產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
風(fēng)光出海 鏈動(dòng)全球 新風(fēng)光高壓變頻器助力海外制糖行業(yè)能效提升
項(xiàng)目簡介
巴基斯坦某糖廠坐落于巴基斯坦.旁遮普省。公司目前產(chǎn)值規(guī)模達(dá)到了每天38000噸的壓榨能力，是亞洲最大的糖廠，且公司主要的產(chǎn)品是糖和酒精原材料。
甘蔗制糖大致分為四步:一是甘蔗預(yù)處理；二是壓榨；三是澄清蒸發(fā)；四是煮糖。
圖2壓榨生產(chǎn)工藝流程圖
原現(xiàn)場(chǎng)壓榨機(jī)使用背壓式汽輪機(jī)啟動(dòng)壓榨機(jī)，一套壓榨機(jī)是由汽輪機(jī)、減速機(jī)和齒輪組成，首先蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)運(yùn)行，減速機(jī)的軸承與齒輪連接進(jìn)而帶動(dòng)壓榨機(jī)工作?，F(xiàn)場(chǎng)汽輪機(jī)圖片如下：
圖3原汽輪機(jī)工作畫面
由于現(xiàn)場(chǎng)其它設(shè)備需要使用大量的蒸汽，而且小型背壓式汽輪機(jī)具有:
（1）效率低：由于背壓式小型汽輪機(jī)沒有凝汽器等設(shè)備，因此排放溫度較高，效率較低。
（2）污染物排放量大：適用于碎煤等有污染物的燃料，排放出的污染物較多。
再則壓榨機(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào)，從撕解機(jī)輸送過來的蔗層有大約10%的時(shí)間厚度會(huì)達(dá)不到要求，這樣會(huì)使蔗汁的平均抽出率低于95.4%。抽出率越低說明蔗汁流失越大，從而導(dǎo)致產(chǎn)量變低。如果能對(duì)壓榨機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，當(dāng)蔗層厚度不夠時(shí)通過降低壓榨機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速使蔗層達(dá)到正常厚度后再進(jìn)行壓榨，這樣壓榨會(huì)比較充分，平均抽出率將可提高0.2%以上，同時(shí)由于轉(zhuǎn)速降低，電流下降從而達(dá)到節(jié)能省電的目的。因此用戶提出壓榨機(jī)設(shè)備技能改造。
3.1 現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備情況
表1 第一臺(tái)壓榨機(jī)的基本參數(shù)
表2、第二到第五臺(tái)壓榨機(jī)的基本參數(shù)
其中第一臺(tái)負(fù)荷較重，電機(jī)及變頻器功率比較大，其余幾臺(tái)負(fù)荷較輕，電機(jī)及變頻器功率比較小。
采用變頻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：
平衡質(zhì)量高，震動(dòng)等級(jí)為R級(jí)（降振級(jí)）機(jī)械零部件加工精度高，并采用專用高精度軸承，可以高速運(yùn)轉(zhuǎn)。
強(qiáng)制通風(fēng)散熱系統(tǒng)，全部采用進(jìn)口軸流風(fēng)機(jī)超靜音、高壽命，強(qiáng)勁風(fēng)力。保障電機(jī)在任何轉(zhuǎn)速下，得到有效散熱，可實(shí)現(xiàn)高速或低速長期運(yùn)行。
與傳統(tǒng)電機(jī)相比較，變頻電機(jī)具備更寬廣的調(diào)速范圍和更高的設(shè)計(jì)質(zhì)量，經(jīng)特殊的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步抑制高次諧波磁場(chǎng)，以滿足寬頻、節(jié)能和低噪音的設(shè)計(jì)指標(biāo)。具有寬范圍恒轉(zhuǎn)矩與功率調(diào)速特性，調(diào)速平穩(wěn)，無轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
3.2 現(xiàn)場(chǎng)改造主回路
現(xiàn)場(chǎng)改造一條壓榨生產(chǎn)線簡易圖如下：
圖4該糖廠壓榨過程簡易圖
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，每條生產(chǎn)線采用5套壓榨機(jī)，壓榨機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由旁路柜、變壓器柜、功率單元柜和控制柜組成。其中旁路柜為工頻備用啟動(dòng)柜。在控制柜面板上設(shè)有本地/遠(yuǎn)程按鈕、急停按鈕、工/變頻指示燈等。具體方案見下圖：
圖5現(xiàn)場(chǎng)改造主回路圖
變頻器采用的是新風(fēng)光公司生產(chǎn)制造的JD-BP38系列高壓變頻器，變頻調(diào)速系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)，其運(yùn)行頻率設(shè)定的方法采用遠(yuǎn)程操作臺(tái)，進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控或壓榨機(jī)運(yùn)行速度給定，電控室的值班人員可以很方便地根據(jù)生產(chǎn)需求調(diào)節(jié)壓榨機(jī)的速度，對(duì)提高生產(chǎn)效率提供了有力的條件。
在圖5 中，K1、K2、K3 為刀開關(guān)，當(dāng)變頻運(yùn)行時(shí)，K1與K2閉合，K3斷開，當(dāng)工頻運(yùn)行時(shí)，K1與K2斷開，K3閉合。K1、K2、K3有嚴(yán)格的機(jī)械和電氣互鎖關(guān)系，不能同時(shí)閉合，防止工頻與變頻同時(shí)送電，造成事故。
3.3 控制系統(tǒng)
由于是出口產(chǎn)品，新風(fēng)光變頻器采用了全英文設(shè)計(jì)，其界面圖及參數(shù)設(shè)置都是全英文解釋，方便用戶翻譯及閱讀。
控制系統(tǒng)由控制器、光纖、PLC板、人機(jī)界面和上位機(jī)組成。各部分之間的聯(lián)系如圖6示。
圖6控制系統(tǒng)圖
控制器由三塊光纖板，一塊信號(hào)板，一塊主控板和一塊電源板組成。
光纖板通過光纖與功率單元傳遞數(shù)據(jù)信號(hào)，每塊光纖板控制一相的所有單元。光纖板周期性向功率單元發(fā)出脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)或工作模式。功率單元通過光纖接收其觸發(fā)指令和狀態(tài)信號(hào)，并在故障時(shí)向光纖板發(fā)出故障代碼信號(hào)。
主控板采用高速DSP單片機(jī)，完成對(duì)電機(jī)控制的所有功能，采用正弦波載波移相方式產(chǎn)生脈寬調(diào)制的三相電壓指令。通過RS232 通訊口與人機(jī)界面主控板進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，提供變頻器的狀態(tài)參數(shù)給人機(jī)界面，并接受來自人機(jī)界面主控板設(shè)置的參數(shù)。
人機(jī)界面為用戶提供友好的全英文操作界面，負(fù)責(zé)信息處理和與外部的通訊聯(lián)系，可選上位監(jiān)控來實(shí)現(xiàn)變頻器的網(wǎng)絡(luò)化控制。通過主控板和PLC板采集的數(shù)據(jù)，計(jì)算出電流、電壓、功率、運(yùn)行頻率等運(yùn)行參數(shù)，提供記錄功能，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的過載、過流進(jìn)行報(bào)警和保護(hù)。通過RS232通訊口與主控板連接，通過RS485 通訊口與PLC板連接，實(shí)時(shí)監(jiān)控變頻器系統(tǒng)的狀態(tài)。新風(fēng)光變頻控制系統(tǒng)主界面如圖7所示。
圖7 新風(fēng)光變頻控制系統(tǒng)主界面
圖8 參數(shù)設(shè)置界面
PLC板用于變頻器內(nèi)部開關(guān)信號(hào)以及現(xiàn)場(chǎng)操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的邏輯處理，增強(qiáng)了變頻器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的靈活性。PLC板有處理4 路模擬量輸入和2路模擬量輸出的能力，模擬量輸入用于處理來自現(xiàn)場(chǎng)的流量、壓力等模擬信號(hào)或模擬設(shè)置時(shí)的設(shè)置信號(hào)；模擬輸出量是頻率給定信號(hào)。
上位機(jī)由RS485接口與PLC板進(jìn)行通訊，以方便用戶對(duì)變頻器進(jìn)行操作，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變頻器的運(yùn)行參數(shù)，若與打印機(jī)連接，也可隨時(shí)打印工作記錄。只要設(shè)置好變頻器的各種運(yùn)行參數(shù)，操作員就可以在監(jiān)控室內(nèi)進(jìn)行各種操作，而無須進(jìn)入高壓電控室內(nèi)，既方便又安全，從而減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。
3.4 控制方式
新風(fēng)光變頻器有三種控制方式：
1）本地控制從變頻器操作界面控制電機(jī)的啟動(dòng)和停機(jī)，并能完成變頻器的所有控制；
2）遠(yuǎn)程控制通過內(nèi)置PLC板接受來自現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)量控制；
圖9現(xiàn)場(chǎng)控制箱
3）上位控制通過RS485接口，采用Modbus通訊協(xié)議，接收上位系統(tǒng)的控制信號(hào)。
本次改造中全部采用上位機(jī)控制，由操作人員在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)等。
圖10上位機(jī)控制畫面
3.5 壓榨機(jī)變頻改造現(xiàn)場(chǎng)
圖11高壓變頻器布置圖
圖12運(yùn)行畫面圖
3.6 新風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻器技術(shù)特點(diǎn)
新風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標(biāo)遠(yuǎn)小于IEEE519-1992的諧波國家標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt高、共模電壓大等問題，可以使用普通的異步電機(jī)。新風(fēng)光高壓變頻器被評(píng)為中國名牌產(chǎn)品。具體來說，新風(fēng)光高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外，還具有以下突出特點(diǎn)：
采用高速DSP作為中央處理器，運(yùn)算速度更快，控制更精準(zhǔn)。
飛車啟動(dòng)功能。能夠識(shí)別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng)。
旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)功能。運(yùn)行過程中高壓瞬時(shí)掉電3s內(nèi)恢復(fù)，高壓變頻器不停機(jī)，高壓恢復(fù)后變頻自動(dòng)運(yùn)行到掉電前的頻率。
線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)（星點(diǎn)漂移技術(shù)）。變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過調(diào)整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。
單元直流電壓檢測(cè)：實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)系統(tǒng)的直流電壓，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統(tǒng)控制性能，并可使運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)功率單元運(yùn)行狀況的全面把握。
單元內(nèi)電解電容因采取了公司專利技術(shù)，可以將其使用壽命提高1倍。
散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，單元串聯(lián)多重化并聯(lián)結(jié)構(gòu)，IGBT承受的電壓較低，可以有較寬的過壓范圍(≥1.15Ue)，設(shè)備可靠性更高。
具備突發(fā)相間短路保護(hù)功能。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路，此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護(hù)功能，將會(huì)導(dǎo)致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出，保護(hù)設(shè)備不受損害，避免事故的發(fā)生。
限流功能：當(dāng)變頻器輸出電流超過設(shè)定值，變頻器將自動(dòng)限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負(fù)載突然變化而引起的過流保護(hù)，最大限度減少停機(jī)次數(shù)。
故障自復(fù)位功能：當(dāng)變頻器由于負(fù)載突變?cè)斐蓡卧蚴钦麢C(jī)過電流保護(hù)時(shí)，可自動(dòng)復(fù)位，繼續(xù)運(yùn)行。
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