变频器在聚丙烯造粒机中的应用

    一、造粒机工艺流程

   1.1  设备简介

    聚丙烯造粒机组是日本制钢(JSW)的专利产品，是现代化树脂生产中的关键设备，是广州乙烯引进的年产7万吨聚丙烯成套设备的重要组成部分。主要传动设备有：混炼机(2600 kW)、齿轮泵即挤压机(540 kW)、水下切粒机(55 kW)。其中挤压机和水下切粒机分别采用了芬兰ABB和日本安川变频器。生产过程则采用了C2000型PLC控制器。

   1.2  工艺流程

    造粒机的作用是将聚丙烯粉料和添加剂加温加压混合成熔融聚合物，并将其挤出，切成颗粒。图13-7为造粒机组示意图。造粒机组将前工段的聚丙烯粉料和添加剂通过料斗(3)送入搅拌筒(4)，由混炼机主电机带动双螺杆简体将物料压入混合段形成聚合物，再经齿轮泵(5)传送通过过滤网经模板挤出。在水箱(9)内由切割机(10)带动切刀将聚合物切成直径为2.3 mm、长度为3mm的圆柱形聚丙烯颗粒。最后由颗粒输送系统(8)将其送到脱水干燥装置与分选机（振动筛），把合格的干燥颗粒送至成品仓。

    图13-7    造粒机组示意图

    二、控制系统的构成及控制原理

    在造粒机组中，齿轮泵和切粒机均采用变频器控制。根据工艺要求分别采用两个不同的系统结构，齿轮泵为闭环调速控制方式，切粒机则为开环控制。

   2.1  齿轮泵控制系统的结构

    闭环控制主要根据齿轮泵入口压力的大小通过测量变送单元、运算调节单元、信号变换单元到执行单元来实现，如图13-8所示。

    图13-8    闭环控制系统

   2.2  系统控制过程

    当PI调节器置于自动方式时，通过自动调节可将入口压力控制在0.5 MPa。在生产过程中，若负荷增大，则引起吸入端聚合物的压力增大，通过测量变送器的检测将测量信号送至PI调节器的反馈端(PV-)并与压力给定值(SP+= 0.5 MPa)进行比较得出偏差信号e，经PI运算和信号变换I/V后，将0～10V的电压信号作为变频器的速度控制信号，使齿轮泵的速度升高；反之，则速度降低。当其吸入压力与给定值相等(e=0)时，电机转速不再改变，从而使齿轮泵的吸人压力得以控制。

    手动/自动选择及手动增减速均可通过PI调节器单元实现；系统的启停程序及联锁控制则依靠PLC来实现。PLC共有154个输入点和160个输出点，除上述用途外还可用于故障报警、联锁停车等。

    三、变频器的应用介绍

    齿轮泵和造粒机选用的变频器是根据工艺要求进行配置的，设备参数如表13-4所示。

    表13-4    齿轮泵和造粒机变频器的选用

    变频器的特点（以齿轮泵为例）：

    图13-9    VS-68型大功率矢量控制变频器的控制框图

    ①逆变器采用GTO构成逆变电路，容量大，开关特性好。

    ②采用带数码测速计(PG)的矢量控制，因而动态响应好，力矩大，可达1Hz 150%的启动力矩，调速范围高达1：1000，且调速精度高。

    ③控制回路采用全数字控制，有完善的通信接口可与现场控制盘和控制屏相连，对变频器进行灵活的控制。

   VS-68型大功率矢量控制变频器的控制框图如图13-9所示。

    四、特性实测

    在电机空载时对变频器的U/f特性进行了实测，数据见表13-5。

    表13-5    变频器的U/f特性

    造粒机组中的两台变频器经过单机、联动试车和生产的考验，运行平稳，调速精度满足生产工艺要求，在提高产品质量和节电方面均发挥明显的效能。

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