基于4G工業(yè)路由器變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控方案

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)電機調(diào)速設(shè)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(zhuǎn)速，達到根據(jù)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(huán)控制等優(yōu)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(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(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)場服務(wù)，來解決問題，整個服務(wù)周期長，成本高，還會造成用戶停產(chǎn)損失。實際的情況是，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)場處理解決。

      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現(xiàn)了變頻器及電機數(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。本文主要闡述使用工業(yè)級路由器產(chǎn)品實現(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

      變頻器即可以單獨使用，驅(qū)動變頻電機工作，實現(xiàn)開環(huán)控制，也可以與PLC和人機界面（HMI）配合實現(xiàn)閉環(huán)控制，實現(xiàn)一些復(fù)雜作業(yè)。如選擇合適的供電頻率（也就是電機的轉(zhuǎn)速），需要電機所驅(qū)動的設(shè)備根據(jù)實際情況給出的反饋，這時候就需要自控系統(tǒng)（常用的是PLC系統(tǒng)）進行配合，PLC接收現(xiàn)場傳感器的實時數(shù)據(jù)，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(yè)傳動領(lǐng)域里，變頻器和PLC常常連結(jié)在一起，形成變頻控制柜，同時變頻控制柜里也會加入人機界面HMI，方便現(xiàn)場實時查看設(shè)備運行狀態(tài)和現(xiàn)場控制。變頻控制柜主體結(jié)構(gòu)如下圖1所示：

     針對不同變頻器應(yīng)用場合和行業(yè)，才茂變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控方案可以針對三種方式來進行相應(yīng)的調(diào)整，第一種比較常見的方式是工業(yè)級無線路由器連接PLC設(shè)備，通過運營商網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)連接到數(shù)據(jù)中心平臺，搭建起數(shù)據(jù)中心平臺與PLC的橋梁，這時數(shù)據(jù)中心平臺就能遠(yuǎn)程采集到PLC中獲取的傳感器信息、變頻器的頻率值等，同時也能通過PLC來遠(yuǎn)程更改變頻器工作頻率；第二種方式是工業(yè)級路由器連接人機界面設(shè)備（觸摸屏或者工控機），搭建數(shù)據(jù)中心平臺與人機界面設(shè)備的橋梁，同樣可以達到上述監(jiān)控目的，同時還能實現(xiàn)人機界面設(shè)備的故障查詢和程序更新；第三種方式是工業(yè)級無線路由器連接變頻器，搭建數(shù)據(jù)中心平臺與變頻器的橋梁，數(shù)據(jù)中心平臺可以實時查看變頻器的工作狀態(tài)和故障信息，同時可以遠(yuǎn)程更改變頻器工作頻率，這種方式只針對變頻器進行設(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???）：

三． 變頻器監(jiān)控技術(shù)方案詳解

      對于變頻器的遠(yuǎn)程監(jiān)控，部分變頻器產(chǎn)品自帶RS-485/232串口，可以直接與才茂路由器相連，實現(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，需要搭配工業(yè)級3G/4G路由器實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控?？梢蕴峁I(yè)、穩(wěn)定的云服務(wù)，來幫助客戶實現(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才茂3G/4G路由器連接網(wǎng)口PLC

      對于配合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)議實現(xiàn)通信的情況，如西門子、歐姆龍、三菱等網(wǎng)口的PLC。才茂目前已經(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，使用才茂網(wǎng)口通功能，配合云服務(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)，即可快速實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線通信功能。詳細(xì)請見才茂3G路由器連接PLC的技術(shù)文檔。結(jié)構(gòu)圖如下圖：

3.2 才茂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(yīng)用，而且HMI具備RJ-45網(wǎng)口，如西門子的觸摸屏。對于具備網(wǎng)口的HMI產(chǎn)品，使用才茂網(wǎng)口通功能，配合云服務(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)，即可快速實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線通信功能。結(jié)構(gòu)圖如下圖：

四．變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用行業(yè)

4.1風(fēng)機、泵類、壓縮機

      風(fēng)機泵類行業(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，按照設(shè)計的溫度、壓力，經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)據(jù)運算處理，得到當(dāng)時工況要求的流量值，再根據(jù)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(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(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，整個是流程都是全自動化控制流程，然而一旦出現(xiàn)問題就需要進行人為干預(yù)，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(yuǎn)程無線監(jiān)控方案，通常情況下，才茂工業(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(shù)據(jù)中心，同時數(shù)據(jù)中心也可以下達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)用如卷揚機、塔式起重機、建筑施工起重機、貨梯等。以卷揚機應(yīng)用為例，通過PLC與變頻器結(jié)合，連接才茂2G/3G/4G的路由器產(chǎn)品，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)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(wěn)快速，減少負(fù)載的波動。

4.3 機床行業(yè)

      機床行業(yè)應(yīng)用如數(shù)控機床、緊密雕刻機、機床換刀機構(gòu)等。以數(shù)控機床應(yīng)用為例，機床變頻控制技術(shù)方案使電機在低速時轉(zhuǎn)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(tǒng)實現(xiàn)連續(xù)運行機制，以保證電機運轉(zhuǎn)在最高效率狀態(tài)。主軸電機采用變頻器驅(qū)動，滿足加工要求，延長刀具的使用壽命。配合連接才茂2G/3G/4G的路由器產(chǎn)品，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控方案改造后，可以遠(yuǎn)程實時監(jiān)控數(shù)控機床運行狀態(tài)、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(yè)

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

      抽油機變頻控制系統(tǒng)由人機界面，PLC，變頻器，工業(yè)級路由器，制動單元，制動電阻等組成。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(tài)。觸摸屏可以將PLC采集的參數(shù)展現(xiàn)出來，并能手動在觸摸屏上發(fā)送控制命令控制變頻器的頻率和輸出電壓。才茂2G/3G/4G工業(yè)級路由器直接與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，數(shù)據(jù)中心平臺根據(jù)這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)可以對運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，并能及時收到故障報警，同時又能進行遠(yuǎn)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(yuǎn)程變頻控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對抽油機的多種控制：空抽控制，定時啟?？刂?，負(fù)荷超限停機控制，連噴帶抽控制，啟停的遠(yuǎn)程控制；自動記錄抽油機工作過程,保存工作狀態(tài)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(jié)能控制功能，能根據(jù)負(fù)載情況自動調(diào)整電壓，使電機運行在最高效率狀態(tài)下；高效節(jié)能，變頻控制程序是根據(jù)油田實際情況，自主判斷抽油機運行的上下沖程，根據(jù)油井的實際情況，實時調(diào)節(jié)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(shù)，但增加每次抽油時的采油量，提高抽油機的產(chǎn)量。

五．變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控的價值和意義

      在很多變頻器應(yīng)用場合中，很難做到派駐專人值守來實現(xiàn)變頻器和電機的監(jiān)控，但是對于變頻器及電機工作狀態(tài)又想實時的監(jiān)控，了解工作狀態(tài)及潛在的故障信息，做到及時應(yīng)對，避免損失，這時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)場設(shè)備運行狀態(tài)和故障信息，發(fā)送指令控制設(shè)備運行。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)省了現(xiàn)場設(shè)備運營維護的人力成本，同時保證了設(shè)備正常運行的實時性和高效性。才茂的變頻遠(yuǎn)程監(jiān)控方案，均基于運營商無線2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)，才茂工業(yè)級路由器產(chǎn)品可以為變頻器廠商或供應(yīng)商提供一個通信技術(shù)手段，實現(xiàn)快速、高效、穩(wěn)定變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)變頻器報警等數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程查看以及遠(yuǎn)程修改變頻器參數(shù)，在最短時間內(nèi)接收故障報警并遠(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，同時降低最終用戶的使用成本，減少因為變頻器問題導(dǎo)致的損失，提高最終客戶滿意度。