孫青淼

（西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安，710032）

0 引言

隨著通信技術(shù)、計算機技術(shù)以及自動化技術(shù)的快速研發(fā)與應(yīng)用，電動機的運動控制技術(shù)、系統(tǒng)性能等均得到顯著提升，促進了各行各業(yè)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速控制、精密伺服控制等先進控制技術(shù)在浮法玻璃的生產(chǎn)線上有著廣泛應(yīng)用。浮法玻璃屬于平板玻璃制造中的一種生產(chǎn)方式，隨著工業(yè)生產(chǎn)自動化程度的加深，促進了玻璃生產(chǎn)的優(yōu)化切裁和精確檢測。電機運動控制技術(shù)的引入，不僅可以提升輥道的控制效果，延長電機的使用壽命，還能減少生產(chǎn)中電能的消耗，具有重要應(yīng)用意義[1]。

1 電機運動控制概述

■1.1 電動機分類

對同步電動機、異步電動機和伺服電動機進行簡述。同步電機中，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生固定方向的磁場，定子隨著轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速就是電機的轉(zhuǎn)速。異步電機，三相定子繞組流過電流產(chǎn)生三相磁動勢，生成旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于一個導(dǎo)體，因存在電流，在磁場中受到電磁感應(yīng)，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，電機的轉(zhuǎn)速不同于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，而是小于選裝磁場轉(zhuǎn)速。伺服電機有交流形式也有直流的形式，使用較多的是交流類型。伺服電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍較寬泛，直流伺服電動機有著較好的線性調(diào)節(jié)特性，且能夠快速響應(yīng)。

■1.2 電機運動控制

電機運動控制主要包括速度控制和位置控制兩方面的內(nèi)容，速度方面包括電機調(diào)速范圍與效率、調(diào)速均勻與平滑性、響應(yīng)時間以及加減速性能等等。位置方面的控制，包括對電機直線移動和角度變換的控制、矢量控制、轉(zhuǎn)矩控制等，涉及到電機分辨率與定位精確性等。

常用的電機運動控制系統(tǒng)，有交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)、交流伺服控制系統(tǒng)與有刷直流電機控制系統(tǒng)等，且這幾種電機運動控制技術(shù)對于浮法玻璃的生產(chǎn)線發(fā)揮著重要作用[2]。

2 浮法玻璃生產(chǎn)線冷端主要設(shè)備

■2.1 浮法玻璃生產(chǎn)工藝

浮法玻璃的生產(chǎn)是在錫槽中完成，錫槽中要有氮氣和氫氣保護氣體，熔融玻璃的密度小于錫液的密度，因此從池窯中流出后，會漂浮在錫液表面上，因自身重力和液體表面張力，錫液面上會形成均勻的玻璃液層，經(jīng)平整、硬化、冷卻工序后，被引上過渡輥臺。輥臺的運動帶動玻璃離開錫槽進入退火窯，經(jīng)退火、切割以及精細化加工，浮法玻璃的生產(chǎn)過程就完成了。浮法玻璃的生產(chǎn)成型工藝，能夠制作出更加優(yōu)質(zhì)的平板玻璃，玻璃的厚度均勻、表面平整光滑，成型方式能夠被大規(guī)模生產(chǎn)線應(yīng)用，相對于其他生產(chǎn)方式，浮法玻璃生產(chǎn)出的玻璃產(chǎn)品能耗較低，成品利用率高，設(shè)備或技術(shù)的自動化和機械化標(biāo)準(zhǔn)高，使用壽命長，能夠?qū)崿F(xiàn)浮法玻璃的長期穩(wěn)定生產(chǎn)。

■2.2 浮法玻璃生產(chǎn)線冷端主要設(shè)備

2.2.1 應(yīng)急落板

應(yīng)急落板是一種用于玻璃帶出現(xiàn)問題或者設(shè)備出現(xiàn)故障等非正常狀況下的應(yīng)急裝置，位于連續(xù)玻璃帶由池窯進入切裁工序的入口，應(yīng)急落板的設(shè)定也可用于更換產(chǎn)品品種時發(fā)揮作用，將原有玻璃帶全部清除。

2.2.2 傳送輥道

傳送輥道的作用是將玻璃產(chǎn)品進行運輸，是整個生產(chǎn)線的重要傳輸設(shè)備。裝置主要由伺服電機、同步帶及帶輪、齒輪電機、輥子以及軸承等部分組成。

2.2.3 測長發(fā)訊設(shè)備

測長發(fā)訊設(shè)備主要對玻璃板長度和板邊擺動進行測量，這些數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)對切割系統(tǒng)的優(yōu)化與改進。測長發(fā)訊設(shè)備的組成包括測長輪、測長發(fā)訊橋、升降定位氣缸等部分。

2.2.4 縱切機

縱切機設(shè)備是生產(chǎn)線對玻璃進行縱向切割的重要設(shè)備，整體結(jié)構(gòu)由主支架、可移動刀架機構(gòu)、傳動機構(gòu)等部分組成。主支架上載有切割設(shè)備，可移動刀架能夠自動調(diào)整位置，系統(tǒng)確定玻璃切割位置以后，傳動系統(tǒng)將刀架機構(gòu)移到工作位置。切割過程為：刀架升降氣缸下降，切割刀位于玻璃表面，同時壓力磁鐵會壓緊切割刀，用滾輪壓緊玻璃表面防止移動，進行切割[3]。

2.2.5 橫切機

橫切機的切割方向為橫向。橫切機組成設(shè)備與縱切機相類似，除了移動刀架機構(gòu)，其他組成基本相同。切割設(shè)備都位于主支架，伺服電機驅(qū)動齒形帶，帶動可移動刀架在軌道上做往復(fù)運動，對玻璃進行橫向切割，切割是在前進過程中完成，后退時，刀架上升，快速后退，不進行切割作業(yè)。與縱切機的切割過程類似，系統(tǒng)確定玻璃切割位置以后刀架機構(gòu)靠近目標(biāo)位置，此時刀架升降氣缸下降，滾輪壓緊玻璃，刀頭進行切割，同時前進。

2.2.6 自動堆垛機

玻璃生產(chǎn)完成以后，由自動堆垛機，將其從主線傳送帶上吸起，以固定堆放方式，放到堆垛旋轉(zhuǎn)平臺上。主要組成包括堆垛機、傳送輥道以及旋轉(zhuǎn)平臺等。

3 幾種常用電機控制技術(shù)

■3.1 有刷直流電機控制技術(shù)

有刷直流電機的定子上，兩極均有主磁極和電刷，轉(zhuǎn)子上安裝整流子和電樞繞組線圈。直流電通過整流子（換向器）和定子上的電刷進入電樞繞組線圈，形成電樞電流，生成磁場，與主磁場相互作用，在轉(zhuǎn)子上形成旋轉(zhuǎn)力矩，使電機旋轉(zhuǎn)帶動負載。直流電機控制技術(shù)的最大特點是起動、制動以及調(diào)速性能優(yōu)異。直流調(diào)速系統(tǒng)速率可調(diào)范圍寬、機械轉(zhuǎn)距特性硬，且性價比高。隨著電力電子技術(shù)的不斷研發(fā)，直流電氣傳動能夠采用可控硅整流器對功率控制，可控硅導(dǎo)通角的改變，能夠?qū)φ髌鬏敵鲭妷捍笮∵M行調(diào)節(jié)，完成對直流電機運轉(zhuǎn)速率的調(diào)節(jié)[4]。直流電機控制技術(shù)不斷向著更加數(shù)字化、自動化方向發(fā)展。

■3.2 交流變頻調(diào)速控制技術(shù)

隨著通訊技術(shù)、電力電子技術(shù)以及計算機技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速控制技術(shù)也更加完善，變頻器對電機的調(diào)速能夠做到恒轉(zhuǎn)距平滑調(diào)速，可用于電機起動到運行的整個調(diào)速過程。浮法玻璃生產(chǎn)線冷端的主輥道及分片線支輥道，都可良好采用這一特點。變頻器啟動電機運轉(zhuǎn)的瞬間，不會對電機、電纜等組件產(chǎn)生沖擊電流，有效保護了設(shè)備的正常使用，減輕了維護人員的工作量和企業(yè)的檢修支出。同時，采用變頻調(diào)速控制技術(shù)，電機轉(zhuǎn)速會比額定轉(zhuǎn)速低，有效避免了對電機軸承、冷卻風(fēng)機等部分的運轉(zhuǎn)損耗，因此能夠保證設(shè)備的較長使用壽命。

異步電機交流變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是電源輸入頻率和電機轉(zhuǎn)速之間的正比關(guān)系，用公式可表示為：

式中n代表轉(zhuǎn)速，f為頻率，s代表電機轉(zhuǎn)差率，p表示電機磁極對數(shù)，通過對電機工作電源頻率的控制實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的改變。變頻器內(nèi)置PID調(diào)節(jié)功能模塊，能與執(zhí)行器、傳感器等構(gòu)成一個簡單的單回路閉環(huán)控制系統(tǒng)[5]。

■3.3 交流伺服控制技術(shù)

交流伺服控制技術(shù)主要針對物體的運動，能夠?qū)崿F(xiàn)對物體運動速度、位置、加速度等變化量的準(zhǔn)確控制。交流伺服電機控制系統(tǒng)的主要組成有伺服驅(qū)動器、交流伺服電機以及指令機構(gòu)，是一個相對復(fù)雜的控制系統(tǒng)，由速度環(huán)、電流環(huán)以及位置環(huán)構(gòu)成，具備位置控制、速度控制以及轉(zhuǎn)距控制功能，也能實現(xiàn)這幾種控制方式的組合使用。交流伺服控制技術(shù)能夠應(yīng)用到浮法玻璃的自動化生產(chǎn)過程中，對傳輸輥道的運行作出控制，使得系統(tǒng)在獲取運行速的同時，控制速度的精確度，促進浮法玻璃生產(chǎn)線的自動、高效生產(chǎn)。交流伺服控制系統(tǒng)需要借助伺服電機，因此對電機的改進，也可提升交流伺服控制技術(shù)的特性。可根據(jù)系統(tǒng)負載的不同，選擇小慣量或中慣量的伺服電機，以更好地配合系統(tǒng)慣量，從而提升整個交流伺服控制系統(tǒng)的定位精度與反應(yīng)速度。

4 電機運動控制技術(shù)在浮法玻璃生產(chǎn)線上的實際應(yīng)用

■4.1 變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

4.1.1 助燃風(fēng)機的變頻調(diào)速

變頻調(diào)速技術(shù)可應(yīng)用到助燃風(fēng)機的工作過程中，能夠根據(jù)溫度曲線，結(jié)合玻璃熔制的工藝需求，合理調(diào)節(jié)助燃風(fēng)與燃料的比例。

圖1 所示為助燃風(fēng)機送風(fēng)示意圖，煤氣作為燃料，風(fēng)機提供助燃空氣，助燃空氣經(jīng)煙道進入小爐，空氣和煤氣在蓄熱室中預(yù)熱，在小爐中混燃，最終進入熔窯中燃燒。風(fēng)路中的控制機構(gòu)只有風(fēng)機風(fēng)門和閘板，如依靠閘板或者風(fēng)門控制風(fēng)量，不僅不易操作，也很難實現(xiàn)自動控制，因此，通過變頻調(diào)速技術(shù)，對助燃風(fēng)和燃料的比例進行自動化控制，能夠有效促進熔制的穩(wěn)定生產(chǎn)。

圖1 助燃風(fēng)機送風(fēng)示意圖變頻器

4.1.2 投料機和攪拌機的變頻調(diào)速

浮法玻璃生產(chǎn)過程中，計算機系統(tǒng)采集玻璃液位儀的數(shù)據(jù)之后，變頻器會按計算機要求控制投料機的工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)投料機速度。采用變頻調(diào)速技術(shù)的投料機，相比于傳統(tǒng)方式，投料更均勻，能夠更好地滿足熔化的工藝要求。在攪拌工作中，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，提高了攪拌機的可靠性和精確度，且便于維護。

■4.2 交流伺服控制技術(shù)的應(yīng)用

伺服控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于浮法玻璃生產(chǎn)線上傳輸輥道的控制，用于控制其位移、速度以及加速度等，能夠顯著提升傳輸輥道的控制精確度。加速分離輥道的作用是將成板切割后的玻璃經(jīng)輥道裝置加速分離成單片玻璃，要頻繁、準(zhǔn)確切換退火窯低速度與冷端輸送輥道高速度這兩種速度?？蓪⒓铀俜蛛x輥道分為兩個區(qū)，采用交流伺服驅(qū)動器、伺服電機、小型PLC可編程控制器，還有測速編碼器、光電開關(guān)以及變壓器等設(shè)備，組成一個浮法線冷端的加速輥道電氣控制系統(tǒng)。系統(tǒng)控制示意圖如圖2所示。

圖2 加速輥道控制系統(tǒng)

■4.3 直線電機驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用

除了變頻調(diào)速技術(shù)和交流伺服控制技術(shù)以外，直線電機技術(shù)在浮法玻璃生產(chǎn)中也有著廣泛應(yīng)用。直線電機擁有一種特殊的進給傳動方式，具有定位精準(zhǔn)、動態(tài)響應(yīng)快、傳動效率高以及運行噪聲低等優(yōu)勢，在工業(yè)領(lǐng)域，可被用于生產(chǎn)輸送線、自動儀器設(shè)備以及數(shù)控機床匯中。

玻璃液從熔窯中流入錫槽的過程，會帶入二氧化硫、三氧化硫、氧氣等氣體，錫槽不能完全密封，因此玻璃液也會接觸到空氣中的氧氣。高溫條件下，錫很容易與這些氣體發(fā)生反應(yīng)，生成氧化錫、硫化錫等成分，形成錫渣污染物，漂浮在錫液表面，從而影響到玻璃的生產(chǎn)質(zhì)量，而且錫污染物的存在，使得錫液中二價錫和四價錫增多，容易引起鋼化虹彩缺陷。直線電機的應(yīng)用，能夠有效清除浮法玻璃生產(chǎn)中錫液表面的錫污染物。錫槽中直線電機的應(yīng)用過程如圖3所示。

圖3 錫槽耳池“半十字”型直線電機應(yīng)用過程

在錫槽池壁上設(shè)計特殊的小耳池，將“半十字”型的直線電機安裝在耳池沿口上，引導(dǎo)錫液定向流經(jīng)耳池，除去漂浮的錫污染物，得到干凈的錫液，保證浮法玻璃的生產(chǎn)質(zhì)量。

5 結(jié)語

綜上所述，通過對直流電機調(diào)速、交流變頻調(diào)速以及交流伺服控制系統(tǒng)的分析，結(jié)合浮法玻璃的加工工藝以及生產(chǎn)設(shè)備，探究了電機運動控制技術(shù)在浮法玻璃生產(chǎn)過程中的具體應(yīng)用，先進的控制原理以及靈活的操控方式，提升了浮法玻璃生產(chǎn)線的控制靈活性和生產(chǎn)可靠性與精確性。