驛唐科技物聯(lián)網(wǎng)應用 - 變頻器遠程監控方案
變頻器體積小，重量輕，精度高，工藝先進(jìn)，功能豐富，保護齊全，可靠性高，通用性強，易形成閉環(huán)控制等優(yōu)點(diǎn)，深受鋼鐵、有色、石油石化、化工化纖、紡織機械、電力建材、煤炭、醫藥、造紙、城市供水、供熱及污水處理等行業(yè)的歡迎。
一．變頻器遠程監控應用背景
變頻器是現代工業(yè)電機調速設備的核心，變頻器配合電機來(lái)工作，通過(guò)改變電的頻率來(lái)改變電機轉速，達到根據實(shí)際情況指揮電機工作的目的。未來(lái)只要有使用電機的場(chǎng)合，就幾乎會(huì )有使用變頻器的需求。變頻器體積小，重量輕，精度高，工藝先進(jìn)，功能豐富，保護齊全，可靠性高，通用性強，易形成閉環(huán)控制等優(yōu)點(diǎn)，深受鋼鐵、有色、石油石化、化工化纖、紡織機械、電力建材、煤炭、醫藥、造紙、城市供水、供熱及污水處理等行業(yè)的歡迎。
隨著(zhù)國家節能減排政策的不斷加強和用戶(hù)對降低能耗的需求不斷提高，變頻器市場(chǎng)正在以每年超過(guò)30%的速度快速增長(cháng)。正因如此，大量變頻器的安裝使用，給變頻器的生產(chǎn)商、代理商帶來(lái)了安裝調試及售后服務(wù)的問(wèn)題。由于變頻器本身技術(shù)含量高，使得它不像其他的低壓電器那么操作簡(jiǎn)單，大量的變頻器用戶(hù)在變頻器發(fā)生故障后，由于操作和使用人員不能直接排除故障，就需要變頻器生產(chǎn)商、供應商提供技術(shù)支持和現場(chǎng)服務(wù)，來(lái)解決問(wèn)題，整個(gè)服務(wù)周期長(cháng)，成本高，還會(huì )造成用戶(hù)停產(chǎn)損失。實(shí)際的情況是，大多數的變頻器問(wèn)題和故障是可以預先得知的，并且故障和問(wèn)題的修復并不需要到現場(chǎng)處理解決。
驛唐科技目前已與國內外多家主流變頻廠(chǎng)商配合，幫助廠(chǎng)商、代理商以及最終客戶(hù)實(shí)現了變頻器及電機數據的遠程監控應用，可以大大解決安裝調試及售后服務(wù)問(wèn)題。本文主要闡述使用驛唐工業(yè)級2G/3G/4G DTU和路由器產(chǎn)品實(shí)現變頻器遠程監控的應用方案。
二．變頻器遠程監控方案概述
變頻器即可以單獨使用，驅動(dòng)變頻電機工作，實(shí)現開(kāi)環(huán)控制，也可以與PLC和人機界面（HMI）配合實(shí)現閉環(huán)控制，實(shí)現一些復雜作業(yè)。如選擇合適的供電頻率（也就是電機的轉速），需要電機所驅動(dòng)的設備根據實(shí)際情況給出的反饋，這時(shí)候就需要自控系統（常用的是PLC系統）進(jìn)行配合，PLC接收現場(chǎng)傳感器的實(shí)時(shí)數據，進(jìn)行邏輯分析，計算出最合適的頻率，控制變頻器按照這個(gè)頻率工作。工業(yè)傳動(dòng)領(lǐng)域里，變頻器和PLC常常連結在一起，形成變頻控制柜，同時(shí)變頻控制柜里也會(huì )加入人機界面HMI，方便現場(chǎng)實(shí)時(shí)查看設備運行狀態(tài)和現場(chǎng)控制。變頻控制柜主體結構如下圖所示：
針對不同變頻器應用場(chǎng)合和行業(yè)，驛唐變頻器遠程監控方案可以針對三種方式來(lái)進(jìn)行相應的調整，第一種比較常見(jiàn)的方式是無(wú)線(xiàn)DTU/工業(yè)級無(wú)線(xiàn)路由器連接PLC設備，通過(guò)運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )和互聯(lián)網(wǎng)連接到數據中心平臺，搭建起數據中心平臺與PLC的橋梁，這時(shí)數據中心平臺就能遠程采集到PLC中獲取的傳感器信息、變頻器的頻率值等，同時(shí)也能通過(guò)PLC來(lái)遠程更改變頻器工作頻率；第二種方式是無(wú)線(xiàn)DTU/工業(yè)級路由器連接人機界面設備（觸摸屏或者工控機），搭建數據中心平臺與人機界面設備的橋梁，同樣可以達到上述監控目的，同時(shí)還能實(shí)現人機界面設備的故障查詢(xún)和程序更新；第三種方式是無(wú)線(xiàn)DTU/工業(yè)級無(wú)線(xiàn)路由器連接變頻器，搭建數據中心平臺與變頻器的橋梁，數據中心平臺可以實(shí)時(shí)查看變頻器的工作狀態(tài)和故障信息，同時(shí)可以遠程更改變頻器工作頻率，這種方式只針對變頻器進(jìn)行設備監控。三種遠程監控方式見(jiàn)如下圖（3種方式分別標注）：
三．變頻器監控技術(shù)方案詳解
對于變頻器的遠程監控，部分變頻器產(chǎn)品自帶RS-485/232串口，可以直接與驛唐DTU相連，實(shí)現變頻器故障及數據遠程監控；更多的變頻器遠程監控則采用與PLC或人機界面HMI（RJ45網(wǎng)口、RS-485/232串口）配合來(lái)完成，如果PLC或者HMI是RJ-45網(wǎng)口，需要搭配驛唐MR-900/ER-700系列工業(yè)級3G/4G路由器實(shí)現遠程監控。驛唐可以提供專(zhuān)業(yè)、穩定的驛云服務(wù)，來(lái)幫助客戶(hù)實(shí)現變頻器遠程監控應用，客戶(hù)也可以選擇自己搭建監控服務(wù)器，對于變頻器的監控軟件，可采用組態(tài)軟件或者變頻器廠(chǎng)家自有監控軟件來(lái)實(shí)現。下面將詳細介紹變頻器遠程監控連接方案的選擇。
3.1 驛唐2G/3G DTU直接連接變頻器通信串口
對于自帶RS-485/232串口的變頻器，如易能，海浦蒙特等，本身的通信串口具備狀態(tài)查看和故障信息報警輸出的功能，變頻器廠(chǎng)商也會(huì )有配套的變頻器串口監控軟件。對于這種情況，實(shí)現數量較少（200個(gè)以下）的變頻器的遠程監控可以使用驛唐串口通功能（配合驛云服務(wù)器）來(lái)實(shí)現，即插即用，使用非常簡(jiǎn)單。如果對于規模更大（大于200個(gè)）的變頻器遠程監控，可以采用自建服務(wù)器，并開(kāi)發(fā)驛唐DCC接口模式來(lái)實(shí)現，驛唐提供服務(wù)器端軟件，并免費提供接口協(xié)議和樣例程序，客戶(hù)只需要極小的開(kāi)發(fā)的工作量便可實(shí)現大規模的變頻器遠程監控應用。結構圖如圖：
3.2 驛唐2G/3G DTU連接串口PLC
對于配合PLC使用的變頻器應用，而且PLC具備RS-485/232通信串口，如西門(mén)子、歐姆龍、三菱、臺達、松下等品牌的帶串口的PLC。驛唐目前已經(jīng)成功的連接國內外大多數品牌具備串口的PLC產(chǎn)品，使用驛唐串口通功能，配合驛云服務(wù)器，可以快速實(shí)現遠程通信。詳細請見(jiàn)驛唐DTU連接PLC的技術(shù)文檔。結構圖如圖：
3.3 驛唐3G/4G路由器連接網(wǎng)口PLC
對于配合PLC使用的變頻器應用，并且PLC具備RJ-45通信網(wǎng)口，使用TCP/IP協(xié)議實(shí)現通信的情況，如西門(mén)子、歐姆龍、三菱等網(wǎng)口的PLC。驛唐目前已經(jīng)成功的連接國內外大多數品牌具備網(wǎng)口的PLC產(chǎn)品，使用驛唐網(wǎng)口通功能，配合驛云服務(wù)器，只需要極少的配置工作，無(wú)需已有的監控軟件做二次開(kāi)發(fā)，即可快速實(shí)現遠程無(wú)線(xiàn)通信功能。詳細請見(jiàn)驛唐3G路由器連接PLC的技術(shù)文檔。結構圖如圖：
3.4 驛唐2G/3G DTU連接串口HMI
對于配合PLC和人機界面HMI一起使用的變頻器應用，而且HMI具備RS-485/232通信串口，如昆侖通態(tài)的工業(yè)觸摸屏。對于具備串口的HMI產(chǎn)品，使用驛唐串口通功能，配合驛云服務(wù)器，可以快速實(shí)現遠程通信功能。結構圖如圖：
3.5 驛唐3G/4G路由器連接網(wǎng)口HMI
對于配合PLC和人機界面HMI一起使用的變頻器應用，而且HMI具備RJ-45網(wǎng)口，如西門(mén)子的觸摸屏。對于具備網(wǎng)口的HMI產(chǎn)品，使用驛唐網(wǎng)口通功能，配合驛云服務(wù)器，只需要極少的配置工作，無(wú)需已有的監控軟件做二次開(kāi)發(fā)，即可快速實(shí)現遠程無(wú)線(xiàn)通信功能。結構圖如圖：
四．變頻器遠程監控應用行業(yè)
4.1風(fēng)機、泵類(lèi)、壓縮機
風(fēng)機泵類(lèi)行業(yè)應用如集中供暖系統、恒壓供水系統、中央空調冷卻水冷凍水等。下面以集中供暖系統作為案例做簡(jiǎn)單介紹。
PLC通過(guò)傳感器采集室外溫度、供熱系統的供回水溫度、壓差等信號，按照設計的溫度、壓力，經(jīng)過(guò)復雜的數據運算處理，得到當時(shí)工況要求的流量值，再根據此值進(jìn)行一系列的邏輯運算，控制定量泵的啟停和變頻泵的轉速。變頻泵的轉速控制方式為：根據工況得出頻率的計算值，這個(gè)值以電壓信號輸出給變頻器，變頻器輸出的頻率控制電機轉速，從而確定系統的水流量。
這類(lèi)變頻控制應用通常是本地的閉環(huán)控制，整個(gè)是流程都是全自動(dòng)化控制流程，然而一旦出現問(wèn)題就需要進(jìn)行人為干預，本地人機界面操控是一種方式，但對于無(wú)人值守的熱力站，必須要采用遠程無(wú)線(xiàn)監控方案，通常情況下，驛唐無(wú)線(xiàn)2G/3G/4G DTU/工業(yè)級路由器產(chǎn)品與PLC相連，將供回水溫度、壓力，室外溫度，熱量等值發(fā)送到熱力公司數據中心，同時(shí)數據中心也可以下達指令控制變頻泵的轉速，讓供回水壓力、溫度等值維持在正常水平。
4.2 提升類(lèi)
提升類(lèi)行業(yè)應用如卷?yè)P機、塔式起重機、建筑施工起重機、貨梯等。以卷?yè)P機應用為例，通過(guò)PLC與變頻器結合，連接驛唐2G/3G/4G的無(wú)線(xiàn)DTU和路由器產(chǎn)品，實(shí)現遠程監控方案改造后，使得卷?yè)P機的啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速等過(guò)程更加平穩快速，減少負載的波動(dòng)。
4.3 機床行業(yè)
機床行業(yè)應用如數控機床、緊密雕刻機、機床換刀機構等。以數控機床應用為例，機床變頻控制技術(shù)方案使電機在低速時(shí)轉矩大，速度精度高，具有瞬停電處理及速度跟蹤再啟動(dòng)功能，確保系統實(shí)現連續運行機制，以保證電機運轉在最高效率狀態(tài)。主軸電機采用變頻器驅動(dòng)，滿(mǎn)足加工要求，延長(cháng)刀具的使用壽命。配合連接驛唐2G/3G/4G的無(wú)線(xiàn)DTU和路由器產(chǎn)品，實(shí)現遠程監控方案改造后，可以遠程實(shí)時(shí)監控數控機床運行狀態(tài)、查看故障信息，提供正常的運營(yíng)維護和便捷的售后支持。
4.4 石化行業(yè)
石化行業(yè)應用如油田注水泵、和油田抽油機。下面以油田抽油機應用作為案例進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
抽油機變頻控制系統由人機界面，PLC，變頻器，DTU/工業(yè)級路由器，制動(dòng)單元，制動(dòng)電阻等組成。PLC通過(guò)采集電參數及溫度、壓力等參數，做出邏輯計算，控制變頻器的工作頻率和輸出電壓，進(jìn)而使電機處于最高效率運行狀態(tài)。觸摸屏可以將PLC采集的參數展現出來(lái)，并能手動(dòng)在觸摸屏上發(fā)送控制命令控制變頻器的頻率和輸出電壓。驛唐2G/3G/4G DTU/工業(yè)級路由器直接與PLC相連，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )把PLC采集的參數、變頻器工作頻率和輸出電壓、變頻器和觸摸屏故障信息和預警信息等發(fā)送到數據中心平臺，數據中心平臺根據這些現場(chǎng)數據可以對運行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，并能及時(shí)收到故障報警，同時(shí)又能進(jìn)行遠程操作，控制變頻器工作頻率和輸出電壓，給儲油罐加熱等。
抽油機遠程變頻控制系統可實(shí)現對抽油機的多種控制：空抽控制，定時(shí)啟?？刂?，負荷超限停機控制，連噴帶抽控制，啟停的遠程控制；自動(dòng)記錄抽油機工作過(guò)程,保存工作狀態(tài)信息。自動(dòng)判斷抽油機工作是否正常，給出報警信息；變頻控制部分具有自動(dòng)節能控制功能，能根據負載情況自動(dòng)調整電壓，使電機運行在最高效率狀態(tài)下；高效節能，變頻控制程序是根據油田實(shí)際情況，自主判斷抽油機運行的上下沖程，根據油井的實(shí)際情況，實(shí)時(shí)調節上下沖程的速度，達到實(shí)際抽油時(shí)，不更改每分鐘的抽油次數，但增加每次抽油時(shí)的采油量，提高抽油機的產(chǎn)量。
五．變頻器遠程監控的價(jià)值和意義
在很多變頻器應用場(chǎng)合中，很難做到派駐專(zhuān)人值守來(lái)實(shí)現變頻器和電機的監控，但是對于變頻器及電機工作狀態(tài)又想實(shí)時(shí)的監控，了解工作狀態(tài)及潛在的故障信息，做到及時(shí)應對，避免損失，這時(shí)便衍生了無(wú)人值守的遠程監控系統，只要坐在辦公室就能查看眾多現場(chǎng)設備運行狀態(tài)和故障信息，發(fā)送指令控制設備運行。遠程監控系統節省了現場(chǎng)設備運營(yíng)維護的人力成本，同時(shí)保證了設備正常運行的實(shí)時(shí)性和高效性。驛唐的變頻遠程監控方案，均基于運營(yíng)商無(wú)線(xiàn)2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò )，驛唐工業(yè)級2G/3G/4G DTU和路由器產(chǎn)品可以為變頻器廠(chǎng)商或供應商提供一個(gè)通信技術(shù)手段，實(shí)現快速、高效、穩定變頻器遠程監控系統，實(shí)現變頻器報警等數據的遠程查看以及遠程修改變頻器參數，在最短時(shí)間內接收故障報警并遠程處理?？梢源蟠筇岣咦冾l器廠(chǎng)商、代理商的服務(wù)效率，降低服務(wù)成本，提升品牌口碑，同時(shí)降低最終用戶(hù)的使用成本，減少因為變頻器問(wèn)題導致的損失，提高最終客戶(hù)滿(mǎn)意度。
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