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化工新材料因其質(zhì)量更輕、性能更優(yōu)、功能性更強，一直是一個國家化工技術(shù)水平的重要體現(xiàn)，也是支撐戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和重大工程不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)。無論是汽車的輕量化、民用客機的大型化，還是電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展、人類宇宙探索都離不開化工新材料的身影。中國作為制造業(yè)大國，對化工新材料的市場需求巨大，但產(chǎn)量和種類卻難以滿足實際需求。據(jù)統(tǒng)計，2019年中國化工新材料產(chǎn)業(yè)消費量約3488萬噸，自給率為70.6%，其中，自給率最低的為高端聚烯烴，僅為45.3%。面對巨大的供需缺口，傳統(tǒng)化工企業(yè)加快了轉(zhuǎn)型升級的步伐，并以高效節(jié)能的數(shù)字化和智能化裝備作為新動能，推動化工新材料產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展。

某化工集團是中國500強企業(yè)。歷經(jīng)50年的矢志創(chuàng)新，該集團已發(fā)展成為主業(yè)突出、產(chǎn)業(yè)鏈完整的綜合型化工企業(yè)集團。為加速推進由成本型競爭向價值型競爭的轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，公司啟動了第三次創(chuàng)業(yè)征程，培育產(chǎn)業(yè)新集群，建立化工新材料公司，并積極推動碳三碳四綜合利用項目的建設(shè)，以全球領(lǐng)先的理念和高起點，向世界一流化工新材料企業(yè)的目標(biāo)邁進。

作為該集團第三次創(chuàng)業(yè)的龍頭項目，碳三碳四綜合利用項目分兩期建設(shè)，其中，前期工程投資約128億元，主要建設(shè)60萬噸/年丙烷脫氫制丙烯裝置、80萬噸/年丁烷異構(gòu)化裝置、30萬噸/年環(huán)氧丙烷聯(lián)產(chǎn)78萬噸/年叔丁醇裝置、15萬噸/年合成氨等裝置。項目全部采用全球先進的工藝技術(shù)建設(shè)，尤其在能耗和資源消耗等指標(biāo)方面，力爭做到行業(yè)最優(yōu)。為此，該企業(yè)希望尋求更加綠色節(jié)能、安全可靠的智能變頻調(diào)速系統(tǒng)解決方案，助力企業(yè)實現(xiàn)降本增效和可持續(xù)性發(fā)展，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。

挑戰(zhàn)

石油化工行業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)行業(yè)，同時也是耗能大戶，其主要生產(chǎn)工藝都是通過電機帶動各類泵、風(fēng)機、壓縮機來完成。在化工企業(yè)中，85%以上的電力消耗都源于交流電機，交流電機拖動水泵、風(fēng)機類負(fù)載，多數(shù)的泵、風(fēng)機負(fù)載功率的節(jié)能潛力巨大。實踐證明，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，不僅可以減少電機、風(fēng)機、泵和閥門等設(shè)備的故障率，延長其使用壽命，而且節(jié)能效果顯著，從而實現(xiàn)了電機、風(fēng)機、泵類設(shè)備的經(jīng)濟運行。

但對于化工企業(yè)而言，尋求到合適的變頻調(diào)速系統(tǒng)解決方案卻并非易事。很多化工企業(yè)在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，變頻器產(chǎn)品存在諧波輸出大，波形不好，電機發(fā)熱量大等問題，不能很好地實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。而且，大多數(shù)變頻調(diào)速系統(tǒng)沒有旁路設(shè)計，維修時會導(dǎo)致停車，影響生產(chǎn)的正常進行，對于以連續(xù)性生產(chǎn)為特點的化工行業(yè)，停車將造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，該企業(yè)希望變頻調(diào)速系統(tǒng)解決方案能夠有效抑制諧波并具備旁路設(shè)計，以避免上述問題的發(fā)生。

此外，在由基礎(chǔ)化工向新材料、新能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的同時，該化工集團也正積極融入到新一輪數(shù)字化建設(shè)的浪潮中，以數(shù)字化轉(zhuǎn)型作為公司新戰(zhàn)略的助推器。所以，該企業(yè)希望變頻調(diào)速系統(tǒng)解決方案具備數(shù)字化接口，并可融入增強現(xiàn)實等新一代信息技術(shù)，為未來的數(shù)字化工廠建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。

解決方案

憑借先進的技術(shù)和豐富的應(yīng)用經(jīng)驗，羅克韋爾自動化的智能變頻調(diào)速系統(tǒng)解決方案獲得了客戶的青睞。針對客戶的各項需求，羅克韋爾自動化為其量身定制了智能變頻調(diào)速系統(tǒng)解決方案，涵蓋24臺PowerFlex6000交流變頻器、Allen‑Bradley®CompactLogixPLC、自動旁路柜等。

PowerFlex系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，以高可靠性、易操作、高性能為設(shè)計目標(biāo)，滿足用戶對于風(fēng)機、水泵等設(shè)備調(diào)速節(jié)能、改善生產(chǎn)工藝的迫切需要，可實現(xiàn)電機參數(shù)的自動整定、高壓掉電恢復(fù)自動重啟、旋轉(zhuǎn)啟動、系統(tǒng)狀態(tài)變量的實時顯示和監(jiān)控，以及完善的電機和變頻器保護功能，保證設(shè)備的連續(xù)可靠運行。為了最大限度地縮短高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)安裝的施工周期，系統(tǒng)采用了一體化設(shè)計的理念，包括變壓器柜、功率柜、控制柜等所有部件及內(nèi)部連線，用戶只須連接高壓輸入、高壓輸出、低壓控制電源和控制信號線即可。

在該項目中，PowerFlex6000變頻器輸入電壓為10kV，輸出電壓為0~10kV，內(nèi)置輸入變壓器和多脈沖整流可有效抑制輸入側(cè)諧波,變頻器的輸入可直接接入電網(wǎng)進線開關(guān)。逆變器的輸出為近似正弦的電壓和電流波形，變頻器的輸出可以直接接10kV電機，電機不需作任何改動。

變頻器控制系統(tǒng)的可編程控制器采用了高可靠性的Allen‑Bradley®CompactLogix系列PLC，支持RS485、Modbus-RTU、Profibus-DP、TCP/IP、DeviceNet等通信方式，并反饋變頻裝置的主要狀態(tài)信號和故障報警信號，實現(xiàn)與現(xiàn)場控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制。同時，可以根據(jù)用戶的需要擴展控制開關(guān)量，增強了系統(tǒng)的靈活性。開關(guān)量的輸入和輸出、模擬量的輸入和輸出均有一定的備用。

為支持企業(yè)的數(shù)字化和智能化工廠建設(shè)，變頻調(diào)速系統(tǒng)采用了靈活的可編程數(shù)字量和模擬量接口，可與DCS直接連接，實現(xiàn)設(shè)備與現(xiàn)場過程控制的完善結(jié)合。PowerFlex系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)可以通過上位機進行實時狀態(tài)監(jiān)控，并可進行啟動、停車、急停、復(fù)位、設(shè)定運行頻率、參數(shù)刷新、查看故障記錄等控制操作，一臺上位機可監(jiān)控多臺下位變頻調(diào)速系統(tǒng)的運行。同時，用戶可在異地實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，并可與羅克韋爾自動化的ROCKii智能運維平臺解決方案無縫結(jié)合，實現(xiàn)工廠的遠(yuǎn)程智能運維，為未來實現(xiàn)數(shù)字化智能工廠奠定良好的基礎(chǔ)。

效果

走可持續(xù)發(fā)展之路，創(chuàng)建中國一流的綠色化工企業(yè)，一直是該化工集團秉持的發(fā)展理念。在羅克韋爾自動化變頻調(diào)速系統(tǒng)解決方案和其他先進工藝的共同助力下，新項目建成后，企業(yè)的能耗、資源消耗等指標(biāo)將遠(yuǎn)低于行業(yè)平均水平，符合國家最新環(huán)保及綜合利用政策的要求，實現(xiàn)安全、環(huán)保、節(jié)能、高效的生產(chǎn)目標(biāo)。

作為該化工集團實現(xiàn)基業(yè)長青的基石，碳三碳四綜合利用項目將為企業(yè)實現(xiàn)世界中高端功能化學(xué)品、新材料和新能源供應(yīng)商的戰(zhàn)略目標(biāo)奠定基礎(chǔ)，更將鞏固北海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)成為世界高端化工新材料產(chǎn)業(yè)基地的地位。一期項目達產(chǎn)后可實現(xiàn)總產(chǎn)值約118億元，利稅32.3億元，同時能創(chuàng)造直接就業(yè)崗位千余個，間接帶動就業(yè)3000人以上。

該企業(yè)對羅克韋爾自動化的產(chǎn)品和項目團隊給予了高度的評價：“羅克韋爾自動化是全球優(yōu)秀的自動化和數(shù)字化產(chǎn)品供貨商，產(chǎn)品性能可靠，業(yè)績豐富。相信通過應(yīng)用羅克韋爾自動化的變頻器產(chǎn)品，一定會助力碳三碳四綜合利用項目的能耗和資源消耗等指標(biāo)的達成，為企業(yè)帶來巨大的技術(shù)價值和商業(yè)價值。”

化工新材料產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新與高質(zhì)量發(fā)展，不僅是石化強國的關(guān)鍵內(nèi)容，也是制造強國的關(guān)鍵所在。展望可期的未來，羅克韋爾自動化愿攜手化工企業(yè)，通過安全、環(huán)保、節(jié)能、高效的數(shù)字化和智能化解決方案，賦能企業(yè)在新機遇下實現(xiàn)騰飛。

小羅有話說

化工新材料作為一個國家化工技術(shù)水平的重要體現(xiàn)， 市場需求量巨大，傳統(tǒng)化工企業(yè)轉(zhuǎn)型升級已迫在眉睫。羅克韋爾自動化為化工企業(yè)提供綠色節(jié)能、安全可靠的智能變頻調(diào)速系統(tǒng)解決方案，為未來數(shù)字化工廠奠定基礎(chǔ)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，更快、更靈活的智能運維，帶動企業(yè)發(fā)展。