變頻調(diào)速技術(shù)在PETG生產(chǎn)中的應(yīng)用

摘 要：變頻調(diào)速技術(shù)在聚酯生產(chǎn)中的應(yīng)用是很廣泛的，在聚酯生產(chǎn)的不同環(huán)節(jié)對電機驅(qū)動都有調(diào)速的要求。在PETG共聚酯的生產(chǎn)過程中，PETG的關(guān)鍵原料1，4-環(huán)己烷二甲醇（CHDM）的進料量直接關(guān)系著PETG的結(jié)晶性和粘度等關(guān)鍵指標，所以對CHDM的進料量必須達到精準控制，因此采用變頻調(diào)速技術(shù)是非常必要的。

關(guān)鍵詞：PETG；變頻調(diào)速；應(yīng)用

PETG是一種新型的共聚酯材料，它有著優(yōu)異的光澤度、透光率和成型性，對人體和自然環(huán)境無毒無害，環(huán)保性能優(yōu)異，在醫(yī)療用品、日用消費品、食品和化妝品包裝等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，目前PETG的生產(chǎn)處于國外壟斷地位。生產(chǎn)PTEG的原料為PTA、乙二醇、1，4-環(huán)己烷二甲醇（CHDM），生產(chǎn)過程中用PTA的進料量控制乙二醇和CHDM的進料量，CHDM的含量非常關(guān)鍵，CHDM過多或過少都會影響到PETG的結(jié)晶能力，造成PETG產(chǎn)品質(zhì)量下降，采用變頻器驅(qū)動CHDM進料泵可達到精確控制CHDM進料量的目的，保證CHDM的精準配比。

1 變頻器的選型

PETG共聚酯的生產(chǎn)是一個連續(xù)的過程，不允許某個生產(chǎn)環(huán)節(jié)突然發(fā)生中斷，特別是進料系統(tǒng)如果發(fā)生中斷將會直接導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)失敗，因此對進料傳動系統(tǒng)的可靠性要求非常高，在進行變頻器選型時要非常謹慎。變頻器應(yīng)該具備以下特性：

1.1 選擇國內(nèi)外經(jīng)歷過長期時間考驗的成熟變頻器品牌，這些品牌一般都具有很高的可靠性和應(yīng)用性。

1.2 應(yīng)該具備有較強的通訊功能，便于實現(xiàn)工廠自動化聯(lián)網(wǎng)。

1.3 應(yīng)該具備寬幅的電源電壓適應(yīng)性，以應(yīng)對電網(wǎng)的瞬間波動。

1.4 應(yīng)該具備較好的過負荷能力，具有良好的重載啟動性能。

1.5 應(yīng)該具有齊全的自保護功能及故障分析、記憶能力。

根據(jù)以上技術(shù)特性，我們選擇了SIEMENS的6SE70工程型變頻器。6SE70工程型變頻器采用磁場定向矢量控制技術(shù)，在轉(zhuǎn)矩控制、轉(zhuǎn)速控制、頻率控制等方面都表現(xiàn)優(yōu)秀，它采用的磁場定向矢量控制技術(shù)具備很高的動態(tài)性能，其性能可與直流傳動方式相媲美，非常適用于高動態(tài)性能的傳動系統(tǒng)。同時SIEMENS的6SE70工程型變頻器還具有如下特點：

（1）工程型變頻器，適用于工作環(huán)境較差的工廠現(xiàn)場，而且變頻器的主板及擴展板都是通過總線插槽連接，使得整個變頻器結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高，具有很高的可靠性。同時抗干擾性高，能長期保持穩(wěn)定的控制精度，對電網(wǎng)的電壓波動和頻率變化有較高的適應(yīng)能力。

（2）具備豐富的軟硬件選件及通訊功能。軟硬件包括進線電抗器、輸出電抗器、無線電干擾抑制電抗器、整流回饋單元、制動單元、工藝控制軟件、接口板、通訊板、擴展板等。通訊方面標準配置RS232、RS485接口，可選PROFIBUS-DP、CAN、USS等通訊卡，可采用USS、PEER TO PEER、PROFIBUS-DP、CAN、SIMOLINK等多種方式進行通訊及聯(lián)網(wǎng)。

（3）具有完善的電機保護和故障自診斷功能。帶有電機熱電偶保護接口，并可啟用內(nèi)置的標準電子熱繼電器來保護電機，多達數(shù)百條的故障記憶功能，并可提供有關(guān)故障原因的補充信息，使故障排除更為簡單，維護方便。

（4）具備完美的電機重載啟動功能。憑借其強大的動、靜態(tài)轉(zhuǎn)矩控制性能，可提供足夠的啟動轉(zhuǎn)矩，保證電機的重載啟動，同時在電機低速時也能提供額定轉(zhuǎn)矩，并可實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電機的帶載再啟動。

2 變頻器的系統(tǒng)構(gòu)成

由于化工裝置中使用了較多的變頻器、軟啟動器等設(shè)備，這些變頻器、軟啟動器會在電網(wǎng)中產(chǎn)生較多的高次諧波。高次諧波會干擾弱點控制系統(tǒng)同時會在較長的電纜中產(chǎn)生漏電流，漏電流達到一定程度會使變頻器無法運行。因此在變頻器的輸入側(cè)安裝輸入電抗器，達到抑制電網(wǎng)諧波污染并有效地改善功率因數(shù)的作用。在變頻器的輸出側(cè)安裝輸出電抗器，輸出電抗器會起到抑制變頻器輸出高次諧波的作用。在變頻器沒有安裝輸出電抗器的情況下，變頻器與電機之間的最大導(dǎo)線長度約在100米，而在安裝了輸出電抗器后，這個長度大大增加到600～800米。由于化工裝置都比較龐大，變頻器與電機之間的距離都比較遠，所以安裝輸出電抗器是有必要的。

3 變頻器的控制方式

3.1 變頻器的起/停控制

PETG的整個生產(chǎn)過程是由DCS系統(tǒng)來控制的，同時整個裝置的電機傳動部分的運行/停止也是由DCS系統(tǒng)來集中管理和監(jiān)控的。在電機操作現(xiàn)場設(shè)置有起/停操作按鈕，操作人員通過按鈕將起/停命令發(fā)送至DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)通過分析判斷其它聯(lián)鎖條件來決定是否起動變頻器。同時現(xiàn)場停止按鈕直接聯(lián)鎖變頻器的使能點，在現(xiàn)場停止按鈕閉鎖的情況下，變頻器無法起動，從而保障了現(xiàn)場操作人員的人身安全。為了在電網(wǎng)發(fā)生波動時能夠保證變頻器的正常操作使用，變頻器的操作電源由UPS電源提供。

3.2 變頻器的頻率（轉(zhuǎn)速）設(shè)定

由于CHDM的進料量受PTA的進料量控制，因此變頻器的轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定由DCS控制系統(tǒng)根據(jù)PTA的進料量自動給出頻率（轉(zhuǎn)速）的設(shè)定值，該值是一個4～20mA模擬量信號，我們在變頻柜內(nèi)加裝了信號隔離變換器，將DCS系統(tǒng)發(fā)出的4～20mA電流信號變換為0～10V電壓信號再送入變頻器，調(diào)整參數(shù)使其接受電壓調(diào)速信號，從而起到了隔離、保護變頻器的作用。

3.3 變頻器的狀態(tài)監(jiān)視

變頻器的運行狀態(tài)信號分模擬量和開關(guān)量兩種，模擬量信號包括：變頻器頻率、變頻器轉(zhuǎn)速、電機電壓、電機電流、電機轉(zhuǎn)矩等；開關(guān)量信號包括：變頻器運行、故障、報警、準備等。將變頻器的運行頻率、電機電流等模擬量信號經(jīng)信號隔離變換器由0～10V電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)?～20mA標準信號送給DCS系統(tǒng)，達到電機轉(zhuǎn)速反饋的作用。將變頻器運行、故障信號以干接點的形式送給DCS系統(tǒng)，告知變頻器的當(dāng)前狀態(tài)。從而實現(xiàn)DCS系統(tǒng)對變頻器狀態(tài)的全方位監(jiān)控。

4 變頻器的調(diào)試

由于CHDM粘度較大，其輸送泵為齒輪泵造成電機啟動負載較大，在調(diào)試過程中出現(xiàn)了電機啟動困難的現(xiàn)象。經(jīng)過分析問題在于電機的啟動轉(zhuǎn)矩不足，需要在變頻器低頻工作區(qū)提高輸出電壓，補償定子阻抗壓降，進行轉(zhuǎn)矩提升補償，提高電機低頻轉(zhuǎn)矩特性。6SE70變頻器具有豐富的手動提升和自動提升電壓功能，我們對變頻器的轉(zhuǎn)矩提升電壓和控制選擇等參數(shù)進行了調(diào)整，并進行了多次試驗，最終經(jīng)過測試，電機啟動、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)正常。

5 結(jié)束語

變頻調(diào)速技術(shù)在PETG的生產(chǎn)過程中得到了很好的應(yīng)用，6SE70變頻器的優(yōu)良性能在生產(chǎn)中得到了很好的發(fā)揮，故障率低、可維護性強。隨著新型變頻器向著功能更加強大，系統(tǒng)更加穩(wěn)定，模塊化更強的方向發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用也將更加廣泛。

參考文獻

[1]矢量控制交流傳動系統(tǒng)電壓源型變頻調(diào)速，SIEMENS公司產(chǎn)品樣本，1999.

[2]SIMOVERT MAS丁永汀，楊波，吳建鋒.聚酯裝置變頻調(diào)速系統(tǒng)[J].電氣傳動，2002年增刊32卷351P.

[3]中國電工技[1]術(shù)學(xué)會電工標準化研究會編.電工最新基礎(chǔ)標準應(yīng)用手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992.

[4]佟純厚.近代交流調(diào)速[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1989.

[5]曾毅，王效良，等.變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計與維護[M].山東科學(xué)技術(shù)出版社，2004.