電解系統的控制優化需求；

（5）支持測試過程中的實時監視、數據采集、趨勢分析、參數優化和控制策略迭代；

（6）具備從中型試點裝置擴展到大型工業裝置的升級與擴容能力。

為了保證控制系統、現場I/O、可視化平臺和數據管理平臺協同工作，項目方更傾向于選擇具備完整產品組合、工程實施能力和本地技術支持能力的供應商，減少多廠家集成帶來的接口風險和溝通成本。

如圖1所示，在工業裝備自動化中，典型架構通常由可編程控制器（PLC/PAC） 、人機界面（HMI）和監控與數據采集系統（SCADA）構成。 PLC/PAC承擔現場確定性控制， HMI/SCADA負責操作監視、報警、趨勢、歷史數據和更高層級的信息集成。對于制氫裝備來說，這一架構既要保留工業控制系統的實時性、安全性和可靠性，又要提供足夠開放的數據接口，為研發分析和工藝優化提供支撐。

與常規小型裝置相比，1500Nm3/h堿性水電解制氫系統在電解液循環、溫度控制、氣液分離、壓力平衡、氫氧純度與負荷調節等環節存在更強耦合；系統具有明顯的熱慣性、流體滯后和工藝約束，單純依賴常規PID和經驗參數很難快速達到理想控制效果。項目還面臨運行數據積累不足、同規模控制系統參考案例有限、現場調試時間緊張等現實難題， 因此需要更強的控制運算能力和更靈活的工程化平臺。

圖1 系統架構圖

綜合以上需求，上海氫器時代科技有限公司最終選定艾默生作為合作方，搭建完整的數字化自動化系統：采用兩臺PACSystems? CPE215控制器， 通過PROFINET協議連接RSTi-EP輸入輸出模塊， 并配置Movicon.NExT? HMI/SCADA平臺。系統架構同時預留與歷史數據庫、MES/ERP、操作站以及凈化控制系統等環節的集成空間，便于后續數據貫通和系統擴展。

該項目的一個關鍵價值在于，控制器支持原生C語言編程， 能夠承載企業自研的復雜控制算法。在不改變核心工藝知識產權歸屬的前提下，研發團隊可以將算法封裝到本地控制系統中， 并根據試運行數據持續迭代。對于制氫裝備企業而言，這既保障了現場運行的穩定性，也保護了長期積累的工藝經驗和核心控制邏輯。

Movicon.NExT HMI/SCADA平臺則承擔運行狀態可視化、報警提示、參數設定、數據采集、趨勢分析和歷史記錄等任務。其價值不只在于“畫面好看”，更在于把操作員、工藝工程師和研發人員需要的數據組織起來：現場人員可以快速判斷裝置狀態，工程師可以通過歷史曲線和報警記錄定位問題，研發團隊可以基于真實運行數據優化下一輪控制策略。系統界面圖如圖2所示。

圖2 系統界面圖

可視化與智能管控，提升制氫設備運行效率

這套HMI/SCADA平臺從設計之初就充分考慮擴展性：既能服務本項目這樣的中型制氫試點裝置，也能向大型工廠級監控系統擴展。開發人員可以借助現代化工程環境開展組態，平臺支持動態3D畫面、豐富的符號庫和插件化功能，并內置多種工業通信能力，可高效對接控制器、現場設備和上層數據系統。

在實際應用中， 系統將控制、可視化和運行數據分析連接為一個閉環。操作人員能夠實時查看關鍵工藝指標，如電解電流、電壓、溫度、壓力、流量、液位、氣體純度和設備運行狀態；工程人員可以通過趨勢曲線觀察參數變化，分析工況波動與控制響應之間的關系；管理與研發人員則可以從歷史數據中提取裝置穩定性、能耗和報警等信息，為工藝優化提供依據。

上海氫器時代團隊對3D可視化和預警式報警功能給予了積極評價。3D畫面讓復雜設備結構和工藝流程更加直觀，預警式報警則幫助工程師在異常擴大之前發現潛在風險。對于氫能裝備這類高安全要求場景而言，報警不是簡單提示“哪里出問題”，而是要幫助人員更早、更快、更準確地判斷問題來源，減少無效排查時間，提升系統連續運行能力。

從項目實施角度看， 該案例的創新點并不是簡單地把PLC和SCADA應用到制氫現場，而是把“可運行的控制系統”升級為“可持續優化的研發與生產平臺”。控制器負責實時性、確定性和安全邊界；SCADA負責可視化、報警和數據沉淀；工程服務團隊負責把產品能力轉化為可交付的現場系統。三者結合，使試點裝置既能穩定運行，又能持續產生對后續規模化項目有價值的工藝數據。

智能控制落地見效，助力能源轉型與產業升級

隨著調試與測試工作的完成，上海氫器時代已成功打造出能夠高效、連續制氫的工業化試點裝置，展示出面向更大規模綠氫裝備應用的工程能力。對項目方而言，這套系統幫助研發團隊縮短了從方案設計到現場驗證的路徑，并為后續大型制氫項目積累了真實運行數據、控制策略和系統集成經驗。

從用戶價值看， 艾默生方案為項目帶來了四方面收益：第一，穩定可靠的控制平臺保障制氫裝置連續運行和安全邊界；第二，原生C語言和開放平臺能力支持企業自研算法落地，保護核心知識產權；第三， Movicon. NExT將可視化、報警、歷史數據和趨勢分析集成在同一平臺，提升調試與運維效率；第四，統一的軟硬件架構減少多系統集成復雜度，為后續項目復制和擴容提供基礎。

該案例的意義還在于，它為綠氫裝備企業提供了一條清晰路徑：在研發階段即引入面向工業化的自動化與數字化平臺，把控制、數據和可視化作為裝備能力的一部分共同設計。這樣不僅能提升單個試點項目的交付質量，也能沉淀可復制的工程模板，幫助綠氫技術更快從試點驗證邁向規模化應用。

這類工業自動化項目充分體現了優質方案的價值：選擇性能強勁、可適配復雜工況、支持后期擴容的PLC/PAC與HMI/SCADA系統， 并由經驗豐富的供應商完成系統集成，能夠有效加快項目落地，為綠氫產業發展和能源轉型提供可靠支撐。

圖4  PACSystems? RX3i CPL410 Edge Controller將傳統PLC的實時確定性控制與邊緣計算、數據處理和安全通信能力集成在同一平臺，形成“左腦穩控、右腦智能”的新一代控制架構。可應用于綠氫、電力、新能源與過程工業等高安全要求場景。

作者簡介：

李家松，亞太區解決方案架構師，長期深耕工業自動化、工業軟件與邊緣智能領域，擁有15年以上工業軟硬件產品、數字化解決方案架構與項目落地經驗，專注于工業邊緣計算、工業物聯網及工業AI應用，致力于推動傳統控制系統與邊緣計算、工業軟件和智能優化能力融合，構建更可靠、更高效、可擴展的工業智能化解決方案。

摘自《自動化博覽》2026年6月刊