1 引言 深圳華能公司是我國從事變頻技術最早的企業(yè)之一。許多負載第一次應用變頻技術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(89年獨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)、海上平臺電源(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電場引風機(98大慶新華電廠二套)、高壓氨泵(97年長嶺煉油廠、遼河化肥廠)等。在化纖行業(yè)，其業(yè)績多多，下面逐一說明。 2 腈綸生產(chǎn)線 紡絲的工藝復雜，工位多，要求張力控制，有的要求位置控制。大慶腈綸廠95年對其引進美國CHEMTEX公司采用美國ACC工藝技術的年產(chǎn)5萬噸腈綸生產(chǎn)線進行了變頻PLC改造。我們采用了“同步運行方式”，設置“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，使整條生產(chǎn)線20個絲束處理單元同步運行，平穩(wěn)可靠，牽伸倍率由1.04到1.4，年增產(chǎn)達382噸，故障降低、節(jié)省維修費57.5萬元，年提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高等級合格率經(jīng)濟效益達325萬元，年節(jié)電58萬kW。97年該項目通過中國石化總公司鑒定，專家結(jié)論達到90年代國際先進水平。 蘭化化學纖維廠是我國1965年從英國考陶爾茨(Courtaulds)引進的第一套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)過程是一種相當精細的生產(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系。該紡絲生產(chǎn)線長達170m，各道工序絲束的運行速度都是根據(jù)工藝要求來設定的。原設計速度控制系統(tǒng)全部采用滑差電機、直流電機及與其配套的電子系統(tǒng)來實現(xiàn)，但由于原英國裝置已運行20多年，設備嚴重老化、故障率高，加上設備本身復雜，維修量大，生產(chǎn)上往往一處波動都會引起全線波動，甚至造成全線停車，生產(chǎn)穩(wěn)定性差，非計劃停車次數(shù)多，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。 1995年對紡絲生產(chǎn)線的調(diào)速系統(tǒng)及主要調(diào)速設備進行了全面改造。三條紡絲生產(chǎn)線共安裝變頻調(diào)速器113臺，全部淘汰了滑差電機和直流電機，生產(chǎn)穩(wěn)定性明顯提高，非計劃停車次數(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)速技術后，1995年產(chǎn)量達到16000t/a，把原設計能力翻了一番。這一成績的取得，除設備改造更新后，積極大膽廣泛地采用變頻調(diào)速技術也是關鍵因素，僅增加產(chǎn)量一項，每年即可創(chuàng)效益近500萬元以上。 變頻調(diào)速技術因其穩(wěn)定性好，可靠性高，大大提高了設備的運行周期，使過去由于電氣儀表原因造成的非計劃停車次數(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，減少廢絲294.004噸，廢膠450.151噸，增加利潤89.49萬元;節(jié)約NaSCN320.16噸，增加利潤192.096萬元，節(jié)約材料費近30萬元。合計增加效益311.50萬元。 從表1可知，節(jié)電效果顯著，經(jīng)實測，當用變頻調(diào)速器協(xié)調(diào)控制時，電機使用功率平均比原來下降50%以上。 該廠目前有200臺電動機使用了變頻調(diào)速器，其使用變頻器前電動機功率總和為828.4kW，使用后功率總和為467.61kW。每臺電動機按設計一年運行8000小時，(實際上大于8000小時)則每年可節(jié)電288萬kW.h，每度電按0.21元計，每年可節(jié)約60萬元左右。200臺變頻器投資約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年代引進西德AEG公司技術，由國內(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不能自關斷、要是使其關斷，增加強迫關斷電路，使設備體積增大。由計量泵和卷繞機構(gòu)組成一條生產(chǎn)線，計量泵有24臺、由1臺變頻器控制，卷繞由7輥、5輥和喂入輪組成。7輥有7臺電機，由1臺變頻器控制;5輥有5臺電機，由1臺變頻器控制，喂入輪1臺電機由單臺變頻器控制。為了保證精度，從計量泵到卷繞機構(gòu)共計37臺電機全部采用永磁或永磁反應式同步電機，卷繞7輥、5輥和喂入輪嚴格按工藝給定的比例運行，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(如設定信號、比例信號)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計了由富士變頻器和可編程控制器組成的前紡電氣傳動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)頻率設定電路采用數(shù)字設定方法，不僅達到工藝要求的高精度要求，設定分辨率達到0.01Hz，而且從根本上解決了模擬設定電路的溫度漂移問題。在調(diào)試和生產(chǎn)運行中證明了這一點。 系統(tǒng)的所有操作，即變頻器的啟動、停止，包括現(xiàn)場的低速、高速信號和系統(tǒng)間的連鎖信號與儀表系統(tǒng)的信號控制、主臺與備臺的切換邏輯連鎖，全部用1臺PLC來實現(xiàn)，大大簡化了外部接線，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，因為PLC的所有輸入、輸出均有指示，也為系統(tǒng)的維護帶來很多便利條件。 以主臺與備臺的切換舉例，原系統(tǒng)在主備臺切換時，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的邏輯連鎖。變頻器的模擬設定等信號要靠接插件改變連接來實現(xiàn)，而現(xiàn)在的系統(tǒng)只要一只轉(zhuǎn)換開關，就可將主回路的切換和控制回路、設定電路的所有信號的切換工作完成，中間邏輯、連鎖邏輯完全由PLC的軟件來實現(xiàn)，從而大大簡化了切換操作，提高了切換速度，降低了故障率。 4 切斷機 儀征化纖工業(yè)聯(lián)合公司滌綸四廠紡絲車間切斷機為20世紀80年代引進德國產(chǎn)品，屬雙閉環(huán)直流調(diào)速控制，投產(chǎn)以來，逐漸暴露一點問題，不能適應“安、穩(wěn)、長、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)整配合要求相當高。稍有參數(shù)調(diào)整不當，反饋信號干擾，就會產(chǎn)生切斷機刀盤振蕩，造成切絲長度不等，機械齒輪磨損等，嚴重影響紡絲的正常運行。 (1) 插卡故障高。由于該系統(tǒng)由兩組可控硅實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)，現(xiàn)場操作正、反轉(zhuǎn)頻繁，系統(tǒng)經(jīng)常在兩個象限間變化，因而封鎖邏輯功能負擔很重。在使用過程中，曾出現(xiàn)封鎖邏輯損壞現(xiàn)象。 (3) 制動抱閘卡死。系統(tǒng)制動部分采用電磁抱閘原理。實際運行中，啟停車相當頻繁，而制動單元摩擦片極易損壞并卡死，現(xiàn)場條件又使得換卸工作相當不便，這種類型故障往往需相當長時間才能修復，嚴重影響生產(chǎn)。 (4) 電機碳刷磨損快、火花大。直流電機及測速發(fā)電機碳刷磨損快，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量。 為此，1993年在深圳華能的配合下，對該設備進行了改造，設計方案的特點如下: 4.1 新系統(tǒng)的特點 (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)差率補償控制等特殊功能。對中心環(huán)節(jié)-信號處理單元，選擇了具有90年代先進水平的可編程控制器。 (2) 新系統(tǒng)中采用了微處理機，增加了全工藝流程顯示功能，一旦出現(xiàn)故障，馬上能采取相應的處理手段，充分利用富士變頻器的優(yōu)點，對輸出電流、輸出頻率(輸出轉(zhuǎn)速)都做了限定(并對其數(shù)據(jù)進行加權處理)，從而提供了系統(tǒng)的可靠性。 (3) 利用國產(chǎn)交流電機與系統(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、微處理機都具有計算機通訊接口，便于今后系統(tǒng)擴充，系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。實踐證明，新設計的系統(tǒng)是十分成功的。 4.2 新系統(tǒng)的運行效果 新系統(tǒng)于1993年3月制造完成，4月調(diào)試空運成功。7月上機運行，經(jīng)過5個月的運行，證明其性能優(yōu)異，完全滿足工藝生產(chǎn)要求。運行穩(wěn)定、可靠，無任何故障出現(xiàn)，具有很強的實用性，完全達到原系統(tǒng)的指標，經(jīng)試用證明，新系統(tǒng)的運行效果如下: (1) 該系統(tǒng)控制性能，產(chǎn)品適應范圍(調(diào)速范圍)達到并超過了原德國設計系統(tǒng)，切斷速度在原設計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)保護功能強(13種)，并具有故障記憶、自診斷、顯示功能。對分析故障及解決問題提供了強有力的手段。 (3) 調(diào)試簡單。新系統(tǒng)所有參數(shù)的設定及修改均由面板的主鍵盤來完成。與以前的系統(tǒng)相比，大大縮短了時間，簡化了調(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特的、有實用價值的功能。如高速轉(zhuǎn)矩的計算、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。因為系統(tǒng)中變頻器整流側(cè)采用的二極管橋，因此實測功率因數(shù)都很高，均在0.95以上，而原設計系統(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，無滑環(huán)和炭刷、不可能打火和更換，提高了設備可靠性。 (8) 提高生產(chǎn)效益。原切斷機投產(chǎn)以來，累計故障停產(chǎn)50次，每次平均1.5天