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                  驛唐科技物聯網應用 - 變頻器遠程監控方案

                  驛唐科技物聯網應用 - 變頻器遠程監控方案

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                  【摘要】:
                  變頻器體積小,重量輕,精度高,工藝先進,功能豐富,保護齊全,可靠性高,通用性強,易形成閉環控制等優點,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的歡迎。

                  一.變頻器遠程監控應用背景

                   

                        變頻器是現代工業電機調速設備的核心,變頻器配合電機來工作,通過改變電的頻率來改變電機轉速,達到根據實際情況指揮電機工作的目的。未來只要有使用電機的場合,就幾乎會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,功能豐富,保護齊全,可靠性高,通用性強,易形成閉環控制等優點,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的歡迎。

                        隨著國家節能減排政策的不斷加強和用戶對降低能耗的需求不斷提高,變頻器市場正在以每年超過30%的速度快速增長。正因如此,大量變頻器的安裝使用,給變頻器的生產商、代理商帶來了安裝調試及售后服務的問題。由于變頻器本身技術含量高,使得它不像其他的低壓電器那么操作簡單,大量的變頻器用戶在變頻器發生故障后,由于操作和使用人員不能直接排除故障,就需要變頻器生產商、供應商提供技術支持和現場服務,來解決問題,整個服務周期長,成本高,還會造成用戶停產損失。實際的情況是,大多數的變頻器問題和故障是可以預先得知的,并且故障和問題的修復并不需要到現場處理解決。

                        驛唐科技目前已與國內外多家主流變頻廠商配合,幫助廠商、代理商以及最終客戶實現了變頻器及電機數據的遠程監控應用,可以極大的解決安裝調試及售后服務問題。本文主要闡述使用驛唐工業級2G/3G/4G DTU和路由器產品實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,驅動變頻電機工作,實現開環控制,也可以與PLC和人機界面(HMI)配合實現閉環控制,實現一些復雜作業。如選擇合適的供電頻率(也就是電機的轉速),需要電機所驅動的設備根據實際情況給出的反饋,這時候就需要自控系統(常用的是PLC系統)進行配合,PLC接收現場傳感器的實時數據,進行邏輯分析,計算出最合適的頻率,控制變頻器按照這個頻率工作。工業傳動領域里,變頻器和PLC常常連結在一起,形成變頻控制柜,同時變頻控制柜里也會加入人機界面HMI,方便現場實時查看設備運行狀態和現場控制。變頻控制柜主體結構如下圖所示:

                   

                        針對不同變頻器應用場合和行業,驛唐變頻器遠程監控方案可以針對三種方式來進行相應的調整,第一種比較常見的方式是無線DTU/工業級無線路由器連接PLC設備,通過運營商網絡和互聯網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,同時也能通過PLC來遠程更改變頻器工作頻率;第二種方式是無線DTU/工業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,同時還能實現人機界面設備的故障查詢和程序更新;第三種方式是無線DTU/工業級無線路由器連接變頻器,搭建數據中心平臺與變頻器的橋梁,數據中心平臺可以實時查看變頻器的工作狀態和故障信息,同時可以遠程更改變頻器工作頻率,這種方式只針對變頻器進行設備監控。三種遠程監控方式見如下圖3種方式分別標注):

                   

                  三.變頻器監控技術方案詳解

                   

                        對于變頻器的遠程監控,部分變頻器產品自帶RS-485/232串口,可以直接與驛唐DTU相連,實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HMIRJ45網口、RS-485/232串口)配合來完成,如果PLC或者HMIRJ-45網口,需要搭配驛唐MR-900/ER-700系列工業級3G/4G路由器實現遠程監控。驛唐可以提供專業、穩定的驛云服務,來幫助客戶實現變頻器遠程監控應用,客戶也可以選擇自己搭建監控服務器,對于變頻器的監控軟件,可采用組態軟件或者變頻器廠家自有監控軟件來實現。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查看和故障信息報警輸出的功能,變頻器廠商也會有配套的變頻器串口監控軟件。對于這種情況,實現數量較少(200個以下)的變頻器的遠程監控可以使用驛唐串口通功能(配合驛云服務器)來實現,即插即用,使用非常簡單。如果對于規模更大(大于200個)的變頻器遠程監控,可以采用自建服務器,并開發驛唐DCC接口模式來實現,驛唐提供服務器端軟件,并免費提供接口協議和樣例程序,客戶只需要極小的開發的工作量便可實現大規模的變頻器遠程監控應用。結構圖如

                   

                  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。驛唐目前已經成功的連接國內外大多數品牌具備串口的PLC產品,使用驛唐串口通功能,配合驛云服務器,可以快速實現遠程通信。詳細請見驛唐DTU連接PLC的技術文檔。結構圖如圖

                   

                  3.3 驛唐3G/4G路由器連接網口PLC


                        對于配合PLC使用的變頻器應用,并且PLC具備RJ-45通信網口,使用TCP/IP協議實現通信的情況,如西門子、歐姆龍、三菱等網口的PLC。驛唐目前已經成功的連接國內外大多數品牌具備網口的PLC產品,使用驛唐網口通功能,配合驛云服務器,只需要極少的配置工作,無需已有的監控軟件做二次開發,即可快速實現遠程無線通信功能。詳細請見驛唐3G路由器連接PLC的技術文檔。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,如昆侖通態的工業觸摸屏。對于具備串口的HMI產品,使用驛唐串口通功能,配合驛云服務器,可以快速實現遠程通信功能。結構圖如圖:

                   

                  3.5 驛唐3G/4G路由器連接網口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網口,如西門子的觸摸屏。對于具備網口的HMI產品,使用驛唐網口通功能,配合驛云服務器,只需要極少的配置工作,無需已有的監控軟件做二次開發,即可快速實現遠程無線通信功能。結構圖如圖

                   

                  四.變頻器遠程監控應用行業

                  4.1風機、泵類、壓縮機

                        風機泵類行業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單介紹。
                        PLC通過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,經過復雜的數據運算處理,得到當時工況要求的流量值,再根據此值進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。
                        這類變頻控制應用通常是本地的閉環控制,整個是流程都是全自動化控制流程,然而一旦出現問題就需要進行人為干預,本地人機界面操控是一種方式,但對于無人值守的熱力站,必須要采用遠程無線監控方案,通常情況下,驛唐無線2G/3G/4G DTU/工業級路由器產品與PLC相連,將供回水溫度、壓力,室外溫度,熱量等值發送到熱力公司數據中心,同時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
                        提升類行業應用如卷揚機、塔式起重機、建筑施工起重機、貨梯等。以卷揚機應用為例,通過PLC與變頻器結合,連接驛唐2G/3G/4G的無線DTU和路由器產品,實現遠程監控方案改造后,使得卷揚機的啟動、制動、加速、減速等過程更加平穩快速,減少負載的波動。 

                  4.3 
                  機床行業
                        機床行業應用如數控機床、緊密雕刻機、機床換刀機構等。以數控機床應用為例,機床變頻控制技術方案使電機在低速時轉矩大,速度精度高,具有瞬停電處理及速度跟蹤再啟動功能,確保系統實現連續運行機制,以保證電機運轉在最高效率狀態。主軸電機采用變頻器驅動,滿足加工要求,延長刀具的使用壽命。配合連接驛唐2G/3G/4G的無線DTU和路由器產品,實現遠程監控方案改造后,可以遠程實時監控數控機床運行狀態、查看故障信息,提供正常的運營維護和便捷的售后支持。

                  4.4  石化行業
                        石化行業應用如油田注水泵、和油田抽油機。下面以油田抽油機應用作為案例進行簡單介紹。
                        抽油機變頻控制系統由人機界面,PLC,變頻器,DTU/工業級路由器,制動單元,制動電阻等組成。PLC通過采集電參數及溫度、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,進而使電機處于最高效率運行狀態。觸摸屏可以將PLC采集的參數展現出來,并能手動在觸摸屏上發送控制命令控制變頻器的頻率和輸出電壓。驛唐2G/3G/4G DTU/工業級路由器直接與PLC相連,通過無線網絡把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送到數據中心平臺,數據中心平臺根據這些現場數據可以對運行狀態進行實時監控,并能及時收到故障報警,同時又能進行遠程操作,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現對抽油機的多種控制:空抽控制,定時啟??刂?,負荷超限停機控制,連噴帶抽控制,啟停的遠程控制;自動記錄抽油機工作過程,保存工作狀態信息。自動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節能控制功能,能根據負載情況自動調整電壓,使電機運行在最高效率狀態下;高效節能,變頻控制程序是根據油田實際情況,自主判斷抽油機運行的上下沖程,根據油井的實際情況,實時調節上下沖程的速度,達到實際抽油時,不更改每分鐘的抽油次數,但增加每次抽油時的采油量,提高抽油機的產量。

                  五.變頻器遠程監控的價值和意義

                        在很多變頻器應用場合中,很難做到派駐專人值守來實現變頻器和電機的監控,但是對于變頻器及電機工作狀態又想實時的監控,了解工作狀態及潛在的故障信息,做到及時應對,避免損失,這時便衍生了無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設備運行狀態和故障信息,發送指令控制設備運行。遠程監控系統節省了現場設備運營維護的人力成本,同時保證了設備正常運行的實時性和高效性。驛唐的變頻遠程監控方案,均基于運營商無線2G/3G/4G網絡,驛唐工業級2G/3G/4G DTU和路由器產品可以為變頻器廠商或供應商提供一個通信技術手段,實現快速、高效、穩定變頻器遠程監控系統,實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,在最短時間內接收故障報警并遠程處理??梢源蟠筇岣咦冾l器廠商、代理商的服務效率,降低服務成本,提升品牌口碑,同時降低最終用戶的使用成本,減少因為變頻器問題導致的損失,提高最終客戶滿意度。

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