1 引言 隨著生活水平的提高，人們對(duì)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(chǎng)需求日益增加。壓花玻璃以其優(yōu)質(zhì)的性能和廣泛的用途正越來越受到市場(chǎng)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(dòng)控制系統(tǒng)控制壓機(jī)及退火窯傳動(dòng)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(shí)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(dòng)領(lǐng)域的滲透，交流異步電機(jī)傳動(dòng)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(hào)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(dòng)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(wú)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(jiǎn)介 退火窯傳動(dòng)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(jiǎn)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(tái)壓機(jī)花輥傳動(dòng)電機(jī)1M和2臺(tái)退火窯傳動(dòng)電機(jī)2M組成，退火窯傳動(dòng)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(duì)3 臺(tái)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， 同時(shí)保證玻璃帶運(yùn)行平穩(wěn)地通過退火窯。速度的波動(dòng)將直接影響壓制花紋的效果及玻璃表面的平整度，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能要求較高。退火窯傳動(dòng)系統(tǒng)控制性能對(duì)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(dòng)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(duì)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(gè)定值，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整;此外，當(dāng)玻璃板的厚度發(fā)生變化時(shí)，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(shí)提升或降低兩者的速度。因此對(duì)動(dòng)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。 [align=center] 圖1 退火窯傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖[/align] 2.2 退火窯傳動(dòng)控制系統(tǒng) 退火窯傳動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)主要由變頻器、速度信號(hào)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(wú)速度傳感器的矢量控制方式。眾所周知，交流電動(dòng)機(jī)是個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、非線性時(shí)變的被控對(duì)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(duì)調(diào)速精度、動(dòng)態(tài)性能及低頻時(shí)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(wú)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(cè)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(shí)，變頻器能自動(dòng)辨識(shí)電機(jī)銘牌范圍的電機(jī)參數(shù)。因此從變頻器專用電機(jī)到通用電機(jī)都可以進(jìn)行矢量控制運(yùn)行，電機(jī)可最大限度地發(fā)揮作用。 變頻器控制原理如圖2所示，對(duì)3臺(tái)電機(jī)均適用。 [align=center] 圖2 變頻器控制原理圖 [/align] 變頻器運(yùn)行指令來自控制端子信號(hào)，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(shí)，變頻器的速度信號(hào)由速度信號(hào)控制器（SFC）給出。速度信號(hào)控制器主要功能為變頻器提供0-10V主速信號(hào)。通過對(duì)SFC控制線路中不同電阻的調(diào)整，使輸出回路中的0-10V信號(hào)按不同要求變化，以完成對(duì)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(chǎng)操作控制臺(tái)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(dòng)控制回路中，當(dāng)變頻器檢測(cè)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(dòng)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(shí)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(jí)速度（Multi-step speed reference）優(yōu)先級(jí)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(dòng)/自動(dòng)功能切換，以解決上述問題。即當(dāng)生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)異常情況時(shí)，旋動(dòng)手動(dòng)/自動(dòng)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(jí)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(shí)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(duì)電機(jī)低頻特性有顯著地提高，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)且無(wú)明顯轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)現(xiàn)象。 2.3 速度信號(hào)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(dòng)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(hào)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(hào)控制器來完成。速度信號(hào)控制器（SFC）主要構(gòu)成如圖3所示。 [align=center] 圖3 速度信號(hào)控制器（SFC）原理框圖[/align] 控制器的輸出通道1、2分別提供0-10V電壓信號(hào)作為變頻器運(yùn)行參考頻率。當(dāng)調(diào)整電阻Rf的值時(shí)，輸出通道1、輸出2的值同時(shí)變化;當(dāng)分別調(diào)整電阻Rf1或Rf2的值時(shí)，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(dòng)2臺(tái)電機(jī)的工作方式為一用一備，系統(tǒng)嚴(yán)禁2臺(tái)電機(jī)同時(shí)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(shí)速度信號(hào)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(hào)將被屏蔽，只有工作電機(jī)接受SFC輸出通道2的電壓信號(hào)。 3 結(jié)束語(yǔ) 運(yùn)行實(shí)踐表明，基于高性能變頻器的無(wú)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(jiǎn)單，工作可靠，操作方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。尤其是低頻時(shí)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，無(wú)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)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(guó)內(nèi)多條壓花玻璃生產(chǎn)線上投入使用，受到用戶的好評(píng)。 字串5 參考文獻(xiàn) [1] Yaskawa Electric Corporation，VS616-G5 Instruction Manual，2002. [2] 陳伯時(shí). 變頻器的發(fā)展和運(yùn)用前景[J]. 變頻器世界，2002（9）. 作者簡(jiǎn)介：李 康 男 現(xiàn)為中國(guó)新型建筑材料工業(yè)杭州設(shè)計(jì)研究院電氣工程師，從事工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，主要領(lǐng)域包括計(jì)算機(jī)控制、電氣傳動(dòng)控制和過程自動(dòng)化控制。