聚酯裝置變頻調速系統

1 引言
　　我國的聚酯生產裝置最初是由國外成套引進的。根據生產工藝的要求，在生產裝置的不同部位對電機驅動有調速的要求，計有漿料輸送泵電機、預聚反應器攪拌器電機、預聚物輸送泵電機、后縮聚反應器攪拌器入口電機、后縮聚反應器攪拌器出口電機、熔體輸送泵電機、消光劑輸送泵電機等。聚酯生產過程是一個連續的、自動化的過程，裝置由DCS(集散控制系統)系統集中監控，各個傳動部位接收來自DCS的控制指令并回饋相應的運行狀態信號給DCS系統。為了降低投資，國內一些聚酯生產廠家在擴大生產規模時采用了國內設計單位的設計，同時一些原來是進口的技術設備也立足于國內配套，變頻調速系統就是其中之一。

2  聚酯裝置對變頻調速系統的要求
　　聚酯生產是連續的過程，原料在管道內連續地流動，一般情況下不允許其中某個環節突然中斷，一旦發生較長時間的中斷可能導致巨額的經濟損失。因此，在有可能的部位，管道設計成兩個通路，每個通路設有傳動裝置，可以互為備用，也可同時工作。后縮聚反應器攪拌器出入口電機對連續工作的要求更高，由于該部位電機本身無法備份，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置二套互為備用，在運行變頻器出現故障情況下備用變頻器應能盡快投入運行，保證連續生產的需要。

3  變頻器的選型
　　由于聚酯生產裝置對傳動系統可靠性的較高要求，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，應選用在國內外具有較長時間考驗的成熟品牌變頻器;(2)、變頻器應具有成熟可靠的電機在線啟動功能;(3)、具有重載啟動的良好性能;(4)、具有較強的通訊功能擴展性，以便于工廠自動化的實現。
　　根據上述要求，我們選擇了西門子公司6SE70系列工程型變頻調速裝置。該型變頻器采用磁場定向矢量控制技術，可應用于高動態性能傳動系統的頻率控制、轉速控制和轉矩控制。磁場定向矢量控制方式可以達到同直流傳動方式相媲美的動態性能。

　　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、工藝擴展板(T100、T300、T400)、工藝控制軟件、通訊板、接口板、擴展板等。

　　(2) 豐富的通訊接口，便于實現與工廠自動化系統的聯網。變頻器標準配置RS232、RS485接口，可選PROFIBUS-DP、CAN、USS等通訊卡。

　　(3) 具有卓越的動、靜態轉矩控制性能，能提供強大的啟動轉矩，允許電機重載啟動，具有完美的旋轉電機帶載再啟動功能。

　　(4) 完善的電機保護措施，帶有電機熱電偶(熱電阻)保護接口，或啟用內置的標準電子熱繼電器保護電機。

　　(5) 自動識別電機參數，達到最佳控制性能。

4  變頻調速系統的構成

　　聚酯變頻調速系統的一次回路構成如圖1所示。

　　由于一套裝置中采用了較多的變頻器，因此變頻器產生的諧波問題就比較突出。為此在變頻器輸入側和輸出側均安裝了交流電抗器。輸入電抗器主要起抑制諧波對電網的污染并有效地改善功率因數的作用。輸出側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，二是在較長的電纜中產生漏電流，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，電機與變頻器之間的最大允許導線長度在100m左右，而使用輸出濾波電抗器時這個長度可以達到600~800m。由于聚酯生產裝置往往比較龐大，電機與變頻器之間的距離都比較遠，所以為了保險起見需加裝電抗器。另外，輸出電抗器對保護電機絕緣也有好處。

　　上述一次線路構成使用于漿料輸送泵、預聚物輸送泵、熔體輸送泵、消光劑輸送泵、預聚反應器攪拌器電機等的變頻驅動。對于后縮聚反應器攪拌器出/入口電機的變頻驅動來說，由于電機無法備用設備，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

　　聚酯生產過程是由一套DCS系統來控制的，因此對于不同傳動部位的運行/停止控制是由DCS系統來監控的。另外在傳動部位現場設置有起/停操作柱，可以現場起停變頻裝置。為了保證在電網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) 頻率設定(轉速設定)信號的給定

　　DCS操作人員根據生產需要，在DCS操作室給出頻率(轉速)設定值(DC4~20mA)，該給定值經裝置于變頻柜內的信號隔離變換器轉變為DC0~10V信號并送入變頻器。

　　(3) 變頻器運行狀態的監視
　　變頻器的運行狀態包括開關量和模擬量兩種，開關量有:變頻器運行(RUN)、故障(FAULT)等;模擬量有:變頻器運行頻率、電機電流、電機轉矩等。
　　開關量以干接點的形式送往DCS，模擬量則經信號隔離變換器轉變為4~20mADC標準信號送給DCS系統。如圖3所示。

　　(4) 變頻器備用的控制

　　對于后縮聚反應器攪拌器電機，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生故障時能迅速切換到另一臺備用變頻器繼續運行，涉及的控制比較復雜，為此設置一套PLC系統來承擔控制任務。PLC實時監測兩臺變頻器的狀況，在運行變頻器出故障時，根據預設的控制程序自動啟動備用變頻器，同時切換相應的開關量和模擬量。為了保證PLC故障情況下能起用變頻器，另設置應急開關一套，此開關允許啟動主機或備機，但不具備自動切換功能。

6  結束語
　　上述聚酯裝置變頻調速系統已先后在遼化聚酯廠、浙化聚酯裝置中成功應用，運行情況良好。完全滿足生產工藝的要求。與成套引進的系統相比較，具有如下明顯優點:(1)造價大為降低。成套引進同類設備的價格在我們自行設計制造設備價格的2~5倍左右;(2)可維護性大大提高。成套引進的設備往往備件價格極其昂貴，售后服務費用很高，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市場上很容易采購到的，因而可大大降低運行維護費用。
　　綜上所述，國產化的聚酯變頻調速系統完全可取代進口產品，具有推廣價值。

 參考文獻
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