隨著生活水平的提高，人們對居住環(huán)境要求越來越高，因而極大地促進(jìn)了房屋設(shè)計(jì)裝修及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。各種新型高質(zhì)量的裝修材料層出不窮，市場需求日益增加。壓花玻璃以其的性能和廣泛的用途正越來越受到市場的青睞。作為壓花玻璃生產(chǎn)工藝重要流程之一，退火窯傳動控制系統(tǒng)控制壓機(jī)及退火窯傳動輥電機(jī)的運(yùn)行，確保在玻璃表面上壓制所需的花紋圖案，同時保證玻璃帶運(yùn)行平穩(wěn)地通過退火窯。由于控制性能的好壞直接影響到壓花玻璃的質(zhì)量，所以退火窯調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)廣受重視。
　　電力電子技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論向交流電氣傳動領(lǐng)域的滲透，交流異步電機(jī)傳動調(diào)速系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。近年來，由于電力電子變換器和數(shù)字信號處理器 (DSP)的飛速發(fā)展，高性能的變頻器不斷推出，變頻異步電機(jī)調(diào)速裝置得到了日益廣泛的運(yùn)用，系統(tǒng)在速度精度、穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)等方面性能上顯著提高。本文介紹基于高性能變頻器，采用無速度傳感器矢量控制方式的壓花玻璃退火窯交流異步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)。
2 退火窯交流調(diào)速控制系統(tǒng)
　　2.1 系統(tǒng)簡介
　　退火窯傳動系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。壓花玻璃成型工藝生產(chǎn)過程簡述如下:來自熔窯的玻璃帶經(jīng)壓機(jī)花輥壓制后，在玻璃帶表面形成所需的花紋后，繼續(xù)進(jìn)入退火窯進(jìn)行退火冷卻工藝，以消除玻璃分子間應(yīng)力，提高玻璃強(qiáng)度。系統(tǒng)由1臺壓機(jī)花輥傳動電機(jī)1M和2臺退火窯傳動電機(jī)2M組成，退火窯傳動電機(jī)一用一備，操作人員可任意選擇工作或備用電機(jī)。系統(tǒng)需要對3 臺變頻異步電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，確保在玻璃表面上壓制所需的花紋圖案。
 
圖1 退火窯傳動系統(tǒng)示意圖
　　同時保證玻璃帶運(yùn)行平穩(wěn)地通過退火窯。速度的波動將直接影響壓制花紋的效果及玻璃表面的平整度，對傳動系統(tǒng)的動靜態(tài)性能要求較高。退火窯傳動系統(tǒng)控制性能對產(chǎn)品的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。
　　為保證產(chǎn)品的質(zhì)量，傳動系統(tǒng)應(yīng)確保電機(jī)的穩(wěn)速運(yùn)行的精度。電機(jī)的運(yùn)行速度應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)不同厚度玻璃而調(diào)整，生產(chǎn)工藝要求系統(tǒng)的調(diào)速比達(dá)到1:10,對應(yīng)電機(jī)工作頻率運(yùn)行范圍為5~50Hz。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)操作的需要，壓機(jī)和退火窯電機(jī)速比不是一個定值，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況隨時調(diào)整;此外，當(dāng)玻璃板的厚度發(fā)生變化時，兩者之間又需要滿足統(tǒng)調(diào)的要求，即退火窯和壓機(jī)電機(jī)速比調(diào)整好，要同時提升或降低兩者的速度。因此對動態(tài)性能也提出了較高的要求，過渡過程應(yīng)該平穩(wěn)短暫。
　　2.2 退火窯傳動控制系統(tǒng)
　　退火窯傳動調(diào)速控制系統(tǒng)主要由變頻器、速度信號控制器和其他相應(yīng)繼電器邏輯控制線路構(gòu)成。變頻器采用日產(chǎn)高性能的安川(YASKAWA)VS616- G5，控制模式選用無速度傳感器的矢量控制方式。*，交流電動機(jī)是個多變量、強(qiáng)耦合、非線性時變的被控對象，僅用電壓/頻率(U/f)恒定的標(biāo)量控制，在很多情況下已經(jīng)不能滿足調(diào)速系統(tǒng)對調(diào)速精度、動態(tài)性能及低頻時轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)等諸多方面的要求。此外，實(shí)際工程中速度傳感器的增加將帶來成本的增加、安裝維修不便等一系列問題。無速度傳感器的矢量控制方式的采用較好地解決上述矛盾。
　　安川VS616-G5采用高性能的IGBT，SPWM逆變控制技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)采用基于現(xiàn)代控制理論的磁通觀測器控制，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)速度預(yù)估，實(shí)現(xiàn)真正的電流矢量控制達(dá)到高精度轉(zhuǎn)矩控制。VS616-G5具有自學(xué)習(xí)功能(auto-tuNIng)，在使用矢量控制時，變頻器能自動辨識電機(jī)銘牌范圍的電機(jī)參數(shù)。因此從變頻器電機(jī)到通用電機(jī)都可以進(jìn)行矢量控制運(yùn)行，電機(jī)可zui大限度地發(fā)揮作用。
　　變頻器控制原理如圖2所示，對3臺電機(jī)均適用。
 
圖2 變頻器控制原理圖
　　變頻器運(yùn)行指令來自控制端子信號，通過控制端子1的開合來控制電機(jī)的起停。變頻器頻率指令來自控制端子16和17，當(dāng)正常生產(chǎn)時，變頻器的速度信號由速度信號控制器(SFC)給出。速度信號控制器主要功能為變頻器提供0-10V主速信號。通過對SFC控制線路中不同電阻的調(diào)整，使輸出回路中的0-10號按不同要求變化，以完成對壓機(jī)和退火窯電機(jī)速度單調(diào)與統(tǒng)調(diào)的需求。端子21、22接現(xiàn)場操作控制臺速度顯示表，供操作人員觀察使用。故障接點(diǎn)端子19、 20串接于電機(jī)啟動控制回路中，當(dāng)變頻器檢測到電機(jī)發(fā)生過負(fù)荷等故障，確保安全起見，斷開電機(jī)啟動回路。
　壓花玻璃生產(chǎn)過程中，玻璃帶在上壓花輥及進(jìn)入退火窯時經(jīng)常發(fā)生擠壓變形等異常情況。運(yùn)用安川變頻器多級速度(Multi-step speed reference)優(yōu)先級高于主速(Master speed reference)指令的特性，借助多功能端子5實(shí)現(xiàn)手動/自動功能切換，以解決上述問題。即當(dāng)生產(chǎn)時出現(xiàn)異常情況時，旋動手動/自動切換旋鈕，閉合端子5，使電機(jī)迅速切換至預(yù)先設(shè)定的變頻器機(jī)內(nèi)多級速度1(D1-02)的值，讓電機(jī)以較低速度運(yùn)行，以便操作人員及時處理。變頻器運(yùn)行系統(tǒng)基本設(shè)定參數(shù)見表1。
 
　　從實(shí)際運(yùn)行結(jié)果情況看，矢量控制的運(yùn)用對電機(jī)低頻特性有顯著地提高，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)且無明顯轉(zhuǎn)矩脈動現(xiàn)象。
　　2.3 速度信號控制器(SFC)
　　由于壓花玻璃生產(chǎn)的需要，工作電機(jī)的速度調(diào)整較頻繁且要求特別，即要滿足退火窯傳動電機(jī)和壓機(jī)電機(jī)單調(diào)與統(tǒng)調(diào)的需要。因而需要有可靠的信號源提供給變頻器作為運(yùn)行主速指令。這項(xiàng)任務(wù)由專門設(shè)計(jì)的速度信號控制器來完成。速度信號控制器(SFC)主要構(gòu)成如圖3所示。
 
圖3 速度信號控制器(SFC)原理框圖
　　控制器的輸出通道1、2分別提供0-10V電壓信號作為變頻器運(yùn)行參考頻率。當(dāng)調(diào)整電阻Rf的值時，輸出通道1、輸出2的值同時變化;當(dāng)分別調(diào)整電阻Rf1或Rf2的值時，相應(yīng)輸出通道的值發(fā)生改變。從而滿足了速度單調(diào)與統(tǒng)調(diào)的要求。
　　退火窯傳動2臺電機(jī)的工作方式為一用一備，系統(tǒng)嚴(yán)禁2臺電機(jī)同時并列運(yùn)行。因此系統(tǒng)控制回路中設(shè)置了工作電機(jī)選擇及電機(jī)運(yùn)行互鎖繼電器控制線路。同時速度信號控制器輸出通道2的回路也應(yīng)加入到這部分控制中去。即退火窯備用電機(jī)來自SFC的電壓信號將被屏蔽，只有工作電機(jī)接受SFC輸出通道2的電壓信號。
3 結(jié)束語
　　運(yùn)行實(shí)踐表明，基于高性能變頻器的無速度傳感器矢量交流調(diào)速控制系統(tǒng)具有調(diào)速精度高，調(diào)速范圍大，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，操作方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。尤其是低頻時轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，無轉(zhuǎn)矩脈動現(xiàn)象。在實(shí)際運(yùn)用中大受歡迎。目前該套控制系統(tǒng)已在國內(nèi)多條壓花玻璃生產(chǎn)線上投入使用，受到用戶的好評