德力西变频技术在纤维素生产线中的应用

关键词：纤维素   德力西变频器     程序运行   同步控制

前言：
中国加入WTO至今，随着纺织品配额的取消，开始进入了后配额时代。纺织产品对设限国家的出口大幅增长，使得纺织企业的优势得到了进一步的体现，同时给中国的纺织加工企业带来了新的发展机遇。在竞争激烈的今天，只有把握好新的发展机遇、确保产品的质量、降低产品的成本，才能提高企业的竞争能力，保持领先。在降低产品的成本措施方面，节约电能成为其中重要的一个环节。

一、纤维素的生产工序
纤维素是棉纺织品的重要原料来源。棉的纤维素含量在95——97%，是用棉短绒等作为原料优化处理得来的。经过加工处理可制造人造丝和人造棉，其生产过程工序繁多，工艺复杂。该公司生产的纤维素主要来源于棉浆粕，经过我公司工程人员的实地察看，其生产工序流程大致分为以下几个部分：

其中每道工序的变频器配置如下：

棉浆粕的生产流程是先将原材料（短棉绒）投入到两个大型的蒸球中，然后往蒸球通入高温高压的蒸汽，通过电动机拖动进行定时的正反转旋转，以达到对原材料进行充分蒸煮的目的。经过工艺要求规定的时间后，蒸球停止旋转，并卸掉蒸汽压力。将蒸煮后的原料投入冷水池进行冷却，然后再用抽料泵抽到碎浆机中，进行细切割；在原料进行细加工后，送到除砂机中，过滤掉其中的杂质，再抽到漂洗池中漂洗，经过长时间的反复漂洗，直到原料变成白色。然后在抽料泵的带动下，送到成形生产线上，经过滤干、热压、拉伸等工序后，产品被送到切割线上，切割成了标准尺寸的板状棉块。
二、变频器应用方案
针对纤维素每道生产工序的不同要求，结合德力西CDI9000系列变频器的技术特点，我们在产品的调试过程中针对每道工序的不同要求，采用了以下方案：
1．蒸煮
在蒸煮这一道工序上，由于蒸球每隔一定时间需要正反转切换旋转，因此我们采用变频器的程序运行方式。CDI9000系列变频器有多达七段不同速度、不同时间（最长可达6000S）的自动程序运行功能。在第一段速方向设为正转和运转时间，第二段速方向设为反转和相应的运转时间，依次类推，将程序运行方式定义为循环运行，即可以实现自动化工作。

在运行过程中，还可以通过变频器的显示器监测电机的各种工作状态以及程序运行的每个工作段的剩余时间。如果需要暂停工作时，可以通过按下控制面板上的程序暂停开关，暂停蒸球电机的运转。再次工作时，变频器将按照设定好的程序继续运行。这样，不但省略了传统线路中繁多的正反转控制电路装置和延时切换时间继电器电路，而且保证了产品的生产工艺，同时降低了工人的劳动强度、提高了工作效率，使系统工作过程实现了自动化。
2．碎浆
碎浆机是由75KW的电动机拖动一个直径2米多的圆盘刀架，对蒸球后的原料进行细加工。在工作过程中，变频器执行停机时，3台碎浆机均产生了“OU”（过压）故障保护，在经过仔细的观察分析后，发现变频器在运行过程中，并没有发生异常动作，但是只要一停机，由于圆盘刀架很大的惯性作用，使电动机处于反向馈电状态。此时电机会回馈电能给变频器，造成变频器的直流母线电压升高，产生过电压故障保护。

在对停机时间没有特别要求的前提下，我们将减速时间延长至100秒，再次启、停变频器并观察变频器的母线电压显示值，碎浆机已经能够平稳停机，母线电压显示值变化范围也在安全的范围内。
3．除砂
除砂机的主要作用是使上一道工序下来的原料经过其锥形的玻璃管和旋转的滤网进行杂质过滤。如果采用5.5KW的电动机直接工频运行，将会产生过大的冲击力，有可能使玻璃管爆裂。因此，我们将变频器的运行频率限定了上限频率和下限频率的范围，即使操作工人在设定频率时误操作，也可以保证除砂玻璃管件设备的安全运行。
4．漂白
纤维素的漂白是整个工序中，加工时间最长的一道。除砂后的原料被送到漂洗池后，由漂洗池底部的电机拖动搅拌轮，来推动原料和水的混合物进行不断的漂洗，直至原料漂洗成白色。由于漂洗的过程中，要不断的滤除污水和添加化学物质，所以在这个过程中，还需要不断的改变搅拌速度。考虑到变频器安装在距离较远的集控室，操作很不方便。我们采取变频器远控与本地的切换控制；在飘洗池旁边安装远程操作控制箱，为防止信号干扰，信号控制连接线全部采用屏蔽线并可靠接地。远程操作控制箱加装调速电位器、按钮、转速表等，可以满足频率调节、启/停控制、转速显示等基本功能。在集控室的操作工人如果想通过变频器本体上面的键盘来进行操作，只需要将本地/远控切换开关转换过来即可，这样实现了多地控制，方便了工人操作。
5．成形
成形生产线与造纸线有着相似之处。各个滚筒之间必须维持同步运转，否则棉板将会因为某个地方受力不均匀而断掉。因此在成形生产线调试时，还必须采用一个外加的同步控制器来控制6台电动机的同步速度。

采用CDI9000系列变频器具有的双通道频率给定方式，该同步器除了提供给每台变频器一个主同步速度外，还可以对每台变频器进行速度微调，进一步减少各滚筒之间的同步速度误差，使成形生产线各个滚筒运转速度更加准确和可靠，有效的保证了棉板受力均匀。
6．切割
棉板成品是根据切刀运转一周的速度快慢与成形生产线的运转速度之间的比例来确定产品的成形尺寸，经过现场的测试后，可以得到一个电动机的速度值（即f），将该频率值输入到变频器的参数中，切割电机根据该频率输出一个的固定速度，带动切刀循环运转，即可切割出标准尺寸的棉板。
三、应用效果
该公司的纤维素生产线调试完成后，已经正常运行了3个多月，累计生产纤维素四千多吨。我公司工程人员最近对该公司的设备运行情况进行了回访，并和用户进行了详细交流，总结出了采用德力西CDI9000系列变频器后的应用效果：
1：实现了启动电流平滑、调速精度高、对设备的冲击力小、控制方式多样化等传统工频系统中所没有的优点。
2：降低了工人的劳动强度，提高了工作效率和系统的自动化程度。
3：对电机设备提供了多种诸如过载、过流、缺相、短路、过热等多种保护功能。
4：采用了变频器的本地/远控切换功能，实现多地的灵活控制；通过计算机与485通讯接口连接，将会更加的便于操作者对设备进行监控和控制。
5：通过该公司与邻近公司同类生产线的运行状态以及两个公司的用电记录比较：该公司采用变频系统的生产线，纤维素产品的合格率及产量与邻近公司采用工频系统的生产线同比提高20%；由于电机采取灵活的调速控制，能最大限度的降低了负载的电能消耗（这一点在漂洗池的搅拌机和抽料泵上尤为明显）。经过用电记录比较和计算，节电率达到了32.8%，降低了企业的生产成本。
四、结束语
CDI9000系列变频器自投入市场以来，已经在全国的电力、纺织与化纤、建材、石油、化工、冶金、市政、造纸、食品饮料、烟草等行业以及公用工程（中央空调、供水、水处理、电梯等）得到了普遍的推广和应用。在实际的工程方案应用当中，不但要了解变频电气传动系统的工作过程，而且在设计时，要尽量的采用变频器本身所具有的各种功能。这样，有益于整个变频电气传动系统的简单化和智能化。近年来，中国的经济迅速发展，电能的需求也将越来越大，在国家提倡“节能革命”的今天，尤其是在电能紧张的地区，对企业落后的电气传动生产设备进行变频改造，将会成为一种趋势和时尚。

参考资料
棉浆粕纤维素生产工艺讲解（厂家资料）
CDI9000系列变频器说明书（德力西变频器有限公司2005版）