一、概述

變頻調(diào)速是一種高效的調(diào)速方式，而且調(diào)速精度高、調(diào)速范圍寬，操作方便，并且可利用變頻器上自帶的RS485串行通訊口實(shí)現(xiàn)和控制系統(tǒng)的通訊，以便于隨時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的工作情況，有利于生產(chǎn)正常進(jìn)行。煉油廠丙烷壓縮機(jī)液化氣的提取系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造，改造后除提高工藝操作水平外，而且節(jié)能20%左右，經(jīng)濟(jì)效益也十分顯著。

二、森蘭SB70變頻器的主要特點(diǎn)

丙烷壓縮機(jī)是該系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)變頻器的可靠性、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和動(dòng)態(tài)響應(yīng)都有一定的要求。由于變頻器是該自動(dòng)化系統(tǒng)的一部分，為減少干擾，要求輸出波型中有較低的諧波含量，因此，選用我公司生產(chǎn)的SB70矢量控制變頻器。該變頻器是希望森蘭科技股份有限公司自主開發(fā)的新一代低噪音、高性能、可靠性高、功能強(qiáng)大的工程型變頻器，采用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)大轉(zhuǎn)矩高精度的控制。其操作面板具有編程、操作、參數(shù)復(fù)制、熱拔插功能，大大方便了操作人員對(duì)參數(shù)的修改（僅對(duì)一臺(tái)變頻器設(shè)置參數(shù)，其它均可進(jìn)行參數(shù)復(fù)制，減少調(diào)試過程中的工作量），速定給定可通過端子切換，減少了外部繁鎖的連接線。瞬時(shí)掉電時(shí)，通過母線電壓控制，實(shí)現(xiàn)不間斷運(yùn)行；還可根據(jù)負(fù)載特性和環(huán)境溫度，自動(dòng)調(diào)整載波頻率。

三、工藝過程

圖1  液化氣提取工藝系統(tǒng)框圖

工藝過程：

煉油產(chǎn)生的氣體，經(jīng)過壓縮機(jī)加壓后凝為液態(tài)進(jìn)入分離塔，經(jīng)過吸收等其他加工工藝，提取出石油液化氣。進(jìn)氣口壓力P1要求小于0.6MPa，壓縮機(jī)出口壓力P2可達(dá)到1.2MPa～1.7MPa之間，經(jīng)出口閥調(diào)節(jié)后保證分離塔壓力P3在1.05MPa。如果某種原因使分離塔壓力升高，為安全起見則泄壓閥打開，將分離塔內(nèi)液體經(jīng)管道回流進(jìn)氣口。

調(diào)節(jié)閥門的開度使P1指示壓力小于0.6MPa，P3壓力在1.08MPa左右。操作人員根據(jù)P1、P2、P3上的指示值進(jìn)行調(diào)節(jié)。進(jìn)氣的壓力P0一般來說不是很穩(wěn)定，為使控制準(zhǔn)確，需知道P0與P1、P2、P3的變化的關(guān)系如下表（1）：

表（1）

P0不變時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)口閥的開度與P1，P2，P3變化關(guān)系如下表（2）

表（2）

四、系統(tǒng)的構(gòu)成

由表（1）和表（2）所反映的在P0改變時(shí)和進(jìn)口閥開度改變時(shí)，P1、P2、P3和L1、L2的變化可見，進(jìn)氣P0的升高或降低，使P1、L1和L2發(fā)生相應(yīng)的改變。如果要使流量L1和L2不變，可調(diào)節(jié)進(jìn)口閥的開度往P0增加的相反方向變化，即P0增大，進(jìn)口閥開度減少，或P0降低，進(jìn)口閥開度增大。

為保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性，希望進(jìn)入分離塔的丙烷流量不要有太大的波動(dòng)。為此控制方式可有兩種選擇，一種采用流量控制方式，用流量變送器采集的流量信號(hào)回饋到控制系統(tǒng)上，使系統(tǒng)組成為一流量閉環(huán)系統(tǒng)，這樣不論P(yáng)0如何變化，都可保證流量基本不變。另一種方式是用P1信號(hào)作為反饋信號(hào)，只要使P1保持穩(wěn)定流量就基本不變。因此，在進(jìn)氣壓力P0波動(dòng)時(shí)，使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，使P1不變，即可使流量基本不變。于是以壓力信號(hào)P1作為反饋信號(hào)組成壓力閉環(huán)系統(tǒng)。這里P1信號(hào)在壓縮機(jī)輸入管道上，但是P1的變化是壓縮機(jī)調(diào)速后的結(jié)果，作為閉環(huán)系統(tǒng)的反饋信號(hào)是可行的。由此可見，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)進(jìn)口閥的開度在工藝上可達(dá)到相同的效果。本系統(tǒng)的壓縮機(jī)電機(jī)功率為160kW，工頻運(yùn)行時(shí)，流量的改變靠閥門節(jié)流調(diào)節(jié)，浪費(fèi)了大量的能源，機(jī)械的磨損未能減低，影響機(jī)組的使用壽命。為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，采用一臺(tái)SB70系列160kW變頻器與壓力變送器P1構(gòu)成恒壓控制。系統(tǒng)如圖2所示：

圖2 變頻器控制系統(tǒng)

為提升整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，引入工控機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖3：

圖3  系統(tǒng)控制框圖

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡采集壓力、流量、閥門開度等模擬量，輸出模擬量調(diào)節(jié)電動(dòng)閥開度；采集報(bào)警和其他開關(guān)信號(hào)，輸出備用系統(tǒng)起動(dòng)信號(hào)、停止信號(hào)等。工控機(jī)通過RS485實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器進(jìn)行控制，P1壓力通過數(shù)據(jù)采集卡采集，經(jīng)工控機(jī)處理后，由RS485將控制信號(hào)送到變頻器，控制變頻器的頻率的升降，達(dá)到恒定P1的目的，最終使流量基本不變。當(dāng)然還要控制變頻器的起停，同時(shí)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)也要送工控機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。工控機(jī)為一臺(tái)CPU PⅢ、內(nèi)存128M、硬盤20G的研祥工控機(jī)，配置數(shù)據(jù)采集卡、溫度信號(hào)處理卡、開關(guān)信號(hào)接線板、RS485通訊卡、RS485通訊模塊等。

模擬量數(shù)據(jù)采集卡將壓力、流量、閥門開度、電機(jī)溫度和管道溫度等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成12位的數(shù)字信號(hào)，每一路信號(hào)占用數(shù)據(jù)采集卡上一個(gè)模擬通道，互不影響，采樣周期為300ms。SB70變頻器支持RS485半雙工串行通訊方式，通過在工控機(jī)上用IP函數(shù)或VB的MSCDMM通訊控件編制串行通訊程序，即可實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與變頻器之間的通訊，本系統(tǒng)用VB的通訊控件編制。將采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)實(shí)時(shí)分析處理后，通過組態(tài)王監(jiān)控畫面，監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)及設(shè)備的運(yùn)行狀況、歷史曲線的分析、實(shí)時(shí)報(bào)表、歷史報(bào)表的打印、聲光報(bào)警等。

五、系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

原系統(tǒng)是在人為觀察P1壓力的情況下，改變進(jìn)口閥的開度來滿足工藝上的要求，在P0波動(dòng)比較頻繁時(shí)，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大?？刂葡到y(tǒng)投入運(yùn)行后一般不需要人工干預(yù)，可在遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的地方進(jìn)行監(jiān)控。壓縮機(jī)用變頻器驅(qū)動(dòng)后節(jié)能效果明顯，據(jù)用戶測(cè)算可節(jié)能18%～22%。電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流和運(yùn)行電流均在額定電流以下，減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。電機(jī)不總是工作在額定轉(zhuǎn)速，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，系統(tǒng)的安全性也有提高。