變頻器在鋼化玻璃上的變頻技術(shù)應(yīng)用

1 前言
   隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，各種玻璃制品被廣泛用于建筑、汽車工業(yè)、生活用具等領(lǐng)域，玻璃制品加工過程中常需要進(jìn)行鋼化處理，其主要作用是為了提高玻璃制品的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。經(jīng)過鋼化處理的玻璃與普通玻璃相比具有強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定好等，因而比普通玻璃有著更加廣泛的應(yīng)用，各種玻璃鋼化設(shè)備技術(shù)也在不斷改善與提高。
   本文講述了變頻器在某玻璃機(jī)械有限公司生產(chǎn)的LDG2110型水平輥道式鋼化爐玻璃鋼化設(shè)備中的應(yīng)用，和調(diào)試中應(yīng)注意的問題。
   2 玻璃鋼化原理及作用2.1 玻璃鋼化原理 玻璃鋼化主要是先把玻璃加熱，然后經(jīng)過快速冷卻使玻璃內(nèi)部具有很大的張應(yīng)力，從而在其表面產(chǎn)生更大的壓應(yīng)力，其作用如同預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土利用受拉鋼筋在需要增強(qiáng)的部份產(chǎn)生壓應(yīng)力一樣，不同的是預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土只在局部產(chǎn)生壓應(yīng)力，而鋼化玻璃則是在全部表面產(chǎn)生壓應(yīng)力。玻璃的鋼化淬火過程與金屬的表面淬火處理的硬化過程也不同，玻璃的鋼化處理并沒有對(duì)玻璃表面進(jìn)行硬化，因而玻璃鋼化后，表面抗擦傷、劃傷的能力并不會(huì)有明顯提高。2.2 玻璃鋼化的作用 玻璃屬于脆性材料，脆性材料的強(qiáng)度在很大程度上取決于其表面結(jié)構(gòu)，玻璃表面看起來很完整光滑，但實(shí)際上存在大量的微裂紋，微裂紋在張應(yīng)力作用下起初是裂紋擴(kuò)大，然后從表面開始破裂，因此若能消除這些表面微裂紋的影響，其抗張強(qiáng)度就可顯著提高，鋼化方法是消除表面微裂紋影響的一種有效方法，它使玻璃表層處于強(qiáng)大壓應(yīng)力之下，只有當(dāng)外界作用于玻璃表層的張應(yīng)力超過其可承受的壓應(yīng)力時(shí)玻璃才有可能破裂，因而經(jīng)過鋼化的玻璃可提高抗強(qiáng)力。2.3 鋼化玻璃的主要特點(diǎn)（1） 安全性 鋼化玻璃破碎后成為細(xì)小的碎片，呈鈍角形，而不會(huì)形成鋒利的尖角，破片時(shí)不會(huì)對(duì)人體造成重大傷害，具有一定的安全性。（2） 強(qiáng)度高 鋼化玻璃表面存在相當(dāng)大的壓應(yīng)力，因此具有較高的強(qiáng)度，其強(qiáng)度是普通退火玻璃的4倍左右，可滿足高層、超高層建筑行業(yè)應(yīng)用要求。（3） 熱穩(wěn)定性 鋼化玻璃具有良好的熱穩(wěn)定性，鋼化玻璃能經(jīng)受的溫差是普通退火玻璃的2.5～3倍，更能適用于溫度較高的場(chǎng)合。
   3 水平輥道式鋼化爐的電氣構(gòu)成3.1 水平輥道式鋼化爐的主要構(gòu)成 水平輥道式鋼化爐主要由裝片臺(tái)、加熱區(qū)、鋼化冷卻區(qū)、卸片臺(tái)、操作臺(tái)、電氣控制柜等組成，其中裝片臺(tái)、加熱區(qū)、冷卻區(qū)及卸片臺(tái)均通過擺線針輪減速器帶動(dòng)鏈條傳動(dòng)，整體運(yùn)行平穩(wěn)。鋼化冷卻區(qū)由鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行迅速風(fēng)冷，其風(fēng)道設(shè)有上、下風(fēng)柵可提高玻璃鋼化成品率，加熱區(qū)加熱體采用經(jīng)濟(jì)而耐用的石英陶瓷實(shí)心輥道，輻射板上、下均采用耐高溫鋼板相連，設(shè)備圖如圖1所示。
   圖1 水平輥道式玻璃鋼人爐設(shè)備示意
   本文以LDG2110型水平輥道式鋼化爐為例，其主要規(guī)格如表1所示:
   爐型 最大玻璃尺寸 生產(chǎn)能力 裝機(jī)功率（KW）
   加熱 傳動(dòng) 風(fēng)機(jī) 合計(jì)
   LDG2412 2100*1000 49 160 10 160 330
   表1 水平輥道式鋼化爐規(guī)格
   3.2 水平輥道式鋼化爐的電氣控制水平輥道式鋼化爐的電氣構(gòu)成主要由裝片臺(tái)傳動(dòng)電機(jī)、加熱區(qū)傳動(dòng)電機(jī)、冷卻區(qū)傳動(dòng)電機(jī)、冷卻鼓風(fēng)機(jī)、卸片臺(tái)傳動(dòng)電機(jī)及各種接近開關(guān)、溫度控制儀、編碼器等構(gòu)成，其電氣控制方案采用HMI（人機(jī)界面）+PLC+變頻器控制方式，具有全自動(dòng)、半自動(dòng)、手工等多種控制功能。鋼化爐各個(gè)單元的啟動(dòng)、停車、正反轉(zhuǎn)、速度控制均可通過HMI（人機(jī)界面）直接設(shè)定，同時(shí)HMI可監(jiān)控加熱溫度、冷卻風(fēng)壓、傳送速度等參數(shù)，方便操作，鋼化爐電氣控制系統(tǒng)示意圖如圖2所示。
   圖2 水平輥道式鋼化爐電氣控制示意圖
   各單元采用普通三相異步機(jī)及擺線針輪減速器傳動(dòng)，主要參數(shù)如表2所示。
   控制單元 主要參數(shù)
   功率 極數(shù) 轉(zhuǎn)速rpm
   裝片傳動(dòng)電機(jī) 1.5KW 4 1480rpm
   加熱傳動(dòng)電機(jī) 1.5KW 4 1480rpm
   冷卻傳動(dòng)電機(jī) 1.5KW 4 1480rpm
   冷卻風(fēng)動(dòng)電機(jī) 160KW 4 1480rpm
   卸片傳動(dòng)電機(jī) 1.5KW 4 1480rpm
   表2 水平輥道式鋼化爐傳動(dòng)電機(jī)參數(shù)
 
   4變頻器的應(yīng)用隨著鋼化玻璃應(yīng)用的推廣，其鋼化設(shè)備控制技術(shù)也不斷改善，變頻調(diào)速技術(shù)是目前主要交流調(diào)速方法之一，目前玻璃鋼化設(shè)備已逐步采用變頻調(diào)速控制，根據(jù)水平輥道式鋼化爐的傳動(dòng)負(fù)載特性，其裝片臺(tái)、加熱區(qū)、冷卻區(qū)及卸片臺(tái)的傳動(dòng)電機(jī)均采用普傳恒轉(zhuǎn)矩通用型變頻器，由于玻璃鋼化工藝特點(diǎn)要求冷卻風(fēng)機(jī)能在短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)到設(shè)定速度運(yùn)行，此設(shè)備中要求在20S左右時(shí)間內(nèi)完成啟動(dòng)，考慮到變頻器加速過程中過載能力，這里選用普傳恒轉(zhuǎn)矩型變頻器，其過載能力可達(dá)150%，1分鐘，具體選型如表3示。
   控制單元 變頻器 標(biāo)號(hào)
   裝片傳動(dòng)電機(jī) PI7600 1R5G3 FC1
   加熱傳動(dòng)電機(jī) PI7600 1R5G3 FC2
   冷卻傳動(dòng)電機(jī) PI7600 1R5G3 FC3
   冷卻風(fēng)動(dòng)電機(jī) PI7800 160G3 FC4
   卸片傳動(dòng)電機(jī) PI7600 1R5G3 FC5
   表3 各傳動(dòng)單元變頻器選型
 
   玻璃鋼化變頻器控制過程主要如下:由裝片臺(tái)傳動(dòng)變頻器FC1將玻璃制品傳動(dòng)到加熱區(qū)進(jìn)行加熱，在加熱區(qū)內(nèi)通過FC2變頻器控制電機(jī)前后反復(fù)運(yùn)行，使玻璃溫度達(dá)到鋼化前設(shè)定溫度，并充分受熱，約5分鐘后將受熱后的玻璃由FC2傳送到冷卻區(qū)進(jìn)行快速冷卻，玻璃制品*到達(dá)冷卻區(qū)的同時(shí)鼓風(fēng)機(jī)變頻器FC4啟動(dòng)風(fēng)機(jī)完成啟動(dòng)過程，并以設(shè)定最高速度運(yùn)行，這時(shí)FC3變頻器控制電機(jī)前后反復(fù)運(yùn)行，約8分鐘后由卸片變頻器FC5將鋼化后玻璃制器送出完成整個(gè)玻璃制品的鋼化過程，一個(gè)過程約在15分鐘左右，各單元變頻器控制電路如圖3所示。
   圖3 水平輥道式鋼化爐變頻控制示意圖 鼓風(fēng)機(jī)變頻器采用兩段速控制，玻璃制品處于非冷卻階段時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)保持低速運(yùn)行，當(dāng)玻璃制品到達(dá)冷卻區(qū)時(shí)鼓風(fēng)機(jī)以高速運(yùn)行，運(yùn)行速度根據(jù)工藝要求與現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)定，鼓風(fēng)機(jī)變頻器控制電路如圖4所示。
 
   圖4 鼓風(fēng)機(jī)變頻器控制電路 鼓風(fēng)機(jī)變頻器的兩段速運(yùn)行通過面板數(shù)字設(shè)定與外部端子控制來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)X1端子閉合時(shí)鼓風(fēng)機(jī)變頻低速運(yùn)行，當(dāng)X1斷開時(shí)變頻器按數(shù)字設(shè)定的頻率運(yùn)行，以鼓風(fēng)機(jī)變頻器為例，其參數(shù)設(shè)定如表4所示。
 
   主要參數(shù) 設(shè)定值 含義
   F63 1 多段速度有效
   H00 10 低速運(yùn)行頻率
   F03 48 高速運(yùn)行頻率
   F05 3 外部啟動(dòng)命令
   F09 20 加速時(shí)間
   F10 40 減速時(shí)間
   表4 鼓風(fēng)機(jī)變頻器的參數(shù)設(shè)定
   5 調(diào)試注意事項(xiàng)水平輥道式鋼化爐電氣控制相對(duì)復(fù)雜，在調(diào)試時(shí)主要應(yīng)注意以下方面:5.1 各單元單動(dòng)與聯(lián)動(dòng)調(diào)試水平輥道式鋼化爐各單元要求能夠單獨(dú)控制，同時(shí)也要能實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，各單元同步運(yùn)行以便玻璃制品能平穩(wěn)地在各單元間傳送。由于工藝要求其中加熱單元與冷卻單元電機(jī)需要在設(shè)定時(shí)間內(nèi)前后反復(fù)運(yùn)行，具體運(yùn)行時(shí)間可通過HMI人機(jī)界面設(shè)定，由PLC控制變頻器運(yùn)行。在各單元單獨(dú)運(yùn)行調(diào)試時(shí)應(yīng)注意玻璃制品到達(dá)檢測(cè)位置時(shí)是否能準(zhǔn)確停車，玻璃制品在各單元間傳送是否平穩(wěn)，如不能滿足要求應(yīng)當(dāng)調(diào)整各單元變頻器的加減速時(shí)間和運(yùn)行速度。
   5.2 鼓風(fēng)機(jī)變頻器調(diào)試鼓風(fēng)機(jī)控制是玻璃鋼化的重要環(huán)節(jié)，其對(duì)玻璃鋼化質(zhì)量有直接影響，鋼化時(shí)要求冷卻區(qū)的風(fēng)量、風(fēng)壓能在短時(shí)間內(nèi)迅速建立，充分冷卻以達(dá)到鋼化效果。早期鋼化設(shè)備鼓風(fēng)機(jī)大多采用工頻啟動(dòng)與風(fēng)門控制，其風(fēng)壓建立速度較快，但采用變頻器控制后由于變頻器啟動(dòng)需要一定時(shí)間，其風(fēng)壓建立相對(duì)較慢，因而在調(diào)試時(shí)應(yīng)特別注意，一般情況下鼓風(fēng)機(jī)變頻器啟動(dòng)時(shí)間設(shè)置與玻璃制品從加熱單元到冷卻單元的傳送時(shí)間一致，在此設(shè)備中時(shí)間設(shè)定約為20s，如果變頻器加速時(shí)間過長(zhǎng)，風(fēng)壓建立慢將會(huì)造成玻璃制品鋼化不*而影響產(chǎn)品質(zhì)量，但變頻器加速時(shí)間過短又很容易引起變頻器過流保護(hù)，這也是鼓風(fēng)機(jī)變頻器選用恒轉(zhuǎn)矩型或加大功率等級(jí)的原因，在調(diào)試時(shí)如果變頻器在啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)困難則可適當(dāng)提前風(fēng)機(jī)變頻器的啟動(dòng)時(shí)間以滿足工藝要求。
   6 結(jié)束語(yǔ)玻璃鋼化是玻璃處理、加工的重要環(huán)節(jié)，鋼化玻璃具有很多比普通玻璃*的特點(diǎn)，目前鋼化玻璃在各行業(yè)日益廣泛應(yīng)用，各種玻璃鋼化加工設(shè)備技術(shù)也不斷提高，其電氣傳動(dòng)部分逐步采用變頻器調(diào)速技術(shù)，一方面提高設(shè)備自動(dòng)化控制程度、改善產(chǎn)品精度和提高產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面冷卻單元風(fēng)機(jī)采用變頻器控制與工頻控制相比，具有一定的節(jié)能空間，而玻璃鋼化設(shè)備采用變頻調(diào)速技術(shù)值得推廣應(yīng)用。