西門子全集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這一全球首個(gè)真正針對(duì)整個(gè)驅(qū)動(dòng)鏈提供的“一站式”解決方案,，2011年5月,，上海汽輪機(jī)廠超速動(dòng)平衡試驗(yàn)室驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)改造成功，便實(shí)現(xiàn)了93%的節(jié)能效果,，幫助工廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排任務(wù),。西門子全集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)助上汽動(dòng)平衡裝備動(dòng)力能耗成本降低93%

上海汽輪機(jī)廠被譽(yù)為“中國(guó)汽輪機(jī)搖籃”,，成立于1953年，是中國(guó)第一家設(shè)計(jì)與制造汽輪機(jī)的企業(yè),，以設(shè)計(jì),、制造火電汽輪機(jī)、核電汽輪機(jī)和重型燃?xì)廨啓C(jī)為主,。在上個(gè)世紀(jì)80年代后,，開始快速發(fā)展，現(xiàn)在汽輪機(jī)產(chǎn)量世界第一,，年產(chǎn)量超過36000萬千瓦,，銷售額100億人民幣。超速動(dòng)平衡試驗(yàn)臺(tái)每年需要試車200根左右的轉(zhuǎn)子,，支持600 MW,、1000 MW、1200 MW轉(zhuǎn)子試車,，可試車超超臨界機(jī)組,，轉(zhuǎn)子最大重量200噸。

改造前上海汽輪機(jī)廠的試驗(yàn)平臺(tái)是國(guó)內(nèi)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的第一套高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置,，迄今有近40年歷史,。40年來超速動(dòng)平衡試車系統(tǒng)一直是上汽廠引以為豪的核心裝備，一度是華東地區(qū)唯一能承擔(dān)大型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試車的專用裝備,，幾十年來為汽輪機(jī)廠也為國(guó)家裝備制造業(yè)做出過重大的貢獻(xiàn),。它由測(cè)量系統(tǒng)，真空系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三部分組成,；其中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用8MW凝汽式汽輪機(jī),，由三臺(tái)20噸/小時(shí)的蒸汽鍋爐提供蒸汽來驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)。每根轉(zhuǎn)子的試車的驅(qū)動(dòng)能源成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于行業(yè)的平均水平,。由于系統(tǒng)龐大,，成本高企，污染嚴(yán)重,，漸漸成為拖累企業(yè)發(fā)展的一樁“心病”,。

高速動(dòng)平衡試驗(yàn)是汽輪機(jī)質(zhì)量的保證，是每個(gè)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子必須經(jīng)過的生產(chǎn)過程,。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是平衡試驗(yàn)臺(tái)的核心,，為試驗(yàn)臺(tái)提供動(dòng)力。其穩(wěn)定運(yùn)行是關(guān)鍵,。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造是一個(gè)復(fù)雜的工程,，不僅涉及到供電系統(tǒng)，冷卻水循環(huán)系統(tǒng),，電機(jī),，高速齒輪箱等系統(tǒng),，還包括基礎(chǔ)設(shè)施的改造；未知因素多,。由于技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)極高,，如果沒有十分把握，不敢貿(mào)然行動(dòng),，因而長(zhǎng)期拖延,。

加之每年只有3月至5月這個(gè)期間，上海汽輪機(jī)廠的大部分轉(zhuǎn)子在加工途中,，測(cè)試任務(wù)少,，能否在這個(gè)期間內(nèi)完成動(dòng)力系統(tǒng)的升級(jí)改造，是上汽動(dòng)平衡選擇方案的關(guān)鍵因素,。

企業(yè)當(dāng)時(shí)面臨兩難選擇：改造超速動(dòng)平衡試驗(yàn)室的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置,，一旦驅(qū)動(dòng)裝置不穩(wěn)定，或者工期拖延有可能影響企業(yè)的全年生產(chǎn)任務(wù),，影響經(jīng)濟(jì)效益,。不改造，能源成本過高,，同時(shí)影響企業(yè)十二五的節(jié)能減排指標(biāo)的完成,。蒸汽鍋爐還存在污染嚴(yán)重,，噪音擾民等嚴(yán)重影響企業(yè)社會(huì)聲譽(yù)的問題,。

當(dāng)西門子把《動(dòng)平衡測(cè)試平臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造方案》提交到上海汽輪機(jī)廠領(lǐng)導(dǎo)面前，上汽廠終于下定了改造的決心,。該解決方案中大型傳動(dòng)系統(tǒng)選擇了2臺(tái)5MW SINAMICS GM150變頻調(diào)速裝置和2臺(tái)4MW H-Compact PLUS高壓電機(jī),。齒輪箱選擇了1臺(tái)9MW 1:2.5具有調(diào)節(jié)裝置的定制弗蘭德齒輪箱。還有3臺(tái)定制的高性能絕緣聯(lián)軸器,，1臺(tái)定制的輔助齒輪箱,。自動(dòng)控制系統(tǒng)使用了SIMATIC S7-300 PLC和WinCC系統(tǒng)。整個(gè)方案全部采用西門子產(chǎn)品,，使用通用的軟件,，標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)，設(shè)計(jì),、運(yùn)行在統(tǒng)一的環(huán)境,，完美支持整個(gè)產(chǎn)品生命周期管理，特別是對(duì)設(shè)計(jì)和運(yùn)行階段的完善支持,。不必為不同系統(tǒng)的接口不匹配做額外的工作,，從而簡(jiǎn)化參數(shù)設(shè)置、調(diào)試和診斷操作,，最終大大縮短組態(tài)時(shí)間,，完全可以保障驅(qū)動(dòng)升級(jí)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成,。

因此上海汽輪機(jī)廠做出了現(xiàn)在看來非常正確，而當(dāng)初意味著必須承受很大壓力的兩條決定,，一是甘冒風(fēng)險(xiǎn),，采用當(dāng)今最先進(jìn)的高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)；二是由于國(guó)內(nèi)沒有可以參考的項(xiàng)目,，所以改造技術(shù)整體解決方案只能依靠企業(yè)與西門子協(xié)作解決,，這需要對(duì)西門子解決方案擁有十二分的信心。

在工程的實(shí)施過程,，上汽動(dòng)平衡更加體會(huì)到了西門子方案的優(yōu)越性,，由于所有方案都是西門子一家提供的，在實(shí)施過程中,，出現(xiàn)的所有技術(shù)問題,，西門子挺身而出，毫不推托,，解決問題效率高,。避免了以前多家企業(yè)參與的方案中，各家企業(yè)推卸責(zé)任的問題,，大大提高了安裝,，調(diào)試的速度。

橫向驅(qū)動(dòng)總成,，能效提高

超速動(dòng)平衡試驗(yàn)室要求驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在低轉(zhuǎn)速下有較大的啟動(dòng)扭矩,，可快速啟動(dòng)，制動(dòng),。在通過轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速時(shí)具有高扭矩功能,，能使轉(zhuǎn)子快速經(jīng)過其臨界轉(zhuǎn)速。驅(qū)動(dòng)與增速齒輪箱聯(lián)接,，將轉(zhuǎn)速升速到轉(zhuǎn)子試驗(yàn)要求轉(zhuǎn)速,。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，電機(jī)是動(dòng)力源,，提供驅(qū)動(dòng)力,；通過增速齒輪箱提高轉(zhuǎn)速；增速齒輪箱的輸出與中間軸連接,，中間軸裝置作為大氣環(huán)境與真空環(huán)境的過渡裝置,，將扭矩傳遞給試驗(yàn)轉(zhuǎn)子，并帶動(dòng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn),，起到軸向連接的作用,；同時(shí)具有調(diào)節(jié)軸向位移的功能(可軸向±40mm移動(dòng))，便于與試驗(yàn)轉(zhuǎn)子的聯(lián)接，起到調(diào)節(jié)作用,；配有盤車電機(jī),，具有盤車功能；配有軸向止推軸承,，可承受試驗(yàn)轉(zhuǎn)子的軸向推力,；設(shè)有動(dòng)密封裝置，減少由大氣側(cè)泄露到真空艙內(nèi)的空氣量等,。

該方案全部采用西門子的整體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),，包括電機(jī)、齒輪箱,、聯(lián)軸器等連接到驅(qū)動(dòng)總線的所有產(chǎn)品,。機(jī)械傳動(dòng)部分，設(shè)計(jì)統(tǒng)一,、接口通用,、標(biāo)準(zhǔn)一致，因而功能集成簡(jiǎn)單,，機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)一致,，采用通用性產(chǎn)品，即可達(dá)到機(jī)械傳動(dòng)效率最優(yōu),，能源效率高,，節(jié)能效果更好。

上汽動(dòng)平衡動(dòng)力系統(tǒng)改進(jìn)后,，每根轉(zhuǎn)子的平均驅(qū)動(dòng)能源成本大幅下降,，節(jié)約成本達(dá)93%。以每年試車180根轉(zhuǎn)子,，每年為企業(yè)節(jié)約資金1000萬元,。使用西門子驅(qū)動(dòng)方案后,，在節(jié)能技術(shù)方面,，達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

縱向數(shù)據(jù)總線,，性能提升

超速動(dòng)平衡驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在升速,、穩(wěn)速、反向制動(dòng)等一系列技術(shù)性能方面,，要求轉(zhuǎn)速平穩(wěn),，控制精準(zhǔn)。在3000轉(zhuǎn)/分鐘時(shí),，誤差不超過2轉(zhuǎn),，誤差率小于千分之一。并可穩(wěn)速升至最高轉(zhuǎn)速4350轉(zhuǎn)/分鐘。

經(jīng)過調(diào)研,，目前動(dòng)平衡驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中,，直流調(diào)速電機(jī)是主流，但直流調(diào)速系統(tǒng)存在兩個(gè)很大的弱點(diǎn),，一是系統(tǒng)龐大復(fù)雜,，傳動(dòng)鏈長(zhǎng)；二是系統(tǒng)的故障率高,、維修成本高,。而最先進(jìn)的高壓交流變頻技術(shù)，裝置體積小,，效率高,，還可以更容易地實(shí)現(xiàn)各種功能復(fù)雜但在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單控制方案。同時(shí)可轉(zhuǎn)速自調(diào)整,，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),。但交流電機(jī)國(guó)內(nèi)外沒有可參考案例，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高,。

西門子方案工程組態(tài),，驅(qū)動(dòng)總成，PLC控制器等全部基于西門子的全集成自動(dòng)化TIA,，系統(tǒng)基于統(tǒng)一的協(xié)議,，通用性好，沒有接口不匹配的風(fēng)險(xiǎn),，信息可以方便的在驅(qū)動(dòng)總成和控制器之間傳輸,。高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)要求控制效果精益求精，使用整體性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),，可以使用簡(jiǎn)單的控制方案,，輕松地利用PLC控制器實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。

在動(dòng)力系統(tǒng)改造過程中,，項(xiàng)目組充分體會(huì)到了該方案的優(yōu)點(diǎn),。在系統(tǒng)調(diào)試階段，在3600轉(zhuǎn)/分鐘,，4320轉(zhuǎn)/分鐘等關(guān)鍵轉(zhuǎn)速點(diǎn)上,，系統(tǒng)出現(xiàn)了劇烈的震動(dòng)現(xiàn)象。西門子方案具有變量跟蹤,、系統(tǒng)診斷功能,，對(duì)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)總成和控制器所有狀態(tài)進(jìn)行直觀的診斷?？梢圆挥镁幊?，顯示基本信息和實(shí)時(shí)信息,，大大提高調(diào)試效率。在遇到問題后,，借助工具,，僅花幾天時(shí)間，便找到問題原因,，排除了困難,，有效保證了系統(tǒng)的性能。

采用雙電機(jī)串軸方案,，可以在測(cè)試小轉(zhuǎn)子的時(shí)候使用任意一臺(tái)電機(jī),，另一臺(tái)電機(jī)無需啟動(dòng)，提高了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率,；更重要的是當(dāng)一套變頻器或是電機(jī)故障時(shí),，即使測(cè)試大轉(zhuǎn)子，也可以通過臨時(shí)調(diào)低某些參數(shù)繼續(xù)保障整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行,。從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性,。這些切換功能在調(diào)試中均一一試驗(yàn)，客戶操作員只需要在屏幕上簡(jiǎn)單操作即可完成各種測(cè)試模式的轉(zhuǎn)換,。

西門子驅(qū)動(dòng)上汽進(jìn)入新境界

自從西門子正式進(jìn)場(chǎng)的第一天起,，分分秒秒都在與時(shí)間賽跑。由于準(zhǔn)備充分,，加上各路人馬每天12個(gè)小時(shí)以上的立體交錯(cuò)作業(yè),，動(dòng)平衡改造進(jìn)展創(chuàng)造了速度上的奇跡，一個(gè)個(gè)紀(jì)錄在大家的合力拼搏下誕生,。拆除原有汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)龐大的裝備,，僅用兩天時(shí)間；將兩臺(tái)4000千瓦高壓電機(jī),、精密齒輪箱,、變頻控制系統(tǒng)等大型設(shè)備安裝就位，只花一星期,；全部完成所有設(shè)備的基礎(chǔ)改造,、澆筑、固定和調(diào)整,，僅用一個(gè)月時(shí)間,；油系統(tǒng)管路、水系統(tǒng)管路,、電路、信號(hào)系統(tǒng)排管布線全部穿插進(jìn)行,，沒有耽擱一天時(shí)間,，現(xiàn)場(chǎng)安裝工作節(jié)奏之快，效率之高，令人贊嘆,！

因?yàn)槿紫到y(tǒng)使用單一的供應(yīng)商,，可以避免出現(xiàn)故障后供應(yīng)商“扯皮”現(xiàn)象，提升服務(wù)水平,，有效提高故障解決速度,。依托于西門子全集成環(huán)境，降低了服務(wù)門檻,，有效提升服務(wù)水平,。

就此，上海汽輪機(jī)廠2011年3月-5月利用西門子方案,，快速實(shí)現(xiàn)了超速動(dòng)平衡試驗(yàn)室驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的升級(jí)改造,。通過了200轉(zhuǎn)/分的升速、穩(wěn)速和反向制動(dòng)等一系列技術(shù)性能考驗(yàn),，轉(zhuǎn)速平穩(wěn),，控制精準(zhǔn)等技術(shù)考驗(yàn)，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先的技術(shù)水平,。轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分鐘時(shí),，控制誤差從±10轉(zhuǎn)降低到±1轉(zhuǎn)，達(dá)到誤差低于千分之一,，實(shí)現(xiàn)了超高的控制精度,，同時(shí)提高了調(diào)速穩(wěn)定性，避免了燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子裂紋的產(chǎn)生,。上汽總動(dòng)力師李斌先生說：“這是我們上汽廠自主設(shè)計(jì)建設(shè)的國(guó)內(nèi)首臺(tái)大容量,，高水平交流變頻驅(qū)動(dòng)超速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝備，技術(shù)裝備性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,，得益于西門子先進(jìn)可靠的驅(qū)動(dòng)技術(shù),。”

系統(tǒng)改造前，每根轉(zhuǎn)子測(cè)試前的啟動(dòng)時(shí)間便要2天,，而現(xiàn)在整根轉(zhuǎn)子的全部測(cè)試僅需0.5天即可完成,。同時(shí)升速、制動(dòng)速度大大提高,，85噸轉(zhuǎn)子制動(dòng)時(shí)間由原來的2.5小時(shí)降低到0.5小時(shí),，轉(zhuǎn)速提升到3000轉(zhuǎn)/分鐘所花費(fèi)的時(shí)間從40分鐘降低到僅需10分鐘，并且實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào),，率先達(dá)到了轉(zhuǎn)子測(cè)試完全定制,，參數(shù)隨時(shí)輸入的國(guó)內(nèi)首創(chuàng)測(cè)試水準(zhǔn)，大大提高了生產(chǎn)效率,。

改造為上汽廠帶來了實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)效益,，每個(gè)轉(zhuǎn)子的試車成本顯著大幅降低,。改造完成后，關(guān)閉蒸汽鍋爐以及冷卻水系統(tǒng),，節(jié)約20余個(gè)勞動(dòng)力,，經(jīng)濟(jì)效益可觀。上汽李總坦言：“改造之后能耗降低了93%,，每年可節(jié)約成本1000余萬元,。”

西門子的全集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使上海汽輪機(jī)廠獲得的不僅僅只是驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品,，而是一個(gè)真正涵蓋整個(gè)驅(qū)動(dòng)鏈的“一站式”解決方案,，能夠提供實(shí)實(shí)在在的價(jià)值增值，助力上汽躍升進(jìn)入了節(jié)能工廠的新境界,。