水平軌道鋼化爐電氣控制系統(tǒng)

一、引言

隨著科學技術的迅速發(fā)展，鋼化玻璃的用途越來越廣泛，其產(chǎn)品越來越豐富，事實上鋼化玻璃早已成為玻璃深加工家族中的最大成員，鋼化玻璃已成為人類生活中不可缺少的重要材料。鋼化玻璃是通過加熱和急冷使玻璃獲得很大的永久應力，所以又稱為預應力玻璃。若想消除這種應力，只有再次加熱玻璃至接近軟化狀態(tài)。

二、鋼化玻璃的原理和特性

1. 玻璃鋼化的工藝原理：是將經(jīng)過切、磨、洗后的普通優(yōu)質平板玻璃送入鋼化爐，通過加熱(680℃~715℃)和淬冷，使玻璃內(nèi)產(chǎn)生很大的永久應力—表面為壓應力，內(nèi)部為張應力，即玻璃產(chǎn)生了一種均勻而有規(guī)律分布的內(nèi)應力，從而提高了玻璃的強度和熱穩(wěn)定性。

其生產(chǎn)工藝流程是：

玻璃原片→檢驗 →切裁 → 掰邊 →洗滌 →干燥→鋼化→檢驗→ 包裝→入庫

鋼化工藝流程是：

入片→加熱→淬冷→緩冷→卸片

2. 鋼化玻璃的主要特點

1) 機械強度大：當鋼化玻璃受到荷載的壓力、彎曲或沖擊等外力作用時，其著力表面受到壓應力，而另一個表面受到張應力。隨著荷載的增加，這個張應力被鋼化玻璃表面原有的壓應力逐漸沖減，直至完全抵消后才變?yōu)閺垜ΑＳ捎诓ＡУ哪蛪簭姸纫瓤箯垙姸葞缀醮?0倍，結果玻璃在鋼化后不但使表面得到增強，而且也使其薄弱環(huán)節(jié)得以轉移。所以鋼化玻璃的耐壓強度，抗彎強度一般提高4~5倍，而抗沖擊強度可提高5~8倍。

2) 熱穩(wěn)定性好：鋼化玻璃熱穩(wěn)定性的提高如同機械強度的增加一樣，也與其內(nèi)部應力的大小和分布有關。當玻璃表面受到急熱時，內(nèi)層尚處于冷卻狀態(tài)，這樣受熱面處于壓應力，而內(nèi)層受張應力。當溫差過大、張應力超過玻璃的抗張強度時即引起玻璃炸裂。而鋼化玻璃表層原有的壓應力能夠抵消部分熱膨脹，緩解內(nèi)層的張應力，所以鋼化玻璃的熱穩(wěn)定性可提高1.5~2倍。

3) 安全性強：玻璃的破裂是以裂紋缺陷為起點引起超過抗張強度的結果。雖然鋼化玻璃的薄弱點(張應力區(qū))是在中心，通常并不存在微裂紋缺陷，但在高速沖擊、內(nèi)部結石等條件下，也會在張應力層形成破裂起點，裂紋在張應力作用下向四周急劇擴展、傳播，形成布滿許多裂紋、大小不同的集合群體。又由于鋼化玻璃是在壓應力的封閉條件下突然破裂，所以破碎時其碎片是蜂窩狀小顆粒，成均勻無尖角的網(wǎng)狀顆粒，不易傷人，因此具有較好的安全性能，屬安全玻璃的一種。

三、水平軌道鋼化爐電氣設備包括：

1. 裝片臺、加熱區(qū)、鋼化冷卻區(qū)、卸片區(qū)、操縱臺、電氣控制柜組成。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機帶動鏈條傳動，鋼化冷卻區(qū)由鼓風機進行迅速風冷，風道設置上下風柵，控制玻璃鋼化的成品率。

2. 水平軌道鋼化爐電氣控制系統(tǒng)

水平軌道式鋼化爐的電氣系統(tǒng)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、卸片臺傳動電機、加熱冷卻風機電機、監(jiān)控計算機(HMI)、PLC、變頻器和各種現(xiàn)場儀表傳感器組成。全自動水平軌道式鋼化爐具有手動、半自動、自動多種控制方式。鋼化爐的各個單元的啟動、停止、參數(shù)設定全部通過HMI完成，同時HMI監(jiān)控整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，阿爾法變頻器在整個控制系統(tǒng)中作為動力驅動元件具有及其重要的作用。

3. 阿爾法變頻器在鋼化爐中的應用主要有：傳動和風機控制

傳動部分：

裝片傳動電機 2.2KW 4臺 ALPHA5000-32R2GB

加熱傳動電機 2.2KW 4臺 ALPHA5000-32R2GB

冷卻傳動電機 2.2KW 4臺 ALPHA5000-32R2GB

提彎傳動電機 5.5KW 2臺 ALPHA5000-35R5GB

風機部分：

加熱風機電機 250KW 1臺 ALPHA6000-3250P

冷卻風機電機 315KW 2臺 ALPHA6000-3315P

冷卻風機電機 75KW 2臺 ALPHA6000-3075P

冷卻風機電機 7.5KW 13臺 ALPHA6000-37R5P

4. 阿爾法變頻器在水平軌道式鋼化爐中的控制過程

1) 裝片臺傳動變頻器將玻璃制品按照設定速度輸送到加熱區(qū)加熱

2) 加熱區(qū)傳動變頻器根據(jù)設定速度反復運動，玻璃制品均勻受熱

3) 達到鋼化溫度，進入冷卻區(qū)，鼓風變頻快速冷卻

4) 冷卻區(qū)傳動變頻器反復運動，玻璃制品均勻冷卻

5) 卸片臺傳動變頻器將鋼化玻璃送出，完成一個工藝過程

6) 所有變頻器通過總線控制，頻率設定、狀態(tài)讀入自動完成

5. 阿爾法變頻器在水平軌道式鋼化爐應用中的設計特點

1) 散熱良好：阿爾法變頻器具有良好的散熱性能

2) 結構緊湊：阿爾法變頻器體積緊湊可以并排安裝

3) 高過載轉矩：阿爾法變頻器具有更高的過載轉矩

4) 通訊簡便：阿爾法變頻器自帶modbus通訊接口

5) 功能強大：阿爾法變頻器自帶編碼器接口，速度閉環(huán)控制方便

四、阿爾法變頻器在水平軌道式鋼化爐調(diào)試過程中的注意事項

1. 各個傳動變頻器速度同步，玻璃制品平穩(wěn)傳送。

2. 加熱和冷卻單元變頻器根據(jù)工藝要求頻繁反復運行，

根據(jù)工藝要求快速精確停車，注意變頻器的加減速時間和速度的調(diào)整

3. 冷卻風機的控制對于產(chǎn)品質量至關重要。玻璃加熱后的冷卻分急冷和緩冷兩個階段。對玻璃急冷的基本要求是快速而均勻地冷卻，使玻璃外層呈壓力狀態(tài)而內(nèi)層呈張力狀態(tài)。冷卻速度愈快，溫度梯度愈大，產(chǎn)生的永久應力，即鋼化應力愈大，此時工藝要求風量和風壓必須在短時間內(nèi)迅速建立，充分冷卻達到鋼化效果。風機加速時間過短，變頻器很容易報過流故障;風機加速時間慢很容易造成鋼化效果不佳，調(diào)試過程中必須注意變頻器參數(shù)的優(yōu)化。所謂緩冷就是在玻璃完成淬冷—產(chǎn)生永久應力后，為節(jié)省能耗可降低冷卻強度，使玻璃緩慢冷卻至40℃~50℃，即可進行人工卸片。

4.ALPHA變頻器對冷卻風機的控制方案

ALPHA變頻器轉速追蹤采用硬件精準檢測電機轉速，追蹤起動非常平穩(wěn)，追蹤起動電流小。利用ALPHA變頻器優(yōu)異的轉速追蹤功能可很好地滿足冷卻風機控制的工藝要求，節(jié)能效果比其它產(chǎn)品常用的二段速控制更好。速度功率時間曲線見下圖：

如圖所示，紅色曲線是阿爾法的速度及能量消耗曲線由停機，此時由于風機的大慣性特性，風機降速很慢，風量完全能滿足工藝要示，此時電機完全無能量消耗，下一次急冷前現(xiàn)追蹤起動，此時起動的轉速高，起動時間短，能很好地滿足急冷工藝要求。二段速控制時，在急冷完成后，變頻器需要克服風機的大慣性降至緩冷頻率，此時電機需要消耗能量，另外下一次急冷時又需要從較低的緩冷頻率加速至急冷頻率，在上圖中T2與T1的差值是阿爾法變頻器與其他變頻器在加工時間上的減少量，陰影部分是其他變頻器與阿爾法變頻器在能量消耗上多出來的部分。

5. 變頻器RS485通訊采用modbus Rtu通訊協(xié)議，節(jié)約系統(tǒng)成本。但是通訊電纜的選型和架設必須遵循相關的規(guī)范，否則通訊的調(diào)試必然會遇到很大的困難。

五、 阿爾法變頻器在玻璃鋼化爐應用前景

我國是一個平板玻璃生產(chǎn)大國，平板玻璃工業(yè)經(jīng)過多年的高速發(fā)展,取得了很大的成績。從行業(yè)的整體看,在生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品結構、技術結構等方面有了很大的發(fā)展變化。平板玻璃企業(yè)已經(jīng)發(fā)展到200余家，平板玻璃企業(yè)數(shù)量、浮法玻璃生產(chǎn)線數(shù)量、平板玻璃年產(chǎn)量三項指標位居世界第一。阿爾法變頻器在玻璃加工行業(yè)的應用，經(jīng)過長期的開發(fā)和探索，已經(jīng)具有良好的口碑，有著非常廣闊的市場前景。