一種聚酯裝置變頻調(diào)速系統(tǒng)
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1 引言
我國(guó)的聚酯生產(chǎn)裝置最初是由國(guó)外成套引進(jìn)的。根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，在生產(chǎn)裝置的不同部位對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)有調(diào)速的要求，計(jì)有漿料輸送泵電機(jī)、預(yù)聚反應(yīng)器攪拌器電機(jī)、預(yù)聚物輸送泵電機(jī)、后縮聚反應(yīng)器攪拌器入口電機(jī)、后縮聚反應(yīng)器攪拌器出口電機(jī)、熔體輸送泵電機(jī)、消光劑輸送泵電機(jī)等。聚酯生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)連續(xù)的、自動(dòng)化的過(guò)程，裝置由DCS(集散控制系統(tǒng))系統(tǒng)集中監(jiān)控，各個(gè)傳動(dòng)部位接收來(lái)自DCS的控制指令并回饋相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)給DCS系統(tǒng)。為了降低投資，國(guó)內(nèi)一些聚酯生產(chǎn)廠家在擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模時(shí)采用了國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)，同時(shí)一些原來(lái)是進(jìn)口的技術(shù)設(shè)備也立足于國(guó)內(nèi)配套，變頻調(diào)速系統(tǒng)就是其中之一。
2 聚酯裝置對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的要求
聚酯生產(chǎn)是連續(xù)的過(guò)程，原料在管道內(nèi)連續(xù)地流動(dòng)，一般情況下不允許其中某個(gè)環(huán)節(jié)突然中斷，一旦發(fā)生較長(zhǎng)時(shí)間的中斷可能導(dǎo)致巨額的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在有可能的部位，管道設(shè)計(jì)成兩個(gè)通路，每個(gè)通路設(shè)有傳動(dòng)裝置，可以互為備用，也可同時(shí)工作。后縮聚反應(yīng)器攪拌器出入口電機(jī)對(duì)連續(xù)工作的要求更高，由于該部位電機(jī)本身無(wú)法備份，對(duì)變頻器的可靠性要求就大大提高，因此一般要求變頻器設(shè)置二套互為備用，在運(yùn)行變頻器出現(xiàn)故障情況下備用變頻器應(yīng)能盡快投入運(yùn)行，保證連續(xù)生產(chǎn)的需要。
3 變頻器的選型
由于聚酯生產(chǎn)裝置對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性的較高要求，選擇變頻器必須非常小心。變頻器必須具備如下的特點(diǎn):(1)、具有較高的可靠性，應(yīng)選用在國(guó)內(nèi)外具有較長(zhǎng)時(shí)間考驗(yàn)的成熟品牌變頻器;(2)、變頻器應(yīng)具有成熟可靠的電機(jī)在線啟動(dòng)功能;(3)、具有重載啟動(dòng)的良好性能;(4)、具有較強(qiáng)的通訊功能擴(kuò)展性，以便于工廠自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)上述要求，我們選擇了西門子公司6SE70系列工程型變頻調(diào)速裝置。該型變頻器采用磁場(chǎng)定向矢量控制技術(shù)，可應(yīng)用于高動(dòng)態(tài)性能傳動(dòng)系統(tǒng)的頻率控制、轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制。磁場(chǎng)定向矢量控制方式可以達(dá)到同直流傳動(dòng)方式相媲美的動(dòng)態(tài)性能。
6SE70系列變頻器具有如下主要特點(diǎn):
(1) 有豐富的軟硬件選件功能，如:進(jìn)線電抗器、無(wú)線電干擾抑制電抗器、輸出濾波電抗器、整流回饋單元、制動(dòng)單元、工藝擴(kuò)展板(T100、T300、T400)、工藝控制軟件、通訊板、接口板、擴(kuò)展板等。
(2) 豐富的通訊接口，便于實(shí)現(xiàn)與工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)。變頻器標(biāo)準(zhǔn)配置RS232、RS485接口，可選PROFIBUS-DP、CAN、USS等通訊卡。
(3) 具有卓越的動(dòng)、靜態(tài)轉(zhuǎn)矩控制性能，能提供強(qiáng)大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，允許電機(jī)重載啟動(dòng)，具有完美的旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶載再啟動(dòng)功能。
(4) 完善的電機(jī)保護(hù)措施，帶有電機(jī)熱電偶(熱電阻)保護(hù)接口，或啟用內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)電子熱繼電器保護(hù)電機(jī)。
(5) 自動(dòng)識(shí)別電機(jī)參數(shù)，達(dá)到最佳控制性能。
4 變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成
聚酯變頻調(diào)速系統(tǒng)的一次回路構(gòu)成如圖1所示。
圖1 一次線路圖1(單臺(tái)變頻驅(qū)動(dòng))
由于一套裝置中采用了較多的變頻器，因此變頻器產(chǎn)生的諧波問(wèn)題就比較突出。為此在變頻器輸入側(cè)和輸出側(cè)均安裝了交流電抗器。輸入電抗器主要起抑制諧波對(duì)電網(wǎng)的污染并有效地改善功率因數(shù)的作用。輸出側(cè)電抗器則主要起抑制高次諧波的作用。變頻器輸出電壓中包含的高次諧波有兩個(gè)不利的影響:一是干擾弱點(diǎn)控制系統(tǒng)，二是在較長(zhǎng)的電纜中產(chǎn)生漏電流，這個(gè)漏電流有時(shí)足以使變頻器無(wú)法運(yùn)行。在沒有輸出濾波電抗器情況下，電機(jī)與變頻器之間的最大允許導(dǎo)線長(zhǎng)度在100m左右，而使用輸出濾波電抗器時(shí)這個(gè)長(zhǎng)度可以達(dá)到600~800m。由于聚酯生產(chǎn)裝置往往比較龐大，電機(jī)與變頻器之間的距離都比較遠(yuǎn)，所以為了保險(xiǎn)起見需加裝電抗器。另外，輸出電抗器對(duì)保護(hù)電機(jī)絕緣也有好處。
上述一次線路構(gòu)成使用于漿料輸送泵、預(yù)聚物輸送泵、熔體輸送泵、消光劑輸送泵、預(yù)聚反應(yīng)器攪拌器電機(jī)等的變頻驅(qū)動(dòng)。對(duì)于后縮聚反應(yīng)器攪拌器出/入口電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)，由于電機(jī)無(wú)法備用設(shè)備，為了提高可靠性，采用兩套變頻器互為備用的方式，其一次線路圖如圖2所示。
5 控制方案
(1) 變頻器運(yùn)行/停止控制
圖2 一次線路圖2(變頻器互為備用)
聚酯生產(chǎn)過(guò)程是由一套DCS系統(tǒng)來(lái)控制的，因此對(duì)于不同傳動(dòng)部位的運(yùn)行/停止控制是由DCS系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控的。另外在傳動(dòng)部位現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置有起/停操作柱，可以現(xiàn)場(chǎng)起停變頻裝置。為了保證在電網(wǎng)瞬停故障情況下變頻器的正常操作，變頻器起停信號(hào)保持電源由UPS提供。另外，為了延長(zhǎng)變頻器主要元件的使用壽命，變頻器不運(yùn)行時(shí)其輸入側(cè)接觸器時(shí)斷開的，即變頻器在接收到運(yùn)行指令后才啟動(dòng)輸入接觸器。
(2) 頻率設(shè)定(轉(zhuǎn)速設(shè)定)信號(hào)的給定
DCS操作人員根據(jù)生產(chǎn)需要，在DCS操作室給出頻率(轉(zhuǎn)速)設(shè)定值(DC4~20mA)，該給定值經(jīng)裝置于變頻柜內(nèi)的信號(hào)隔離變換器轉(zhuǎn)變?yōu)镈C0~10V信號(hào)并送入變頻器。
(3) 變頻器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視
變頻器的運(yùn)行狀態(tài)包括開關(guān)量和模擬量?jī)煞N，開關(guān)量有:變頻器運(yùn)行(RUN)、故障(FAULT)等;模擬量有:變頻器運(yùn)行頻率、電機(jī)電流、電機(jī)轉(zhuǎn)矩等。
開關(guān)量以干接點(diǎn)的形式送往DCS，模擬量則經(jīng)信號(hào)隔離變換器轉(zhuǎn)變?yōu)?~20mADC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送給DCS系統(tǒng)。如圖3所示。
圖3 變頻器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視示意圖
(4) 變頻器備用的控制
對(duì)于后縮聚反應(yīng)器攪拌器電機(jī)，由于有2臺(tái)變頻器需要控制，并且要求在一臺(tái)變頻器運(yùn)行中發(fā)生故障時(shí)能迅速切換到另一臺(tái)備用變頻器繼續(xù)運(yùn)行，涉及的控制比較復(fù)雜，為此設(shè)置一套PLC系統(tǒng)來(lái)承擔(dān)控制任務(wù)。PLC實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)兩臺(tái)變頻器的狀況，在運(yùn)行變頻器出故障時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的控制程序自動(dòng)啟動(dòng)備用變頻器，同時(shí)切換相應(yīng)的開關(guān)量和模擬量。為了保證PLC故障情況下能起用變頻器，另設(shè)置應(yīng)急開關(guān)一套，此開關(guān)允許啟動(dòng)主機(jī)或備機(jī)，但不具備自動(dòng)切換功能。
6 結(jié)束語(yǔ)
上述聚酯裝置變頻調(diào)速系統(tǒng)已先后在遼化聚酯廠、浙化聚酯裝置中成功應(yīng)用，運(yùn)行情況良好。完全滿足生產(chǎn)工藝的要求。與成套引進(jìn)的系統(tǒng)相比較，具有如下明顯優(yōu)點(diǎn):(1)造價(jià)大為降低。成套引進(jìn)同類設(shè)備的價(jià)格在我們自行設(shè)計(jì)制造設(shè)備價(jià)格的2~5倍左右;(2)可維護(hù)性大大提高。成套引進(jìn)的設(shè)備往往備件價(jià)格極其昂貴，售后服務(wù)費(fèi)用很高，而且很難及時(shí)周到。由于我們選用的變頻器及其外圍元件均是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上很容易采購(gòu)到的，因而可大大降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。
綜上所述，國(guó)產(chǎn)化的聚酯變頻調(diào)速系統(tǒng)完全可取代進(jìn)口產(chǎn)品，具有推廣價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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