高精度与安全的氢能测试

Greenlight Innovation 公司采用倍福无缝集成的模块化控制方案，该方案配置超过 500 个数据采集点及大量配备本质安全接口的 ELX 系列端子模块，正在氢能测试领域开创先河。这套先进系统能够对复杂氢能工艺流程实现精密安全管理，显著提升测试作业的可靠性与运行效率。

随着全球日益将氢能视为清洁能源解决方案，相关技术企业面临着一项关键挑战：如何在创新技术投入市场前进行安全精准的测试。总部位于不列颠哥伦比亚省本拿比市的 Greenlight Innovation 据称已成为满足这一需求的全球领导者。

Greenlight 成立于 1992 年，是全球氢能源领域燃料电池测试设备领先的供应商。“自那时起，电解槽技术便成为我们的业务重心。”Greenlight 首席商务官 Greig Walsh 表示，“随着氢能产业的发展，我们对氢能生产技术测试设备的需求与日俱增。”

复杂测试流程的可靠控制平台

Greenlight 公司的产品组合包含工业级电解槽测试工站，这类系统利用电能将水分解为氢气和氧气。其中最大规模的系统能够测试 4 兆瓦电解槽电堆，堪称其最复杂的工程挑战。“这类设备结构极其复杂且技术含量极高。”Greenlight 公司总经理 Christian Bosio 表示，“整台设备由数千个部件组装而成，必须确保它们协同运作如同一体。所有组件都必须达到顶尖水准，具备卓越品质与可靠性能。”

这些测试工站需要控制高达 50 bar 的高压气体、调节多区域温度，并管理具有潜在爆炸风险的氢氧混合物，所有这些操作都必须在确保连续运行的同时，将人工干预降至最低。在这些严苛工况下，安全构成了最严峻的挑战。“电解槽测试设备需要在更高压力下运行，因此安全要求极为严苛。”Christian Bosio 表示，“随着我们进入兆瓦级系统领域，安全要求已成倍增加，使其成为我们所有设计中的核心考量因素。”

Greenlight 公司的系统需兼容不同部署地区的安全协议规范，同时保持相同的高性能标准，并满足客户的特定要求。

标准化采用倍福灵活自动化方案

在选定合适的控制平台前，Greenlight 公司攻克了若干技术难题，包括此前系统中庞杂的 I/O 模块与通信可靠性问题。“我们深刻认识到这类设备需要精密的电子控制系统，因此希望在起步阶段就做出经过充分论证的决策。”Greig Walsh 解释道。

Greenlight 公司电气工程师 Kriss Koutzarov 强调了促使他们选择倍福的技术优势：“模块化与灵活性是关键因素。倍福为我们提供了多种 I/O 模块通道密度选择，且每个模块都极为紧凑，仅为 0.5 英寸，而其它解决方案的模块尺寸达 5 英寸。这使我们成功节省了控制柜内的大量空间。”

为连接系统中数百个传感器、阀门及控制装置，Greenlight 在其设备中全面采用各类 EtherCAT 输入输出端子模块。这些端子模块可胜任从基础阀门控制到复杂模拟量测量的所有任务，系统通常集成多达 500 个数据点。这种模块化架构使 Greenlight 能够根据项目需求变化，灵活拓展或调整系统功能。

基于前文所述的安全挑战，Greenlight 采用倍福 TwinSAFE 端子模块 构建了完整的安全系统。TwinSAFE 安全架构通过 EL1904 和 EL1918 端子模块集成数字量输入，通过 EL2904 和 EL2912 端子模块实现数字量输出，提供达到 SIL 3 等级的安全保护。系统还采用 TwinSAFE SC 端子模块监测温度、压力等关键模拟量参数，确保在所有工况下均能实现最高至 SIL 2 等级的安全运行。

在存在氢气泄漏风险的区域，Greenlight 采用采用配备本质安全输入输出接口的倍福 ELX 系列端子模块。这些专用端子将隔离栅与远程 I/O 集成于紧凑外壳内，无需外接隔离栅即可直接连接防爆区 0/20 区中的现场设备。“任何可能存在燃料和氧化剂的区域，我们都必须消除点火源。ELX 端子模块的输出能量即使发生短路也不足以产生电火花。”电气工程师 Kriss Koutzarov 解释道。

ELX 端子模块在空间利用与成本控制方面优势显著。其 12 毫米宽度的模块壳体最多可提供八路本质安全输入，无需外接隔离栅，显著节省控制柜空间。这些端子模块已获得 ATEX、IECEx 及 NEC/CEC 认证，既符合所有防爆领域的行业规范，又支持 Greenlight 公司的全球项目落地。

基于 PC 的控制技术简化系统开发

其 4 兆瓦电解槽测试工站的核心是 CX5130 嵌入式控制器，负责控制整个测试流程。搭载双核处理器且采用无风扇设计的 CX5130，在为严苛工业环境提供强大算力的同时，兼具优异的运行可靠性。这款基于 PC 的紧凑型控制器不仅能实现从数据采集到复杂控制算法的全方位处理，还具备与庞大 I/O 网络集成所需的通信能力。这种可同步执行 PLC 与测量任务的特点，使其特别适用于需要精准时序与协调控制的 Greenlight 公司复杂测试流程。

该系统架构依托 TwinCAT 自动化软件实现过程控制，并通过 EtherCAT 工业以太网系统无缝集成。“真正的即插即用，令人惊叹。”Greenlight 公司自动化与控制开发工程师 Christian Bordin 在阐述 EtherCAT 的简洁性优势时表示，“无需编写复杂的驱动程序。通过 TwinCAT 开发环境，我们可轻松配置系统并与所有组件建立通信。”

氢能生产测试的未来图景

Greenlight 标准化的倍福控制平台已为公司及其客户带来显著效益。其测试工站现具备全面数据采集与分析能力，助力制造商验证并优化系统设计。例如客户 cellcentric 公司发现，Greenlight 的测试工站对其燃料电池开发极具价值，可评估在不同气体流量、湿度、温度、压力及电气负载条件下的性能表现。通过使用 Greenlight 的 Emerald 软件，他们能开发执行自动化测试脚本、查看实时数据并记录精密仪器输出，从而快速获取可靠反馈以验证设计变更，确保产品出厂前的质量管控。

展望未来，Greenlight 公司正致力于在更广尺寸范围内实现电解槽测试系统的标准化。随着业务规模持续扩大，该公司始终秉持一致理念：提供灵活的高性能系统，让客户专注于核心技术研发，而将背后的复杂挑战交由 Greenlight 解决。“我们的成功关键在于适应能力，这使我们能够满足这个成长中行业不断变化的需求。”总经理 Christian Bosio 总结道。