制动过程中有利可图


作者:Beate Hoger 日期:2019/03/25 来源:MM《现代制造》

糖是纯天然产品,在德国它由甜菜提取而来,甜菜是为数不多可以直接以糖的形式储存能量的植物之一。这种含糖植物在秋季收获,然后糖厂从甜菜中将糖溶解出来,使之与非糖物质分离并结晶,总部位于Braunschweig的Nordzucker股份公司是欧洲领先的糖生产商之一。

制糖间有四个离心机站,配备着周期性和连续运行式的糖离心机。在甜菜收割期间,离心机的驱动处于很高的负荷下
制糖间有四个离心机站,配备着周期性和连续运行式的糖离心机。在甜菜收割期间,离心机的驱动处于很高的负荷下

Nordzucker的大型糖加工厂坐落在Uelzen,这家糖厂成立于1883年,直至今天它仍然是欧洲最现代化的糖厂之一,这里生产的糖大约50%用于零售,Uelzen由此也成为家用包装糖和特种糖的生产中心。在甜菜收割季节,会以其为原料生白糖以及棕色和白色的茶糖,而副产品则有糖浆、糖粒、压榨甜菜渣和碳酸钙泥渣(钙肥)。

图1 在BMA B1750型离心机上使用了再生式变频器ACS880-17
图1 在BMA B1750型离心机上使用了再生式变频器ACS880-17

在多级糖生产工序中,糖离心机起着核心作用,因为在离心机内结晶糖与粘附的糖浆分离,在Uelzen工厂的制糖车间中排放着三十多台采用周期性或连续工作的离心机,在四个离心机站之一、用于白糖生产的离心机站2中,配备着BMA B1750型周期性离心机,它们由再生式ABB工业驱动器控制,其中三台离心机是最新一代的ACS880-17,离心机电机是来自ABB的M3BP系列中8极IE2过程电机。

图2 Uelzen工厂中摆放的ACS880-17型变频器机柜
图2 Uelzen工厂中摆放的ACS880-17型变频器机柜

高性能的变频器和发动机

使用离心机时,变频器和电机承受了极大的压力,电机需要在15~20 s内保持最大扭矩,以便将批料加速至1000 r/min左右的最大转速,在此过程中离心机内的糖浆与糖晶体得以分离,然后进行清洗,接下来电机要尽可能快地制动离心机以便排空和重新加载、填充、加速、旋转、减速、排空以及清洗,在白糖站2中采用这种方式每小时可完成22批次的生产。

生产糖是一项季节性很强的工作,在工厂处理甜菜的近三个月内,所有过程都必须无故障地顺利进行,所谓的甜菜收割季节通常始于9月中旬,可以持续到来年的1月,在这个极端繁忙的时期,糖厂全天候加工处理交付的甜菜,在甜菜收割期间,Uelzen工厂的甜菜日平均加工量达到了大约18429 t。

对变频器与电机要求高

Haiko May是工厂的电工,他的职责范围涵盖了所有的自动化技术,其中也包括变频器和电机。他列举了对糖离心机驱动技术的要求:“变频器必须能够快速启动和停止,而且不会过热,这点对于电机同样也不例外,生产过程中它们都不允许出现任何状况。”

他还提到了另一个挑战:“我们这里的甜菜收割季节要持续120~130天,糖厂内的温度非常高,环境温度达到了30~40℃,与通常的标准使用情况相比,变频器和电机在此期间的压力会更大。”

回收制动能量

ACS880-17型变频器机柜装置专为离心机的250 kW电机设计,通过再生功能,电机的制动能量被反馈到驱动器并输入供电网络,由此制动能量就不会被当做废热损失掉,与其他制动技术(如机械制动和电阻制动)相比,ACS880-17明显可以节省更多能源。Haiko May解释说:“变频器的再生功能对于电动制动是必要的,否则就会需要像过去一样的大型制动电阻器,它将所有能量燃烧成热量,而这又需要额外的冷却设备来冷却。”

图3 ACS880-17装置在德国首次用于周期性的离心机
图3 ACS880-17装置在德国首次用于周期性的离心机

2016~2017年的甜菜收割季节开始之前,从ACS800过渡到ACS880系列的试点项目中,BMA对变频器进行了安装和调试,这是德国市场上首次使用工业驱动器ACS880作为离心机驱动器。ACS880-17满足了专业协会对糖离心机运行时的极高工作安全要求,工业驱动器已经具有标准的安全功能“安全力矩关闭”(STO),能够安全地将机器转换到无扭矩状态或防止突然启动,但在使用大型糖离心机时,这种保护还不够,如果操作人员被困在机器中,只有STO功能时,由于转动惯量很高,离心机仍然可以继续旋转很长时间。

在Uelzen工厂,可选择的安全功能模块FSO-12扩展了变频器的安全功能,插件模块被安装在变频器中并在此接线,在紧凑型模块中提供典型的安全功能,如“安全停止1”(SS1)、“安全制动控制”(SBC)和“安全限速”(SLS)。

ACS880-17的可靠性在繁忙的季节性生产中得以证实,另外它还有一点也令人十分满意,Haiko May表示:“ABB变频器便于操作,所有内容都以文本形式清晰显示在控制面板菜单中。”每台离心机都配备着单独的控制器,可自行监控,控制器和变频器之间以及控制系统相互之间的通讯借助Profibus-DP完成。

制糖间和离心机站由ABB的800xA控制系统监控,它是Uelzen工厂中两个控制系统之一,系统800xA还可作为甜菜洗涤、提取和干燥的上一级控制器。“我们已在整个设备区域分别设置了相应的过程控制系统,这些系统由一个控制台集中控制。”Haiko May说。