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驿唐物联网应用 - 变频器远程监控方案



一. 变频器远程监控应用背景

      变频器是现代工业电机调速设备的核心,变频器配合电机来工作,通过改变电的频率来改变电机转速,达到根据实际情况指挥电机工作的目的。未来只要有使用电机的场合,就几乎会有使用变频器的需求。变频器体积小,重量轻,精度高,工艺先进,功能丰富,保护齐全,可靠性高,通用性强,易形成闭环控制等优点,深受钢铁、有色、石油石化、化工化纤、纺织机械、电力建材、煤炭、医药、造纸、城市供水、供热及污水处理等行业的欢迎。
      随着国家节能减排政策的不断加强和用户对降低能耗的需求不断提高,变频器市场正在以每年超过30%的速度快速增长。正因如此,大量变频器的安装使用,给变频器的生产商、代理商带来了安装调试及售后服务的问题。由于变频器本身技术含量高,使得它不像其他的低压电器那么操作简单,大量的变频器用户在变频器发生故障后,由于操作和使用人员不能直接排除故障,就需要变频器生产商、供应商提供技术支持和现场服务,来解决问题,整个服务周期长,成本高,还会造成用户停产损失。实际的情况是,大多数的变频器问题和故障是可以预先得知的,并且故障和问题的修复并不需要到现场处理解决。
      驿唐科技目前已与国内外多家主流变频厂商配合,帮助厂商、代理商以及最终客户实现了变频器及电机数据的远程监控应用,可以极大的解决安装调试及售后服务问题。本文主要阐述使用驿唐工业级2G/3G/4G DTU和路由器产品实现变频器远程监控的应用方案。

二. 变频器远程监控方案概述

      变频器即可以单独使用,驱动变频电机工作,实现开环控制,也可以与PLC和人机界面(HMI)配合实现闭环控制,实现一些复杂作业。如选择合适的供电频率(也就是电机的转速),需要电机所驱动的设备根据实际情况给出的反馈,这时候就需要自控系统(常用的是PLC系统)进行配合,PLC接收现场传感器的实时数据,进行逻辑分析,计算出最合适的频率,控制变频器按照这个频率工作。工业传动领域里,变频器和PLC常常连结在一起,形成变频控制柜,同时变频控制柜里也会加入人机界面HMI,方便现场实时查看设备运行状态和现场控制。变频控制柜主体结构如下图1所示:


图 1

      针对不同变频器应用场合和行业,驿唐变频器远程监控方案可以针对三种方式来进行相应的调整,第一种比较常见的方式是无线DTU/工业级无线路由器连接PLC设备,通过运营商网络和互联网连接到数据中心平台,搭建起数据中心平台与PLC的桥梁,这时数据中心平台就能远程采集到PLC中获取的传感器信息、变频器的频率值等,同时也能通过PLC来远程更改变频器工作频率;第二种方式是无线DTU/工业级路由器连接人机界面设备(触摸屏或者工控机),搭建数据中心平台与人机界面设备的桥梁,同样可以达到上述监控目的,同时还能实现人机界面设备的故障查询和程序更新;第三种方式是无线DTU/工业级无线路由器连接变频器,搭建数据中心平台与变频器的桥梁,数据中心平台可以实时查看变频器的工作状态和故障信息,同时可以远程更改变频器工作频率,这种方式只针对变频器进行设备监控。三种远程监控方式见如下图2(3种方式分别标注‚ƒ):


图 2

三. 变频器监控技术方案详解 

      对于变频器的远程监控,部分变频器产品自带RS-485/232串口,可以直接与驿唐DTU相连,实现变频器故障及数据远程监控;更多的变频器远程监控则采用与PLC或人机界面HMI(RJ45网口、RS-485/232串口)配合来完成,如果PLC或者HMI是RJ-45网口,需要搭配驿唐MR-900/ER-700系列工业级3G/4G路由器实现远程监控。驿唐可以提供专业、稳定的驿云服务,来帮助客户实现变频器远程监控应用,客户也可以选择自己搭建监控服务器,对于变频器的监控软件,可采用组态软件或者变频器厂家自有监控软件来实现。下面将详细介绍变频器远程监控连接方案的选择。


3.1 驿唐2G/3G DTU直接连接变频器通信串口


      对于自带RS-485/232串口的变频器,如易能,海浦蒙特等,本身的通信串口具备状态查看和故障信息报警输出的功能,变频器厂商也会有配套的变频器串口监控软件。对于这种情况,实现数量较少(200个以下)的变频器的远程监控可以使用驿唐串口通功能(配合驿云服务器)来实现,即插即用,使用非常简单。如果对于规模更大(大于200个)的变频器远程监控,可以采用自建服务器,并开发驿唐DCC接口模式来实现,驿唐提供服务器端软件,并免费提供接口协议和样例程序,客户只需要极小的开发的工作量便可实现大规模的变频器远程监控应用。结构图如 图3:


图 3

3.2 驿唐2G/3G DTU连接串口PLC


      对于配合PLC使用的变频器应用,而且PLC具备RS-485/232通信串口,如西门子、欧姆龙、三菱、台达、松下等品牌的带串口的PLC。驿唐目前已经成功的连接国内外大多数品牌具备串口的PLC产品,使用驿唐串口通功能,配合驿云服务器,可以快速实现远程通信。详细请见驿唐DTU连接PLC的技术文档。结构图如图4: 


图 4

3.3 驿唐3G/4G路由器连接网口PLC


      对于配合PLC使用的变频器应用,并且PLC具备RJ-45通信网口,使用TCP/IP协议实现通信的情况,如西门子、欧姆龙、三菱等网口的PLC。驿唐目前已经成功的连接国内外大多数品牌具备网口的PLC产品,使用驿唐网口通功能,配合驿云服务器,只需要极少的配置工作,无需已有的监控软件做二次开发,即可快速实现远程无线通信功能。详细请见驿唐3G路由器连接PLC的技术文档。结构图如图5:


图 5

3.4 驿唐2G/3G DTU连接串口HMI


      对于配合PLC和人机界面HMI一起使用的变频器应用,而且HMI具备RS-485/232通信串口,如昆仑通态的工业触摸屏。对于具备串口的HMI产品,使用驿唐串口通功能,配合驿云服务器,可以快速实现远程通信功能。结构图如图6: 


图 6

3.5 驿唐3G/4G路由器连接网口HMI


      对于配合PLC和人机界面HMI一起使用的变频器应用,而且HMI具备RJ-45网口,如西门子的触摸屏。对于具备网口的HMI产品,使用驿唐网口通功能,配合驿云服务器,只需要极少的配置工作,无需已有的监控软件做二次开发,即可快速实现远程无线通信功能。结构图如图7:


图 7

四. 变频器远程监控应用行业

4.1风机、泵类、压缩机


      风机泵类行业应用如集中供暖系统、恒压供水系统、中央空调冷却水冷冻水等。下面以集中供暖系统作为案例做简单介绍。
      PLC通过传感器采集室外温度、供热系统的供回水温度、压差等信号,按照设计的温度、压力,经过复杂的数据运算处理,得到当时工况要求的流量值,再根据此值进行一系列的逻辑运算,控制定量泵的启停和变频泵的转速。变频泵的转速控制方式为:根据工况得出频率的计算值,这个值以电压信号输出给变频器,变频器输出的频率控制电机转速,从而确定系统的水流量。
      这类变频控制应用通常是本地的闭环控制,整个是流程都是全自动化控制流程,然而一旦出现问题就需要进行人为干预,本地人机界面操控是一种方式,但对于无人值守的热力站,必须要采用远程无线监控方案,通常情况下,驿唐无线2G/3G/4G DTU/工业级路由器产品与PLC相连,将供回水温度、压力,室外温度,热量等值发送到热力公司数据中心,同时数据中心也可以下达指令控制变频泵的转速,让供回水压力、温度等值维持在正常水平。                   

4.2 提升类

      提升类行业应用如卷扬机、塔式起重机、建筑施工起重机、货梯等。以卷扬机应用为例,通过PLC与变频器结合,连接驿唐2G/3G/4G的无线DTU和路由器产品,实现远程监控方案改造后,使得卷扬机的启动、制动、加速、减速等过程更加平稳快速,减少负载的波动。 

4.3 机床行业

      机床行业应用如数控机床、紧密雕刻机、机床换刀机构等。以数控机床应用为例,机床变频控制技术方案使电机在低速时转矩大,速度精度高,具有瞬停电处理及速度跟踪再启动功能,确保系统实现连续运行机制,以保证电机运转在最高效率状态。主轴电机采用变频器驱动,满足加工要求,延长刀具的使用寿命。配合连接驿唐2G/3G/4G的无线DTU和路由器产品,实现远程监控方案改造后,可以远程实时监控数控机床运行状态、查看故障信息,提供正常的运营维护和便捷的售后支持。

4.4 石化行业
      石化行业应用如油田注水泵、和油田抽油机。下面以油田抽油机应用作为案例进行简单介绍。
      抽油机变频控制系统由人机界面,PLC,变频器,DTU/工业级路由器,制动单元,制动电阻等组成。PLC通过采集电参数及温度、压力等参数,做出逻辑计算,控制变频器的工作频率和输出电压,进而使电机处于最高效率运行状态。触摸屏可以将PLC采集的参数展现出来,并能手动在触摸屏上发送控制命令控制变频器的频率和输出电压。驿唐2G/3G/4G DTU/工业级路由器直接与PLC相连,通过无线网络把PLC采集的参数、变频器工作频率和输出电压、变频器和触摸屏故障信息和预警信息等发送到数据中心平台,数据中心平台根据这些现场数据可以对运行状态进行实时监控,并能及时收到故障报警,同时又能进行远程操作,控制变频器工作频率和输出电压,给储油罐加热等。
      抽油机远程变频控制系统可实现对抽油机的多种控制:空抽控制,定时启停控制,负荷超限停机控制,连喷带抽控制,启停的远程控制;自动记录抽油机工作过程,保存工作状态信息。自动判断抽油机工作是否正常,给出报警信息;变频控制部分具有自动节能控制功能,能根据负载情况自动调整电压,使电机运行在最高效率状态下;高效节能,变频控制程序是根据油田实际情况,自主判断抽油机运行的上下冲程,根据油井的实际情况,实时调节上下冲程的速度,达到实际抽油时,不更改每分钟的抽油次数,但增加每次抽油时的采油量,提高抽油机的产量。

五. 变频器远程监控的价值和意义

      在很多变频器应用场合中,很难做到派驻专人值守来实现变频器和电机的监控,但是对于变频器及电机工作状态又想实时的监控,了解工作状态及潜在的故障信息,做到及时应对,避免损失,这时便衍生了无人值守的远程监控系统,只要坐在办公室就能查看众多现场设备运行状态和故障信息,发送指令控制设备运行。远程监控系统节省了现场设备运营维护的人力成本,同时保证了设备正常运行的实时性和高效性。驿唐的变频远程监控方案,均基于运营商无线2G/3G/4G网络,驿唐工业级2G/3G/4G DTU和路由器产品可以为变频器厂商或供应商提供一个通信技术手段,实现快速、高效、稳定变频器远程监控系统,实现变频器报警等数据的远程查看以及远程修改变频器参数,在最短时间内接收故障报警并远程处理。可以大大提高变频器厂商、代理商的服务效率,降低服务成本,提升品牌口碑,同时降低最终用户的使用成本,减少因为变频器问题导致的损失,提高最终客户满意度。

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