SCADA系统在高压变频远程控制中的应用

2018-06-11朱洪林

科教导刊·电子版 2018年10期

朱洪林

摘要本文论述通过SCADA系统远程控制高压变频的实现方法，介绍控制系统的设计思想、系统结构、控制方案和主要功能，为变频技术的推广应用和SCADA系统的有机结合作了有益的尝试。

关键词 SCADA 高压变频远程控制

0概述

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，即数据采集与监视控制系统，是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，广泛应用于电力、冶金、石油、化工、燃气、铁路等领域。在给排水领域，SCADA系统应用也很广泛，可以对现场的运行设备进行远程监测和控制，实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能，在水务自动化建设中起到了重要作用。

齐鲁西夏配水站担负着向乙烯新区和部分老区的供水任务，其中6#高压加压泵电机功率380KW、7#高压加压泵电机功率450KW。为了供水稳定和节能降耗，近期为此2台加压泵增加了高压变频措施。

变频器是根据供水指标（压力、流量），手动或自动改变加压泵运行频率的电能控制装置，一般采用随机面板控制，这种方式给远离泵房的工艺操作人员带来极大不便。如何实现就地、远程两种方式来监测、控制高压变频器的运行状态、故障状态和运行参数显得尤为重要。

1设计思想

在西夏配水站7台高压加压泵SCADA技术基础上，扩展高压变频的监测、控制，具有以下优势：

（1）能够连接不同参数信号的设备，与现场仪表及控制执行机构等设备的接口规范，系统结构简单，组态方便。

（2）应用软件功能完善，实用性强，能实时地反映所需工艺参数。

（3）系统开放性、扩展性强，能够实现供水系统的统一调度和管理。

（4）系统可以通过DF1半双工协议，利用数字电台，实现无线通讯功能。

2系统结构

2.1数据通讯

根据现场实际情况，变频器与SCADA系统的通讯方式采取有线连接，能够更加可靠地对变频器进行实时数据采集及控制。

2.2硬件结构

SCADA系统由工控计算机、可编程控制器（PLC）构成。工控计算机采用DELL公司的工控计算机，配备打印机外设。PLC采用美国Rockwell集团Allen-Bradley公司的SLC500可编程控制器。

2.3软件结构

系统以Windows XP为平台，采用Rockwell公司的RSView32组态软件，可编程控制器（PLC）采用SLC500自身携带的RSLogic500编程，通讯采用RSLink驱动软件。

3控制方案

高压变频器系统采用“一拖二”控制方式，用一台高压变频器控制两台高压加压泵的运行。单台泵的额定流量2100t/h，当供水流量小于2100t/h时，采用一台泵变频运行模式；当供水流量大于2100t/h时，采用一台泵工频运行，另一台泵变频运行模式。

高压变频器控制分“就地控制”和“远程控制”两种操作方式。“就地控制”方式在现场实现工频模式的启动和停止，通过开关转换进行变频的控制和调节。“远程控制”方式通过SCADA系统在控制室实现变频的启动、停止和调节，并实时监测高压变频器运行状态。

4功能实现

4.1就地控制

“就地控制”指在加压泵旁边安装一个就地操作箱，控制两台加压泵的启动和停止。

操作箱设置有“工频/变频”选择按钮，“6#水泵启动”、“6#水泵停止”、“7#水泵启动”、“7#加压泵停止”共4个带灯按钮和一个“紧急停止”按钮。

当选择按钮置于“工频”状态时，则进行工频控制。此时如果需要开加压泵时，直接按加压泵启动”按钮，二次控制回路动作，接触器吸合，电机即工频运转，相应的加压泵运行指示灯亮。需要停泵时，直接按加压泵停止”按钮，加压泵即停止运转。当选择按钮置于“变频”状态时，则为现场变频控制，可通过频率的设定进行调节。

4.2远程控制

利用SCADA控制系统，将变频器的状态反馈信号以及连续变化的参数反馈信号通过PLC的I/O卡件，经过模数转换、整定、运算、处理与上位机软件结合，然后将工艺操作人员的操作指令反向通过PLC的I/O卡件控制变频器的运行。

4.2.1拓扑结构

整个系统由变频器、可编程控制器、工控计算机、打印机等相关部分组成，通过数据线进行连接，实现远程控制功能。

4.2.2电气连接

（1）开关量点连接。

尽量采用无源干接点，为防止强电信号干扰进入PLC，所有点采用继电器电信号隔离。

（2）模拟量连接。

为防止电气设备电磁干扰和强电对PLC的冲击，由电气设备来的测量信号和到电气设备的控制信号的回路中安装隔离栅。

（3）接地。

分别连接保护地和工作地，然后汇入主干接地，与电气接地网连接。

4.2.3系统组态

主要包括变频器状态信号以及参数信号的采集、处理、运算和控制信号的输出。

（1）主要开关量数据整定。

PLC需要采集：变频器故障反馈、6#/7#电机变频运行、6#/7#电机变频状态、6#/7#电机工频状态等多路状态信号。

（2）模拟量数据整定及调节。

在组态过程中需要对模拟量进行两类处理，一是将4-20mA的标准模拟量信号转换成数字信号，然后进行数据处理、运算以及与上位机软件的调用；二是将上位机软件与程序互动数字信号转换成4-20mA的标准模拟量信号控制变频器。通过上述数据整定将程序中的数据与实际控制的变量一一对应。组态中使用了SCP（Scale with Parameters）功能块，将物理的模拟量点与程序中的数字量进行模数转换。

5系统功能

在SCADA系统操作站组态变频监控画面，分为变频运行条件、控制区域、数据显示区域、图形区域以及画面切换按钮五部分。

5.1变频运行条件区域

显示升压变过温报警、降压变过温报警、滤波器过温故障、升压变门禁、降压变门禁、旁路柜门禁、急停开关、变频器故障、升压变过温故障、降压变过温故障、高压就绪、升压柜风机热继、降压柜风机热继、滤波柜风机熱继、风机电源QF4等。

5.2控制区域

触摸屏控制或远程控制，由“现场/远程”控制按钮进行切换。在进行切换时，用户需输入用户名及密码才能实现控制方式的切换，以防误操作。此按钮与现场控制箱的“现场/远程”控制相结合，实现控制方式的切换。

5.3数据显示区域

用于显示变频器运行状态，包括电机电流、电机转速、电机电压、输出功率及母线电压。

5.3.1变频/工频选择画面

用来进行电机工作模式的选择操作。

5.3.2趋势图

用来实时显示电机电压、电流、转速等运行数据，并以曲线的方式进行记录，便于分析故障原因。