西林電氣EH600A系列變頻器在食品機械上的應用
2011/2/28 18:01:00
1、前言
當今的食品機械產業得到了飛速發展, 其發展趨勢為:
(1) 便于操作, 安全可靠，維護簡便;
(2) 堅固耐用, 即使操作不當，也不易發生故障;
(3) 重量輕、體積小;
(4) 使生產的產品質量穩定、效率提高。而作為電機驅動裝置的變頻器將在一定程度上改變食品機械的整體裝備水平。
其功效基于以下二點:
(1) 增加產量、降低成本。可以提高生產技術, 使產品產量和品質都得到提高，并能有效節約成本，實現利潤最大化;
(2) 實現控制的軟件化，提高功能，通過故障自動復位、防止失速和重合閘等功能，實現不跳閘運行。
如何選取合適的變頻器來滿足日益增長的食品機械現代化的要求是目前擺在眾多食品機械制造商面前的一個棘手問題，該類型的變頻器必須能夠適合食品制造的環境、符合食品類負載的變化、貼近用戶的心里需求(價位、售后服務和操作)，而西林公司推出的EH600A系列變頻器則是一個理想的OEM產品，它代表了未來變頻器發展方向，在客戶需求合理細分的基礎上，創建了一個客戶化量身定做的平臺。因此，本文將介紹在食品機械中采用西林EH600A變頻器的應用情況。
(1) 便于操作, 安全可靠，維護簡便;
(2) 堅固耐用, 即使操作不當，也不易發生故障;
(3) 重量輕、體積小;
(4) 使生產的產品質量穩定、效率提高。而作為電機驅動裝置的變頻器將在一定程度上改變食品機械的整體裝備水平。
其功效基于以下二點:
(1) 增加產量、降低成本。可以提高生產技術, 使產品產量和品質都得到提高，并能有效節約成本，實現利潤最大化;
(2) 實現控制的軟件化，提高功能，通過故障自動復位、防止失速和重合閘等功能，實現不跳閘運行。
如何選取合適的變頻器來滿足日益增長的食品機械現代化的要求是目前擺在眾多食品機械制造商面前的一個棘手問題，該類型的變頻器必須能夠適合食品制造的環境、符合食品類負載的變化、貼近用戶的心里需求(價位、售后服務和操作)，而西林公司推出的EH600A系列變頻器則是一個理想的OEM產品，它代表了未來變頻器發展方向，在客戶需求合理細分的基礎上，創建了一個客戶化量身定做的平臺。因此，本文將介紹在食品機械中采用西林EH600A變頻器的應用情況。
2、EH600A變頻器在傳輸系統中的應用
在食品機械中，傳輸系統被大量地使用，比如蛋糕烘烤前必須由傳輸帶進行送料，并按照烘烤工藝勻速地通過烘烤箱，這里面就涉及兩個傳送設備，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，這樣的設備調速基本都采用手動機械式有級變速(比如更換皮帶輪大小或者齒輪箱變速比等)，但現在采用變頻調速后就能大大擴展調速范圍，且能實現無級調速。
在食品機械中，傳輸系統被大量地使用，比如蛋糕烘烤前必須由傳輸帶進行送料，并按照烘烤工藝勻速地通過烘烤箱，這里面就涉及兩個傳送設備，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，這樣的設備調速基本都采用手動機械式有級變速(比如更換皮帶輪大小或者齒輪箱變速比等)，但現在采用變頻調速后就能大大擴展調速范圍，且能實現無級調速。
圖1 EH640A 在傳送系統中的應用
類似的瓶裝飲料生產線(如圖1左)、粉狀體原料計量包裝線等都將會用到變頻傳輸系統。在傳輸系統中，用戶可以根據原材料大小和材質來控制傳輸帶速度，保證質地均勻;同時根據不同的傳輸系統間的速度配比要求來實現速度同步和微調等功能。由于不同的工況需要不同的速度源來控制傳輸系統的驅動部件，這就要求變頻器能夠具有更多的頻率源和運行方式。西林EH600A可謂是食品機械OEM變頻器的典型，它具有三種運行命令通道(操作面板給定、控制端子給定和串行通訊給定)且能通過多種方式進行相互間的切換;它具有多種頻率源(數字給定、模擬電壓給定、模擬電流給定、脈沖給定、串行口給定等)和多種輔助頻率源，可以相互切換并能靈活實現輔助頻率微調和頻率合成。
在圖1(右)中，EH600A變頻器被用在瓶裝飲料生產線中的傳送驅動控制，通過變頻器的使用，它能達到以下的幾個功效:
（1) 大大提高產量
針對不同的食品制造工藝可以方便地控制傳輸系統的主速度，同時其他傳輸設備會自動地同步匹配，而無需人工調節。這樣就可以方便地通過調節速度來提高產量。
（2) 發揮異步電機的優點
采用變頻器來調速無需增加額外的機械調速機構，因此傳輸系統將更加緊湊輕巧，齒輪異步電機的運行也更有效率。由于傳輸系統的執行機構單單是電機本身，而無額外的機械部件，它就能僅僅采用對電機的防護等級提高就能應用在潮濕的環境中或戶外或防暴場合，而這些環境常常是食品機械中常見的工況，如飲料生產線、魚肉制作生產線和食用酒精生產線等。同樣，變頻調速避免了類似直流電機調速中更換炭刷或者換向器的繁瑣維護作業。當然，對于某些以前定速運行的異步電機傳輸系統，應用變頻調速也非常簡單有效，只需增加變頻器即可完成改造。
（3) 軟啟動和軟停止功能。
在傳輸系統，如果全速啟動會導致物件的損壞，如圖1中的瓶裝生產線。而采用變頻調速后就能非常輕松地實現零速滿載啟動，EH600A在在克服啟動摩擦轉矩的同時平穩地啟動。同時，在停車時變頻器也能提供軟停止功能。圖1(右)是關于EH600A變頻器的頻率/時間曲線，其加速時間和減速時間可以在0~6500s調整，加減速曲線可分直線和S曲線兩種，并內置4種加減速時間(通過端子來選擇)。
（4) 運行功能完備
啟動、停止、點動(正向或反向)、反向運行都能輕松地通過端子引線和端子參數定義(F4組)來實現。電機的正反轉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現。而同時，EH600A變頻器能夠設定禁止反轉功能(F7.13＝1)來實現特殊工藝下的操作。制動是變頻運行的一個常見功能，在圖1中，EH600A變頻器接了制動電阻來實現快速制動，以處理制動過程中的再生能量。
（5) 超越額定轉速運行
變頻器本身允許電機在0到最大輸出頻率之間運行，只要電機在超越額定轉速運行時不過載都能實現超速運行。
（6) 提高輸送精度
比如在粉狀體原料輸送系統中采用變頻器EH600A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現，從而提高了送料精度，最終保證了食品包裝的精度。
在圖1(右)中，EH600A變頻器被用在瓶裝飲料生產線中的傳送驅動控制，通過變頻器的使用，它能達到以下的幾個功效:
（1) 大大提高產量
針對不同的食品制造工藝可以方便地控制傳輸系統的主速度，同時其他傳輸設備會自動地同步匹配，而無需人工調節。這樣就可以方便地通過調節速度來提高產量。
（2) 發揮異步電機的優點
采用變頻器來調速無需增加額外的機械調速機構，因此傳輸系統將更加緊湊輕巧，齒輪異步電機的運行也更有效率。由于傳輸系統的執行機構單單是電機本身，而無額外的機械部件，它就能僅僅采用對電機的防護等級提高就能應用在潮濕的環境中或戶外或防暴場合，而這些環境常常是食品機械中常見的工況，如飲料生產線、魚肉制作生產線和食用酒精生產線等。同樣，變頻調速避免了類似直流電機調速中更換炭刷或者換向器的繁瑣維護作業。當然，對于某些以前定速運行的異步電機傳輸系統，應用變頻調速也非常簡單有效，只需增加變頻器即可完成改造。
（3) 軟啟動和軟停止功能。
在傳輸系統，如果全速啟動會導致物件的損壞，如圖1中的瓶裝生產線。而采用變頻調速后就能非常輕松地實現零速滿載啟動，EH600A在在克服啟動摩擦轉矩的同時平穩地啟動。同時，在停車時變頻器也能提供軟停止功能。圖1(右)是關于EH600A變頻器的頻率/時間曲線，其加速時間和減速時間可以在0~6500s調整，加減速曲線可分直線和S曲線兩種，并內置4種加減速時間(通過端子來選擇)。
（4) 運行功能完備
啟動、停止、點動(正向或反向)、反向運行都能輕松地通過端子引線和端子參數定義(F4組)來實現。電機的正反轉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現。而同時，EH600A變頻器能夠設定禁止反轉功能(F7.13＝1)來實現特殊工藝下的操作。制動是變頻運行的一個常見功能，在圖1中，EH600A變頻器接了制動電阻來實現快速制動，以處理制動過程中的再生能量。
（5) 超越額定轉速運行
變頻器本身允許電機在0到最大輸出頻率之間運行，只要電機在超越額定轉速運行時不過載都能實現超速運行。
（6) 提高輸送精度
比如在粉狀體原料輸送系統中采用變頻器EH600A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現，從而提高了送料精度，最終保證了食品包裝的精度。
3、EH600A變頻器在攪拌裝置中的應用
混合攪拌機是食品機械中用的最多的一種，包括高速攪拌水點心發泡料、超低速攪拌餡料等機械。攪拌機基本上是恒轉矩負載，要求變頻器調速范圍大，抗過載能力強。在攪拌裝置中，根據材料的變化來控制電機轉速，以便設定最佳的攪拌條件。
EH600A變頻器具有高啟動轉矩，同時具有高過載能力150％額定電流60s、180％額定電流2s，而且它還具有“挖掘機”特性，能對運行期間的轉矩自動限制，防止頻繁過流跳閘;因此，EH600A能保證攪拌裝置所必需的低速大轉矩和全頻域平穩加減速功能。
攪拌裝置經常會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, 會堵住攪拌裝置的葉輪并使啟動轉矩增大，所以很多變頻器根本就無法啟動, 從而會采用一種額外的“土”辦法:先采用工頻切換后在電網工頻電源啟動, 再把它切換到變頻器運行。攪拌裝置負載應該歸于重載類, 可以按經驗高選一檔。圖2 EH600A在攪拌器裝置中的應用
混合攪拌機是食品機械中用的最多的一種，包括高速攪拌水點心發泡料、超低速攪拌餡料等機械。攪拌機基本上是恒轉矩負載，要求變頻器調速范圍大，抗過載能力強。在攪拌裝置中，根據材料的變化來控制電機轉速，以便設定最佳的攪拌條件。
EH600A變頻器具有高啟動轉矩，同時具有高過載能力150％額定電流60s、180％額定電流2s，而且它還具有“挖掘機”特性，能對運行期間的轉矩自動限制，防止頻繁過流跳閘;因此，EH600A能保證攪拌裝置所必需的低速大轉矩和全頻域平穩加減速功能。
攪拌裝置經常會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, 會堵住攪拌裝置的葉輪并使啟動轉矩增大，所以很多變頻器根本就無法啟動, 從而會采用一種額外的“土”辦法:先采用工頻切換后在電網工頻電源啟動, 再把它切換到變頻器運行。攪拌裝置負載應該歸于重載類, 可以按經驗高選一檔。圖2 EH600A在攪拌器裝置中的應用
圖2所示是一種處理液體飲料的攪拌裝置，原先采用一臺電機同軸驅動兩臺攪拌機以保證同步處理，現在改為兩臺變頻器EH600A來分別控制各自的攪拌機，但最終效果必須保持同步。
4 、EH600A變頻器在離心設備中的應用
在食品制造過程中, 一個很重要的環節是要進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、分類和過濾。臥式螺旋卸料沉降離心機(簡稱臥螺離心機)則是專門用于固體脫水和分級以及液體的澄清，是食品分離機械的重要裝備。由于這種離心機具有單機處理能力大、操作方便、能連續自動操作、勞動強度低、占地面積少以及維護費用低等優點，所以一直以來，螺旋離心機在食品分離中得到廣泛應用。
以制糖工藝為例，采用臥螺離心機完全可以取代傳統的沉降設備，是制糖工業更新換代的泥汁過濾設備。如圖3左所示，進入本機的泥汁，在高速旋轉的轉鼓內分成內、外環，內環的蔗汁清液由轉鼓大端溢流口排出，外環的沉渣被推入螺旋錐部時，再經熱清水洗滌，溶出沉渣中的殘存糖份，最后經離心脫水從轉鼓小端出渣口甩出，洗滌后的含糖水又匯集到內環由轉鼓大端溢流口排出。調整轉鼓轉速(即離心力的大小)、調整差轉速(即物料在離心場中的停留時間)、調整洗滌水的用量(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。圖3 EH600A在分離設備中的應用
在食品制造過程中, 一個很重要的環節是要進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、分類和過濾。臥式螺旋卸料沉降離心機(簡稱臥螺離心機)則是專門用于固體脫水和分級以及液體的澄清，是食品分離機械的重要裝備。由于這種離心機具有單機處理能力大、操作方便、能連續自動操作、勞動強度低、占地面積少以及維護費用低等優點，所以一直以來，螺旋離心機在食品分離中得到廣泛應用。
以制糖工藝為例，采用臥螺離心機完全可以取代傳統的沉降設備，是制糖工業更新換代的泥汁過濾設備。如圖3左所示，進入本機的泥汁，在高速旋轉的轉鼓內分成內、外環，內環的蔗汁清液由轉鼓大端溢流口排出，外環的沉渣被推入螺旋錐部時，再經熱清水洗滌，溶出沉渣中的殘存糖份，最后經離心脫水從轉鼓小端出渣口甩出，洗滌后的含糖水又匯集到內環由轉鼓大端溢流口排出。調整轉鼓轉速(即離心力的大小)、調整差轉速(即物料在離心場中的停留時間)、調整洗滌水的用量(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。圖3 EH600A在分離設備中的應用
如圖3右所示，典型的臥螺離心機中有兩個傳動軸:一個軸帶動筒體轉動(主機)、另一軸帶動筒軸轉動(輔機)，兩者的轉速需要精確的配合。由于在分離過程中始終存在著速差，因此，輔機在大部分情況下處于發電制動狀態，在傳統的方案中大多采用能耗制動或者渦流制動。但是從趨勢看，臥螺的傳動方式已經從能耗嚴重的渦流制動朝目前最主流的雙電機雙變頻驅動發展。本圖中，采用西林EH600A變頻器，能針對不同液體濃度自動適應負載變化，并高效可靠的完成離心分離過程。具體的分離控制功能則被集成在PLC離心機控制軟件中。
從接線方式看，交流電網接到VF1主變頻器EH600A的進線端, 兩變頻器(VF1和VF2)的直流母線直接并聯, 輔機傳動變頻器VF2并不直接接進線380V, 這樣就可以方便而可靠地實現能量共享。在正常運行情況下, 輔機都是處在發電狀態, 主電機則是在電動狀態，輔機發電導致母線電壓泵升, 然后通過母線互聯, 將泵<
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