SCADA系統在高壓變頻遠程控制中的應用

朱洪林

摘 要 本文論述通過SCADA系統遠程控制高壓變頻的實現方法，介紹控制系統的設計思想、系統結構、控制方案和主要功能，為變頻技術的推廣應用和SCADA系統的有機結合作了有益的嘗試。

關鍵詞 SCADA 高壓變頻 遠程控制

0概述

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統，即數據采集與監視控制系統，是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統，廣泛應用于電力、冶金、石油、化工、燃氣、鐵路等領域。在給排水領域，SCADA系統應用也很廣泛，可以對現場的運行設備進行遠程監測和控制，實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能，在水務自動化建設中起到了重要作用。

齊魯西夏配水站擔負著向乙烯新區和部分老區的供水任務，其中6#高壓加壓泵電機功率380KW、7#高壓加壓泵電機功率450KW。為了供水穩定和節能降耗，近期為此2臺加壓泵增加了高壓變頻措施。

變頻器是根據供水指標（壓力、流量），手動或自動改變加壓泵運行頻率的電能控制裝置，一般采用隨機面板控制，這種方式給遠離泵房的工藝操作人員帶來極大不便。如何實現就地、遠程兩種方式來監測、控制高壓變頻器的運行狀態、故障狀態和運行參數顯得尤為重要。

1設計思想

在西夏配水站7臺高壓加壓泵SCADA技術基礎上，擴展高壓變頻的監測、控制，具有以下優勢：

（1）能夠連接不同參數信號的設備，與現場儀表及控制執行機構等設備的接口規范，系統結構簡單，組態方便。

（2）應用軟件功能完善，實用性強，能實時地反映所需工藝參數。

（3）系統開放性、擴展性強，能夠實現供水系統的統一調度和管理。

（4） 系統可以通過DF1半雙工協議，利用數字電臺，實現無線通訊功能。

2系統結構

2.1數據通訊

根據現場實際情況，變頻器與SCADA系統的通訊方式采取有線連接，能夠更加可靠地對變頻器進行實時數據采集及控制。

2.2硬件結構

SCADA系統由工控計算機、可編程控制器（PLC）構成。工控計算機采用DELL公司的工控計算機，配備打印機外設。PLC采用美國Rockwell集團Allen-Bradley公司的SLC500可編程控制器。

2.3軟件結構

系統以Windows XP為平臺，采用Rockwell公司的RSView32組態軟件，可編程控制器（PLC）采用SLC500自身攜帶的RSLogic500編程，通訊采用RSLink驅動軟件。

3控制方案

高壓變頻器系統采用“一拖二”控制方式，用一臺高壓變頻器控制兩臺高壓加壓泵的運行。單臺泵的額定流量2100t/h，當供水流量小于2100t/h時，采用一臺泵變頻運行模式；當供水流量大于2100t/h時，采用一臺泵工頻運行，另一臺泵變頻運行模式。

高壓變頻器控制分“就地控制”和“遠程控制”兩種操作方式。“就地控制”方式在現場實現工頻模式的啟動和停止，通過開關轉換進行變頻的控制和調節。“遠程控制”方式通過SCADA系統在控制室實現變頻的啟動、停止和調節，并實時監測高壓變頻器運行狀態。

4功能實現

4.1就地控制

“就地控制”指在加壓泵旁邊安裝一個就地操作箱，控制兩臺加壓泵的啟動和停止。

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

當選擇按鈕置于“工頻”狀態時，則進行工頻控制。此時如果需要開加壓泵時，直接按加壓泵啟動”按鈕，二次控制回路動作，接觸器吸合，電機即工頻運轉，相應的加壓泵運行指示燈亮。需要停泵時，直接按加壓泵停止”按鈕，加壓泵即停止運轉。當選擇按鈕置于“變頻”狀態時，則為現場變頻控制，可通過頻率的設定進行調節。

4.2遠程控制

利用SCADA控制系統，將變頻器的狀態反饋信號以及連續變化的參數反饋信號通過PLC的I/O卡件，經過模數轉換、整定、運算、處理與上位機軟件結合，然后將工藝操作人員的操作指令反向通過PLC的I/O卡件控制變頻器的運行。

4.2.1拓撲結構

整個系統由變頻器、可編程控制器、工控計算機、打印機等相關部分組成，通過數據線進行連接，實現遠程控制功能。

4.2.2電氣連接

（1）開關量點連接。

盡量采用無源干接點，為防止強電信號干擾進入PLC，所有點采用繼電器電信號隔離。

（2）模擬量連接。

為防止電氣設備電磁干擾和強電對PLC的沖擊，由電氣設備來的測量信號和到電氣設備的控制信號的回路中安裝隔離柵。

（3）接地。

分別連接保護地和工作地，然后匯入主干接地，與電氣接地網連接。

4.2.3系統組態

主要包括變頻器狀態信號以及參數信號的采集、處理、運算和控制信號的輸出。

（1）主要開關量數據整定。

PLC需要采集：變頻器故障反饋、6#/7#電機變頻運行、6#/7#電機變頻狀態、6#/7#電機工頻狀態等多路狀態信號。

（2）模擬量數據整定及調節。

在組態過程中需要對模擬量進行兩類處理，一是將4-20mA的標準模擬量信號轉換成數字信號，然后進行數據處理、運算以及與上位機軟件的調用；二是將上位機軟件與程序互動數字信號轉換成4-20mA的標準模擬量信號控制變頻器。通過上述數據整定將程序中的數據與實際控制的變量一一對應。組態中使用了SCP（Scale with Parameters）功能塊，將物理的模擬量點與程序中的數字量進行模數轉換。

5系統功能

在SCADA系統操作站組態變頻監控畫面，分為變頻運行條件、控制區域、數據顯示區域、圖形區域以及畫面切換按鈕五部分。

5.1變頻運行條件區域

顯示升壓變過溫報警、降壓變過溫報警、濾波器過溫故障、升壓變門禁、降壓變門禁、旁路柜門禁、急停開關、變頻器故障、升壓變過溫故障、降壓變過溫故障、高壓就緒、升壓柜風機熱繼、降壓柜風機熱繼、濾波柜風機熱繼、風機電源QF4等。

5.2控制區域

觸摸屏控制或遠程控制，由“現場/遠程”控制按鈕進行切換。在進行切換時，用戶需輸入用戶名及密碼才能實現控制方式的切換，以防誤操作。此按鈕與現場控制箱的“現場/遠程”控制相結合，實現控制方式的切換。

5.3數據顯示區域

用于顯示變頻器運行狀態，包括電機電流、電機轉速、電機電壓、輸出功率及母線電壓。

5.3.1變頻/工頻選擇畫面

用來進行電機工作模式的選擇操作。

5.3.2趨勢圖

用來實時顯示電機電壓、電流、轉速等運行數據，并以曲線的方式進行記錄，便于分析故障原因。

5.3.3報警畫面

以項目條的方式顯示當前報警和未復位的報警，包括報警編號、報警顯示文本及報警類別等。

6結語

通過SCADA系統遠程控制西夏配水站6#、7#高壓變頻加壓泵具有較大的現實意義。隨著齊魯石化公司專業化重組的逐漸深入，水務裝置自動化水平的提高、高壓變頻技術的不斷推廣以及管控一體化的要求，SCADA系統的應用前景將更加廣闊。

參考文獻

[1] 供水系統工藝技術規程[M].

[2] 供水系統工藝圖集[M].

[3] Rockwell Software.RSView32用戶手冊[M].

[4] Rockwell Software. ML 1000/1500產品手冊[M].

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