變頻調速技術在PETG生產中的應用

摘 要：變頻調速技術在聚酯生產中的應用是很廣泛的，在聚酯生產的不同環節對電機驅動都有調速的要求。在PETG共聚酯的生產過程中，PETG的關鍵原料1，4-環己烷二甲醇（CHDM）的進料量直接關系著PETG的結晶性和粘度等關鍵指標，所以對CHDM的進料量必須達到精準控制，因此采用變頻調速技術是非常必要的。

關鍵詞：PETG；變頻調速；應用

PETG是一種新型的共聚酯材料，它有著優異的光澤度、透光率和成型性，對人體和自然環境無毒無害，環保性能優異，在醫療用品、日用消費品、食品和化妝品包裝等領域應用廣泛，目前PETG的生產處于國外壟斷地位。生產PTEG的原料為PTA、乙二醇、1，4-環己烷二甲醇（CHDM），生產過程中用PTA的進料量控制乙二醇和CHDM的進料量，CHDM的含量非常關鍵，CHDM過多或過少都會影響到PETG的結晶能力，造成PETG產品質量下降，采用變頻器驅動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共聚酯的生產是一個連續的過程，不允許某個生產環節突然發生中斷，特別是進料系統如果發生中斷將會直接導致化學反應失敗，因此對進料傳動系統的可靠性要求非常高，在進行變頻器選型時要非常謹慎。變頻器應該具備以下特性：

1.1 選擇國內外經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用性。

1.2 應該具備有較強的通訊功能，便于實現工廠自動化聯網。

1.3 應該具備寬幅的電源電壓適應性，以應對電網的瞬間波動。

1.4 應該具備較好的過負荷能力，具有良好的重載啟動性能。

1.5 應該具有齊全的自保護功能及故障分析、記憶能力。

根據以上技術特性，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，在轉矩控制、轉速控制、頻率控制等方面都表現優秀，它采用的磁場定向矢量控制技術具備很高的動態性能，其性能可與直流傳動方式相媲美，非常適用于高動態性能的傳動系統。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，適用于工作環境較差的工廠現場，而且變頻器的主板及擴展板都是通過總線插槽連接，使得整個變頻器結構緊湊、集成度高，具有很高的可靠性。同時抗干擾性高，能長期保持穩定的控制精度，對電網的電壓波動和頻率變化有較高的適應能力。

（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網。

（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，并可啟用內置的標準電子熱繼電器來保護電機，多達數百條的故障記憶功能，并可提供有關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、靜態轉矩控制性能，可提供足夠的啟動轉矩，保證電機的重載啟動，同時在電機低速時也能提供額定轉矩，并可實現旋轉電機的帶載再啟動。

2 變頻器的系統構成

由于化工裝置中使用了較多的變頻器、軟啟動器等設備，這些變頻器、軟啟動器會在電網中產生較多的高次諧波。高次諧波會干擾弱點控制系統同時會在較長的電纜中產生漏電流，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安裝輸入電抗器，達到抑制電網諧波污染并有效地改善功率因數的作用。在變頻器的輸出側安裝輸出電抗器，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的整個生產過程是由DCS系統來控制的，同時整個裝置的電機傳動部分的運行/停止也是由DCS系統來集中管理和監控的。在電機操作現場設置有起/停操作按鈕，操作人員通過按鈕將起/停命令發送至DCS系統，DCS系統通過分析判斷其它聯鎖條件來決定是否起動變頻器。同時現場停止按鈕直接聯鎖變頻器的使能點，在現場停止按鈕閉鎖的情況下，變頻器無法起動，從而保障了現場操作人員的人身安全。為了在電網發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（轉速）設定

由于CHDM的進料量受PTA的進料量控制，因此變頻器的轉數設定由DCS控制系統根據PTA的進料量自動給出頻率（轉速）的設定值，該值是一個4～20mA模擬量信號，我們在變頻柜內加裝了信號隔離變換器，將DCS系統發出的4～20mA電流信號變換為0～10V電壓信號再送入變頻器，調整參數使其接受電壓調速信號，從而起到了隔離、保護變頻器的作用。

3.3 變頻器的狀態監視

變頻器的運行狀態信號分模擬量和開關量兩種，模擬量信號包括：變頻器頻率、變頻器轉速、電機電壓、電機電流、電機轉矩等；開關量信號包括：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信號隔離變換器由0～10V電壓信號轉變為4～20mA標準信號送給DCS系統，達到電機轉速反饋的作用。將變頻器運行、故障信號以干接點的形式送給DCS系統，告知變頻器的當前狀態。從而實現DCS系統對變頻器狀態的全方位監控。

4 變頻器的調試

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，在調試過程中出現了電機啟動困難的現象。經過分析問題在于電機的啟動轉矩不足，需要在變頻器低頻工作區提高輸出電壓，補償定子阻抗壓降，進行轉矩提升補償，提高電機低頻轉矩特性。6SE70變頻器具有豐富的手動提升和自動提升電壓功能，我們對變頻器的轉矩提升電壓和控制選擇等參數進行了調整，并進行了多次試驗，最終經過測試，電機啟動、運轉平穩正常。

5 結束語

變頻調速技術在PETG的生產過程中得到了很好的應用，6SE70變頻器的優良性能在生產中得到了很好的發揮，故障率低、可維護性強。隨著新型變頻器向著功能更加強大，系統更加穩定，模塊化更強的方向發展，變頻調速技術的應用也將更加廣泛。

參考文獻

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