聚酯裝置變頻調(diào)速系統(tǒng)

1 引言
　　我國的聚酯生產(chǎn)裝置最初是由國外成套引進(jìn)的。根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，在生產(chǎn)裝置的不同部位對電機(jī)驅(qū)動有調(diào)速的要求，計有漿料輸送泵電機(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)過程是一個連續(xù)的、自動化的過程，裝置由DCS(集散控制系統(tǒng))系統(tǒng)集中監(jiān)控，各個傳動部位接收來自DCS的控制指令并回饋相應(yīng)的運行狀態(tài)信號給DCS系統(tǒng)。為了降低投資，國內(nèi)一些聚酯生產(chǎn)廠家在擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模時采用了國內(nèi)設(shè)計單位的設(shè)計，同時一些原來是進(jìn)口的技術(shù)設(shè)備也立足于國內(nèi)配套，變頻調(diào)速系統(tǒng)就是其中之一。

2  聚酯裝置對變頻調(diào)速系統(tǒng)的要求
　　聚酯生產(chǎn)是連續(xù)的過程，原料在管道內(nèi)連續(xù)地流動，一般情況下不允許其中某個環(huán)節(jié)突然中斷，一旦發(fā)生較長時間的中斷可能導(dǎo)致巨額的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在有可能的部位，管道設(shè)計成兩個通路，每個通路設(shè)有傳動裝置，可以互為備用，也可同時工作。后縮聚反應(yīng)器攪拌器出入口電機(jī)對連續(xù)工作的要求更高，由于該部位電機(jī)本身無法備份，對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)裝置對傳動系統(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:(1)、具有較高的可靠性，應(yīng)選用在國內(nèi)外具有較長時間考驗的成熟品牌變頻器;(2)、變頻器應(yīng)具有成熟可靠的電機(jī)在線啟動功能;(3)、具有重載啟動的良好性能;(4)、具有較強(qiáng)的通訊功能擴(kuò)展性，以便于工廠自動化的實現(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定向矢量控制技術(shù)，可應(yīng)用于高動態(tài)性能傳動系統(tǒng)的頻率控制、轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制。磁場定向矢量控制方式可以達(dá)到同直流傳動方式相媲美的動態(tài)性能。

　　6SE70系列變頻器具有如下主要特點:

　　(1) 有豐富的軟硬件選件功能，如:進(jìn)線電抗器、無線電干擾抑制電抗器、輸出濾波電抗器、整流回饋單元、制動單元、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，便于實現(xiàn)與工廠自動化系統(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、靜態(tài)轉(zhuǎn)矩控制性能，能提供強(qiáng)大的啟動轉(zhuǎn)矩，允許電機(jī)重載啟動，具有完美的旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶載再啟動功能。

　　(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) 自動識別電機(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。

　　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不利的影響:一是干擾弱點控制系統(tǒng)，二是在較長的電纜中產(chǎn)生漏電流，這個漏電流有時足以使變頻器無法運行。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)線長度在100m左右，而使用輸出濾波電抗器時這個長度可以達(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)，所以為了保險起見需加裝電抗器。另外，輸出電抗器對保護(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。對于后縮聚反應(yīng)器攪拌器出/入口電機(jī)的變頻驅(qū)動來說，由于電機(jī)無法備用設(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) 變頻器運行/停止控制

　　聚酯生產(chǎn)過程是由一套DCS系統(tǒng)來控制的，因此對于不同傳動部位的運行/停止控制是由DCS系統(tǒng)來監(jiān)控的。另外在傳動部位現(xiàn)場設(shè)置有起/停操作柱，可以現(xiàn)場起停變頻裝置。為了保證在電網(wǎng)瞬停故障情況下變頻器的正常操作，變頻器起停信號保持電源由UPS提供。另外，為了延長變頻器主要元件的使用壽命，變頻器不運行時其輸入側(cè)接觸器時斷開的，即變頻器在接收到運行指令后才啟動輸入接觸器。

　　(2) 頻率設(shè)定(轉(zhuǎn)速設(shè)定)信號的給定

　　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)的信號隔離變換器轉(zhuǎn)變?yōu)镈C0~10V信號并送入變頻器。

　　(3) 變頻器運行狀態(tài)的監(jiān)視
　　變頻器的運行狀態(tài)包括開關(guān)量和模擬量兩種，開關(guān)量有:變頻器運行(RUN)、故障(FAULT)等;模擬量有:變頻器運行頻率、電機(jī)電流、電機(jī)轉(zhuǎn)矩等。
　　開關(guān)量以干接點的形式送往DCS，模擬量則經(jīng)信號隔離變換器轉(zhuǎn)變?yōu)?~20mADC標(biāo)準(zhǔn)信號送給DCS系統(tǒng)。如圖3所示。

　　(4) 變頻器備用的控制

　　對于后縮聚反應(yīng)器攪拌器電機(jī)，由于有2臺變頻器需要控制，并且要求在一臺變頻器運行中發(fā)生故障時能迅速切換到另一臺備用變頻器繼續(xù)運行，涉及的控制比較復(fù)雜，為此設(shè)置一套PLC系統(tǒng)來承擔(dān)控制任務(wù)。PLC實時監(jiān)測兩臺變頻器的狀況，在運行變頻器出故障時，根據(jù)預(yù)設(shè)的控制程序自動啟動備用變頻器，同時切換相應(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)允許啟動主機(jī)或備機(jī)，但不具備自動切換功能。

6  結(jié)束語
　　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:(1)造價大為降低。成套引進(jìn)同類設(shè)備的價格在我們自行設(shè)計制造設(shè)備價格的2~5倍左右;(2)可維護(hù)性大大提高。成套引進(jìn)的設(shè)備往往備件價格極其昂貴，售后服務(wù)費用很高，而且很難及時周到。由于我們選用的變頻器及其外圍元件均是國內(nèi)市場上很容易采購到的，因而可大大降低運行維護(hù)費用。
　　綜上所述，國產(chǎn)化的聚酯變頻調(diào)速系統(tǒng)完全可取代進(jìn)口產(chǎn)品，具有推廣價值。

 參考文獻(xiàn)
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