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交流电机技术已成为化纤行业必备的工艺技术

2016年01月21日 09:31  来源:中国化纤网  人气:860

腺轮生产线纺丝的工艺复杂,工位多,要求张力控制,有的要求位置控制。大庆腈纶厂95年对其引进美国CHEMTEX公司采用美国ACC工艺技术的年产5万吨腈纶生产线进行了变频PLC改造。我们采用了“同步运行方式”,设置“无张力控制环节”、“松紧架同步装置”、行,平稳可靠,牵伸倍率由1.04到1.4,年增产382吨,年降低故障、节省维修费57.5万元,年提高产品质量、提高等级合格率经济效益325万元,年节电58万KW.97年该项目通过中国石化总公司鉴定,专家结论是九十年代国际先进水平。

兰化化学纤维厂是我国1965年从英国考陶尔茨(Courtaulds)引进的第一套8000t/a腈纶生产装置,生产工艺采用硫氰酸钠一步法。

腈纶生产过程是一种相当精细的生产过程,调速精度要求非常高。除纤维的成形和后处理以及毛条加工直接依赖调速外,纺前准备和原液系统的液位、压力、流量控制以及生产的平稳性、丝束质量、能耗、物耗等都与调速性能有直接或间接的关系。该纺丝生产线长达170米,各道工序丝束的运行速度都是根据工艺要求来设定的。原设计速度控制系统全部采用滑差电机、直流电机及与其配套的电子系统来实现,但由于原英国装置已运行二十多年,设备严重老化、故障率高,加上设备本身复杂,维修量大,生产上往往一处波动都会引起全线波动,甚至造成全线停车,生产稳定性差,非计划停车次数多,产品质量难以保证。

1995年对纺丝生产线的调速系统及主要调速设备进行了全部改造。三条纺丝生产线共安装变频调速器113台,全部淘汰了滑差电机和直流电机,生产稳定性明显提高,非计划停车次数逐步减少,废丝、废胶量明显降低,产品质量有了显著的提高。

采用变频调速技术后,1995年产量达到16000t/a,把原设计能力翻了一番。这一成绩的取得,除设备改造更新外,积极大胆广泛地采用变频调速技术也是关键因素,仅增加产量一项,每年即可创效益近500万元以上。

变频调速技术因其稳定性好,可靠性高,大人提高了设备的运行周期,使过去由于电气仪表原因造成的非计划停车次数大幅度下降,每年可增加产量近150吨,增加效益近百万元。

产品质量有了明显提篼,废丝、废胶率逐年下降,NaSCN等原料的单耗亦下降,生产成本降低。

节约NaSCN320.16吨,增加利润192.096万元,节约材料费近30万元。合计增加效益表1变频改造节电情况测定(以三线离心泵CH532N为例)时间电机型号额定功率运行电流运行转速运行屯压运行功率改造前改造后从表1可知,节电效果显著,经实测,当用变频调速器协调控制时,电机运行的电流普遍下降,电机使用功率平均比原来下降50%以上。

该厂目前有200台电动机使用了变频调速器,其使用变频器前电动机功率总和为828.4kw,使用后功率总和为467.6Ikw.每台电动机按设计一年运行8000小时,(实际上大于8000小时)则每年可节电288万kw.h,每度电按0.21元计,每年可节约60万元左右。

200台变频器投资约300万元,综合效益一千万元,涤纶前纺生产线仪征化纤联合公司涤纶一厂前纺变频控制系统是80年代引进西德AEG公司技术,由国内组装的电压型SCR逆变器,由于系统是分立器件,可靠性低,由于SCR不能自关断、要是使其关断,增加强迫关断电路,使设备体积增大。由计量泵和卷绕机构组成一条生产线,计量泵有24台、由一台变频器控制,卷绕由7辊、5辊和喂入轮组成。7辊有7台电机,由一台变频器控制;5辊有5台电机,由一台变频器控制,喂入轮一台电机由单台变频器控制。为了保证精度,从计量泵到卷绕机构共计37台电机全部采用永滋或永磁反应式同步电机,卷绕7辊、5辊和喂入轮严格按工艺给定的比例运行,保证微张力牵伸。并要求在低速伸头完成后,卷绕各辊按比例和固定的斜率升到高速生产。原系统为4备1(或2备1)系统,即有四条常用生产线,一条线后备,主回路由电磁接触器联锁切换,控制信号的逻辑电路由中间继电器构成并完成切换,而模拟电路(如设定信号、比例信号)的切换,靠更换接插头电缆完成,切换很频繁,与中央控制的逻辑联系靠很多中间继电器来完成。由于控制落后,严重影响了生产,改造成为必然。1993年深圳华能公司和涤纶一厂共同设计了由富士变频器和可编程控制器组成的前纺电气传动控制系统。该系统频率设定电路采用数字设定方法,不仅达到工艺要求的篼精度要求,设定分辨率达到0.01HZ,而且从根本上解决了模拟设定电路的温度漂移问题。在调试和生产运行中证明了这一点。

系统的所有操作,即变频器的启动、停止,包括现场的低速、高速信号和系统间的连锁信号与仪表系统的信号控制、主台与备台的切换逻辑连,全部用一台PLC来实现,大大简化了外部接线,省去了所有的中间继电器,从而大大提高了系统的可靠性,因为PLC的所有输入、输出均有指示,也为系统的维护带来很多便利条件。

以主台与备台的切换举例,原系统在主备台切换时,有专用的切换控制柜,在切换柜上完成主回路的切换,有一批中间继电器完成相应的逻辑连锁。变频器的模拟设定等信号要靠接插件改变连接来实现,而现在的系统只要一只转换开关,就可将主回路的切换和控制回路、设定电路的所有信号的切换工作完成,中间逻辑、连锁逻辑完全由PLC的软件来实现,从而大大简化了切换操作,提高了切换速度,降低了故障率。

切断机仪征化纤工业联合公司涤纶四厂纺丝车间切断机为20世纪80年代引进德国产品,属双闭环直流调速控制,投产以来,逐渐暴露一点问题,不能适应“安、稳、长、满、优”的要求,其问题是:系统振荡。控制系统双闭环直流调速,对速度环,电流环和反馈等参数的调整配合要求相当高。稍有参数调整不当,反馈信号干扰,就会产生切断机刀盘振荡,造成切丝长度不等,机械齿轮磨损等,严重影响纺丝的正常运行。

插卡故障率高。由于该系统由两组可控硅实现正、反转,现场操作正、反转频繁,系统经常在两个象限间变化,因而封锁逻辑功能负担很重。在使用过程中,曾出现封锁逻辑损坏现象。

制动抱闸卡死。系统制动部分采用电磁抱闸原理。实际运行中,启停车相当频繁,而制动单元磨擦片极易损坏并卡死,现场条件又使得换卸工作相当不便,这种类型故障往往需相当长时间才能修复,严重影响生产。

4电机碳刷磨损快、火花大。直流电机及测速发电机碳刷磨损快,经常造成火花增大,从而使系统稳定性、可靠性降低,并增加了日常工作的维护量。

为此,1993年在深圳华能的配合下,对该设备进行了改造。

在新系统中,核心环节变频单元,选择了具有90年代水平日本富士公司生产的FRN5000G7S系列变频器,该变频器控制器采用了双16位CPU,并具有高速转矩限定,转差率补偿控制等特殊功能。对中心环节一信号处理单元,选择了具有90年代先进水平的可编程控制器。

新系统中采用了微处理机,增加了全工艺流程显示功能,一旦出现故障,马上能采取相应的处理手段,充分利用富士变频器的优点,对输出电流、输出频率(输出转速)都做了限定(并对其数据进行加权处理)。从而提供了系统的可靠性。

利用国产交流电机与系统配套,采用原系统中的产量显示功能,可靠并降低了成本。

由于富士变频控制器、微处理机都具有计算机通讯接口,便于今后系统扩充,系统联网。实践证明,新设计的系统是十分成功的。

新系统于1993年3月制造完成,4月调试空运成功。7月上机运行,经过5个月的运行,证明其性能优异,完全满足工艺生产要求。运行稳定、可靠,无任何故障出现,具有很强的实用性,完全达到原系统的指标,经试用证明,新系统还有如下特点:该系统控制性能,产品适应范围(调速范围)达到并超过了原德国设计系统,切断速度在原设计50~350m/min之内系统控制稳定,并根据工艺要求可调。

新系统保护功能强(13种),并具有故障记忆、自诊断、显示功能。对分析故障及解决问题提供了强有力的手段。

调试简单。新系统所有参数的设定及修改均有面板的主键盘来完成。与以前的系统相比,大大缩短了时间,简化了调整方法,使其更易掌握。

新系统中采用的变频器具有很多独特的、有实用价值的功能。如高速转矩的计算、转矩的限定、电流限定等功能。这些特性保证了新系统的性能优异。

新系统功率因数高,谐波成分小。因为系统中变频器整流侧采用的二极管桥,因此实测功率因数都很篼,均在0.95以上,而原设计系统功率因数值仅在0.45-0.8之间。

新系统有比较优越的价格性能比,而且体积小,重量轻,更换方便。

系统可靠性高。由于该系统采用交流电机,无滑环和炭刷、不可能打火和更换,提高了设备可靠性。

提高生产效益。原切断机投产以来,累计故障停产50次,每次平均。5天。

电控系统比较如下表:项目原设计新设计电路型式专用电流型通用电压型精度0.001数字量设定调速范围控制电路形式数一模混合双CPU全数字化控制功能实现码件编码设定(软件)电流波形阶梯波接近正弦波速度环有无启动方式硬启动软启动调整方式电位器键盘输入保护功能5种故障记忆功能13种扩展无5种标准选择通讯功能无RS232C串行接口容量显示电压、电流全工艺过程、电压电流价格35万元17万元长丝高速纺天津石油化工厂长丝厂高速纺螺杆挤压机调速系统是八十年代由日本引进的。经过几年来(特别是近年来)的运行,逐渐暴露出了问题。

不适应负荷品种大范围变化的需求,生产过程中时有跳闸现象出现(先天存在)。据开车6年来统计,每年均在十次以上(90、91年多达40次/年以上),严重影响了纺丝的正常进行。

由于现场环境不良等原因,造成PG测速反馈环节故障而导致的螺杆挤压机停车现象也屡有发生(开车以来发生16起)。

原装置功率因数低,谐波成分高,对电网污染大。

原装置本身由于元器件等问题,近年来也偶有故障发生,然而备件供应困难、周期长(要2年左右),价格高(一套控制板要13万元人民币左右),因此这一环节也直接影响了生产的稳定。

由于上述问题的存在,从90年开始,被迫在部分螺杆挤压机上采取了减位生产等措施。仅此一项每年就使该厂损失利税数百万元以上。

据此原因,该厂会同深圳华能公司对POY螺杆挤压机调速系统进行改造。

A、在新系统中,核心环节一变频单元,我们选择了九十年代水平,日本富士公司生产的FRN5000G74系列变频器。该变频器控制回路采用双十六位CPU,控制采用磁通控制SPWM模式,并具有高速转矩限定、转差频率补偿控制等特殊功能。

B、新系统中压力调节部分仍采用了原装置中的智能化压力调节器(型号:SLCD-120B〈曰本YEW公司产>)。

C、利用FRNIC5000G7/P7系统变频器特有的转差补偿控制功能,去掉了PG测速反馈环节,进一步简化了系统。

D、该系统控制性能,产品适应范围(调速范围)达到并超过了原日方设计的系统。该系统在生产250dtex(最大规格品种)poy丝时,喉部压力可保证在+.5Mpa之内。

这小于工艺允许压力偏差值,而调速范围可达原系统的数倍以上。

E、新系统保护功能强(13种)并具有故障记忆及自诊断功能。一旦变频器出现问题,这对分析故障及解决问题提供了强有力的手段。

F、调试简单:新系统所有参数的设定及修改均由面板上的键盘来完成。较以前的系统,大大缩短了调整时间,简化了调整方法,使一般人更易掌握。

G、新系统中采用的变频器具有很多独特的、有实用价值的功能。如:篼速转矩计算、转矩限定、转差补偿控制、电流限定等功能。这些特性,保证了新系统的优异性能。

H、新系统功率因数高,谐波成分小。因为系统中变频器整流侧采用的二极管桥,因此实测功率因数很高,均在0.97以上,而日方设计系统cos 4值在0.40.8之间。下表是3台螺杆机实测值:3台螺杆机实测值生产品种:16Sdtex项目原系统现系统挤压机号p有功Q无功P视在I、新系统有比较优越的价格性能比,且体积小、重量轻、更换方便。

卷绕机使用的电动机是特殊电机,起动电流是运行电流的15倍左右,频繁起动容易烧毁电机。

锯齿波发生器是模拟量控制,控制精度低、温漂大、抗干扰差。

卷绕机用电动机技术数据如下:摩擦辊电机(也称FR电机)种类容量(KW)电压(V)电流(A)级数转数(频率,HZ)同步电动机横动电动机(也称TR电机)种类容量(KW)电压(V)电流(A)级数转数(频率,HZ)异步电动机基于以上原因,1996年初决定对原集中变频系统进行改造,双方工程技术人员经过试验分析,选用了在国际上较先进的日本明电舍VT210S具有卷绕机要求的摆频功能系列变频器,其特点如下:频率精度较高,数字设定±。1%,适合纺丝生产要求;抗干扰能力较强,而对其他电气设备干扰小:故障诊断功能强:23种代码分别代表过流、过压、欠压、过热、过载、I/O、接地、CPU等等。对故障状态下的电流、频率都有记载,便于故障分析和处理。

内部输入/输出信号,既有RY接点继电器输出,又有集电极开路输出;变频器具有往复运行方式功能,适合纺织机械要求横动速度反复变化的需要,不用另加锯齿波信号源;改造后的变频器的负载运行测试数据如下:电动机起动电流(A)起动时间(s)运行电流(A)改造前改造后改造前改造后改造前改造后以上数据看出采用明电舍210S型变频器做卷绕机单台控制后电动机起动电流明显减小,实现了所谓的“软”起动,与改造前起动电流50A比较,冲击电流减小80%设备投入运行以来,没有一台卷绕机电动机烧毁,过去平均每月要烧毁电动机1.5-2台。

改造后摆频部分的工艺参数可以用数字量精确控制,使产品质量和产量大幅度提高。

48台卷绕机变频系统由“集中”变频控制改造成“单台”变频控制后,稳定了工艺,不到一年即收回改造投资,改造非常成功,为该厂提高产品质量和增加产品产量打下基础。

聚酯生产线聚酯生产是连续的过程,我国的聚酯生产装置最初是从国外成套引进,最近几年由于扩容,多数由国内设计并购国内设备来完成增容改造。我公司参加并完成如辽化聚酯厂和浙化联聚酯装置的改造,由于均选用进口变频器,低压开关,接触器等。既保证了设备可靠性,又降低了设备成本。

聚酯生产中,有调速要求的有辛鲜渌捅玫缁⒃ぞ鄯从ζ鹘涟杵鞯缁⒃ぞ畚锸渌泵电机、后缩聚反应器揽拌器人□电机、后缩聚反应器搅拌器出□电机、熔体输送栗电机、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。

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。

由于聚酯生产装置对传动系统可靠性要求较篼,满足电机的在线启动,重载启动功能及较强的通讯扩展功能,我们采用德国西门子变频器及日本富士变频器。

聚酯变频调速系统的一次回路构成如所示。

(单台变频驱功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:一是干扰弱电控制系统,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和计算机无法工作。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100米左右,而使用输出滤波电抗器时这个长度可以达到600800米。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。

上述一次线路构成适用于浆料输送泵、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/人口电机的变频驱动来说,由于电机无法备用设置,为了提高可靠性,采用两套变频器互为备用的方式,其一次线路图如。

这样设计的调速系统,在辽化、浙化联运行的都很成功,达到了工艺要求和增容的目标。同国外进口的聚脂装置相比,有如下的特点:可靠性、实用性高于原进口设备。由于是国内设计,目的性明确,且设备均选用国外最先进的变频器和低压电器,因而在可靠性、实用性方面都要优于原进口设备。



(完)
 
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