SCADA系統(tǒng)在高壓變頻遠(yuǎn)程控制中的應(yīng)用

朱洪林

摘 要 本文論述通過(guò)SCADA系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制高壓變頻的實(shí)現(xiàn)方法，介紹控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制方案和主要功能，為變頻技術(shù)的推廣應(yīng)用和SCADA系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合作了有益的嘗試。

關(guān)鍵詞 SCADA 高壓變頻 遠(yuǎn)程控制

0概述

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石油、化工、燃?xì)狻㈣F路等領(lǐng)域。在給排水領(lǐng)域，SCADA系統(tǒng)應(yīng)用也很廣泛，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能，在水務(wù)自動(dòng)化建設(shè)中起到了重要作用。

齊魯西夏配水站擔(dān)負(fù)著向乙烯新區(qū)和部分老區(qū)的供水任務(wù)，其中6#高壓加壓泵電機(jī)功率380KW、7#高壓加壓泵電機(jī)功率450KW。為了供水穩(wěn)定和節(jié)能降耗，近期為此2臺(tái)加壓泵增加了高壓變頻措施。

變頻器是根據(jù)供水指標(biāo)（壓力、流量），手動(dòng)或自動(dòng)改變加壓泵運(yùn)行頻率的電能控制裝置，一般采用隨機(jī)面板控制，這種方式給遠(yuǎn)離泵房的工藝操作人員帶來(lái)極大不便。如何實(shí)現(xiàn)就地、遠(yuǎn)程兩種方式來(lái)監(jiān)測(cè)、控制高壓變頻器的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)顯得尤為重要。

1設(shè)計(jì)思想

在西夏配水站7臺(tái)高壓加壓泵SCADA技術(shù)基礎(chǔ)上，擴(kuò)展高壓變頻的監(jiān)測(cè)、控制，具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）能夠連接不同參數(shù)信號(hào)的設(shè)備，與現(xiàn)場(chǎng)儀表及控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備的接口規(guī)范，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組態(tài)方便。

（2）應(yīng)用軟件功能完善，實(shí)用性強(qiáng)，能實(shí)時(shí)地反映所需工藝參數(shù)。

（3）系統(tǒng)開(kāi)放性、擴(kuò)展性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)供水系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度和管理。

（4） 系統(tǒng)可以通過(guò)DF1半雙工協(xié)議，利用數(shù)字電臺(tái)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線通訊功能。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1數(shù)據(jù)通訊

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，變頻器與SCADA系統(tǒng)的通訊方式采取有線連接，能夠更加可靠地對(duì)變頻器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及控制。

2.2硬件結(jié)構(gòu)

SCADA系統(tǒng)由工控計(jì)算機(jī)、可編程控制器（PLC）構(gòu)成。工控計(jì)算機(jī)采用DELL公司的工控計(jì)算機(jī)，配備打印機(jī)外設(shè)。PLC采用美國(guó)Rockwell集團(tuán)Allen-Bradley公司的SLC500可編程控制器。

2.3軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)以Windows XP為平臺(tái)，采用Rockwell公司的RSView32組態(tài)軟件，可編程控制器（PLC）采用SLC500自身攜帶的RSLogic500編程，通訊采用RSLink驅(qū)動(dòng)軟件。

3控制方案

高壓變頻器系統(tǒng)采用“一拖二”控制方式，用一臺(tái)高壓變頻器控制兩臺(tái)高壓加壓泵的運(yùn)行。單臺(tái)泵的額定流量2100t/h，當(dāng)供水流量小于2100t/h時(shí)，采用一臺(tái)泵變頻運(yùn)行模式；當(dāng)供水流量大于2100t/h時(shí)，采用一臺(tái)泵工頻運(yùn)行，另一臺(tái)泵變頻運(yùn)行模式。

高壓變頻器控制分“就地控制”和“遠(yuǎn)程控制”兩種操作方式。“就地控制”方式在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)工頻模式的啟動(dòng)和停止，通過(guò)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換進(jìn)行變頻的控制和調(diào)節(jié)。“遠(yuǎn)程控制”方式通過(guò)SCADA系統(tǒng)在控制室實(shí)現(xiàn)變頻的啟動(dòng)、停止和調(diào)節(jié)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓變頻器運(yùn)行狀態(tài)。

4功能實(shí)現(xiàn)

4.1就地控制

“就地控制”指在加壓泵旁邊安裝一個(gè)就地操作箱，控制兩臺(tái)加壓泵的啟動(dòng)和停止。

操作箱設(shè)置有“工頻/變頻”選擇按鈕，“6#水泵啟動(dòng)”、“6#水泵停止”、“7#水泵啟動(dòng)”、“7#加壓泵停止”共4個(gè)帶燈按鈕和一個(gè)“緊急停止”按鈕。

當(dāng)選擇按鈕置于“工頻”狀態(tài)時(shí)，則進(jìn)行工頻控制。此時(shí)如果需要開(kāi)加壓泵時(shí)，直接按加壓泵啟動(dòng)”按鈕，二次控制回路動(dòng)作，接觸器吸合，電機(jī)即工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，相應(yīng)的加壓泵運(yùn)行指示燈亮。需要停泵時(shí)，直接按加壓泵停止”按鈕，加壓泵即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)選擇按鈕置于“變頻”狀態(tài)時(shí)，則為現(xiàn)場(chǎng)變頻控制，可通過(guò)頻率的設(shè)定進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4.2遠(yuǎn)程控制

利用SCADA控制系統(tǒng)，將變頻器的狀態(tài)反饋信號(hào)以及連續(xù)變化的參數(shù)反饋信號(hào)通過(guò)PLC的I/O卡件，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換、整定、運(yùn)算、處理與上位機(jī)軟件結(jié)合，然后將工藝操作人員的操作指令反向通過(guò)PLC的I/O卡件控制變頻器的運(yùn)行。

4.2.1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)由變頻器、可編程控制器、工控計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等相關(guān)部分組成，通過(guò)數(shù)據(jù)線進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。

4.2.2電氣連接

（1）開(kāi)關(guān)量點(diǎn)連接。

盡量采用無(wú)源干接點(diǎn)，為防止強(qiáng)電信號(hào)干擾進(jìn)入PLC，所有點(diǎn)采用繼電器電信號(hào)隔離。

（2）模擬量連接。

為防止電氣設(shè)備電磁干擾和強(qiáng)電對(duì)PLC的沖擊，由電氣設(shè)備來(lái)的測(cè)量信號(hào)和到電氣設(shè)備的控制信號(hào)的回路中安裝隔離柵。

（3）接地。

分別連接保護(hù)地和工作地，然后匯入主干接地，與電氣接地網(wǎng)連接。

4.2.3系統(tǒng)組態(tài)

主要包括變頻器狀態(tài)信號(hào)以及參數(shù)信號(hào)的采集、處理、運(yùn)算和控制信號(hào)的輸出。

（1）主要開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)整定。

PLC需要采集：變頻器故障反饋、6#/7#電機(jī)變頻運(yùn)行、6#/7#電機(jī)變頻狀態(tài)、6#/7#電機(jī)工頻狀態(tài)等多路狀態(tài)信號(hào)。

（2）模擬量數(shù)據(jù)整定及調(diào)節(jié)。

在組態(tài)過(guò)程中需要對(duì)模擬量進(jìn)行兩類處理，一是將4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算以及與上位機(jī)軟件的調(diào)用；二是將上位機(jī)軟件與程序互動(dòng)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)控制變頻器。通過(guò)上述數(shù)據(jù)整定將程序中的數(shù)據(jù)與實(shí)際控制的變量一一對(duì)應(yīng)。組態(tài)中使用了SCP（Scale with Parameters）功能塊，將物理的模擬量點(diǎn)與程序中的數(shù)字量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

5系統(tǒng)功能

在SCADA系統(tǒng)操作站組態(tài)變頻監(jiān)控畫面，分為變頻運(yùn)行條件、控制區(qū)域、數(shù)據(jù)顯示區(qū)域、圖形區(qū)域以及畫面切換按鈕五部分。

5.1變頻運(yùn)行條件區(qū)域

顯示升壓變過(guò)溫報(bào)警、降壓變過(guò)溫報(bào)警、濾波器過(guò)溫故障、升壓變門禁、降壓變門禁、旁路柜門禁、急停開(kāi)關(guān)、變頻器故障、升壓變過(guò)溫故障、降壓變過(guò)溫故障、高壓就緒、升壓柜風(fēng)機(jī)熱繼、降壓柜風(fēng)機(jī)熱繼、濾波柜風(fēng)機(jī)熱繼、風(fēng)機(jī)電源QF4等。

5.2控制區(qū)域

觸摸屏控制或遠(yuǎn)程控制，由“現(xiàn)場(chǎng)/遠(yuǎn)程”控制按鈕進(jìn)行切換。在進(jìn)行切換時(shí)，用戶需輸入用戶名及密碼才能實(shí)現(xiàn)控制方式的切換，以防誤操作。此按鈕與現(xiàn)場(chǎng)控制箱的“現(xiàn)場(chǎng)/遠(yuǎn)程”控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)控制方式的切換。

5.3數(shù)據(jù)顯示區(qū)域

用于顯示變頻器運(yùn)行狀態(tài)，包括電機(jī)電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)電壓、輸出功率及母線電壓。

5.3.1變頻/工頻選擇畫面

用來(lái)進(jìn)行電機(jī)工作模式的選擇操作。

5.3.2趨勢(shì)圖

用來(lái)實(shí)時(shí)顯示電機(jī)電壓、電流、轉(zhuǎn)速等運(yùn)行數(shù)據(jù)，并以曲線的方式進(jìn)行記錄，便于分析故障原因。

5.3.3報(bào)警畫面

以項(xiàng)目條的方式顯示當(dāng)前報(bào)警和未復(fù)位的報(bào)警，包括報(bào)警編號(hào)、報(bào)警顯示文本及報(bào)警類別等。

6結(jié)語(yǔ)

通過(guò)SCADA系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制西夏配水站6#、7#高壓變頻加壓泵具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。隨著齊魯石化公司專業(yè)化重組的逐漸深入，水務(wù)裝置自動(dòng)化水平的提高、高壓變頻技術(shù)的不斷推廣以及管控一體化的要求，SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用前景將更加廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1] 供水系統(tǒng)工藝技術(shù)規(guī)程[M].

[2] 供水系統(tǒng)工藝圖集[M].

[3] Rockwell Software.RSView32用戶手冊(cè)[M].

[4] Rockwell Software. ML 1000/1500產(chǎn)品手冊(cè)[M].

[5] Rockwell Automation.SLC 500TM and MicroLogixTM 1000指令集參考手冊(cè)[M].