匯川變頻器在食品設(shè)備上的應(yīng)用

1、匯川技術(shù)應(yīng)用文集變頻器在食品設(shè)備上的應(yīng)用當(dāng)今的食品機(jī)械產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展, 其發(fā)展趨勢(shì)為: (1) 便于操作, 安全可靠，維護(hù)簡(jiǎn)便; (2) 堅(jiān)固耐用, 即使操作不當(dāng)，也不易發(fā)生故障; (3) 重量輕、體積小; (4) 使生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、效率提高。而作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的變頻器將在一定程度上改變食品機(jī)械的整體裝備水平。其功效基于以下二點(diǎn): (1) 增加產(chǎn)量、降低成本?？梢蕴岣呱a(chǎn)技術(shù), 使產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)都得到提高，并能有效節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化; (2) 實(shí)現(xiàn)控制的軟件化，提高功能，通過(guò)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償、防止失速和重合閘等功能，實(shí)現(xiàn)不跳閘運(yùn)行。如何選取合適的變頻器來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的食品機(jī)械現(xiàn)代化的要求

2、是目前擺在眾多食品機(jī)械制造商面前的一個(gè)棘手問(wèn)題，該類型的變頻器必須能夠適合食品制造的環(huán)境、符合食品類負(fù)載的變化、貼近用戶的心里需求(價(jià)位、售后服務(wù)和操作)，而匯川公司推出的MD320系列變頻器則是一個(gè)理想的OEM產(chǎn)品，它代表了未來(lái)變頻器發(fā)展方向的新一代模塊化高性能變頻器，在客戶需求合理細(xì)分的基礎(chǔ)上，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)單系列產(chǎn)品的靈活組合，最終創(chuàng)建了一個(gè)客戶化量身定做的平臺(tái)。因此，本文將介紹在食品機(jī)械中采用匯川MD320變頻器的應(yīng)用情況。 MD320變頻器在傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用 在食品機(jī)械中，傳輸系統(tǒng)被大量地使用，比如蛋糕烘烤前必須由傳輸帶進(jìn)行送料，并按照烘烤工藝勻速地通過(guò)烘烤箱，這里面就涉及兩個(gè)

3、傳送設(shè)備，即送料輸送帶和烘烤線輸送帶，兩者的速度必須匹配，能方便同升同降。以前，這樣的設(shè)備調(diào)速基本都采用手動(dòng)機(jī)械式有級(jí)變速(比如更換皮帶輪大小或者齒輪箱變速比等)，但現(xiàn)在采用變頻調(diào)速后就能大大擴(kuò)展調(diào)速范圍，且能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。 類似的瓶裝飲料生產(chǎn)線(如圖1左)、粉狀體原料計(jì)量包裝線等都將會(huì)用到變頻傳輸系統(tǒng)。在傳輸系統(tǒng)中，用戶可以根據(jù)原材料大小和材質(zhì)來(lái)控制傳輸帶速度，保證質(zhì)地均勻;同時(shí)根據(jù)不同的傳輸系統(tǒng)間的速度配比要求來(lái)實(shí)現(xiàn)速度同步和微調(diào)等功能。由于不同的工況需要不同的速度源來(lái)控制傳輸系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部件，這就要求變頻器能夠具有更多的頻率源和運(yùn)行方式。匯川MD320可謂是食品機(jī)械OEM變頻器的典型，它具

4、有三種運(yùn)行命令通道(操作面板給定、控制端子給定和串行通訊給定)且能通過(guò)多種方式進(jìn)行相互間的切換;它具有10種頻率源(數(shù)字給定、模擬電壓給定、模擬電流給定、脈沖給定、串行口給定等)和10種輔助頻率源，可以相互切換并能靈活實(shí)現(xiàn)輔助頻率微調(diào)和頻率合成。在圖1(右)中，MD320變頻器被用在瓶裝飲料生產(chǎn)線中的傳送驅(qū)動(dòng)控制，通過(guò)變頻器的使用，它能達(dá)到以下的幾個(gè)功效:（1) 大大提高產(chǎn)量：在無(wú)速度傳感器矢量控制方式中(SVC)，MD320的控制范圍為1:100，控制精度為±0.5。針對(duì)不同的食品制造工藝可以方便地控制傳輸系統(tǒng)的主速度，同時(shí)其他傳輸設(shè)備會(huì)自動(dòng)地同步匹配，而無(wú)需人工調(diào)節(jié)。這樣就可以方

5、便地通過(guò)調(diào)節(jié)速度來(lái)提高產(chǎn)量。（2) 發(fā)揮異步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：采用變頻器來(lái)調(diào)速無(wú)需增加額外的機(jī)械調(diào)速機(jī)構(gòu)，因此傳輸系統(tǒng)將更加緊湊輕巧，齒輪異步電機(jī)的運(yùn)行也更有效率。由于傳輸系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)單單是電機(jī)本身，而無(wú)額外的機(jī)械部件，它就能僅僅采用對(duì)電機(jī)的防護(hù)等級(jí)提高就能應(yīng)用在潮濕的環(huán)境中或戶外或防暴場(chǎng)合，而這些環(huán)境常常是食品機(jī)械中常見(jiàn)的工況，如飲料生產(chǎn)線、魚(yú)肉制作生產(chǎn)線和食用酒精生產(chǎn)線等。同樣，變頻調(diào)速避免了類似直流電機(jī)調(diào)速中更換炭刷或者換向器的繁瑣維護(hù)作業(yè)。當(dāng)然，對(duì)于某些以前定速運(yùn)行的異步電機(jī)傳輸系統(tǒng)，應(yīng)用變頻調(diào)速也非常簡(jiǎn)單有效，只需增加變頻器即可完成改造。（3) 軟啟動(dòng)和軟停止功能：在傳輸系統(tǒng)，如果全速啟

6、動(dòng)會(huì)導(dǎo)致物件的損壞，如圖1中的瓶裝生產(chǎn)線。而采用變頻調(diào)速后就能非常輕松地實(shí)現(xiàn)零速滿載啟動(dòng)，MD320在SVC控制方式下提供0.5Hz的150的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此在克服啟動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩的同時(shí)平穩(wěn)地啟動(dòng)。同時(shí)，在停車(chē)時(shí)變頻器也能提供軟停止功能。圖1(右)是關(guān)于MD320變頻器的頻率/時(shí)間曲線，其加速時(shí)間和減速時(shí)間可以在03000s調(diào)整，加減速曲線可分直線和S曲線兩種，并內(nèi)置4種加減速時(shí)間(通過(guò)端子來(lái)選擇)。（4) 運(yùn)行功能完備：?jiǎn)?dòng)、停止、點(diǎn)動(dòng)(正向或反向)、反向運(yùn)行都能輕松地通過(guò)端子引線和端子參數(shù)定義(F4組)來(lái)實(shí)現(xiàn)。電機(jī)的正反轉(zhuǎn)功能在工頻中需要不同的接觸器，而變頻器只需改變輸出相序即可實(shí)現(xiàn)。而同時(shí)，M

7、D320變頻器能夠設(shè)定禁止反轉(zhuǎn)功能(F8.131)來(lái)實(shí)現(xiàn)特殊工藝下的操作。制動(dòng)是變頻運(yùn)行的一個(gè)常見(jiàn)功能，在圖1中，MD320變頻器接了制動(dòng)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)，以處理制動(dòng)過(guò)程中的再生能量。（5) 超越額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行：變頻器本身允許電機(jī)在0到最大輸出頻率之間運(yùn)行，只要電機(jī)在超越額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)不過(guò)載都能實(shí)現(xiàn)超速運(yùn)行。（6) 提高輸送精度：比如在粉狀體原料輸送系統(tǒng)中采用變頻器MD320后，它能按比例控制粉狀原料的傳送速度或傳送帶上的粉狀體原料均勻裝載都能極方便地實(shí)現(xiàn)，從而提高了送料精度，最終保證了食品包裝的精度。 MD320變頻器在攪拌裝置中的應(yīng)用 混合攪拌機(jī)是食品機(jī)械中用的最多的一種，包括高速攪拌水點(diǎn)

8、心發(fā)泡料、超低速攪拌餡料等機(jī)械。攪拌機(jī)基本上是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，要求變頻器調(diào)速范圍大，抗過(guò)載能力強(qiáng)。在攪拌裝置中，根據(jù)材料的變化來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，以便設(shè)定最佳的攪拌條件。MD320變頻器具有高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通過(guò)選擇VC矢量控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)在0Hz時(shí)的180的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)具有高過(guò)載能力150額定電流60s、180額定電流1s，而且它還具有“挖掘機(jī)”特性，能對(duì)運(yùn)行期間的轉(zhuǎn)矩自動(dòng)限制，防止頻繁過(guò)流跳閘;在VC閉環(huán)控制時(shí)，更能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制。因此，MD320能保證攪拌裝置所必需的低速大轉(zhuǎn)矩和全頻域平穩(wěn)加減速功能。攪拌裝置經(jīng)常會(huì)處理一些粉狀或粘稠狀物料(如糖果汁、淀粉等)，這些物料在溫度和濕度等影響下, 會(huì)堵住攪

9、拌裝置的葉輪并使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大，所以很多變頻器根本就無(wú)法啟動(dòng), 從而會(huì)采用一種額外的“土”辦法:先采用工頻切換后在電網(wǎng)工頻電源啟動(dòng), 再把它切換到變頻器運(yùn)行。MD320由于采用高性能矢量控制, 通過(guò)安裝編碼器(如圖2)來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩, 即VC控制下的0Hz時(shí)180的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)然前提條件是:在合理負(fù)載轉(zhuǎn)矩情況下, 選擇電機(jī)及變頻器的容量。這類負(fù)載應(yīng)該歸于重載類, 可以按經(jīng)驗(yàn)高選一檔。 圖2所示是一種處理液體飲料的攪拌裝置，原先采用一臺(tái)電機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)攪拌機(jī)以保證同步處理，現(xiàn)在改為兩臺(tái)變頻器MD320來(lái)分別控制各自的攪拌機(jī)，但最終效果必須保持同步。<BR><BR>在本

10、攪拌裝置中采用了矢量控制的變頻器MD320, 它是通過(guò)對(duì)電機(jī)磁通電流和轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制, 從而可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)和準(zhǔn)確控制, 同時(shí)以很高的控制精度進(jìn)行寬范圍地調(diào)速運(yùn)行。矢量控制變頻器的基本工作原理是:頻率指令和實(shí)際速度的比較值通過(guò)一個(gè)速度調(diào)節(jié)器ASR后再進(jìn)行轉(zhuǎn)矩限定, 最后來(lái)控制變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩。該控制圖分為2個(gè)閉環(huán)(速度環(huán)和電流環(huán)), 限轉(zhuǎn)矩的作用就是用來(lái)限定速度調(diào)節(jié)器輸出的轉(zhuǎn)矩電流, 將直接限制變頻器的輸出頻率。具體控制原理如圖2(右)所示, VF1為主機(jī), 其按照PLC設(shè)定地速度進(jìn)行閉環(huán)VC控制方式運(yùn)行, PLC然后讀取VF1速度實(shí)際值, 在此值的基礎(chǔ)上再疊加3的速度值, 發(fā)送給V

11、F2變頻器, 根據(jù)變頻器VF1的轉(zhuǎn)矩值來(lái)限定VF2的轉(zhuǎn)矩, 這樣就能保證VF1和VF2的輸出轉(zhuǎn)矩基本一致, 也就能保證同步轉(zhuǎn)矩運(yùn)行(比速度同步更能反映攪拌工藝的質(zhì)量)。匯川MD320變頻器的參數(shù)設(shè)置如下:主機(jī)VF1:FO-01=1(有速度傳感器控制方式VC); FO-02=2(串行口通訊運(yùn)行命令);F2-11=1024(編碼器脈沖數(shù));F2組其他參數(shù)用于設(shè)定ASR數(shù)據(jù)。副機(jī)VF2:FO-01=1(有速度傳感器控制方式VC);FO-02=2(串行口通訊運(yùn)行命令);F2-09=0(轉(zhuǎn)矩上限值為F2-10);F2-10=X(轉(zhuǎn)矩上限值為通訊設(shè)定);F2-11=1024(編碼器脈沖數(shù));F2組其他參數(shù)

12、用于設(shè)定ASR數(shù)據(jù)。 MD320變頻器在離心設(shè)備中的應(yīng)用; 在食品制造過(guò)程中, 一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)是要進(jìn)行固液分離或者液液分離, 比方制糖工藝、果汁飲料工藝(豆奶、蔬菜汁)、蛋白分離工藝(大豆蛋白、花生蛋白、骨蛋白)、油脂分離工藝(動(dòng)物油、植物油、磷脂油)等, 以保證各種物料的脫水、澄清、分類和過(guò)濾。臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)(簡(jiǎn)稱臥螺離心機(jī))則是專門(mén)用于固體脫水和分級(jí)以及液體的澄清，是食品分離機(jī)械的重要裝備。由于這種離心機(jī)具有單機(jī)處理能力大、操作方便、能連續(xù)自動(dòng)操作、勞動(dòng)強(qiáng)度低、占地面積少以及維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，所以一直以來(lái)，螺旋離心機(jī)在食品分離中得到廣泛應(yīng)用。以制糖工藝為例，采用臥螺離心機(jī)完全可以

13、取代傳統(tǒng)的沉降設(shè)備，是制糖工業(yè)更新?lián)Q代的泥汁過(guò)濾設(shè)備。如圖3左所示，進(jìn)入本機(jī)的泥汁，在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)分成內(nèi)、外環(huán)，內(nèi)環(huán)的蔗汁清液由轉(zhuǎn)鼓大端溢流口排出，外環(huán)的沉渣被推入螺旋錐部時(shí)，再經(jīng)熱清水洗滌，溶出沉渣中的殘存糖份，最后經(jīng)離心脫水從轉(zhuǎn)鼓小端出渣口甩出，洗滌后的含糖水又匯集到內(nèi)環(huán)由轉(zhuǎn)鼓大端溢流口排出。調(diào)整轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速(即離心力的大小)、調(diào)整差轉(zhuǎn)速(即物料在離心場(chǎng)中的停留時(shí)間)、調(diào)整洗滌水的用量(即降低沉渣中的含糖量)就可以方便的得到所需的分離效果。 MD320在分離設(shè)備中的應(yīng)用 如圖3右所示，典型的臥螺離心機(jī)中有兩個(gè)傳動(dòng)軸:一個(gè)軸帶動(dòng)筒體轉(zhuǎn)動(dòng)(主機(jī))、另一軸帶動(dòng)筒軸轉(zhuǎn)動(dòng)(輔機(jī))，兩者的轉(zhuǎn)速需要精確

14、的配合。由于在分離過(guò)程中始終存在著速差，因此，輔機(jī)在大部分情況下處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，在傳統(tǒng)的方案中大多采用能耗制動(dòng)或者渦流制動(dòng)。但是從趨勢(shì)看，臥螺的傳動(dòng)方式已經(jīng)從能耗嚴(yán)重的渦流制動(dòng)朝目前最主流的雙電機(jī)雙變頻驅(qū)動(dòng)發(fā)展。本圖中，采用匯川MD320矢量變頻器，該變頻矢量控制能針對(duì)不同液體濃度自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載變化，并高效可靠的完成離心分離過(guò)程。具體的分離控制功能則被集成在PLC離心機(jī)控制軟件中。<BR>從接線方式看，交流電網(wǎng)接到VF1主變頻器MD320的進(jìn)線端, 兩變頻器(VF1和VF2)的直流母線直接并聯(lián), 輔機(jī)傳動(dòng)變頻器VF2并不直接接進(jìn)線380V, 這樣就可以方便而可靠地實(shí)現(xiàn)能量共享。在正

15、常運(yùn)行情況下, 輔機(jī)都是處在發(fā)電狀態(tài), 主電機(jī)則是在電動(dòng)狀態(tài)，輔機(jī)發(fā)電導(dǎo)致母線電壓泵升, 然后通過(guò)母線互聯(lián), 將泵升電壓消耗在主機(jī)上, 從而減少了從電網(wǎng)吸納的電能，起到了節(jié)能的作用。在本方案中, 由于輔機(jī)傳動(dòng)電機(jī)需要的無(wú)功勵(lì)磁電流和副電機(jī)偶爾作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行(例如啟動(dòng)階段和加減速過(guò)渡過(guò)程)時(shí)的有功電流都要由主變頻器提供，因此，選取主變頻器的功率時(shí)應(yīng)予以考慮進(jìn)線整流橋的容量, 必須保證通過(guò)電流為兩電機(jī)電動(dòng)電流之和。本設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，不需要調(diào)試，動(dòng)作可靠性極高。本離心機(jī)控制的特點(diǎn):（1) 離心機(jī)速度的矢量控制方式保證了速度控制的正確性;（2) 可以使用公共直流母線;（3) 速度差控制，取消

16、了編碼器，而采用開(kāi)環(huán)的無(wú)傳感器矢量控制可以解決昂貴的帶編碼器的反饋控制方案;（4) 筒軸傳動(dòng)的負(fù)載補(bǔ)償。綜合看來(lái)，臥螺離心機(jī)的變頻應(yīng)用具有以下特點(diǎn): (1) 節(jié)能：共母線雙電機(jī)雙變頻器驅(qū)動(dòng)在臥螺離心機(jī)上廣泛應(yīng)用，即主、副電機(jī)各用一臺(tái)普通變頻器驅(qū)動(dòng)，其直流母線用適當(dāng)?shù)姆绞讲⒔樱^好的解決了這個(gè)問(wèn)題,在能源日益緊缺的今天,有特別重要的意義?，F(xiàn)代離心機(jī)螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間的速差可以根據(jù)進(jìn)料的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速相對(duì)于渦流制動(dòng)和液力耦合制動(dòng)來(lái)說(shuō)對(duì)電能的利用率高，在耗能方面比較節(jié)省。(2) 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快：差轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程從PID調(diào)節(jié)器的數(shù)分鐘減小為變頻無(wú)傳感器矢量控制的數(shù)秒鐘，速差調(diào)節(jié)精確(甚至可以達(dá)到±0.05r/min)，從而大大提高了卸料物中干物質(zhì)含量(以處理污泥而言在2%左右)。 (3) 轉(zhuǎn)矩控制功能：利用MD320的轉(zhuǎn)矩控制可以非常容易實(shí)現(xiàn)速度與轉(zhuǎn)矩切換, 并處理突發(fā)事件造成的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料的堆積, 從而提高工作效率。采用MD320的離心機(jī)其有效扭矩更大, 最