王振海

（秦皇島玻璃工業(yè)研究設計院有限公司 秦皇島市 066001）

0 引言

浮法玻璃生產(chǎn)線冷端設備主要執(zhí)行退火后的玻璃帶的應力檢測、厚度檢測、缺陷檢測、優(yōu)化切裁掰斷、加速分離、隨動掰邊、隨動縱掰、自動落板、自動噴粉、堆垛裝箱等以及完成這些工藝過程的輥道智能輸送。

隨著低碳環(huán)保理念和冷端自動化程度的不斷提高，對玻璃要進行各種精確的檢測和優(yōu)化切裁，因此需要冷端輥道運轉(zhuǎn)平穩(wěn)和高效節(jié)能。高效節(jié)能電機不僅能夠?qū)崿F(xiàn)輥道的精準控制，減少電動機損耗，提高運行可靠性，延長使用壽命，減少電能消耗，而且可以直接帶來具大的環(huán)保效益。

1 異步電機、同步電機和伺服電機的比較

1.1 工作原理

1.1.1 異步電機

異步電機三相定子繞組流過三相對稱電流產(chǎn)生的三相磁動勢并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，載流的轉(zhuǎn)子導體在磁場中受到電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，電機的轉(zhuǎn)速小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，從而叫異步電機。工作特性如圖1所示。

圖1 異步電機工作特性

1.1.2 同步電機

同步電機是轉(zhuǎn)子本身產(chǎn)生固定方向的磁場（永磁鐵或直流電流產(chǎn)生），定子旋轉(zhuǎn)磁場“拖著”轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)動，因此，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定等于同步轉(zhuǎn)速, 工作特性如圖2所示。

圖2 同步電機工作特性

1.1.3 伺服電機

伺服電機分為交流伺服電機和直流伺服電機，目前常用交流伺服電機。其工作原理是定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電機相似，其定子上裝有兩個位置互差90°的繞組，一個是勵磁繞組Rf， 它始終接在交流電壓Uf上；另一個是控制繞組L，聯(lián)接控制信號電壓Uc。交流伺服電機的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，以達到伺服電機具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機械特性，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應的性能，如圖3所示。

圖3 伺服電動機工作特性

1.2 啟動方式

異步電機啟動是在三角形或星形連接的三相對稱定子繞組上通三相對稱交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，磁場線切割轉(zhuǎn)子繞組，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來，轉(zhuǎn)子輸出機械能量，帶動機械負載旋轉(zhuǎn)起來。啟動方式有：直接啟動、自偶降壓啟動、Y-D降壓啟動、轉(zhuǎn)子串電阻啟動、軟啟動器、變頻器。

同步電機起動通常有兩種方式：一是先投勵，同步啟動；另一種是異步啟動，后順極性投勵。同步電機靠異性磁極間的磁力拖動，啟動方式包括：軟啟動器和變頻器。

交流伺服電機定子內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，在負載恒定的情況下，電機驅(qū)動控制對象，被控對象的轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速受信號電壓控制，信號電壓的大小和極性改變時，電機的轉(zhuǎn)動速度和方向也跟著變化 。

2 同步電機、異步電機和伺服電機的實際應用及電氣控制上的優(yōu)勢

為了滿足浮法玻璃生產(chǎn)線按等級和按規(guī)格分類取板的要求，冷端傳統(tǒng)的模擬量控制方式已無法保證冷端工藝定位精確的要求。建立網(wǎng)絡化全數(shù)字冷端控制系統(tǒng)，傳動輥道均采用伺服控制器控制傳動和變頻器傳動，根據(jù)各段輥道功能特點，在滿足使用和工藝生產(chǎn)的前提下經(jīng)濟、合理地配置傳動方案。

2.1 拉引段

拉引段的輥道速度是通過裝在退火窯末輥的編碼器采集，所以會跟隨退火窯的速度變化而變化，玻璃從退火窯輥道輸送到拉引段輥道后，玻璃壓在輥道膠圈上，使膠圈產(chǎn)生變形，而且隨著退火后玻璃的溫度和板厚度的不同，膠圈產(chǎn)生的變形量也不同，因此輥道與玻璃的線速度會產(chǎn)生偏差，根據(jù)同步電機和異步電機的特點，拉引段目前大部分采用獨立的傳動控制方式，電機選用同步電機，控制上選用變頻器傳動，根據(jù)需要通過調(diào)整變頻器斜坡參數(shù)來改變電動機的加/減速時間，通過變頻器的軟啟動和軟關(guān)閉，能減低啟動電流，保證電機啟動電流是額定電流的1.5～2倍。變頻器傳動單元采用現(xiàn)場總線方式以PROFIBUSDP網(wǎng)絡聯(lián)結(jié)，通過總線連接變頻器時時監(jiān)控電動機的電流、電壓及轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)對其速度的精確控制，避免拉引段與主傳動速度不一致帶來輥道線速度與玻璃帶速度不匹配產(chǎn)生跳齒和變頻器過流保護致使輥道停轉(zhuǎn)等問題

2.2 加速分離

加速分離輥道是浮法玻璃生產(chǎn)線冷端的重要輸送設備，其作用是將橫向掰斷的玻璃板瞬間提速輸送，與下一塊未掰斷的玻璃板之間拉開一定距離，為了滿足自動掰邊、自動落板和堆垛設備等工藝設備的操作時間，橫掰加速輥道曲線見圖4。

圖4 橫掰加速輥道曲線

由于加速分離輥道的加速和協(xié)調(diào)特殊功能，因此對其配置電機提出更高的要求。根據(jù)不同的機械結(jié)構(gòu)，傳動裝置不同，計算公式不同，除了抗過載能力強和速度匹配以外，還需負載力矩和負載慣量的匹配，拉引段采用伺服電機。

控制上采用伺服控制器，交流伺服系統(tǒng)的驅(qū)動器經(jīng)歷了模擬式、數(shù)模混合式的發(fā)展后，進入了全數(shù)字的智能化時代。全數(shù)字伺服驅(qū)動器不僅克服了模擬式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等，還充分發(fā)揮數(shù)字控制在控制精度上的優(yōu)勢和控制方法的靈活，伺服驅(qū)動器采用數(shù)字信號處理器作為控制核心和使用智能控制功率模塊，可以實現(xiàn)比較復雜的控制算法，數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化，同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路，可以實現(xiàn)報警數(shù)據(jù)的記錄，通過PROFIBUS-DP總線連接可以讀取電壓、電流和報警等信息實時反映到上位機界面，利于工作人員對電機進行監(jiān)控和及時維護。

2.3 掰邊裝置

掰邊傳動是影響浮法玻璃生產(chǎn)成品率和外觀質(zhì)量的關(guān)鍵設備之一，掰邊傳動處輥道有時由于兩側(cè)速度不同步，造成玻璃板與輸送輥道之間有相對運動，使玻璃發(fā)生板偏和板移現(xiàn)象，直接影響玻璃的輸送和堆垛機處的定位及正位，甚至造成玻璃表面擦傷。形成原因：傳動系統(tǒng)本身、輸送輥道和傳動安裝、傳動電機的選擇及電氣控制的方式。因此，減少傳動環(huán)節(jié)，以降低出現(xiàn)失步的機率，盡量采用與輥子間距及安裝精度要求不高的傳動機構(gòu)。根據(jù)同步電機的工作原理和特性，采用同步電機。

控制上采用變頻器控制，可以采用一個功率大的變頻器一拖二的方式控制兩側(cè)同步電機，也可以采用兩臺變頻器一對一控制，不過使兩臺電機保持同步只能在理想情況下實現(xiàn)，實際上無法做到兩臺電機的轉(zhuǎn)速完全一致，即使是同一頻率電源，兩臺電機的轉(zhuǎn)速也不完全一致，另外兩側(cè)設備安裝的松緊、齒輪嚙合的不一致和后期設備運轉(zhuǎn)磨損的不一致也導致不能同步，所以目前常采用兩臺變頻器來分別驅(qū)動兩臺電機，通過外接編碼器采用電機真實轉(zhuǎn)速反饋，兩臺變頻器之間相互通訊，并設置成同步運行模式。即使在后期由于設備磨損造成的轉(zhuǎn)速不一致，也可以通過調(diào)整變頻器內(nèi)部參數(shù)和PLC程序達到速度的基本一致，滿足生產(chǎn)的需要。

2.4 堆垛

玻璃市場對大板、厚板的需求旺盛，為了節(jié)能降耗，企業(yè)開始選購堆垛機、機械手替代人工堆垛，水平堆垛機、隨動水平堆垛、機械手堆垛技術(shù)廣泛應用并通過實踐證明能夠滿足生產(chǎn)線的工藝要求，這樣就要求電動機傳動的穩(wěn)定和電氣控制上對玻璃的精確定位。堆垛輥道速度頻繁變化，且要求精準，在滿足工藝生產(chǎn)要求下并能提高可靠性、維護成本低、經(jīng)濟性能好、提高性價比的情況下，設計時堆垛機下的輥道傳動選用伺服電機，機械手下的輥道傳動選用變頻電機。

控制上采用PLC程序與伺服控制器相配合的速度模式與位置模式的閉環(huán)控制，堆垛取片輥道速度變化曲線見圖5。

圖5 取片輥道速度變化曲線

伺服電機控制過程為：恒速、低速趨近定位點和升速，整個過程都是位置閉環(huán)控制，減速和低速趨近定位點這兩個過程對玻璃的定位精度有很重要的影響，完善伺服控制器參數(shù)設置，伺服控制器與電機進行精準匹配，一般需要和負載連接，使用自適應匹配或者編程人員手動調(diào)節(jié)，通過精準的調(diào)節(jié)實現(xiàn)快速移動，最大程度地降低海綿狀運動，同時可以降低過調(diào)或定位完成后的振動，并可通過人機界面，實現(xiàn)工藝參數(shù)調(diào)整，達到玻璃的精準定位。

3 結(jié)語

浮法玻璃生產(chǎn)過程中相對獨立的幾個過程有效協(xié)調(diào)統(tǒng)一：

①分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，先進的控制原理，靈活的操作控制方式和精良的硬件集成，使系統(tǒng)具有高度的靈活性和可靠性；采用總線控制，大大提高系統(tǒng)的精確性并可大量減少線纜用量降低工程施工費用；

②控制功能完善，系統(tǒng)具有優(yōu)化、積片、待片、按質(zhì)和按規(guī)格分類取片、智能輸送、自動堆垛等基本的控制功能；

③系統(tǒng)人機界面友好，動態(tài)仿真流程圖，畫面效果逼真、信息豐富、操作方便，并具有豐富的操作管理功能；

④現(xiàn)場操作，尤其是取片終端的完善操作功能，保證了系統(tǒng)操作的即時性、靈活性和安全性；

⑤開放的冷端計算機系統(tǒng)實現(xiàn)與全廠計算機管理信息網(wǎng)絡的聯(lián)網(wǎng)。