一、概述

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

二、森蘭SB70變頻器的主要特點(diǎn)

丙烷壓縮機是該系統的關(guān)鍵設備，對變頻器的可靠性、起動(dòng)轉矩和動(dòng)態(tài)響應都有一定的要求。由于變頻器是該自動(dòng)化系統的一部分，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(kāi)發(fā)的新一代低噪音、高性能、可靠性高、功能強大的工程型變頻器，采用轉子磁場(chǎng)定向的矢量控制方式，實(shí)現了對電機大轉矩高精度的控制。其操作面板具有編程、操作、參數復制、熱拔插功能，大大方便了操作人員對參數的修改（僅對一臺變頻器設置參數，其它均可進(jìn)行參數復制，減少調試過(guò)程中的工作量），速定給定可通過(guò)端子切換，減少了外部繁鎖的連接線(xiàn)。瞬時(shí)掉電時(shí)，通過(guò)母線(xiàn)電壓控制，實(shí)現不間斷運行；還可根據負載特性和環(huán)境溫度，自動(dòng)調整載波頻率。

圖中：P0—入口壓力，外部供氣壓力

P1—進(jìn)氣口壓力，進(jìn)氣閥調節后壓力，要求<0.6Mpa

P2—壓縮機出口壓力，要求1.2Mpa～1.7Mpa

P3—分離塔壓力，要求1.08Mpa

L1—入口流量，壓縮機吸氣量

L2—出口流量，壓縮機排氣量

閥門(mén)開(kāi)度：生產(chǎn)要求進(jìn)氣閥開(kāi)度30%~50%。

出口閥開(kāi)度80%~100%。

工藝過(guò)程：

煉油產(chǎn)生的氣體，經(jīng)過(guò)壓縮機加壓后凝為液態(tài)進(jìn)入分離塔，經(jīng)過(guò)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，壓縮機出口壓力P2可達到1.2MPa～1.7MPa之間，經(jīng)出口閥調節后保證分離塔壓力P3在1.05MPa。如果某種原因使分離塔壓力升高，為安全起見(jiàn)則泄壓閥打開(kāi)，將分離塔內液體經(jīng)管道回流進(jìn)氣口。

調節閥門(mén)的開(kāi)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P1、P2、P3上的指示值進(jìn)行調節。進(jìn)氣的壓力P0一般來(lái)說(shuō)不是很穩定，為使控制準確，需知道P0與P1、P2、P3的變化的關(guān)系如下表（1）：

表（1）

四、系統的構成

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

為保證生產(chǎn)的穩定性，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回饋到控制系統上，使系統組成為一流量閉環(huán)系統，這樣不論P0如何變化，都可保證流量基本不變。另一種方式是用P1信號作為反饋信號，只要使P1保持穩定流量就基本不變。因此，在進(jìn)氣壓力P0波動(dòng)時(shí)，使壓縮機轉速發(fā)生改變，使P1不變，即可使流量基本不變。于是以壓力信號P1作為反饋信號組成壓力閉環(huán)系統。這里P1信號在壓縮機輸入管道上，但是P1的變化是壓縮機調速后的結果，作為閉環(huán)系統的反饋信號是可行的。由此可見(jiàn)，調節壓縮機的轉速和調節進(jìn)口閥的開(kāi)度在工藝上可達到相同的效果。本系統的壓縮機電機功率為160kW，工頻運行時(shí)，流量的改變靠閥門(mén)節流調節，浪費了大量的能源，機械的磨損未能減低，影響機組的使用壽命。為實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，采用一臺SB70系列160kW變頻器與壓力變送器P1構成恒壓控制。系統如圖2所示：

本系統數據采集卡采集壓力、流量、閥門(mén)開(kāi)度等模擬量，輸出模擬量調節電動(dòng)閥開(kāi)度；采集報警和其他開(kāi)關(guān)信號，輸出備用系統起動(dòng)信號、停止信號等。工控機通過(guò)RS485實(shí)現對變頻器進(jìn)行控制，P1壓力通過(guò)數據采集卡采集，經(jīng)工控機處理后，由RS485將控制信號送到變頻器，控制變頻器的頻率的升降，達到恒定P1的目的，最終使流量基本不變。當然還要控制變頻器的起停，同時(shí)電機的運行參數也要送工控機進(jìn)行監控。工控機為一臺CPU PⅢ、內存128M、硬盤(pán)20G的研祥工控機，配置數據采集卡、溫度信號處理卡、開(kāi)關(guān)信號接線(xiàn)板、RS485通訊卡、RS485通訊模塊等。

模擬量數據采集卡將壓力、流量、閥門(mén)開(kāi)度、電機溫度和管道溫度等模擬信號轉換成12位的數字信號，每一路信號占用數據采集卡上一個(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(guò)在工控機上用IP函數或VB的MSCDMM通訊控件編制串行通訊程序，即可實(shí)現工控機與變頻器之間的通訊，本系統用VB的通訊控件編制。將采集到的數據信號，經(jīng)實(shí)時(shí)分析處理后，通過(guò)組態(tài)王監控畫(huà)面，監測現場(chǎng)傳輸的實(shí)時(shí)數據和歷史數據及設備的運行狀況、歷史曲線(xiàn)的分析、實(shí)時(shí)報表、歷史報表的打印、聲光報警等。

五、系統的優(yōu)點(diǎn)

原系統是在人為觀(guān)察P1壓力的情況下，改變進(jìn)口閥的開(kāi)度來(lái)滿(mǎn)足工藝上的要求，在P0波動(dòng)比較頻繁時(shí)，人工勞動(dòng)強度大?？刂葡到y投入運行后一般不需要人工干預，可在遠離現場(chǎng)的地方進(jìn)行監控。壓縮機用變頻器驅動(dòng)后節能效果明顯，據用戶(hù)測算可節能18%～22%。電動(dòng)機的起動(dòng)電流和運行電流均在額定電流以下，減少了對電網(wǎng)的沖擊。電機不總是工作在額定轉速，延長(cháng)了設備的使用壽命，系統的安全性也有提高。