1 引言 深圳華能公司是我國(guó)從事變頻技術(shù)最早的企業(yè)之一。許多負(fù)載第一次應(yīng)用變頻技術(shù)都有深圳華能公司的參與，如輸油泵(87年大慶采油二廠集輸站11套)、20噸橋式起重機(jī)(89年獨(dú)山子石化公司煉油廠)、焦化橋式吊車(91年茂名石化公司)、20噸轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)及氧槍升降(93年承德鋼廠三套)、腈綸紡絲生產(chǎn)線(94年大慶化纖廠)、2.8m×44m回轉(zhuǎn)窯(90年株州有色金屬冶煉廠)、3.6m×30m煅燒爐(92年唐山堿廠)、大型輥道(93年鞍鋼中型廠后送工序改造采用變頻50多臺(tái))、海上平臺(tái)電源(92年南海石油西部公司裝備部)、150HZ/160V 200KW電源(89年邵陽化纖廠9套、吉林化纖廠28套、湖北化纖廠14套、九江化纖廠12套、宜賓化纖廠8套)、1250KW/6000V電場(chǎng)引風(fēng)機(jī)(98大慶新華電廠二套)、高壓氨泵(97年長(zhǎng)嶺煉油廠、遼河化肥廠)等。在化纖行業(yè)，其業(yè)績(jī)多多，下面逐一說明。 2 腈綸生產(chǎn)線 紡絲的工藝復(fù)雜，工位多，要求張力控制，有的要求位置控制。大慶腈綸廠95年對(duì)其引進(jìn)美國(guó)CHEMTEX公司采用美國(guó)ACC工藝技術(shù)的年產(chǎn)5萬噸腈綸生產(chǎn)線進(jìn)行了變頻PLC改造。我們采用了“同步運(yùn)行方式”，設(shè)置“無張力控制環(huán)節(jié)”、“松緊架同步裝置”、“總線速度控制方式”、“轉(zhuǎn)矩矢量控制”等技術(shù)，使整條生產(chǎn)線20個(gè)絲束處理單元同步運(yùn)行，平穩(wěn)可靠，牽伸倍率由1.04到1.4，年增產(chǎn)達(dá)382噸，故障降低、節(jié)省維修費(fèi)57.5萬元，年提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高等級(jí)合格率經(jīng)濟(jì)效益達(dá)325萬元，年節(jié)電58萬kW。97年該項(xiàng)目通過中國(guó)石化總公司鑒定，專家結(jié)論達(dá)到90年代國(guó)際先進(jìn)水平。 蘭化化學(xué)纖維廠是我國(guó)1965年從英國(guó)考陶爾茨(Courtaulds)引進(jìn)的第一套8000t/a腈綸生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)工藝采用硫氰酸鈉一步法。 腈綸生產(chǎn)過程是一種相當(dāng)精細(xì)的生產(chǎn)過程，調(diào)速精度要求非常高。除纖維的成型和后處理以及毛條加工直接依賴調(diào)速外，紡前準(zhǔn)備和原液系統(tǒng)的液位、壓力、流量控制以及生產(chǎn)的平穩(wěn)性、絲束質(zhì)量、能耗、物耗等都與調(diào)速性能有直接或間接的關(guān)系。該紡絲生產(chǎn)線長(zhǎng)達(dá)170m，各道工序絲束的運(yùn)行速度都是根據(jù)工藝要求來設(shè)定的。原設(shè)計(jì)速度控制系統(tǒng)全部采用滑差電機(jī)、直流電機(jī)及與其配套的電子系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，但由于原英國(guó)裝置已運(yùn)行20多年，設(shè)備嚴(yán)重老化、故障率高，加上設(shè)備本身復(fù)雜，維修量大，生產(chǎn)上往往一處波動(dòng)都會(huì)引起全線波動(dòng)，甚至造成全線停車，生產(chǎn)穩(wěn)定性差，非計(jì)劃停車次數(shù)多，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。 1995年對(duì)紡絲生產(chǎn)線的調(diào)速系統(tǒng)及主要調(diào)速設(shè)備進(jìn)行了全面改造。三條紡絲生產(chǎn)線共安裝變頻調(diào)速器113臺(tái)，全部淘汰了滑差電機(jī)和直流電機(jī)，生產(chǎn)穩(wěn)定性明顯提高，非計(jì)劃停車次數(shù)逐步減少，廢絲、廢膠量明顯降低，產(chǎn)品質(zhì)量有了顯著的提高。 采用變頻調(diào)速技術(shù)后，1995年產(chǎn)量達(dá)到16000t/a，把原設(shè)計(jì)能力翻了一番。這一成績(jī)的取得，除設(shè)備改造更新后，積極大膽廣泛地采用變頻調(diào)速技術(shù)也是關(guān)鍵因素，僅增加產(chǎn)量一項(xiàng)，每年即可創(chuàng)效益近500萬元以上。 變頻調(diào)速技術(shù)因其穩(wěn)定性好，可靠性高，大大提高了設(shè)備的運(yùn)行周期，使過去由于電氣儀表原因造成的非計(jì)劃停車次數(shù)大幅度下降，每年可增加產(chǎn)量近150噸，增加效益近百萬元。產(chǎn)品質(zhì)量有了明顯提高，廢絲、廢膠率逐年下降，NaSCN等原料的單耗亦下降，生產(chǎn)成本降低。 1995年與1993年相比，減少?gòu)U絲294.004噸，廢膠450.151噸，增加利潤(rùn)89.49萬元;節(jié)約NaSCN320.16噸，增加利潤(rùn)192.096萬元，節(jié)約材料費(fèi)近30萬元。合計(jì)增加效益311.50萬元。 從表1可知，節(jié)電效果顯著，經(jīng)實(shí)測(cè)，當(dāng)用變頻調(diào)速器協(xié)調(diào)控制時(shí)，電機(jī)使用功率平均比原來下降50%以上。 該廠目前有200臺(tái)電動(dòng)機(jī)使用了變頻調(diào)速器，其使用變頻器前電動(dòng)機(jī)功率總和為828.4kW，使用后功率總和為467.61kW。每臺(tái)電動(dòng)機(jī)按設(shè)計(jì)一年運(yùn)行8000小時(shí)，(實(shí)際上大于8000小時(shí))則每年可節(jié)電288萬kW.h，每度電按0.21元計(jì)，每年可節(jié)約60萬元左右。200臺(tái)變頻器投資約300萬元，綜合效益1000萬元。 3 滌綸前紡生產(chǎn)線 儀征化纖聯(lián)合公司滌綸一廠前紡變頻控制系統(tǒng)是80年代引進(jìn)西德AEG公司技術(shù)，由國(guó)內(nèi)組裝的SCR逆變器，由于系統(tǒng)是分立器件，可靠性低，由于SCR不能自關(guān)斷、要是使其關(guān)斷，增加強(qiáng)迫關(guān)斷電路，使設(shè)備體積增大。由計(jì)量泵和卷繞機(jī)構(gòu)組成一條生產(chǎn)線，計(jì)量泵有24臺(tái)、由1臺(tái)變頻器控制，卷繞由7輥、5輥和喂入輪組成。7輥有7臺(tái)電機(jī)，由1臺(tái)變頻器控制;5輥有5臺(tái)電機(jī)，由1臺(tái)變頻器控制，喂入輪1臺(tái)電機(jī)由單臺(tái)變頻器控制。為了保證精度，從計(jì)量泵到卷繞機(jī)構(gòu)共計(jì)37臺(tái)電機(jī)全部采用永磁或永磁反應(yīng)式同步電機(jī)，卷繞7輥、5輥和喂入輪嚴(yán)格按工藝給定的比例運(yùn)行，保證微張力牽伸。并要求在低速伸頭完成后，卷繞各輥按比例和固定的斜率升到高速生產(chǎn)。原系統(tǒng)為4備1(或2備1)系統(tǒng)，即有4條常用生產(chǎn)線，1條線后備，主回路由電磁接觸器聯(lián)鎖切換，控制信號(hào)的邏輯電路由中間繼電器構(gòu)成并完成切換，而模擬電路(如設(shè)定信號(hào)、比例信號(hào))的切換，靠更換接插頭電纜完成，切換很頻繁，與中央控制的邏輯聯(lián)系靠很多中間繼電器來完成。由于控制落后，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)，已造成必然。1993年深圳華能公司和滌綸一廠工同設(shè)計(jì)了由富士變頻器和可編程控制器組成的前紡電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)頻率設(shè)定電路采用數(shù)字設(shè)定方法，不僅達(dá)到工藝要求的高精度要求，設(shè)定分辨率達(dá)到0.01Hz，而且從根本上解決了模擬設(shè)定電路的溫度漂移問題。在調(diào)試和生產(chǎn)運(yùn)行中證明了這一點(diǎn)。 系統(tǒng)的所有操作，即變頻器的啟動(dòng)、停止，包括現(xiàn)場(chǎng)的低速、高速信號(hào)和系統(tǒng)間的連鎖信號(hào)與儀表系統(tǒng)的信號(hào)控制、主臺(tái)與備臺(tái)的切換邏輯連鎖，全部用1臺(tái)PLC來實(shí)現(xiàn)，大大簡(jiǎn)化了外部接線，省去了所有的中間繼電器，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性，因?yàn)镻LC的所有輸入、輸出均有指示，也為系統(tǒng)的維護(hù)帶來很多便利條件。 以主臺(tái)與備臺(tái)的切換舉例，原系統(tǒng)在主備臺(tái)切換時(shí)，有專用的切換控制柜，在切換柜上完成主回路的切換，有一批中間繼電器完成相應(yīng)的邏輯連鎖。變頻器的模擬設(shè)定等信號(hào)要靠接插件改變連接來實(shí)現(xiàn)，而現(xiàn)在的系統(tǒng)只要一只轉(zhuǎn)換開關(guān)，就可將主回路的切換和控制回路、設(shè)定電路的所有信號(hào)的切換工作完成，中間邏輯、連鎖邏輯完全由PLC的軟件來實(shí)現(xiàn)，從而大大簡(jiǎn)化了切換操作，提高了切換速度，降低了故障率。 4 切斷機(jī) 儀征化纖工業(yè)聯(lián)合公司滌綸四廠紡絲車間切斷機(jī)為20世紀(jì)80年代引進(jìn)德國(guó)產(chǎn)品，屬雙閉環(huán)直流調(diào)速控制，投產(chǎn)以來，逐漸暴露一點(diǎn)問題，不能適應(yīng)“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”的要求，其問題是: (1) 系統(tǒng)振蕩?？刂葡到y(tǒng)屬于雙閉環(huán)直流調(diào)速，對(duì)速度環(huán)，電流環(huán)和反饋等參數(shù)的調(diào)整配合要求相當(dāng)高。稍有參數(shù)調(diào)整不當(dāng)，反饋信號(hào)干擾，就會(huì)產(chǎn)生切斷機(jī)刀盤振蕩，造成切絲長(zhǎng)度不等，機(jī)械齒輪磨損等，嚴(yán)重影響紡絲的正常運(yùn)行。 (1) 插卡故障高。由于該系統(tǒng)由兩組可控硅實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)，現(xiàn)場(chǎng)操作正、反轉(zhuǎn)頻繁，系統(tǒng)經(jīng)常在兩個(gè)象限間變化，因而封鎖邏輯功能負(fù)擔(dān)很重。在使用過程中，曾出現(xiàn)封鎖邏輯損壞現(xiàn)象。 (3) 制動(dòng)抱閘卡死。系統(tǒng)制動(dòng)部分采用電磁抱閘原理。實(shí)際運(yùn)行中，啟停車相當(dāng)頻繁，而制動(dòng)單元摩擦片極易損壞并卡死，現(xiàn)場(chǎng)條件又使得換卸工作相當(dāng)不便，這種類型故障往往需相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間才能修復(fù)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。 (4) 電機(jī)碳刷磨損快、火花大。直流電機(jī)及測(cè)速發(fā)電機(jī)碳刷磨損快，經(jīng)常造成火花增大，從而使系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性降低，并增加了日常工作的維護(hù)量。 為此，1993年在深圳華能的配合下，對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了改造，設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)如下: 4.1 新系統(tǒng)的特點(diǎn) (1) 在新系統(tǒng)中，核心環(huán)節(jié)變頻單元，選擇了具有90年代水平日本富士公司生產(chǎn)的FRN5000G7S系列變頻器，該變頻器控制器采用了雙16位CPU，并具有高速轉(zhuǎn)矩限定，轉(zhuǎn)差率補(bǔ)償控制等特殊功能。對(duì)中心環(huán)節(jié)-信號(hào)處理單元，選擇了具有90年代先進(jìn)水平的可編程控制器。 (2) 新系統(tǒng)中采用了微處理機(jī)，增加了全工藝流程顯示功能，一旦出現(xiàn)故障，馬上能采取相應(yīng)的處理手段，充分利用富士變頻器的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)輸出電流、輸出頻率(輸出轉(zhuǎn)速)都做了限定(并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)處理)，從而提供了系統(tǒng)的可靠性。 (3) 利用國(guó)產(chǎn)交流電機(jī)與系統(tǒng)配套，采用原系統(tǒng)中的產(chǎn)量顯示功能，可靠并降低了成本。 (4) 由于富士變頻控制器、微處理機(jī)都具有計(jì)算機(jī)通訊接口，便于今后系統(tǒng)擴(kuò)充，系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。實(shí)踐證明，新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是十分成功的。 4.2 新系統(tǒng)的運(yùn)行效果 新系統(tǒng)于1993年3月制造完成，4月調(diào)試空運(yùn)成功。7月上機(jī)運(yùn)行，經(jīng)過5個(gè)月的運(yùn)行，證明其性能優(yōu)異，完全滿足工藝生產(chǎn)要求。運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，無任何故障出現(xiàn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，完全達(dá)到原系統(tǒng)的指標(biāo)，經(jīng)試用證明，新系統(tǒng)的運(yùn)行效果如下: (1) 該系統(tǒng)控制性能，產(chǎn)品適應(yīng)范圍(調(diào)速范圍)達(dá)到并超過了原德國(guó)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，切斷速度在原設(shè)計(jì)50~350m/min之內(nèi)系統(tǒng)控制穩(wěn)定，并根據(jù)工藝要求可調(diào)。 (2) 新系統(tǒng)保護(hù)功能強(qiáng)(13種)，并具有故障記憶、自診斷、顯示功能。對(duì)分析故障及解決問題提供了強(qiáng)有力的手段。 (3) 調(diào)試簡(jiǎn)單。新系統(tǒng)所有參數(shù)的設(shè)定及修改均由面板的主鍵盤來完成。與以前的系統(tǒng)相比，大大縮短了時(shí)間，簡(jiǎn)化了調(diào)整方法，使其更易掌握。 (4) 新系統(tǒng)中采用的變頻器具有很多獨(dú)特的、有實(shí)用價(jià)值的功能。如高速轉(zhuǎn)矩的計(jì)算、轉(zhuǎn)矩的限定、電流限定等功能。這些特性保證了新系統(tǒng)的性能優(yōu)異。 (5) 新系統(tǒng)功率因數(shù)高，諧波成分小。因?yàn)橄到y(tǒng)中變頻器整流側(cè)采用的二極管橋，因此實(shí)測(cè)功率因數(shù)都很高，均在0.95以上，而原設(shè)計(jì)系統(tǒng)功率因數(shù)值僅在0.45~0.8之間。 (6) 新系統(tǒng)有比較優(yōu)越的價(jià)格性能比，而且體積小，重量輕，更換方便。 (7) 系統(tǒng)可靠性高。由于該系統(tǒng)采用交流電機(jī)，無滑環(huán)和炭刷、不可能打火和更換，提高了設(shè)備可靠性。 (8) 提高生產(chǎn)效益。原切斷機(jī)投產(chǎn)以來，累計(jì)故障停產(chǎn)50次，每次平均1.5天