★ 艾默生 李家松

随着新能源技术快速发展，绿氢正在成为可再生能源消纳、长周期储能以及工业深度脱碳的重要载体。水电解制氢的基本原理并不复杂：利用电能将水分解为氢气和氧气；但当电力来自风电、光伏等清洁能源，并进一步走向大型连续化生产时，真正的挑战已经不只在电解槽本体，而在于如何让工艺、设备、控制和数据形成一个稳定、可优化、可复制的工业系统。

对于装备研发企业而言， 从实验室验证到工业化装置，往往要跨越“能运行”和“长期稳定、高效运行”之间的鸿沟。尤其在绿氢装备处于快速迭代阶段时，研发团队既要验证新的工艺路线与核心算法，又要缩短现场调试周期、积累真实运行数据，并为后续更大规模项目建立可复用的工程模板。正是在这样的背景下，数字化自动化平台成为绿氢产业从试点走向规模化的重要支撑。

绿氢项目试点建设， 亟需高性能数字化控制平台

上海氢器时代科技有限公司扎根上海， 主要从事氢能技术服务，并提供完整的氢气系统解决方案。公司长期投入水电解制氢装备研发，覆盖质子交换膜（PEM）、碱性（ALK）等不同技术路线；多款设备已经投产，同时还在推进阴离子交换膜（AEM）、固体氧化物电解槽（SOEC）、复合膜等新一代技术路线探索，目标是在不同应用场景中找到更适合大规模绿氢生产的系统方案。

该公司的Bristack-P系列质子交换膜制氢设备，产氢量覆盖5-400Nm³/h；Bristack-Z系列碱性制氢系统，产氢量可达50-3000Nm³/h。研发设计过程中，团队不仅关注单位制氢能耗、效率和设备可靠性，也需要面向不同用户侧场景进行适配：有的项目要求满负荷连续稳定运行，用于规模化产氢；有的项目则需要跟随风光出力波动，在较大功率范围内实现灵活启停与快速调节。

近期，该公司正式建设1500Nm³/h碱性水电解制氢试点项目。该项目承上启下：  一方面承接前期研发成果，验证大规模碱性制氢装备的工程化能力；另一方面也为后续2000Nm³/h以上大型工业制氢项目提供关键的控制策略、数据模型和工程实施经验。

精准选型： 定制化自动化架构适配复杂制氢工艺

在测试新技术、验证规模化效果时，试点装置的搭建、联调和后续优化难度都显著提高。项目需要一套集控制、可视化、数据管理于一体的平台，支撑装置从单机调试走向连续运行，并满足以下核心要求：

（1）运行稳定、安全可靠，能够应对制氢装置在压力、温度、流量、液位、纯度等环节的工艺风险；

（2）适配试点项目初期需求多变、工艺参数不断调整的研发特征；

（3）部署方式灵活， 便于工程团队快速修改、扩展和复用；

（4）支持复杂控制逻辑和企业自研算法，满足大规模碱性电解系统的控制优化需求；

（5）支持测试过程中的实时监视、数据采集、趋势分析、参数优化和控制策略迭代；

（6）具备从中型试点装置扩展到大型工业装置的升级与扩容能力。

为了保证控制系统、现场I/O、可视化平台和数据管理平台协同工作，项目方更倾向于选择具备完整产品组合、工程实施能力和本地技术支持能力的供应商，减少多厂家集成带来的接口风险和沟通成本。

如图1所示，在工业装备自动化中，典型架构通常由可编程控制器（PLC/PAC） 、人机界面（HMI）和监控与数据采集系统（SCADA）构成。 PLC/PAC承担现场确定性控制， HMI/SCADA负责操作监视、报警、趋势、历史数据和更高层级的信息集成。对于制氢装备来说，这一架构既要保留工业控制系统的实时性、安全性和可靠性，又要提供足够开放的数据接口，为研发分析和工艺优化提供支撑。

与常规小型装置相比，1500Nm³/h碱性水电解制氢系统在电解液循环、温度控制、气液分离、压力平衡、氢氧纯度与负荷调节等环节存在更强耦合；系统具有明显的热惯性、流体滞后和工艺约束，单纯依赖常规PID和经验参数很难快速达到理想控制效果。项目还面临运行数据积累不足、同规模控制系统参考案例有限、现场调试时间紧张等现实难题， 因此需要更强的控制运算能力和更灵活的工程化平台。

图1 系统架构图

综合以上需求，上海氢器时代科技有限公司最终选定艾默生作为合作方，搭建完整的数字化自动化系统：采用两台PACSystems™ CPE215控制器， 通过PROFINET协议连接RSTi-EP输入输出模块， 并配置Movicon.NExT™ HMI/SCADA平台。系统架构同时预留与历史数据库、MES/ERP、操作站以及净化控制系统等环节的集成空间，便于后续数据贯通和系统扩展。

该项目的一个关键价值在于，控制器支持原生C语言编程， 能够承载企业自研的复杂控制算法。在不改变核心工艺知识产权归属的前提下，研发团队可以将算法封装到本地控制系统中， 并根据试运行数据持续迭代。对于制氢装备企业而言，这既保障了现场运行的稳定性，也保护了长期积累的工艺经验和核心控制逻辑。

Movicon.NExT HMI/SCADA平台则承担运行状态可视化、报警提示、参数设定、数据采集、趋势分析和历史记录等任务。其价值不只在于“画面好看”，更在于把操作员、工艺工程师和研发人员需要的数据组织起来：现场人员可以快速判断装置状态，工程师可以通过历史曲线和报警记录定位问题，研发团队可以基于真实运行数据优化下一轮控制策略。系统界面图如图2所示。

图2 系统界面图

可视化与智能管控，提升制氢设备运行效率

这套HMI/SCADA平台从设计之初就充分考虑扩展性：既能服务本项目这样的中型制氢试点装置，也能向大型工厂级监控系统扩展。开发人员可以借助现代化工程环境开展组态，平台支持动态3D画面、丰富的符号库和插件化功能，并内置多种工业通信能力，可高效对接控制器、现场设备和上层数据系统。

在实际应用中， 系统将控制、可视化和运行数据分析连接为一个闭环。操作人员能够实时查看关键工艺指标，如电解电流、电压、温度、压力、流量、液位、气体纯度和设备运行状态；工程人员可以通过趋势曲线观察参数变化，分析工况波动与控制响应之间的关系；管理与研发人员则可以从历史数据中提取装置稳定性、能耗和报警等信息，为工艺优化提供依据。

上海氢器时代团队对3D可视化和预警式报警功能给予了积极评价。3D画面让复杂设备结构和工艺流程更加直观，预警式报警则帮助工程师在异常扩大之前发现潜在风险。对于氢能装备这类高安全要求场景而言，报警不是简单提示“哪里出问题”，而是要帮助人员更早、更快、更准确地判断问题来源，减少无效排查时间，提升系统连续运行能力。

从项目实施角度看， 该案例的创新点并不是简单地把PLC和SCADA应用到制氢现场，而是把“可运行的控制系统”升级为“可持续优化的研发与生产平台”。控制器负责实时性、确定性和安全边界；SCADA负责可视化、报警和数据沉淀；工程服务团队负责把产品能力转化为可交付的现场系统。三者结合，使试点装置既能稳定运行，又能持续产生对后续规模化项目有价值的工艺数据。

智能控制落地见效，助力能源转型与产业升级

随着调试与测试工作的完成，上海氢器时代已成功打造出能够高效、连续制氢的工业化试点装置，展示出面向更大规模绿氢装备应用的工程能力。对项目方而言，这套系统帮助研发团队缩短了从方案设计到现场验证的路径，并为后续大型制氢项目积累了真实运行数据、控制策略和系统集成经验。

从用户价值看， 艾默生方案为项目带来了四方面收益：第一，稳定可靠的控制平台保障制氢装置连续运行和安全边界；第二，原生C语言和开放平台能力支持企业自研算法落地，保护核心知识产权；第三， Movicon. NExT将可视化、报警、历史数据和趋势分析集成在同一平台，提升调试与运维效率；第四，统一的软硬件架构减少多系统集成复杂度，为后续项目复制和扩容提供基础。

该案例的意义还在于，它为绿氢装备企业提供了一条清晰路径：在研发阶段即引入面向工业化的自动化与数字化平台，把控制、数据和可视化作为装备能力的一部分共同设计。这样不仅能提升单个试点项目的交付质量，也能沉淀可复制的工程模板，帮助绿氢技术更快从试点验证迈向规模化应用。

这类工业自动化项目充分体现了优质方案的价值：选择性能强劲、可适配复杂工况、支持后期扩容的PLC/PAC与HMI/SCADA系统， 并由经验丰富的供应商完成系统集成，能够有效加快项目落地，为绿氢产业发展和能源转型提供可靠支撑。

图4  PACSystems™ RX3i CPL410 Edge Controller将传统PLC的实时确定性控制与边缘计算、数据处理和安全通信能力集成在同一平台，形成“左脑稳控、右脑智能”的新一代控制架构。可应用于绿氢、电力、新能源与过程工业等高安全要求场景。

作者简介：

李家松，亚太区解决方案架构师，长期深耕工业自动化、工业软件与边缘智能领域，拥有15年以上工业软硬件产品、数字化解决方案架构与项目落地经验，专注于工业边缘计算、工业物联网及工业AI应用，致力于推动传统控制系统与边缘计算、工业软件和智能优化能力融合，构建更可靠、更高效、可扩展的工业智能化解决方案。

摘自《自动化博览》2026年6月刊