1 引言
1.1 钢化玻璃的特性
钢化玻璃即通过物理或化学方法使普通玻璃表面产生压力层而获得增强的玻璃。
物理钢化法是把玻璃放在电炉中加热到接近玻璃的软化温度,然后出炉,向玻璃两面吹风进行快速冷却。玻璃外部因快速冷却而先固化,而内部冷却较慢,当内部继续冷却收缩时,使玻璃表面产生压应力,而内部为张应力,从而提高了玻璃的强度。物理钢化法目前是Northglass及国内、外普遍广为采用的一种生产钢化玻璃的方法。
钢化玻璃的抗弯强度是一般玻璃的4-5倍,抗冲击强度约是一般玻璃的5倍;并具有优良的热稳定性,可经受温度突变范围达250-320℃;钢化玻璃破碎后呈类似蜂窝状的纯角小颗粒,不易伤人,具有一定的安全性;但钢化玻璃不能再行切割;同时,钢化玻璃还具有“自爆” 的特性。
1.2 平弯钢化玻璃设备的主要构成
现在玻璃钢化设备的世界最大提供商是中国的北玻集团。该设备主要用于生产大规格建筑用平/弯钢化玻璃及其它用途的玻璃。如图1所示,它主要由上片台、加热段、弯钢化冷却段、平钢化冷却段、取片台、风路系统与电气控制系统七个部分组成。平弯玻璃钢化设备通常的工艺布置是平、弯钢化风栅段分别位于加热段的两头。在生产弯玻璃时,玻璃从上片台经过平钢化风栅段进入炉内,在加热区受热,达到一定温度后,快速出炉,然后进入弯钢化风栅段进行变弧成形。
1.3 平弯玻璃钢化设备的电气控制
平弯玻璃钢化设备的电气控制方案采用HMI+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。
平弯玻璃钢化设备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。在整个生产工艺中,尤其是弯钢化风栅段的工艺和电气控制最为复杂,因此本文将以上海北玻有限公司生产的平弯玻璃钢化设备为例讲述艾默生CT公司的SK变频器在弯钢化风栅段对风栅变弧电机的相关控制和调试过程。
2 SK变频器控制功能
(1) 弯钢化风栅段的电气控制是采用PLC+变频器的控制方式实现的[1]。SK变频器以其自身转矩响应速度快、控制精准,过载能力强的特点,被用在下风栅辊道的主驱动中。由于平弯钢化玻璃的特殊工艺要求,需要变频器具备如下速度控制和转矩控制的自动切换功能[1]。
首先我们了解一下弯成型风栅段的工作原理:弯成型风栅段用于相应规格玻璃片的弯曲成型和钢化。当辊道输送玻璃片进入成型风栅段后,上风栅、下风栅分别按照上、下风栅调弧机构预置的玻璃成型的弧度规格,通过下风栅变弧机构的作用弯曲至目标弧度。当玻璃片弯曲至目标弧度后,随之在辊道带动下往复摆动数次,以使弧度更加圆滑。随后冷却系统的风机开启,压力空气通过闸板阀进入风栅后均匀地吹到玻璃片上、下表面进行钢化冷却。同时玻璃片在风栅辊道的驱动下做往复摆动,以使钢化冷却均匀。待冷却时间达到设定时间后,往复摆动及风机停止运行,随后上风栅升起,辊道随下风栅展平,成型钢化后的玻璃片被送出成型弯风栅段。
接着了解变频器控制下风栅电机原理:当上风栅变弧到指定的半径,变频器通过速度控制电机快速启动运行,电机驱动下风栅辊道将受热玻璃挤压弯曲到设定的上风栅半径后,当电机运行频率和变频器设定频率相差在正负2.5HZ以内时,这时需要电机输出大力矩对玻璃进行变弧成型,因此变频器必须具备自动切换速度控制到转矩控制的功能。在转矩控制过程中,如果出现电机速度波动超过变频给定速度2.5HZ ,变频器应立即切换回速度控制。当电机电流达到设定变频器的设定电流限值, 变频器通过继电器端子输出信号给PLC来切断变频器运行信号,变频器自动切换回速度控制停机,整个钢化玻璃的平弯成型结束。图二是弯钢化下风栅的工作示意图。
(2) 为了实现上述功能,本文通过SK变频器的专用调试软件CTsoft的逻辑框图对该功能进行详细讲解:
图3的逻辑框图中的参数10.06是速度稳定信号[2],被用作SK变频器的速度控制和力矩控制切换的条件。当电机运行频率和变频器设定频率相差在正负2.5HZ以内时,参数10.06=ON,反之,当两者频率超出范围,参数10.06=OFF。
接着将Pr10.06这个参数放入图四的逻辑框图来是实现速度和力矩的切换。当参数10.06=ON时,同时参数6.30正转运行为ON时[2],如果两者条件满足同时满足时,参数4.11在ON状态,意味着SK变频器由速度控制切换为转矩控制后,PLC通过发送对应的模拟量信号来控制转矩给定,从而保证在最后阶段使钢化玻璃能够精确的快速成型。
通过简单的逻辑编程,SK变频器就具备了该工艺需要的所有功能特性。因此在实际控制运行中,SK变频器的提供的解决方案很好的解决钢化炉上的应用难题。
3 SK变频器的调试过程
由于弯钢化风栅段的工艺复杂,需要变频器具备良好的控制性能和稳定的运行效果,这样才能保证玻璃在变弧的整个过程中一次成型,如果中间出现任何故障,将会使整个玻璃报废。因此,在调试过程中,我们通过SK变频器配套的CTscope示波器软件,在线监控电流运行和速度运行曲线,不断的优化相关设定参数。最终满足了客户的所有需求。下表为SK变频器需要设定的参数。
4 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,其电气传动部分采用变频器调速技术,艾默生CT的SK变频器在上海北玻公司的钢化炉上得成功应用,即提高设备自动化控制程度,又改善产品精度和提高产品质量。显示了变频器优越的性能和极高的可靠性,得到用户的好评与赞誉。
参考文献:
[1] 李方园.变频器行业应用实践[M].北京:中国电力出版社,2006.
[2] Commander SK Advanced User Guide.艾默生SK说明书[Z].2006.
作者简介:宁波(1970-),男,工程师,研究方向:工业控制领域传动及控制(PLC,变频器,计算机等的编程开发)。