一．變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用背景

變頻器是現(xiàn)代工業(yè)電機(jī)調(diào)速設(shè)備的核心，變頻器配合電機(jī)來工作，通過改變電的頻率來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到根據(jù)實(shí)際情況指揮電機(jī)工作的目的。未來只要有使用電機(jī)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(hù)齊全，可靠性高，通用性強(qiáng)，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(jī)械、電力建材、煤炭、醫(yī)藥、造紙、城市供水、供熱及污水處理等行業(yè)的歡迎。

隨著國家節(jié)能減排政策的不斷加強(qiáng)和用戶對(duì)降低能耗的需求不斷提高，變頻器市場(chǎng)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(chǎn)商、代理商帶來了安裝調(diào)試及售后服務(wù)的問題。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單，大量的變頻器用戶在變頻器發(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(yīng)商提供技術(shù)支持和現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)，來解決問題，整個(gè)服務(wù)周期長，成本高，還會(huì)造成用戶停產(chǎn)損失。實(shí)際的情況是，大多數(shù)的變頻器問題和故障是可以預(yù)先得知的，并且故障和問題的修復(fù)并不需要到現(xiàn)場(chǎng)處理解決。

驛唐科技目前已與國內(nèi)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(shí)現(xiàn)了變頻器及電機(jī)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用，可以極大的解決安裝調(diào)試及售后服務(wù)問題。本文主要闡述使用驛唐工業(yè)級(jí)2G/3G/4G DTU和路由器產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控的應(yīng)用方案。

二．變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控方案概述

變頻器即可以單獨(dú)使用，驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制，也可以與PLC和人機(jī)界面（HMI）配合實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜作業(yè)。如選擇合適的供電頻率（也就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速），需要電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的設(shè)備根據(jù)實(shí)際情況給出的反饋，這時(shí)候就需要自控系統(tǒng)（常用的是PLC系統(tǒng)）進(jìn)行配合，PLC接收現(xiàn)場(chǎng)傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行邏輯分析，計(jì)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(jié)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(jī)界面HMI，方便現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和現(xiàn)場(chǎng)控制。變頻控制柜主體結(jié)構(gòu)如下圖1所示：

圖1

針對(duì)不同變頻器應(yīng)用場(chǎng)合和行業(yè)，驛唐變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控方案可以針對(duì)三種方式來進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，第一種比較常見的方式是無線DTU/工業(yè)級(jí)無線路由器連接PLC設(shè)備，通過運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)連接到數(shù)據(jù)中心平臺(tái)，搭建起數(shù)據(jù)中心平臺(tái)與PLC的橋梁，這時(shí)數(shù)據(jù)中心平臺(tái)就能遠(yuǎn)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PLC來遠(yuǎn)程更改變頻器工作頻率；第二種方式是無線DTU/工業(yè)級(jí)路由器連接人機(jī)界面設(shè)備（觸摸屏或者工控機(jī)），搭建數(shù)據(jù)中心平臺(tái)與人機(jī)界面設(shè)備的橋梁，同樣可以達(dá)到上述監(jiān)控目的，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面設(shè)備的故障查詢和程序更新；第三種方式是無線DTU/工業(yè)級(jí)無線路由器連接變頻器，搭建數(shù)據(jù)中心平臺(tái)與變頻器的橋梁，數(shù)據(jù)中心平臺(tái)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(yuǎn)程更改變頻器工作頻率，這種方式只針對(duì)變頻器進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控。三種遠(yuǎn)程監(jiān)控方式見如下圖2（3種方式分別標(biāo)注①②③：

圖2

三．變頻器監(jiān)控技術(shù)方案詳解

對(duì)于變頻器的遠(yuǎn)程監(jiān)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(xiàn)變頻器故障及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控；更多的變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控則采用與PLC或人機(jī)界面HMI（RJ45網(wǎng)口、RS-485/232串口）配合來完成，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(jí)3G/4G路由器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。驛唐可以提供專業(yè)、穩(wěn)定的驛云服務(wù)，來幫助客戶實(shí)現(xiàn)變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用，客戶也可以選擇自己搭建監(jiān)控服務(wù)器，對(duì)于變頻器的監(jiān)控軟件，可采用組態(tài)軟件或者變頻器廠家自有監(jiān)控軟件來實(shí)現(xiàn)。下面將詳細(xì)介紹變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)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(duì)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(bào)警輸出的功能，變頻器廠商也會(huì)有配套的變頻器串口監(jiān)控軟件。對(duì)于這種情況，實(shí)現(xiàn)數(shù)量較少（200個(gè)以下）的變頻器的遠(yuǎn)程監(jiān)控可以使用驛唐串口通功能（配合驛云服務(wù)器）來實(shí)現(xiàn)，即插即用，使用非常簡單。如果對(duì)于規(guī)模更大（大于200個(gè)）的變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以采用自建服務(wù)器，并開發(fā)驛唐DCC接口模式來實(shí)現(xiàn)，驛唐提供服務(wù)器端軟件，并免費(fèi)提供接口協(xié)議和樣例程序，客戶只需要極小的開發(fā)的工作量便可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用。結(jié)構(gòu)圖如圖3：

圖3

3.2 驛唐2G/3G DTU連接串口PLC

對(duì)于配合PLC使用的變頻器應(yīng)用，而且PLC具備RS-485/232通信串口，如西門子、歐姆龍、三菱、臺(tái)達(dá)、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(nèi)外大多數(shù)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(xiàn)遠(yuǎn)程通信。詳細(xì)請(qǐng)見驛唐DTU連接PLC的技術(shù)文檔。結(jié)構(gòu)圖如圖4：

圖4

3.3 驛唐3G/4G路由器連接網(wǎng)口PLC

對(duì)于配合PLC使用的變頻器應(yīng)用，并且PLC具備RJ-45通信網(wǎng)口，使用TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信的情況，如西門子、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(nèi)外大多數(shù)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，無需已有的監(jiān)控軟件做二次開發(fā)，即可快速實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線通信功能。詳細(xì)請(qǐng)見驛唐3G路由器連接PLC的技術(shù)文檔。結(jié)構(gòu)圖如圖5：

圖5  

3.4 驛唐2G/3G DTU連接串口HMI

對(duì)于配合PLC和人機(jī)界面HMI一起使用的變頻器應(yīng)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(duì)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(xiàn)遠(yuǎn)程通信功能。結(jié)構(gòu)圖如圖6：

圖6

3.5 驛唐3G/4G路由器連接網(wǎng)口HMI

對(duì)于配合PLC和人機(jī)界面HMI一起使用的變頻器應(yīng)用，而且HMI具備RJ-45網(wǎng)口，如西門子的觸摸屏。對(duì)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，無需已有的監(jiān)控軟件做二次開發(fā)，即可快速實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線通信功能。結(jié)構(gòu)圖如圖7：

圖7

四．變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用行業(yè)

4.1風(fēng)機(jī)、泵類、壓縮機(jī)

風(fēng)機(jī)泵類行業(yè)應(yīng)用如集中供暖系統(tǒng)、恒壓供水系統(tǒng)、中央空調(diào)冷卻水冷凍水等。下面以集中供暖系統(tǒng)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(tǒng)的供回水溫度、壓差等信號(hào)，按照設(shè)計(jì)的溫度、壓力，經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，得到當(dāng)時(shí)工況要求的流量值，再根據(jù)此值進(jìn)行一系列的邏輯運(yùn)算，控制定量泵的啟停和變頻泵的轉(zhuǎn)速。變頻泵的轉(zhuǎn)速控制方式為：根據(jù)工況得出頻率的計(jì)算值，這個(gè)值以電壓信號(hào)輸出給變頻器，變頻器輸出的頻率控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而確定系統(tǒng)的水流量。

這類變頻控制應(yīng)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(xiàn)問題就需要進(jìn)行人為干預(yù)，本地人機(jī)界面操控是一種方式，但對(duì)于無人值守的熱力站，必須要采用遠(yuǎn)程無線監(jiān)控方案，通常情況下，驛唐無線2G/3G/4G DTU/工業(yè)級(jí)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(shù)據(jù)中心，同時(shí)數(shù)據(jù)中心也可以下達(dá)指令控制變頻泵的轉(zhuǎn)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(yè)應(yīng)用如卷揚(yáng)機(jī)、塔式起重機(jī)、建筑施工起重機(jī)、貨梯等。以卷揚(yáng)機(jī)應(yīng)用為例，通過PLC與變頻器結(jié)合，連接驛唐2G/3G/4G的無線DTU和路由器產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控方案改造后，使得卷揚(yáng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速等過程更加平穩(wěn)快速，減少負(fù)載的波動(dòng)。

4.3機(jī)床行業(yè)

機(jī)床行業(yè)應(yīng)用如數(shù)控機(jī)床、緊密雕刻機(jī)、機(jī)床換刀機(jī)構(gòu)等。以數(shù)控機(jī)床應(yīng)用為例，機(jī)床變頻控制技術(shù)方案使電機(jī)在低速時(shí)轉(zhuǎn)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行機(jī)制，以保證電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在最高效率狀態(tài)。主軸電機(jī)采用變頻器驅(qū)動(dòng)，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(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控方案改造后，可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)、查看故障信息，提供正常的運(yùn)營維護(hù)和便捷的售后支持。

4.4石化行業(yè)

石化行業(yè)應(yīng)用如油田注水泵、和油田抽油機(jī)。下面以油田抽油機(jī)應(yīng)用作為案例進(jìn)行簡單介紹。

抽油機(jī)變頻控制系統(tǒng)由人機(jī)界面，PLC，變頻器，DTU/工業(yè)級(jí)路由器，制動(dòng)單元，制動(dòng)電阻等組成。PLC通過采集電參數(shù)及溫度、壓力等參數(shù)，做出邏輯計(jì)算，控制變頻器的工作頻率和輸出電壓，進(jìn)而使電機(jī)處于最高效率運(yùn)行狀態(tài)。觸摸屏可以將PLC采集的參數(shù)展現(xiàn)出來，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(jí)路由器直接與PLC相連，通過無線網(wǎng)絡(luò)把PLC采集的參數(shù)、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(yù)警信息等發(fā)送到數(shù)據(jù)中心平臺(tái)，數(shù)據(jù)中心平臺(tái)根據(jù)這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)可以對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并能及時(shí)收到故障報(bào)警，同時(shí)又能進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，控制變頻器工作頻率和輸出電壓，給儲(chǔ)油罐加熱等。

抽油機(jī)遠(yuǎn)程變頻控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)抽油機(jī)的多種控制：空抽控制，定時(shí)啟?？刂?，負(fù)荷超限停機(jī)控制，連噴帶抽控制，啟停的遠(yuǎn)程控制；自動(dòng)記錄抽油機(jī)工作過程,保存工作狀態(tài)信息。自動(dòng)判斷抽油機(jī)工作是否正常，給出報(bào)警信息；變頻控制部分具有自動(dòng)節(jié)能控制功能，能根據(jù)負(fù)載情況自動(dòng)調(diào)整電壓，使電機(jī)運(yùn)行在最高效率狀態(tài)下；高效節(jié)能，變頻控制程序是根據(jù)油田實(shí)際情況，自主判斷抽油機(jī)運(yùn)行的上下沖程，根據(jù)油井的實(shí)際情況，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)上下沖程的速度，達(dá)到實(shí)際抽油時(shí)，不更改每分鐘的抽油次數(shù)，但增加每次抽油時(shí)的采油量，提高抽油機(jī)的產(chǎn)量。

五．變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控的價(jià)值和意義

在很多變頻器應(yīng)用場(chǎng)合中，很難做到派駐專人值守來實(shí)現(xiàn)變頻器和電機(jī)的監(jiān)控，但是對(duì)于變頻器及電機(jī)工作狀態(tài)又想實(shí)時(shí)的監(jiān)控，了解工作狀態(tài)及潛在的故障信息，做到及時(shí)應(yīng)對(duì)，避免損失，這時(shí)便衍生了無人值守的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，只要坐在辦公室就能查看眾多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和故障信息，發(fā)送指令控制設(shè)備運(yùn)行。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)營維護(hù)的人力成本，同時(shí)保證了設(shè)備正常運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和高效性。驛唐的變頻遠(yuǎn)程監(jiān)控方案，均基于運(yùn)營商無線2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)，驛唐工業(yè)級(jí)2G/3G/4G DTU和路由器產(chǎn)品可以為變頻器廠商或供應(yīng)商提供一個(gè)通信技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)快速、高效、穩(wěn)定變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變頻器報(bào)警等數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程查看以及遠(yuǎn)程修改變頻器參數(shù)，在最短時(shí)間內(nèi)接收故障報(bào)警并遠(yuǎn)程處理?？梢源蟠筇岣咦冾l器廠商、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)降低最終用戶的使用成本，減少因?yàn)樽冾l器問題導(dǎo)致的損失，提高最終客戶滿意度。