工控自动化应用方案：宽城县工业企业变频设备使用推广项目建议书

宽城县工业企业变频设备使用推广项目建议书

一、   项目提出背景
    几年来，在县委、县政府建立“人口小县、经济大县、工业强县”的总体思想指导下，紧紧围绕“立足赶超，跨越式发展，争创全省、全国经济强县”这一主基调，按照“做大做强冶金、重点开发非金属建材、优化提升黄金、大力发展两头在外企业”的总体思路，积极优化产业结构，推进产业升级，构建“以优势产业为主，多元支撑为辅”的发展格局。通过工业“5118”工程、“1524”工程和“12262”工程的全面实施，我县工业取得了长足发展，工业增长呈现出翻番位增之势，工业综合经济效益居全市前列，2006年，我县工业现价产值将达到120亿元，全部工业实现增加值46亿元，工业利税、工业利润分别实现10.3亿元、6.8亿元，全年实现铁精粉680万吨，同比增长33%，实现生铁90万吨，同比增长6.58%，实现钢坯56万吨，是同期的12.5倍。2007年随着一批新的增长点项目的实施和增长点项目产能的释放，工业经济将继续保持强劲增长的态势。随着工业经济的快速发展，能源与环境面临的承载压力日趋显现，如何既保证工业经济平稳增长，又能合理保护环境，有效推进企业节能降耗工作，建设节约型社会成为今后经济发展的一项重要课题，面对能源供应紧张、能源价格激烈波动的形势，我县坚持用科学的发展观统揽经济工作全局,积极采取各种节能降耗措施，大力发展循环经济，使全县能源综合利用效率有了一定提高。单位GDP能耗有所下降。前三季度，全县规模以上工业企业共完成工业GDP21亿元，规模以上工业综合能源消耗量为46.927万吨标准煤，本期规模以上工业单位GDP能耗为2.23吨标准煤/万元，同比下降0.25吨标准煤/万元。然而我县产值综合能耗与先进地区相比还有较大差距，如何进一步推进企业节能降耗，更大限度的挖掘企业节能潜力，依然任重而道远。随着工业生产和产品加工制造业的迅猛发展，我县风机、泵类设备应用范围日趋广泛，其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的节流损失以及维护、维修费用占到生产成本的7%~25%，是一笔不小的生产费用开支。随着经济改革的不断深入，市场竞争的不断加剧；节能降耗业已成为企业降低生产成本、提高产品质量的重要手段之一。而八十年代初发展起来的变频调速技术，正是顺应了工业生产自动化发展的要求，开创了一个全新的智能电机时代。普通电动机只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在无须任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转速输出，从而降低电机功耗达到系统高效运行的目的，变频技术及变频器在我县有着广泛的开发利用前景。

二、变频器工作原理、技术规范及应用领域
1、变频器原理介绍

变频器内的控制电路框图

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。低压变频器主要采用交—直—交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。通过变频器可以自由调节电机的速度。如上图。

2、变频器技术规范

控制	控制方法			空间电压矢量控制方式
	频率设定分辩率			数字 : 0.01 Hz (100 Hz以下), 0.1 Hz ( 100 Hz以上) 模拟 : 0.05 Hz / 50 Hz, 输出频率范围:0 – 300 Hz
	频率精度			数字 : 最大输出频率的0.01 % 模拟 : 最大输出频率的0.1 %
	V/F 比率			线性, 平方根, 任意 V/F
	过载能力			额定电流150 % -1 分钟, 额定电流200% - 0.5 秒。(特性与时间成反比)
	转矩补偿			手动转矩补偿 (0 - 20 %), 自动转矩补偿
运行	输入信号	运行方式			键盘/ 端子 /RS485 通讯
		频率设定			模拟 : 0 - 10V / 4 - 20 mA /, 子板的另外端口(0 - 10V/4 - 20 mA) 数字 : 键盘/RS485 通讯
		启动信号			正转,反转
		多段速度			至多可以设定8个速度 (使用多功能端子)
		加减速时间			0-6000秒，加减速时间可切换加减速方式:线性, S型
		紧急停止			中断变频器的输出
		寸动			慢速运行
		自动运行			通过设定的参数自动运行(7段速度)
		故障复位			当保护功能处于有效状态时，可以自动复位故障状态。
	输出信号	运行状态			频率检测等级，过载报警，过电压，欠电压，变频器过热，运行，停止，恒速，自动程序运行
		故障输出			触点输出 – 交流250V 1A, 直流30V 1A
		模拟输出			从输出频率，输出电流，输出电压，直流电压中选择 (输出电压: 0 - 10V)
	运行功能			直流制动，频率限制，跳频，滑差补偿，反转保护，PID 控制等
保护功能	变频器保护			过电压，欠电压，过电流，保险丝断，接地故障，变频器过热，电机过热，缺相，过载保护，外部故障1,2，通讯错误，速度指令丢失，硬件故障，选件错误等。
	变频器报警			堵转防护，过载报警，温度传感器故障。
	瞬间掉电			小于15 毫秒：连续运行大于15 毫秒：允许自动重新启动
显示	键盘		运行信息	输出频率，输出电流，输出电压，设定频率，运行速度，直流电压
			错误信息	当故障保护时的运行状态，保存有3个故障历史信息。
环境	环境温度			-10 ℃ ～ 40 ℃
	储存温度			-20 ℃ ～ 65 ℃
	环境湿度			最大90 % RH .(不结露)
	高度/振动			1,000 m 以下，5.9m/秒²(=0.6g)以下
	应用地点			无腐蚀气体、易燃气体、油雾或粉尘及其它
冷却方式				强制风冷

3、变频设备应用领域
    变频器广泛应用于钢铁、黄金、建材、水泥、机械、化工、热电、制药、纺织、煤炭、造纸、市政及油田等领域。
    通常在工业生产、产品加工制造业中风机设备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。
    泵类设备在生产领域同样有着广阔的应用空间，提水泵站、水池储罐给排系统、工业水（油）循环系统、热交换系统均使用离心泵、轴流泵、齿轮泵、柱塞泵等设备。而且，根据不同的生产需求往往采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控制。这样，不仅造成大量的能源浪费，管路、阀门等密封性能的破坏；还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀，严重时损坏设备、影响生产、危及产品质量。
    风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。
    近年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用变频器易操作、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点；因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。

三、变频改造方案设计依据
    由于大部分企业的电机设计不能排除在满负荷状态下长时间运行的可能性，所以只能按最大需要来决定电动机的容量，设计余量一般偏大，存在大马拉小车资源浪费的现象。另外工频起动设备时的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护量大。而采用变频之后启动方式是软启动，并且可以根据负载量随时调节电机的速度，节省电能。另外采用的变频器为电压源型结构，功率因数可高达0.95，又能节约很大部分电量。
    安装变频后为了充分保证系统的可靠性，变频器同时加装工频旁路装置，工频旁路开关由变频器整体配套提供，可在故障时将电机切换至工频状态下运行。安装时简单、方便，即电机、电气主回路保留用户原有设备，将变频器串入电机和断路器之间即可，对原有接线改动不大。
    设备进行变频改造后，不仅具有节能效果，并且在其它方面也产生了一些显著的影响：一、采用变频调节后，系统实现软启动，电机启动电流只是额定电流，启动时间相应延长，对电网和变压器无大的冲击，减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命，而且还可以随时起动或停止。二、变频改造前，风量的调节要靠调整档板的开度来完成，一次风量的改变通常要反复调节多次才能完成。变频改造后，电机转速的改变只要在DCS设定即可，大大降低了劳动强度，提高了生产效率，风量调节更平稳、精确；三、操作使用方便，变频器操作只有简单的开机、停机和频率调整。能进行无级调速，调速范围广，且调速精度高，适用性强。四、保护功能完善，故障率低，风机启动平稳，启动电流小，可靠性高。五、由于电动阀门的动作次数大大减少，减少了系统的设备故障。电动机运行振动及噪声明显下降，轴承温度也有很大的下降。
    变频调速器，以适用性强、可靠性高、操作使用方便等性能，受到用户的欢迎。它应用在调速、节电、软启动方面，对企业有很大的实用价值。

四、安装使用变频设备的优越性
1、机电产品安装变频装置后，不需满负荷运行，节电效果好，功率因数高。
2、变频装置安装方便，电机和负荷不动，将其加入电源侧即可。
3、具有软起功能，能有效降低设备负荷强度，延长使用寿命。
4、安全性能好，变频装置在出现问题后，可以进行旁路的方式运行。
5、运行精度高，变频设备运行精度高，可以实现精确调节，速度是由输出频率限定，当负荷出现波动时，转速不变。
6、维护费用低，变频调速维护费用低，在设备正常运行时无消耗品。

五、效益分析
    变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。
    对于风机、泵类设备采用变频调速后的节能效果，以山东淄博水泥厂改造的三台篦冷机风机为
    例：改造后根据电流电压计算：
    改造前电压为380V，电流分别为216A、209A、217A，运行工况以 24小时连续运行，全年运行时间以300天，功率因素以0.85为计算依据。
    则改造前这三台每年的电量分别为：
    Wg20=1.73×380×216×0.85×24×300=869030kW·h
    Wg21=1.73×380×209×0.85×24×300=840867kW·h
    Wg22=1.73×380×217×0.85×24×300=873053kW·h
    改造后电压分别为300V，260V，260V。电流分别为152A，140A，130A。这三台每年的电量分别为：
    Wg20=1.732×300×152×0.85×24×300=483352kW·h
    Wg21=1.732×260×140×0.85×24×300=385388kW·h
    Wg22=1.732×260×130×0.85×24×300=357860kW·h
    相比较节电量为：
    Wg20= W1－W11=869030-483352=385678kW·h
    Wg21= W1－W11=840867-385388=455299kW·h
    Wg22= W1－W11=873053-357860=515193kW·h
    每度电按0.5元计算，则采用变频调速每年
    G20可节约电费192839元，
    G21可节约电费227649元，
    G22可节约电费257596元。
    在冶金行业变频设备改造节电效果明显，下面是承德长丰矿业公司安装三台德力西变频器后的节能情况：
    负载配套电机配套变频器配套变频器前的工作电流配套变频器前的工作电流综合节电效果
    清水泵160KW185KW180-220A80-140A35%以上
    尾矿泵280KW315KW350-480A240-380A25%以上
    尾矿按力泵315KW355KW380-500A270-380A25%以上

    实践证明，冶金、水泥行业变频改造具有显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期。直接和间接经济效益十分明显，设备一次性投资通常可以在变频改造后短短几个月的时间里仅仅靠节约电费就能收回。

六、变频设备推广项目规划：
    我县拟投资5000万元在全县推广使用变频节能设备，主要工作分两个阶段进行，一是典型试点，二是全面推广。
    典型试点阶段：现定于在我县天宝矿业集团有限公司和宽丰集团长丰矿业有限公司两家企业进行试点，目前天宝集团已安装20台变频设备，使该集团各公司都已安装使用。泰丰公司在长丰公司安装三台试运营成功，该公司专门召开了由八个铁精粉加工企业的副矿长，电工班长和公司副总经理参加的产品推介观摩会，号召各分矿近期安装试营目前两家企业已安装了部分变频节能设备。
全面推广阶段：经过企业安装调试变频设备产品，经验证取得较好效果后，在我县全县工业企业推广使用，按铁选、钢铁业、黄金、水泥、建材逐行业进行推广，力争在2007年全部完工，我县拥有钢铁、黄金、建材等70余家工矿企业，推广该项目需变频设备500余台。

七、生产安全及质量保证
    生产安全：严格按照《中华人民共和国安全生产法》进行生产，直接聘请变频器厂家的专家来我县各工矿企业进行设备安装和调试，调试正常后对我厂操做人员进行严格的岗前培训，经考核达标后方可正式上岗，同时制定规模的安全生产制度和规范，切实保证生产安全。
    质量保证：变频设备属高技术产品，科技含量高，生产厂家一般都具规模的集研发、生产、销售和技术服务为一体的产品生产、销售和售后服务体系，生产车间全部采用防静电处理，拥有先进的生产、测试和先进管理水平，并通过国家权威部门质量管理体系认证，研发部门大多采用仿真模拟及三维设计技术，使产品研发周期缩短，产品生命周期延长，生产厂商全国在国家重点城市建立相应办事处和技术服务中心，形成一个庞大、完整、有效的销售和服务体系，切实维护了设备用户的权益。

八、结论
    综上所述，在我县推广使用德力西变频设备，不仅能够有效的缓解我县电力资源供应紧张的形势，更能大幅降低企业吨产品生产成本，有效提高企业效益水平，德力西变频设备的普及推广，必将成为推进我县工业企业节能降耗工作又一重大举措，有力推动我县建设节约型社会的进程。

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联系人：	销售部
电　　话：	0571-85243781
传　　真：	0571-85243783
地　　址：	中国杭州留下镇小和山18号
邮　　编：	310023
主　　页：	http://www.delixidrives.com

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