摘 要：本文主要论述了西门子SINAMICS G120变频器在化工行业的成功案例，使用于白炭黑生产线（白炭黑主要用于牙膏），并对公司背景、生产线工艺、传动系统配置和产品特点作了全面介绍。
关键词：白炭黑 G120 PM250 模块化 能量回馈
1 项目背景
美国邱博集团（J.M.Huber Corporation）于1927年在美国成立，是北美地区最大的家族企业之一，在全球23个国家的81个地区拥有分支机构。作为一家多样化的全球供应商，邱博集团为各种行业提供各种创新的产品和服务，集团下设工程材料、自然资源和技术基础服务三大事业部，业务范围涉及食品、药品、日用品、建筑材料、造纸、塑料、能源及金融服务和营运资金管理等领域。
邱博集团工程材料事业部目前致力于口腔护理品用二氧化硅SiO2的全球计划，其白炭黑（即二氧化硅）产品在牙膏行业的市场占有率占世界第一位。邱博公司经营白炭黑工厂已经有50多年的经验， 在美国，比利时，芬兰及印度均设有分厂，现已于2008年在青岛经济技术开发区投资建设邱博工程材料（青岛）有限公司，生产牙膏用白炭黑，项目总投资为3900万美元，预计2009年初投产，投产后年生产能力可达4万吨，将成为国内白炭黑年产量最大的工厂，供给国内及亚洲周边国家和地区需要。目前项目整体调试基本结束，正准备开始进行试生产工作。
2 传动系统
白炭黑是典型的精细化工产品，其生产过程非常复杂。在其各子生产线上分布了很多泵类负载用于中间流体的输送、过滤和搅拌。除此之外，还有许多用于冷却和除湿的风机负载。在此项目中所用到的变频器驱动负载主要有（见表1）：
表1 变频器驱动负载
根据白炭黑精细化工产品对于生产线稳定性较高的要求，我们特意选择了SINAMICS 家族新的G120系列变频器。全新G120变频器是模块化的单机传动产品，有非常高的灵活性，其模块化的设计（功率模块PM、控制单元CU、操作面板BOP）及其安全保护功能（集成化的故障安全保护）、通讯功能（PROFIBUS，PROFINET）、能量回馈和全新的智能冷却设计增强了鲁棒特性等各种创新功能；
而且其电路板还标配有防腐涂层，尤其适用于有腐蚀性气体的场合。由于白炭黑生产过程中的液体粘稠度较高，虽然G120驱动的负载是泵类负载，但其经常需要带满载启动，因此其大多数情况下是属于典型的恒转矩负载，而不象其他泵类那样属于平方型负载。因此我们选用G120 的PM250功率模块（见图1）。PM250功率模块创新的功率模块，可实现优化的能量回馈，无需制动电阻，全功率段都能实现换相整流，内置的高性能EMC A级滤波器不产生任何系统干扰，而且较小的直流母线容量意味着减少了谐波，降低了输入电流与常规变频器比，降低到80%。具有能量回馈功能的PM250功率模块能够将负载处于机械发电状态的能量回馈给电网，无需制动电阻，从而为用户节约大量的能源又节省了空间而且又避免了制动电阻发热造成的潜在危险。
图1 PM250功率模块工作原理图
而且由于整流端可控，PM250能够极大地降低变频器产生的谐波对电网的干扰，同时也极大地降低变频器对于生产现场各类电气仪表设备的高频干扰。PM250的这些特点在满足白炭黑生产线对于传动的基本需求外，对于生产线总体的高效、稳定和节能具有重要的作用，这些因素也是客户最终选择PM250的原因。
图2 PM250功率模块谐波分量
从图2中很清晰的看到了PM250的基次电流谐波分量很小。
详细的G120配置表如表2：
表2 G120配置表
作为G120的控制单元，我们选用的是CU240S DF-F单元。其内置DP原生接口，无需再外接DP模板，减少了由于长期使用DP模板造成插针松动而影响网络质量的问题，大大减少了网络通讯的故障率。而且此控制单元还内置SAFE功能，可与安全型PLC组建成安全系统。CU240S DF-F共内置四种安全功能：安全转矩限制、安全停车、安全限速、集成的安全抱闸控制，其中安全转矩限制和安全限速为世界独创技术。
3 现场工艺要求
根据现场的工艺要求，G120所控制的负载共有四种的工艺要求，其基础参数表基本相同，只是在个别参数上有差异，例如负载是否有独立的风机、电机是否带独立的断路器等等。特此列出G120的标准的参数调试列表，见表3：
电气柜柜内变频器接线图，见图3－图5，实物图见图6－图9：
图3 柜内变频器端子接线图
图4 变频器与电机接线图
图5 变频器端子定义
图6 控制室内的电气柜
图7 全套SIEMENS电气柜
图8 电气柜内的G120变频器
图9 电气柜内的G120变频器