变频技术啤酒生产中的应用
【前言】 自20世纪90年代，我国啤酒行业进入了快速发展的阶段，行业发展至今，我国的啤酒产量和人均消费量均有大幅度提升。
一、啤酒生产工艺
啤酒生产工艺流程可以分为制麦、糖化、发酵、包装四个工序。

1、原料贮仓2、麦芽筛选机 3、提升机4、麦芽粉碎机5、糖化锅6、大米筛选机7、大米粉碎机8、糊化锅  9、过滤槽10、麦糟输送11、麦糟贮罐 12、煮沸锅/回旋槽13、外加热器14、酒花添加罐 15、麦汁冷却器16、空气过滤器17、酵母培养及添加罐18、发酵罐19、啤酒稳定剂添加罐20、缓冲罐21、硅藻土添加罐22、硅藻土过滤机 23、啤酒精滤机24、清酒罐25、洗瓶机 26、灌装机 27、杀菌机28、贴标机29、装箱机
在上面的各工序均可根据生产和工艺要求采用变频器改造，取得很好的经济效益。
二、啤酒行业节能与自动化
1、节能应用
包装车间和碳化车间两个主要耗能部门的蒸汽冷凝水全部回收后，从一厂包装车间北侧的冷凝水回收罐直接进入锅炉省煤器或用于加热锅炉上水。仅这一个小举措，就可以每年节水1.9万方，节煤500吨，不仅极大节约了水资源和煤炭的消耗，而且大大降低了锅炉废气排放对大气的污染。
     啤酒行业属于能耗较高的行业，能源消耗费用约占产品成本的15%。近年来，各啤酒厂把节约能源、降低消耗作为技术改造和创新工作的重点，对风机、水泵进行变频改造，如大连华润啤酒有限公司每年节电约100万千瓦；对淋酒工序冷却水回收利用分配系统进行改造，年节约75℃左右的热水2.3万方以上，节煤30000吨左右；吨酒耗水量等指标远低于行业平均水平，取得了经济效益和社会效益的双丰收。空压机在啤酒生产工艺中应用比较广泛，工艺对供汽的连续性、可靠性要求非常高，供汽中断或者压力不稳定，都将对企业造成严重的经济损失。
2、自动线应用
在啤酒、饮料机械中有很多机械通常会采用变频调速技术。
      在塑料瓶生产线中有如下机械会用到变频器：理瓶机、冲瓶机、灌装拧盖机、温瓶机、装箱机、输送系统。易拉罐灌装生产线中的卸垛机、冲灌机、灌装机、封盖机、温罐机、纸箱包装机，输送系统。啤酒、饮料等玻璃瓶生产线中的卸箱机、理瓶机、杀菌机、洗瓶机、装瓶压盖机、贴标机、装箱机、输送系统。
    总之，随着啤酒、饮料生产线的自动化要求程度越来越高，变频器在该行业的应用越来越普遍，而且配套规格多在0.75—15KW。该行业的应用在此不再举例说明。
      具体应用中，通常会考虑变频器的防护等级、抗干扰能力、甚至多台变频器之间的同步调节精度。
三、应用举例
1、节能改造
空压机在啤酒生产工艺中应用比较广泛，工艺对供汽的连续性、可靠性要求非常高，供汽中断或者压力不稳定，都将对企业造成严重的经济损失。
华润雪华啤酒(中国)有限公在全国经营超过50家啤酒厂,2006年华润雪花啤酒销售量超500万吨,成为中国销量最大的啤酒企业.华润雪花啤酒辽宁分公司在沈阳、大连、鞍山、辽阳、盘锦、葫芦岛、丹东等城市拥有10家生产厂，员工总数超过7000人，生产能力超过160万千升，是辽宁省最大的啤酒生产基地。    
大连华润啤酒有限公司易拉罐车间安装了喷油式活塞压缩机两台；额定排气压力0.8Mpa，拖动电机为10极、132KW电机，额定电流299.5A,配套“星-角”启动柜，生产供气压力上限0.7Mpa，下限0.6Mpa，依靠空压机自带机械式“压力调节器”控制吸汽阀开度来调节压力，由于控制精度低，调节不方便，供气压力不稳定，压缩机在满载与空载之间频繁启动，对电网和设备及管道的冲击很大，设备故障率高，维修量大，不但增加维修成本还浪费电能。
根据其工况要求，我司对该压缩机进行变频改造。由于压缩机电机电流较大，采用PI7800 160G3变频器（额定电流310A）驱动。
厂方改造要求保留原工频启动系统，变频与工频两套系统可以互相切换，新增加控制柜一台，本着少改动原控制柜内线路的原则，新增加的设备、电气元件和功能都安排在变频控制柜内，工频-变频之间切换都在变频柜上实现，其余功能仍然保留在原仪表控制盘上。对原系统控制回路按照设计要求进行改造，既能满足设计要求又能满足操作人员的操作习惯。
变频运行时，变频柜设计开环运动，调节操作盘上的电位器进行调速方式，由于普传科技PI7800系列变频器有着友好的人机界面，可以方便的实现以上功能。也可以使用节点压力表控制，不用汽时空压机停止。压缩机变频运行时压缩机电源通过接触器单独供电，并且在空压机的原来供电回路中加入隔离接触器，防止工频电源倒送至变频器输出端。
调试先进行开环运行，使用控制盘面上的电位器进行频率给定，压缩机运行到额定转速后，再给压缩机加载，然后调节频率使压缩机排气压力保持在0.62Mpa，开环调试完毕；
使用效果：改造前，满载运行电流299.5A，空载运行电流160A，平均加载时间为每两分钟加载五分钟；改造后用汽高峰电流299A，空载电流为零，按年工作300天，每天工作20小时，电价0.65元/kWh。
改造后年节约电费：
（ ×380×0.85×160÷1000）×20× ×300×0.65=99,742元
平均半年即可收回投资。
2、生产线改造
啤酒生产中，酒瓶的传送要求平稳、匀速、并且能根据该道工序每瓶啤酒的处理周期调节送瓶速度。采用变频器对生产线改造。普传科技变频器外部端子调速可分为模拟量调速和多段速调速。模拟量调速可用电压DC0~10V或电流DC4~20mA，进行无级调速。以下为对灌装机的生产线改造。
1）工艺流程如下图：
            

根据工艺要求，灌装机前面的输送带分成若干段。A﹑B﹑C﹑D﹑E为输送带，M1﹑M2﹑M3 分别为A﹑B﹑C带的拖动电机。D带与灌装机机械联动，E带由另一电机拖动。另外，各带上均有光电传感器探测瓶流速度。PLC根据瓶流调整各段输送带的速度。
    2）电气系统原理
        选用3台变频器（编号INV1﹑2﹑3）分别控制3台电机（M1﹑M2﹑M3）。PLC为FX2-64MR。FMA﹑11是来自灌装机变频器0~10V的输出信号，经过信号隔离器的转换作为变频器1﹑2﹑3的控制信号。图中KA1-6为辅助继电器。W1-6为分压电位器。PLC的输入端子略。FMA﹑11是来自灌装机主机变频器的输出信号。两图中的PLC为同一PLC，图2中的COM6接DC24V电压，控制辅助继电器。

3）控制思想
    普传科技变频器外部端子调速可分为模拟量调速和多段速调速。模拟量调速可
　　用电压DC0~10V或电流DC4~20mA，进行无级调速。本现场采用0~10V模拟电压作为给定量，进行开环调速；多段速采用外部输入端子SS1、SS2、SS3、COM、FWD进行三段速调速。SS1、SS2、SS3是低﹑中﹑高三段速速度选择端子，COM是输入公共端， FWD是启动正转信号。当Y10，Y11有输出时，变频器为低速运行；当Y10，Y12有输出时，为中速运行；当Y10，Y13有输出时为高速运行。变频器2﹑3原理与此相同。三段速分别设置为15Hz﹑30Hz﹑45Hz。在模拟量调速时，通过调整W1﹑W2的分压比设置KA1闭合时变频器高速运行，KA2闭合时为低速运行，当KA1﹑KA2都断开时，变频器为最高速；变频器2﹑3原理与此相同。通过编程，PLC根据操作台发出的信号，选择控制方式：模拟量调速或多段速调速。普传科技变频器的多段速调速比模拟量调速有较高优先级。
调速方式一：来自灌装机主机变频器的模拟信号DC0~10V，经过隔离器转换为线性DC0~10V，再经过电位器分压作为变频器1﹑2﹑3的给定信号，以控制电机M1﹑M2﹑M3，这样可以做到输送带与灌装机的速度很好匹配；
调速方式二：采用多段速控制，通过PLC编程，由PLC发出控制信号以控制速度。PLC根据灌装机操作台发出的信号来判断使用那种速度控制方式，又根据瓶流情况选择高低速。在模拟信号控制时是通过辅助继电器KA1和KA2,KA3和KA4,KA5和KA6的组合，经W1﹑W2,W3﹑W4、W5﹑W6分压控制变频器输出速度。在多段速时通过PLC的输出Y10﹑Y11﹑Y12﹑Y13,Y20﹑Y21﹑Y22﹑Y23,Y24﹑Y25﹑Y26﹑Y27分别调节各个变频器的输出频率以达到多段输送带的速度匹配及与灌装机的速度匹配。在模拟控制方式调整中，电位器分压比的调整是个关键，通过在生产调试中摸索，终于找到了比较好的速度匹配。分压比一旦调好，不得随意改动
4） 应用效果
在两种速度控制方式下，分别调整各变频器的多段速度频率及电位器的分压比，做到了输送带速度与灌装机速度很好的匹配，运行稳定可靠。实践证明PI7000变频器完全满足啤酒灌装生产线输瓶带的调速要求。提高了生产效率。此种变频器控制方式也可用于其他需要速度配合的电机变频调速。
3、制麦项目
大连华润啤酒有限公司塔式制麦项目生产线，采用13台PI7800变频器及控制柜应用于平底浸麦、发芽箱、 排潮工艺、焙焦工艺。容量为315kW6台、132 kW 6台、160 kW 1台。自2007年4月投产至今，效果良好。
4、制冷机改造
1）工况 变频器控制黄河啤酒厂1号制冷机应用实例，该例中，选用普传科技生型号为PI7800220G3变频器，制冷机为大连冷冻机厂生产，电机功率为190kW。PID调节是由变频器自带内置PID调节器完成。负载变化控制制冷机转速方法中，我们目是想控制制冷机吸入口温度，现场温度采样比较困难，而吸入口温度与压力又有着一定对应关系，且现场管道上安装压力变送器更容些，本系统中，我们采用压力传感器检测压缩机吸入压，变频器控制该压力维持恒定不变，则吸入口温度也维持恒定不变。同时考虑到制冷机工作时安全要求，我们将该制冷机原有温度保护、油压保护等中继接入变频器，保证有温度保护或油压保护动作时，变频器能立即自动停机，防止机械设备损坏。另外该制冷机原为两控制，采用变频后我们仍保持原有两控制，这样，对操作人员来说，更易于操作。
2）原理：制冷机基本上是恒转矩特性，所以只要使变频器输出电压与频率成比例就行了。但是制冷机结合实际机的使用范围广，一般都与电机的设计条件不完全一致。在运行条件上电压也需要改变，最终仍需要实验确定最佳/F模式。另外，为了改善加速时的效率虽然可以改用变频器专用电机，但作为变频器故障时的备用，变频专用电机很难直接用工频电源进行运行。而且改用变频电机的费用会大幅增加，因此我们仍采用原有的电机及机械设备，只是将原有的自耦降压启动改为由变频器控制的压力闭环系统。
　在闭环系统的构成中，普传科技生变频器可定义两种典型的输入输出特性，即正作用和反作用，这两种特性可灵活应用在不同反馈特性的控制系统中。在本系统中，采用反作用特性，反馈增益极性为负极性。也即当吸入口压力增大时，变频器的输出频率也随之增大，当吸入口压力减小时，输出频率也随之减小。
　为了防止变频器输出频率低时，制冷机散热差及总体效率的降低，在变频器上设定最低运行频率为30Hz。
3）节能效果：压缩机负载基本上是恒转矩负载，对恒转矩负载，电机的输出功率P的一般表达式为
　　　　P∝T*N
　　表达式中，T：负载转矩 N：电机转速
　 这就是说，即使是恒转矩负载，采用变频器等使电机速度下降，电机的输出功率将减小。变频器输入功率
　　PIN可用下式表示：
　　　　PIN=P/（ηINV*η m）
　　表达式中，PIN：变频器输入功率 ηINV：变频器效率 η m ：电机的效率
　　由上式，假设总效率（ηINV*η m）对于电机的转速为一定。则显然电机转速下降将引起电机输出功率P减小，与其成比例的变频器输入功率PIN也减小，即消耗电能降低。但是如图2所示，为使电机转速下降而使变频器输出频率降低，则总效率也降低。但因频率降低的幅度大于总效率降低的幅度，因此，与原先的控制方式相比，仍有显著的节能效果。另外，电磁调速电机、鼠笼电机的定子电压控制等从前的调速电机，转速下降时，总效率将大幅度降低，因而基本上得不到低速时的节能效果。因此采用变频器取代这些从前的调速方式，可以充分的节能。
　变频器方式由于除电力变换损耗外还有约5%的损耗，这个损耗基本与变频器功率无关，因而电机功率越大，这个损耗所点的比例也越小，节能效果越显著。同时变频器方式具有耐夏季短时高峰负载（依靠增速）和精细温度控制等优点。

---大连普传科技股份有限公司---0411-84821342,刘经理.