Ash Grove Cement 提高了可靠性和资产保护能力

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解决方案

  • 智能马达控制 – 450 马力的低压 Allen-Bradley® 变频器为现有的 2300 马力中压交流马达应用提供动力
  • 智能马达控制 – 变频器扭矩能力可在零转速下提供全部扭矩,并提供平稳的马达 转速控制

成果

  • 可靠性得到提高 – 有助于提高产量、降低维护成本并达到 90% 以上的正常运行时间
  • 成本节约 – 通过购买低压变频器而不是常用于该应用的中压变频器,可以节省 25 万美元
  • 缩短调试时间 – 通过与 Rockwell Automation 服务工程师合作,在一小时内完成变频器调试并恢复生产

背景

Bob Wright 在马达密集型的水泥制造业做了 30 多年的电气工程师,他最清楚该行业目前面临的情况:从直流马达和变频器到交流马达和变频器的技术转变、信息访问要求的提高、减少马达相关能耗的压力日益增大。

1975 年,Wright 第一次从 Ash Grove Cement(位于堪萨斯州的 Chanute)门口经过,那时的他会告诉您:不可能使用低压变频器控制中压交流马达。随着时代的变迁,技术也在不断地转变。

Wright 负责监管 Ash Grove 一家有百年历史的老厂房的电气运行情况,这是该领先水泥制造商拥有的九家工厂之一。这些工厂的水泥总年产能接近 900 万吨。跟水泥行业的其他公司一样,Ash Grove 面临着激烈的竞争、不断变化的需求以及有效提高生产力的巨大压力。

为了最大限度地提高产量,Chanute 工厂日以继夜地生产水泥。近 1000 台马达共产生 45000 马力,每分钟可生产 5 吨水泥。

Wright 表示:“我们工厂的成败取决于我们的马达。我们需要可靠的设备和持续的维护来保护我们的马达、控制生产和高效运转。”

为了解决不可靠且过时的马达控制系统产生的问题,Ash Grove 投资了一个不寻常但有效的解决方案,将技术先进的低压变频器安装到现有的 2300 马力的中压交流马达上。Ash Grove 不仅更新了其变频器技术,还升级了维护资本投资的方法。目前已取得的成果是:初始节约了 25 万美元,正常运行时间达到了 90%。

“不久前,制造商还抱持着‘一直运行到坏掉为止’的心态。但现在,我们有了保护马达等资本投资的工具。”Wright 说。

Ash Grove 以前不可靠的马达控制系统需要持续的维护。

挑战

在 Ash Grove,马达为从充满岩石的大规模旋转窑到研磨机的一切活动提供动力,使工厂每天生产水泥多达 4500 吨。需求不断上涨,这提高了保持工厂(也就是马达)不间断运转的要求。随着中国开始发展水泥生产以建设自身的基础设施,材料进口减少,对国内水泥的需求增加。

为了生产水泥制造过程需要用到的熟料,Ash Grove 使用从现场采石场开采的石灰石,将其与其他成分混合,并在 150 英尺长的旋转窑炉中将材料加热至高达 2000 华氏度。然后将仍处于高温状态的熟料(从弹珠大小到直径三英寸不等)输送到冷却过程,随后用装有钢球的磨机将它们磨成粉状水泥。

Ash Grove 的工人在每个月维护这三台球磨机时都会遇到困难。为了使技术人员能够进入磨机进行检修,他们使用过时的 60 马力发电电动机一英寸一英寸地转动磨机,直到其到达精确位置。

这个手动定位设备的过程被称作“瞄点”,执行起来非常困难,因为技术人员没有有效的方法直接从电力系统精准地向中压马达施加扭矩 - 他们一直采用缓慢转动磨机的方法完成工作。Wright 说:“每次出现问题,我们都不得不将笨重的磨机移动到准确的位置,一旦马达卡齿或突然启动/停止,都会对设备造成机械及电气损坏。”

这个问题干扰了公司最大限度地减少停机时间同时尽可能提高产量的目标。Wright 说:“我们关掉机器执行日常维护或解决故障所浪费的每一小时时间,都会减少 300 吨的水泥产量。”

由于再也无法忍受频繁发生的故障和由此产生的高额费用,Wright 向其 Rockwell Automation 销售代表以及 Ash Grove 其他设施的自动化供应商反映了这一情况。

“一般说来,这个问题的常见解决方案是增购一台新的瞄点控制器和齿轮马达,或是一个中压变频器。”Wright说。“但 Rockwell Automation 的工程师设计出了一种变频器解决方案,它不仅性能优于其他方案,而且成本只是其他方案的零头而已。”

解决方案

Ash Grove 用 Rockwell Automation 提供的预配置的 480 伏、450 马力变频器代替了为磨机瞄点供能的发电机。Allen-Bradley® 变频器在瞄点过程中专门为三台现有的 4000 伏、2300 马力的交流马达供电,有效地转动球磨机,并将其旋转到受控的开始或停止位置。为了使磨机全速运转,Ash Grove 使用了一个没有转速控制的同步电动机起动器。

Wright 说:“我在水泥行业工作了 30 多年,我一直只相信直流技术。我从来不信交流技术能够在零转速下产生 100% 的扭矩,直到 Rockwell Automation 为高扭矩应用开发出了交流马达控制解决方案。”

配置为更换发电电动机的应用后,该低压 Allen-Bradley 变频器具有在球磨机瞄点所需的六赫兹下工作的转矩控制能力。该变频器能够分离并独立控制产生电流的马达磁通和扭矩,从而使其在零转速下输出全部扭矩。上述能力配合精确的马达转速控制,使得该变频器能够处理苛刻的马达控制应用,包括通常用于直流马达的应用。

当变频器运抵 Ash Grove 时,他们发现,由于设计的原因,这次的安装难度要高于以往。于是,Wright 联系 Rockwell Automation 寻求帮助。Rockwell Automation 现场服务工程师提供了变频器启动服务,帮助 Wright 正确地对变频器应用进行了编程和故障处理,期间未出现任何问题。

Wright 回忆说:“Rockwell Automation 的工程师帮助我们调试了变频器,在到场后的一小时内就完成了所有工作。这种无缝、快速的转换有助于缩短集成和实际机器运行之间的时间。”

通过将变频器连接到现有的 Allen-Bradley ControlLogix® 可编程自动化控制器,Ash Grove 提高了运营绩效、能够实时访问重要的生产数据并通过先进的诊断和保护功能保护宝贵的资产。这种集成方法可帮助 Ash Grove 通过提高生产力和降低成本来强化其业务的盈利能力。

Ash Grove 位于堪萨斯州 Chanute 的整个工厂拥有近 1000 台马达为各种应用提供动力,每年可生产 1.5 亿吨熟料。

成果

实施 Rockwell Automation 的变频器技术使得 Ash Grove 获得了可靠的马达控制、财务节约,并提高了资产保护能力。

Wright 说:“在一个日夜不停生产水泥并使用近 1000 台马达为运营提供动力的工厂里维护电气设备是一个苦差。变频器技术的可靠性不仅使作为电气工程师的我感到安心,它还有助于改善生产,将正常运行时间提高到 90% 以上。”

Rockwell Automation 工程师的应用知识结合变频器的技术能力帮助 Ash Grove 节约了资金。

Wright 说:“除了成本比中压变频器低一半多以外,在这项应用中使用低压变频器还有助于节约与维护和能耗有关的资金,并让操作员更好地完成作业。”

Ash Grove 通过选择低压变频器实现了 25 万美元的初始节约,并且每年都能节约数千美元的维护费用。跟以前的发电机不同,平稳的变频器技术有助于减少设备的机械磨损,并帮助节约维护马达所需的时间和资金。除了进行年度马达维护作业以外,这种新型变频器对马达维护和重绕(如有的话)要求极低。使变频器以极低的转速执行受控定位作业的能力简化了常规球磨机维护所需的瞄点过程。

“我们认为维护马达是一项持久性的工作。”Wright 说道,“保护好马达而不是让它一直运转到损坏为止能够帮我们节约更多的资金。”

除了减少马达和齿轮箱维护以及设备更换的费用以外,Ash Grove 还降低了耗电量。

Wright 说:“过去,我们在瞄点过程中需要运行发电机的马达。变频器不同于发电机,它在我们检修磨机时消耗的电力极少,从而实现了能源节约。”

为了保护其在马达技术方面的投资,Ash Grove 开发了一项整体维护策略:根据需要在 Rockwell Automation 的支持下为内部工作提供补充。

“事实证明,使用低压变频器为中压应用供电的创新技术是一种可靠且经济高效的解决方案。”Wright 说道,“我们计划在未来与 Rockwell Automation 合作开发能够帮助我们实现目标的现成方法。”

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