聚酯装置变频调速系统

　　1、引言
　　我国的聚酯生产装置最初是由国外成套引进的。根据生产工艺的要求，在生产装置的不同部位对电机驱动有调速的要求，计有浆料输送泵电机、预聚反应器搅拌器电机、预聚物输送泵电机、后缩聚反应器搅拌器入口电机、后缩聚反应器搅拌器出口电机、熔体输送泵电机、消光剂输送泵电机等。聚酯生产过程是一个连续的、自动化的过程，装置由DCS（集散控制系统）系统集中监控，各个传动部位接收来自DCS的控制指令并回馈相应的运行状态信号给DCS系统。为了降低投资，国内一些聚酯生产厂家在扩大生产规模时采用了国内设计单位的设计，同时一些原来是进口的技术设备也立足于国内配套，变频调速系统就是其中之一。
　　2、聚酯装置对变频调速系统的要求
　　聚酯生产是连续的过程，原料在管道内连续地流动，一般情况下不允许其中某个环节突然中断，一旦发生较长时间的中断可能导致巨额的经济损失。因此，在有可能的部位，管道设计成两个通路，每个通路设有传动装置，可以互为备用，也可同时工作。后缩聚反应器搅拌器出入口电机对连续工作的要求更高，由于该部位电机本身无法备份，对变频器的可靠性要求就大大提高，因此一般要求变频器设置二套互为备用，在运行变频器出现故障情况下备用变频器应能尽快投入运行，保证连续生产的需要。
　　3、变频器的选型
　　由于聚酯生产装置对传动系统可靠性的较高要求，选择变频器必须非常小心。变频器必须具备如下的特点：（1）、具有较高的可靠性，应选用在国内外具有较长时间考验的成熟品牌变频器；（2）、变频器应具有成熟可靠的电机在线启动功能；（3）、具有重载启动的良好性能；（4）、具有较强的通讯功能扩展性，以便于工厂自动化的实现。
　　根据上述要求，我们选择了西门子公司6SE70系列工程型变频调速装置。该型变频器采用磁场定向矢量控制技术，可应用于高动态性能传动系统的频率控制、转速控制和转矩控制。磁场定向矢量控制方式可以达到同直流传动方式相媲美的动态性能。
　　6SE70系列变频器具有如下主要特点：
　　（1）有丰富的软硬件选件功能，如：进线电抗器、无线电干扰抑制电抗器、输出滤波电抗器、整流回馈单元、制动单元、工艺扩展板（T100、T300、T400）、工艺控制软件、通讯板、接口板、扩展板等。
　　（2）丰富的通讯接口，便于实现与工厂自动化系统的联网。变频器标准配置RS232、RS485接口，可选PROFIBUS-DP、CAN、USS等通讯卡。
　　（3）具有卓越的动、静态转矩控制性能，能提供强大的启动转矩，允许电机重载启动，具有完美的旋转电机带载再启动功能。
　　（4）完善的电机保护措施，带有电机热电偶（热电阻）保护接口，或启用内置的标准电子热继电器保护电机。
　　（5）自动识别电机参数，达到最佳控制性能。
　　4、变频调速系统的构成
　　由于一套装置中采用了较多的变频器，因此变频器产生的谐波问题就比较突出。为此在变频器输入侧和输出侧均安装了交流电抗器。输入电抗器主要起抑制谐波对电网的污染并有效地改善功率因数的作用。输出侧电抗器则主要起抑制高次谐波的作用。变频器输出电压中包含的高次谐波有两个不利的影响：一是干扰弱点控制系统，二是在较长的电缆中产生漏电流，这个漏电流有时足以使变频器无法运行。在没有输出滤波电抗器情况下，电机与变频器之间的最大允许导线长度在100m左右，而使用输出滤波电抗器时这个长度可以达到600～800m.由于聚酯生产装置往往比较庞大，电机与变频器之间的距离都比较远，所以为了保险起见需加装电抗器。另外，输出电抗器对保护电机绝缘也有好处。
　　上述一次线路构成使用于浆料输送泵、预聚物输送泵、熔体输送泵、消光剂输送泵、预聚反应器搅拌器电机等的变频驱动。对于后缩聚反应器搅拌器出/入口电机的变频驱动来说，由于电机无法备用设备，为了提高可靠性，采用两套变频器互为备用的方式，、。
　　5、控制方案
　　（1）变频器运行/停止控制
　　聚酯生产过程是由一套DCS系统来控制的，因此对于不同传动部位的运行/停止控制是由DCS系统来监控的。另外在传动部位现场设置有起/停操作柱，可以现场起停变频装置。为了保证在电网瞬停故障情况下变频器的正常操作，变频器起停信号保持电源由UPS提供。另外，为了延长变频器主要元件的使用寿命，变频器不运行时其输入侧接触器时断开的，即变频器在接收到运行指令后才启动输入接触器。
　　（2）频率设定（转速设定）信号的给定
　　DCS操作人员根据生产需要，在DCS操作室给出频率（转速）设定值（DC4~20mA），该给定值经装置于变频柜内的信号隔离变换器转变为DC0~10V信号并送入变频器。
　　（3） 变频器运行状态的监视变频器的运行状态包括开关量和模拟量两种，开关量有：变频器运行（RUN）、故障（FAULT）等；模拟量有：变频器运行频率、电机电流、电机转矩等。
　　开关量以干接点的形式送往DCS，模拟量则经信号隔离变换器转变为4~20mADC标准信号送给DCS系统。如图3所示。
　　（4） 变频器备用的控制
　　对于后缩聚反应器搅拌器电机，由于有2台变频器需要控制，并且要求在一台变频器运行中发生故障时能迅速切换到另一台备用变频器继续运行，涉及的控制比较复杂，为此设置一套PLC系统来承担控制任务。PLC实时监测两台变频器的状况，在运行变频器出故障时，根据预设的控制程序自动启动备用变频器，同时切换相应的开关量和模拟量。为了保证PLC故障情况下能起用变频器，另设置应急开关一套，此开关允许启动主机或备机，但不具备自动切换功能。
　　6、结束语
　　上述聚酯装置变频调速系统已先后在辽化聚酯厂、浙化聚酯装置中成功应用，运行情况良好。完全满足生产工艺的要求。与成套引进的系统相比较，具有如下明显优点：
　　（1）造价大为降低。成套引进同类设备的价格在我们自行设计制造设备价格的2～5倍左右；
　　（2）可维护性大大提高。成套引进的设备往往备件价格极其昂贵，售后服务费用很高，而且很难及时周到。由于我们选用的变频器及其外围元件均是国内市场上很容易采购到的，因而可大大降低运行维护费用。
　　综上所述，国产化的聚酯变频调速系统完全可取代进口产品，具有推广价值。
　　参考文献
　　[1] SIMOVERT MASTERDRIVES 矢量控制三相交流传动系统电压源型变频调速，SIEMENS公司产品样本，1999.
　　[2] 中国电工技术学会电工标准化研究会编。 电工最新基础标准应用手册[M].北京：机械工业出版社，1992.
　　[3] 佟纯厚。 近代交流调速[M]. 北京：冶金工业出版社，1989.