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普传变频器在钢化玻璃上的变频技术应用

作者：普传科技 2010年7月17日

    1 前言
    随着经济的发展和人民生活水平的提高，各种玻璃制品被广泛用于建筑、汽车工业、生活用具等领域，玻璃制品加工过程中常需要进行钢化处理，其主要作用是为了提高玻璃制品的强度与稳定性。经过钢化处理的玻璃与普通玻璃相比具有强度高、热稳定好等，因而比普通玻璃有着更加广泛的应用，各种玻璃钢化设备技术也在不断改善与提高。
    本文讲述了普传变频器在杭州某玻璃机械有限公司生产的LDG2110型水平辊道式钢化炉玻璃钢化设备中的应用，和调试中应注意的问题。
    2 玻璃钢化原理及作用2.1 玻璃钢化原理玻璃钢化主要是先把玻璃加热，然后经过快速冷却使玻璃内部具有很大的张应力，从而在其表面产生更大的压应力，其作用如同预应力钢筋混凝土利用受拉钢筋在需要增强的部份产生压应力一样，不同的是预应力钢筋混凝土只在局部产生压应力，而钢化玻璃则是在全部表面产生压应力。玻璃的钢化淬火过程与金属的表面淬火处理的硬化过程也不同，玻璃的钢化处理并没有对玻璃表面进行硬化，因而玻璃钢化后，表面抗擦伤、划伤的能力并不会有明显提高。2.2 玻璃钢化的作用玻璃属于脆性材料，脆性材料的强度在很大程度上取决于其表面结构，玻璃表面看起来很完整光滑，但实际上存在大量的微裂纹，微裂纹在张应力作用下起初是裂纹扩大，然后从表面开始破裂，因此若能消除这些表面微裂纹的影响，其抗张强度就可显著提高，钢化方法是消除表面微裂纹影响的一种有效方法，它使玻璃表层处于强大压应力之下，只有当外界作用于玻璃表层的张应力超过其可承受的压应力时玻璃才有可能破裂，因而经过钢化的玻璃可提高抗强力。2.3 钢化玻璃的主要特点（1）安全性钢化玻璃破碎后成为细小的碎片，呈钝角形，而不会形成锋利的尖角，破片时不会对人体造成重大伤害，具有一定的安全性。（2）强度高钢化玻璃表面存在相当大的压应力，因此具有较高的强度，其强度是普通退火玻璃的4倍左右，可满足高层、超高层建筑行业应用要求。（3）热稳定性钢化玻璃具有良好的热稳定性，钢化玻璃能经受的温差是普通退火玻璃的2.5～3倍，更能适用于温度较高的场合。
    3 水平辊道式钢化炉的电气构成3.1 水平辊道式钢化炉的主要构成水平辊道式钢化炉主要由装片台、加热区、钢化冷却区、卸片台、操作台、电气控制柜等组成，其中装片台、加热区、冷却区及卸片台均通过摆线针轮减速器带动链条传动，整体运行平稳。钢化冷却区由鼓风机进行迅速风冷，其风道设有上、下风栅可提高玻璃钢化成品率，加热区加热体采用经济而耐用的石英陶瓷实心辊道，辐射板上、下均采用耐高温钢板相连，设备图如图1所示。
    图1 水平辊道式玻璃钢人炉设备示意
    本文以LDG2110型水平辊道式钢化炉为例，其主要规格如表1所示:
    炉型最大玻璃尺寸生产能力装机功率（KW）
    加热传动风机合计
    LDG2412 2100*1000 49 160 10 160 330
    表1 水平辊道式钢化炉规格
    3.2 水平辊道式钢化炉的电气控制水平辊道式钢化炉的电气构成主要由装片台传动电机、加热区传动电机、冷却区传动电机、冷却鼓风机、卸片台传动电机及各种接近开关、温度控制仪、编码器等构成，其电气控制方案采用HMI（人机界面）+PLC+变频器控制方式，具有全自动、半自动、手工等多种控制功能。钢化炉各个单元的启动、停车、正反转、速度控制均可通过HMI（人机界面）直接设定，同时HMI可监控加热温度、冷却风压、传送速度等参数，方便操作，钢化炉电气控制系统示意图如图2所示。
    图2 水平辊道式钢化炉电气控制示意图
    各单元采用普通三相异步机及摆线针轮减速器传动，主要参数如表2所示。
    控制单元主要参数
    功率极数转速rpm
    装片传动电机 1.5KW 4 1480rpm
    加热传动电机 1.5KW 4 1480rpm
    冷却传动电机 1.5KW 4 1480rpm
    冷却风动电机 160KW 4 1480rpm
    卸片传动电机 1.5KW 4 1480rpm
    表2 水平辊道式钢化炉传动电机参数

    4普传变频器的应用随着钢化玻璃应用的推广，其钢化设备控制技术也不断改善，变频调速技术是目前主要交流调速方法之一，目前玻璃钢化设备已逐步采用变频调速控制，根据水平辊道式钢化炉的传动负载特性，其装片台、加热区、冷却区及卸片台的传动电机均采用普传恒转矩通用型变频器，由于玻璃钢化工艺特点要求冷却风机能在短时间内启动到设定速度运行，此设备中要求在20S左右时间内完成启动，考虑到变频器加速过程中过载能力，这里选用普传恒转矩型变频器，其过载能力可达150%，1分钟，具体选型如表3示。
    控制单元变频器标号
    装片传动电机 PI7600 1R5G3 FC1
    加热传动电机 PI7600 1R5G3 FC2
    冷却传动电机 PI7600 1R5G3 FC3
    冷却风动电机 PI7800 160G3 FC4
    卸片传动电机 PI7600 1R5G3 FC5
    表3 各传动单元变频器选型

    玻璃钢化变频器控制过程主要如下:由装片台传动变频器FC1将玻璃制品传动到加热区进行加热，在加热区内通过FC2变频器控制电机前后反复运行，使玻璃温度达到钢化前设定温度，并充分受热，约5分钟后将受热后的玻璃由FC2传送到冷却区进行快速冷却，玻璃制品完全到达冷却区的同时鼓风机变频器FC4启动风机完成启动过程，并以设定最高速度运行，这时FC3变频器控制电机前后反复运行，约8分钟后由卸片变频器FC5将钢化后玻璃制器送出完成整个玻璃制品的钢化过程，一个过程约在15分钟左右，各单元变频器控制电路如图3所示。
    图3 水平辊道式钢化炉变频控制示意图鼓风机变频器采用两段速控制，玻璃制品处于非冷却阶段时，鼓风机保持低速运行，当玻璃制品到达冷却区时鼓风机以高速运行，运行速度根据工艺要求与现场情况设定，鼓风机变频器控制电路如图4所示。

    图4 鼓风机变频器控制电路鼓风机变频器的两段速运行通过面板数字设定与外部端子控制来实现，当X1端子闭合时鼓风机变频低速运行，当X1断开时变频器按数字设定的频率运行，以鼓风机变频器为例，其参数设定如表4所示。

    主要参数设定值含义
    F63 1 多段速度有效
    H00 10 低速运行频率
    F03 48 高速运行频率
    F05 3 外部启动命令
    F09 20 加速时间
    F10 40 减速时间
    表4 鼓风机变频器的参数设定
    5 调试注意事项水平辊道式钢化炉电气控制相对复杂，在调试时主要应注意以下方面:5.1 各单元单动与联动调试水平辊道式钢化炉各单元要求能够单独控制，同时也要能实现联动运行，各单元同步运行以便玻璃制品能平稳地在各单元间传送。由于工艺要求其中加热单元与冷却单元电机需要在设定时间内前后反复运行，具体运行时间可通过HMI人机界面设定，由PLC控制变频器运行。在各单元单独运行调试时应注意玻璃制品到达检测位置时是否能准确停车，玻璃制品在各单元间传送是否平稳，如不能满足要求应当调整各单元变频器的加减速时间和运行速度。
    5.2 鼓风机变频器调试鼓风机控制是玻璃钢化的重要环节，其对玻璃钢化质量有直接影响，钢化时要求冷却区的风量、风压能在短时间内迅速建立，充分冷却以达到钢化效果。早期钢化设备鼓风机大多采用工频启动与风门控制，其风压建立速度较快，但采用变频器控制后由于变频器启动需要一定时间，其风压建立相对较慢，因而在调试时应特别注意，一般情况下鼓风机变频器启动时间设置与玻璃制品从加热单元到冷却单元的传送时间一致，在此设备中时间设定约为20s，如果变频器加速时间过长，风压建立慢将会造成玻璃制品钢化不完全而影响产品质量，但变频器加速时间过短又很容易引起变频器过流保护，这也是鼓风机变频器选用恒转矩型或加大功率等级的原因，在调试时如果变频器在启动时间内启动困难则可适当提前风机变频器的启动时间以满足工艺要求。
    6 结束语玻璃钢化是玻璃处理、加工的重要环节，钢化玻璃具有很多比普通玻璃优越的特点，目前钢化玻璃在各行业日益广泛应用，各种玻璃钢化加工设备技术也不断提高，其电气传动部分逐步采用变频器调速技术，一方面提高设备自动化控制程度、改善产品精度和提高产品质量，另一方面冷却单元风机采用变频器控制与工频控制相比，具有一定的节能空间，而玻璃钢化设备采用变频调速技术值得推广应用。

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评论人：卢烨

评论时间：2010-9-4

好

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