摘要：本文詳細(xì)介紹了合康HIVERT系列高壓變頻器及其配套的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在中電投寧夏青銅峽鋁業(yè)電解車間的離心式排煙通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用。該變頻器改造項(xiàng)目促進(jìn)了青銅峽能源鋁業(yè)集團(tuán)有限公司實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排目標(biāo)，并提高了經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也是合康變頻作為制造企業(yè)向信息化、數(shù)字化和智能化發(fā)展的證明。

一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

中電投寧夏青銅峽能源鋁業(yè)集團(tuán)有限公司為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)及提高經(jīng)濟(jì)效益，采用合康高壓變頻器分別對(duì)青銅峽分公司350kA和寧東分公司350kA、400kA電解車間33臺(tái)(630kW、12臺(tái)；800kW、12臺(tái)； 1250kW、9臺(tái))10kV煙氣凈化風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造。

該項(xiàng)目采用EPC總承包的模式，實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)、運(yùn)輸、施工、安裝到調(diào)試、運(yùn)行的交鑰匙工程。

EPC模式有利于整體解決方案的優(yōu)化，并有效控制項(xiàng)目進(jìn)度、費(fèi)用和質(zhì)量；避免了設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、調(diào)試間相互脫節(jié)、相互制約的現(xiàn)象；用戶方始終面對(duì)合康一家服務(wù)商，使商務(wù)模式變得更簡(jiǎn)單，節(jié)省了工程運(yùn)營(yíng)成本，提高了工程質(zhì)量和實(shí)施效率；在工期、工程質(zhì)量和運(yùn)行效果上均得到了用戶的肯定與好評(píng)?，F(xiàn)場(chǎng)圖片如圖1 所示

圖1 現(xiàn)場(chǎng)圖片

二、總體方案

整個(gè)系統(tǒng)由變頻器、PLC柜、工控機(jī)、監(jiān)控畫面組成。PLC柜主要采集變頻器的開關(guān)量信號(hào)、模擬量信號(hào)、開關(guān)柜的電能信號(hào)、并用光纖傳輸至工控機(jī)，同時(shí)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)，利用監(jiān)控畫面顯示并達(dá)到遠(yuǎn)程控制目的。如圖2所示。

1、HIVERT變頻器

合康變頻技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)變頻器的安裝方式、安裝尺寸、安裝位置、規(guī)范、冷卻方式、運(yùn)行方式等進(jìn)行收集和測(cè)繪；詳細(xì)了解煙氣凈化風(fēng)機(jī)及其配套電機(jī)的技術(shù)要求、有關(guān)參數(shù)，確保所選擇的變頻器完全符合實(shí)際設(shè)備需求。 如圖3所示。

1.1、技術(shù)參數(shù)

以青銅峽分公司350kA電解車間為例，電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)如表1所示。

表1 10kV\630kW凈化風(fēng)機(jī)電機(jī)參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求，每臺(tái)風(fēng)機(jī)采用一對(duì)一控制方式，變頻器的參數(shù)根據(jù)電機(jī)參數(shù)配置，如表2所示。

表2：變頻器參數(shù)

圖3

1.2、變頻器控制方案

主回路介紹：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求，1臺(tái)變頻器配1臺(tái)手動(dòng)旁路柜；

主回路圖如圖4所示。

圖4主回路圖

虛線框內(nèi)為手動(dòng)旁路柜，手動(dòng)旁路柜中有三個(gè)隔離開關(guān)QS1、QS21和QS22，其中QS21和QS22為雙刀雙投的隔離開關(guān)（雙刀雙投隔離開關(guān)的兩個(gè)方向只能閉合其一，實(shí)現(xiàn)自然的機(jī)械互鎖，防止誤操作將工頻電源反送到變頻器輸出側(cè)而導(dǎo)致變頻器損壞）。

變頻運(yùn)行操作：QS1、QS22閉合，QS21斷開，由合閘斷路器QF為變頻器供電，再通過(guò)變頻器本地或遠(yuǎn)程啟動(dòng)電機(jī)變頻運(yùn)行。

工頻運(yùn)行操作：QS1、QS22斷開，QS21閉合，由合閘斷路器QF直接啟動(dòng)電機(jī)定速運(yùn)行。

2、PLC控制

2.1、PLC硬件組成

可編程控制器（PLC）是一種操作容易，集邏輯、數(shù)字和算術(shù)運(yùn)算的工業(yè)電子產(chǎn)品，專為工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。具有程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，通用性好，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高的技術(shù)特點(diǎn)。

可編程控制器PLC主要由電源、CPU、通訊單元、高速計(jì)數(shù)單元、模擬量I/O單元、數(shù)字量I/O 單元等硬件組成。

2.2、PLC控制軟件設(shè)計(jì)

主要包括：

1）模塊初始化及I/O控制軟件設(shè)計(jì)；

2）控制工藝軟件設(shè)計(jì)；

3）安全保護(hù)軟件設(shè)計(jì)；

4）上位通訊軟件設(shè)計(jì)；

5）位置閉環(huán)控制軟件設(shè)計(jì)；

6）網(wǎng)絡(luò)化通訊軟件的設(shè)計(jì)。

2.3、軟件結(jié)構(gòu)

為了完成復(fù)雜的軟件控制功能，我們采用程序結(jié)構(gòu)化編程方式。結(jié)構(gòu)化編程是指把整個(gè)控制程序分成一個(gè)個(gè)獨(dú)立部分，單獨(dú)編程、組合處理的編程方式。PLC執(zhí)行程序時(shí)，反復(fù)進(jìn)行輸入處理、程序執(zhí)行、數(shù)據(jù)運(yùn)算及存儲(chǔ)、輸出處理的循環(huán)。如圖5所示。

圖5

3、合康遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)如 圖6所示。

3.1、簡(jiǎn)介

隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及PLC功能的增強(qiáng)，越來(lái)越多的需要得到系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際參數(shù)、工作狀態(tài)、運(yùn)行故障顯示等具體、直觀的表現(xiàn)形式，因此出現(xiàn)了不同種類的人機(jī)交互設(shè)備。如觸摸屏、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、管理計(jì)算機(jī)等，集中管理系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，在工程上稱為工程管理計(jì)算機(jī)站，簡(jiǎn)稱上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2、監(jiān)控系統(tǒng)配置與組成

本上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，選用工控機(jī)與PLC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊；利用組態(tài)監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多畫面監(jiān)控，以達(dá)到監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的目的。

1）在電控系統(tǒng)內(nèi)配置通訊單元，用通訊光纜將其連接到工控機(jī)的通訊端口上。

2）在中控室內(nèi)配置工控機(jī)，工控機(jī)內(nèi)裝入監(jiān)控軟件。

3.3、監(jiān)控軟件簡(jiǎn)介

3.3.1、監(jiān)控軟件的運(yùn)行環(huán)境

1）IBM PC 586以上的微型機(jī)及其兼容機(jī)、工控機(jī)。

2）VGA 、SVGA圖形卡。

3）內(nèi)存大于64M字節(jié)，主機(jī)主頻在400MHZ以上。

4）具有高速緩存、數(shù)字協(xié)處理器(擴(kuò)充時(shí)用)和圖形協(xié)處理器(擴(kuò)充時(shí)用)。

3.3.2、監(jiān)控軟件的特點(diǎn)

1）窗口顯示功能數(shù)據(jù)全面，圖形逼真；

2）具有故障報(bào)警顯示、及報(bào)警限值設(shè)置；

3）具有多種數(shù)據(jù)類型統(tǒng)計(jì)、顯示功能

4）具有實(shí)時(shí)曲線圖趨勢(shì)曲線圖顯示功能。

5）組態(tài)方式靈活。

圖6遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

3.4、主要監(jiān)控畫面介紹

監(jiān)控畫面主要包括：主界面、報(bào)警歸檔頁(yè)面、數(shù)據(jù)歸檔頁(yè)面、3個(gè)機(jī)組頁(yè)面、以及各個(gè)變頻器的數(shù)據(jù)曲線頁(yè)面。

3.4.1、主畫面介紹

1）開機(jī)自動(dòng)進(jìn)入到主畫面，如圖7所示。

圖7

2）主界面可顯示系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間、用戶登錄及第一機(jī)組、第二機(jī)組、第三機(jī)組的運(yùn)行情況。（從西向東分別為：第一機(jī)組、第二機(jī)組、第三機(jī)組）

3）用戶登錄說(shuō)明：

用戶名根據(jù)職務(wù)權(quán)限分為高、中、低三種級(jí)別。

●用戶名：admin，密碼：000000；

權(quán) 限：監(jiān)視和退出權(quán)限（管理員）。

●用戶名：user，密碼：111111；

權(quán) 限：監(jiān)視、完全操作控制權(quán)限（操作員），不具有退出權(quán)限。

●用戶名：user1，密碼：222222；

權(quán) 限：僅具有監(jiān)視權(quán)限（只監(jiān)測(cè)）。

4）每個(gè)機(jī)組可分別顯示機(jī)組內(nèi)變頻器的運(yùn)行情況，包括：變頻運(yùn)行、工頻運(yùn)行、運(yùn)行頻率、輸出電流、用電量等。

5）點(diǎn)擊各個(gè)機(jī)組的按鈕圖標(biāo)

可分別進(jìn)入各機(jī)組的監(jiān)測(cè)界面。

6）報(bào)警歸檔畫面：點(diǎn)擊|報(bào)警歸檔|按鈕進(jìn)入到報(bào)警歸檔畫面，畫面如圖8所示。

圖8

可歸檔記錄各機(jī)組每臺(tái)變頻器的報(bào)警，包括：?jiǎn)卧襁^(guò)熱報(bào)警、變壓器柜過(guò)熱報(bào)警、風(fēng)機(jī)報(bào)警、柜門報(bào)警。

7）點(diǎn)擊數(shù)據(jù)歸檔按鈕，進(jìn)入數(shù)據(jù)歸檔畫面，可存檔每臺(tái)變頻器的輸出電流及運(yùn)行頻率數(shù)據(jù)，方便查閱，如圖9所示。

圖9

3.4.2、機(jī)組界面介紹

1）機(jī)組界面如圖10所示：

圖10

2）每個(gè)機(jī)組界面畫面均相同，這里用第一機(jī)組做例子說(shuō)明。

3）每個(gè)機(jī)組界面可同時(shí)顯示機(jī)組內(nèi)四臺(tái)變頻器的運(yùn)行情況

4）每臺(tái)變頻器的運(yùn)行情況畫面包括：變頻器的故障、系統(tǒng)狀態(tài)、運(yùn)行頻率、輸出電流、運(yùn)行按鈕、停止按鈕、急停按鈕、高壓分?jǐn)喟粹o、外部復(fù)位按鈕；高壓柜的輸入電壓、輸入電流、功率因數(shù)、用電量、節(jié)電率等。

3.4.3、機(jī)組內(nèi)變頻器操作說(shuō)明

1）準(zhǔn)備條件：當(dāng)變頻器設(shè)為遠(yuǎn)程控制、模擬給定后，方可用本界面遠(yuǎn)程操作變頻器。

2）故障指示：如果變頻器出現(xiàn)故障怎圖標(biāo)由“變頻正常”變?yōu)?ldquo;故障指示”，并且相應(yīng)的故障圖標(biāo)可顯示變頻器的四種故障，包括風(fēng)機(jī)故障、柜門報(bào)警、變壓器過(guò)熱故障、單元柜過(guò)熱故障。如果正常則顯示為綠色“風(fēng)機(jī)正常”，如果出現(xiàn)故障則顯示為紅色“風(fēng)機(jī)故障”。

3）上高壓電：變頻器故障排除完畢，上高壓電后10秒左右圖標(biāo)由“高壓不就緒”變?yōu)?ldquo;高壓就緒”，此時(shí)方可用按鈕遠(yuǎn)程啟停變頻器。

4）遠(yuǎn)程操作變頻器：首先點(diǎn)擊圖標(biāo)內(nèi)方框“給定頻率 Hz”，輸入變頻器的給定頻率如:40Hz，然后點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕”運(yùn)行”可啟動(dòng)變頻器；點(diǎn)擊停機(jī)按鈕“停機(jī)”可停止變頻器；點(diǎn)擊急停按鈕“緊急停機(jī)”可令變頻馬上封鎖輸出停止運(yùn)行；點(diǎn)擊高壓分?jǐn)喟粹o“高壓分?jǐn)?rdquo;可令變頻報(bào)外部故障并分?jǐn)嗌霞?jí)開關(guān)柜高壓；點(diǎn)擊外部復(fù)位按鈕“外部復(fù)位”可遠(yuǎn)程復(fù)位變頻故障。

5）輸出電流、輸出頻率棒圖顯示：當(dāng)變頻器運(yùn)行時(shí)圖11所示圖標(biāo)可動(dòng)態(tài)顯示變頻器當(dāng)前的運(yùn)行頻率及輸出電流。

圖11

6）動(dòng)態(tài)波形顯示:點(diǎn)擊圖標(biāo)“動(dòng)態(tài)波形”可進(jìn)入到當(dāng)前變頻器的動(dòng)態(tài)波形監(jiān)測(cè)，如圖12所示：黑色為輸出電流，紅色為運(yùn)行頻率。

圖12

7）返回主機(jī)面：點(diǎn)擊返回按鈕可返回到主機(jī)面“返回”。

8）退出監(jiān)控系統(tǒng)，點(diǎn)擊按鈕退出“退出”可退出本監(jiān)控系統(tǒng)。

三 、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行概況

合康HIVERT系列高壓變頻器及其配套的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在青銅峽鋁業(yè)電解車間的離心式排煙通風(fēng)機(jī)上一次投運(yùn)成功，并已穩(wěn)定運(yùn)行近1年的時(shí)間。變頻器運(yùn)行在35Hz左右，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)工況要求；通過(guò)工頻與變頻運(yùn)行電能測(cè)算對(duì)比，節(jié)能效果顯著，且在后期升級(jí)為閉環(huán)自動(dòng)控制，將負(fù)壓值設(shè)定在一定范圍之間，控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)，節(jié)能效果更加顯著。如圖13所示。

圖13

1、運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

以下為青銅峽分公司350KA凈化風(fēng)機(jī)加裝高壓變頻器前后運(yùn)行參數(shù)：如表3所示。

2、改造前后工況對(duì)比

（1）工頻啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)承受4-7倍的沖擊電流，而采用變頻啟動(dòng)后，電動(dòng)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)，對(duì)電網(wǎng)、電機(jī)沒(méi)有沖擊，有效延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，降低維修成本。

（2）采用變頻運(yùn)行后，由于電機(jī)軸功率下降和凈化風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，從而減輕了機(jī)械振動(dòng)和噪聲，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命及設(shè)備檢修周期，減少了維護(hù)量及維修費(fèi)用，改善了勞動(dòng)環(huán)境和勞動(dòng)強(qiáng)度。

（3）工頻運(yùn)行時(shí)，需調(diào)節(jié)風(fēng)門開度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，調(diào)節(jié)范圍小，精度低，維護(hù)量大；采用變頻運(yùn)行后，風(fēng)門全開，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)范圍寬，精度高，人員勞動(dòng)強(qiáng)度小，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)量的自動(dòng)控制，改善了工藝狀況，提高了設(shè)備自動(dòng)化控制程度和設(shè)備運(yùn)行的安全性、可靠性。

（4）工頻運(yùn)行時(shí)，其電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)在0.77左右，變頻器投入后功率因數(shù)均在0.95以上，提高了供電系統(tǒng)運(yùn)行效率和單臺(tái)設(shè)備利用率。如表4所示。

3、節(jié)能效果詳細(xì)數(shù)據(jù)

如表5所示。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著德國(guó)“工業(yè)4.0”的持續(xù)推進(jìn)及美國(guó)“再工業(yè)化”的初見成效，對(duì)中國(guó)制造業(yè)帶來(lái)沖擊。為全面迎接國(guó)內(nèi)的“第三次工業(yè)革命”，需要先進(jìn)的技術(shù)和高效的生產(chǎn)體系。因此，制造企業(yè)必須逐步轉(zhuǎn)向信息化、數(shù)字化和智能化，從而將生產(chǎn)水平提升到一個(gè)新的高度。合康HIVERT系列高壓變頻器及其配套的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在電解鋁離心式排風(fēng)機(jī)上的成功應(yīng)用，對(duì)中國(guó)企業(yè)來(lái)說(shuō)是應(yīng)對(duì)“第三次工業(yè)革命”的滄海一粟，但對(duì)合康變頻卻是邁出成功的第一步。當(dāng)前的世界工業(yè)技術(shù)變革，對(duì)中國(guó)制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力提升是較大挑戰(zhàn)，卻給國(guó)內(nèi)服務(wù)于制造業(yè)的企業(yè)帶來(lái)巨大商機(jī)。合康變頻定會(huì)抓住機(jī)遇，提供高質(zhì)量、高科技含量的產(chǎn)品，助力制造業(yè)更上一層樓。