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變頻器在鋼化玻璃上的變頻技術應用
變頻器在鋼化玻璃上的變頻技術應用
1 前言
隨著經(jīng)濟的發(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),、生活用具等領域，玻璃制品加工過程中常需要進行鋼化處理,，其主要作用是為了提高玻璃制品的強度與穩(wěn)定性,。經(jīng)過鋼化處理的玻璃與普通玻璃相比具有強度高、熱穩(wěn)定好等,，因而比普通玻璃有著更加廣泛的應用,，各種玻璃鋼化設備技術也在不斷改善與提高。
本文講述了變頻器在某玻璃機械有限公司生產(chǎn)的LDG2110型水平輥道式鋼化爐玻璃鋼化設備中的應用,，和調試中應注意的問題,。
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部具有很大的張應力,，從而在其表面產(chǎn)生更大的壓應力,，其作用如同預應力鋼筋混凝土利用受拉鋼筋在需要增強的部份產(chǎn)生壓應力一樣，不同的是預應力鋼筋混凝土只在局部產(chǎn)生壓應力，而鋼化玻璃則是在全部表面產(chǎn)生壓應力,。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玻璃表面進行硬化，因而玻璃鋼化后,，表面抗擦傷,、劃傷的能力并不會有明顯提高。2.2 玻璃鋼化的作用 玻璃屬于脆性材料,，脆性材料的強度在很大程度上取決于其表面結構,，玻璃表面看起來很完整光滑，但實際上存在大量的微裂紋,，微裂紋在張應力作用下起初是裂紋擴大,，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大壓應力之下,，只有當外界作用于玻璃表層的張應力超過其可承受的壓應力時玻璃才有可能破裂,，因而經(jīng)過鋼化的玻璃可提高抗強力。2.3 鋼化玻璃的主要特點（1） 安全性 鋼化玻璃破碎后成為細小的碎片,，呈鈍角形,，而不會形成鋒利的尖角，破片時不會對人體造成重大傷害,，具有一定的安全性,。（2） 強度高 鋼化玻璃表面存在相當大的壓應力，因此具有較高的強度,，其強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合,。
3 水平輥道式鋼化爐的電氣構成3.1 水平輥道式鋼化爐的主要構成 水平輥道式鋼化爐主要由裝片臺,、加熱區(qū)、鋼化冷卻區(qū),、卸片臺,、操作臺、電氣控制柜等組成,，其中裝片臺,、加熱區(qū),、冷卻區(qū)及卸片臺均通過擺線針輪減速器帶動鏈條傳動，整體運行平穩(wěn),。鋼化冷卻區(qū)由鼓風機進行迅速風冷,，其風道設有上、下風柵可提高玻璃鋼化成品率,，加熱區(qū)加熱體采用經(jīng)濟而耐用的石英陶瓷實心輥道,，輻射板上、下均采用耐高溫鋼板相連,，設備圖如圖1所示,。
圖1 水平輥道式玻璃鋼人爐設備示意
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 裝機功率（KW）
加熱 傳動 風機 合計
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成主要由裝片臺傳動電機,、加熱區(qū)傳動電機,、冷卻區(qū)傳動電機、冷卻鼓風機,、卸片臺傳動電機及各種接近開關,、溫度控制儀、編碼器等構成,，其電氣控制方案采用HMI（人機界面）+PLC+變頻器控制方式,，具有全自動、半自動,、手工等多種控制功能,。鋼化爐各個單元的啟動、停車,、正反轉,、速度控制均可通過HMI（人機界面）直接設定，同時HMI可監(jiān)控加熱溫度,、冷卻風壓,、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及擺線針輪減速器傳動,，主要參數(shù)如表2所示,。
控制單元 主要參數(shù)
功率 極數(shù) 轉速rpm
裝片傳動電機 1.5KW 4 1480rpm
加熱傳動電機 1.5KW 4 1480rpm
冷卻傳動電機 1.5KW 4 1480rpm
冷卻風動電機 160KW 4 1480rpm
卸片傳動電機 1.5KW 4 1480rpm
表2 水平輥道式鋼化爐傳動電機參數(shù)
4變頻器的應用隨著鋼化玻璃應用的推廣，其鋼化設備控制技術也不斷改善,，變頻調速技術是目前主要交流調速方法之一,，目前玻璃鋼化設備已逐步采用變頻調速控制，根據(jù)水平輥道式鋼化爐的傳動負載特性,，其裝片臺,、加熱區(qū)、冷卻區(qū)及卸片臺的傳動電機均采用普傳恒轉矩通用型變頻器，由于玻璃鋼化工藝特點要求冷卻風機能在短時間內啟動到設定速度運行,，此設備中要求在20S左右時間內完成啟動,，考慮到變頻器加速過程中過載能力，這里選用普傳恒轉矩型變頻器,，其過載能力可達150%,，1分鐘，具體選型如表3示,。
控制單元 變頻器 標號
裝片傳動電機 PI7600 1R5G3 FC1
加熱傳動電機 PI7600 1R5G3 FC2
冷卻傳動電機 PI7600 1R5G3 FC3
冷卻風動電機 PI7800 160G3 FC4
卸片傳動電機 PI7600 1R5G3 FC5
表3 各傳動單元變頻器選型
玻璃鋼化變頻器控制過程主要如下:由裝片臺傳動變頻器FC1將玻璃制品傳動到加熱區(qū)進行加熱,，在加熱區(qū)內通過FC2變頻器控制電機前后反復運行，使玻璃溫度達到鋼化前設定溫度,，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)進行快速冷卻，玻璃制品*到達冷卻區(qū)的同時鼓風機變頻器FC4啟動風機完成啟動過程,，并以設定最高速度運行,，這時FC3變頻器控制電機前后反復運行，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玻璃制品的鋼化過程,，一個過程約在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 鼓風機變頻器采用兩段速控制,，玻璃制品處于非冷卻階段時,，鼓風機保持低速運行，當玻璃制品到達冷卻區(qū)時鼓風機以高速運行,，運行速度根據(jù)工藝要求與現(xiàn)場情況設定,，鼓風機變頻器控制電路如圖4所示。
圖4 鼓風機變頻器控制電路 鼓風機變頻器的兩段速運行通過面板數(shù)字設定與外部端子控制來實現(xiàn),，當X1端子閉合時鼓風機變頻低速運行,，當X1斷開時變頻器按數(shù)字設定的頻率運行，以鼓風機變頻器為例,，其參數(shù)設定如表4所示,。
主要參數(shù) 設定值 含義
F63 1 多段速度有效
H00 10 低速運行頻率
F03 48 高速運行頻率
F05 3 外部啟動命令
F09 20 加速時間
F10 40 減速時間
表4 鼓風機變頻器的參數(shù)設定
5 調試注意事項水平輥道式鋼化爐電氣控制相對復雜，在調試時主要應注意以下方面:5.1 各單元單動與聯(lián)動調試水平輥道式鋼化爐各單元要求能夠單獨控制,，同時也要能實現(xiàn)聯(lián)動運行,，各單元同步運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需要在設定時間內前后反復運行,，具體運行時間可通過HMI人機界面設定,，由PLC控制變頻器運行。在各單元單獨運行調試時應注意玻璃制品到達檢測位置時是否能準確停車,，玻璃制品在各單元間傳送是否平穩(wěn),，如不能滿足要求應當調整各單元變頻器的加減速時間和運行速度,。
5.2 鼓風機變頻器調試鼓風機控制是玻璃鋼化的重要環(huán)節(jié)，其對玻璃鋼化質量有直接影響,，鋼化時要求冷卻區(qū)的風量,、風壓能在短時間內迅速建立，充分冷卻以達到鋼化效果,。早期鋼化設備鼓風機大多采用工頻啟動與風門控制,，其風壓建立速度較快，但采用變頻器控制后由于變頻器啟動需要一定時間,，其風壓建立相對較慢,，因而在調試時應特別注意，一般情況下鼓風機變頻器啟動時間設置與玻璃制品從加熱單元到冷卻單元的傳送時間一致,，在此設備中時間設定約為20s,，如果變頻器加速時間過長，風壓建立慢將會造成玻璃制品鋼化不*而影響產(chǎn)品質量,，但變頻器加速時間過短又很容易引起變頻器過流保護,，這也是鼓風機變頻器選用恒轉矩型或加大功率等級的原因，在調試時如果變頻器在啟動時間內啟動困難則可適當提前風機變頻器的啟動時間以滿足工藝要求,。
6 結束語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,，目前鋼化玻璃在各行業(yè)日益廣泛應用,，各種玻璃鋼化加工設備技術也不斷提高，其電氣傳動部分逐步采用變頻器調速技術,，一方面提高設備自動化控制程度,、改善產(chǎn)品精度和提高產(chǎn)品質量，另一方面冷卻單元風機采用變頻器控制與工頻控制相比,，具有一定的節(jié)能空間,，而玻璃鋼化設備采用變頻調速技術值得推廣應用。