1 引言 隨著生活水平的提高，人們對居住環境要求越來越高，因而極大地促進了房屋設計裝修及其相關產業的發展。各種新型高質量的裝修材料層出不窮，市場需求日益增加。壓花玻璃以其優質的性能和廣泛的用途正越來越受到市場的青睞。作為壓花玻璃生產工藝重要流程之一，退火窯傳動控制系統控制壓機及退火窯傳動輥電機的運行，確保在玻璃表面上壓制所需的花紋圖案，同時保證玻璃帶運行平穩地通過退火窯。由于控制性能的好壞直接影響到壓花玻璃的質量，所以退火窯調速系統的設計廣受重視。 電力電子技術的發展，以及現代控制理論向交流電氣傳動領域的滲透，交流異步電機傳動調速系統得到了迅速發展。近年來，由于電力電子變換器和數字信號處理器（DSP）的飛速發展，高性能的變頻器不斷推出，變頻異步電機調速裝置得到了日益廣泛的運用，系統在速度精度、穩定性和動態響應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調速控制系統。 2 退火窯交流調速控制系統 2.1 系統簡介 退火窯傳動系統構成如圖1所示。壓花玻璃成型工藝生產過程簡述如下:來自熔窯的玻璃帶經壓機花輥壓制后，在玻璃帶表面形成所需的花紋后，繼續進入退火窯進行退火冷卻工藝，以消除玻璃分子間應力，提高玻璃強度。系統由1臺壓機花輥傳動電機1M和2臺退火窯傳動電機2M組成，退火窯傳動電機一用一備，操作人員可任意選擇工作或備用電機。系統需要對3 臺變頻異步電機進行轉速控制，確保在玻璃表面上壓制所需的花紋圖案， 同時保證玻璃帶運行平穩地通過退火窯。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，對傳動系統的動靜態性能要求較高。退火窯傳動系統控制性能對產品的質量起著至關重要的作用。 為保證產品的質量，傳動系統應確保電機的穩速運行的精度。電機的運行速度應根據生產不同厚度玻璃而調整，生產工藝要求系統的調速比達到1:10,對應電機工作頻率運行范圍為5～50Hz。根據實際生產操作的需要，壓機和退火窯電機速比不是一個定值，應根據實際情況隨時調整;此外，當玻璃板的厚度發生變化時，兩者之間又需要滿足統調的要求，即退火窯和壓機電機速比調整好，要同時提升或降低兩者的速度。因此對動態性能也提出了較高的要求，過渡過程應該平穩短暫。 [align=center] 圖1 退火窯傳動系統示意圖[/align] 2.2 退火窯傳動控制系統 退火窯傳動調速控制系統主要由變頻器、速度信號控制器和其他相應繼電器邏輯控制線路構成。變頻器采用日產高性能的安川（YASKAWA）VS616-G5，控制模式選用無速度傳感器的矢量控制方式。眾所周知，交流電動機是個多變量、強耦合、非線性時變的被控對象，僅用電壓/頻率（U/f）恒定的標量控制，在很多情況下已經不能滿足調速系統對調速精度、動態性能及低頻時轉矩平穩等諸多方面的要求。此外，實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。控制系統采用基于現代控制理論的磁通觀測器控制，神經元網絡速度預估，實現真正的電流矢量控制達到高精度轉矩控制。VS616-G5具有自學習功能（auto-tuning），在使用矢量控制時，變頻器能自動辨識電機銘牌范圍的電機參數。因此從變頻器專用電機到通用電機都可以進行矢量控制運行，電機可最大限度地發揮作用。 變頻器控制原理如圖2所示，對3臺電機均適用。 [align=center] 圖2 變頻器控制原理圖 [/align] 變頻器運行指令來自控制端子信號，通過控制端子1的開合來控制電機的起停。變頻器頻率指令來自控制端子16和17，當正常生產時，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整，使輸出回路中的0-10V信號按不同要求變化，以完成對壓機和退火窯電機速度單調與統調的需求。端子21、22接現場操作控制臺速度顯示表，供操作人員觀察使用。故障接點端子19、20串接于電機啟動控制回路中，當變頻器檢測到電機發生過負荷等故障，確保安全起見，斷開電機啟動回路。 壓花玻璃生產過程中，玻璃帶在上壓花輥及進入退火窯時經常發生擠壓變形等異常情況。運用安川變頻器多級速度（Multi-step speed reference）優先級高于主速（Master speed reference）指令的特性，借助多功能端子5實現手動/自動功能切換，以解決上述問題。即當生產時出現異常情況時，旋動手動/自動切換旋鈕，閉合端子5，使電機迅速切換至預先設定的變頻器機內多級速度1（D1-02）的值，讓電機以較低速度運行，以便操作人員及時處理。變頻器運行系統基本設定參數見表1。 從實際運行結果情況看，矢量控制的運用對電機低頻特性有顯著地提高，轉速平穩且無明顯轉矩脈動現象。 2.3 速度信號控制器（SFC） 由于壓花玻璃生產的需要，工作電機的速度調整較頻繁且要求特別，即要滿足退火窯傳動電機和壓機電機單調與統調的需要。因而需要有可靠的信號源提供給變頻器作為運行主速指令。這項任務由專門設計的速度信號控制器來完成。速度信號控制器（SFC）主要構成如圖3所示。 [align=center] 圖3 速度信號控制器（SFC）原理框圖[/align] 控制器的輸出通道1、2分別提供0-10V電壓信號作為變頻器運行參考頻率。當調整電阻Rf的值時，輸出通道1、輸出2的值同時變化;當分別調整電阻Rf1或Rf2的值時，相應輸出通道的值發生改變。從而滿足了速度單調與統調的要求。 退火窯傳動2臺電機的工作方式為一用一備，系統嚴禁2臺電機同時并列運行。因此系統控制回路中設置了工作電機選擇及電機運行互鎖繼電器控制線路。同時速度信號控制器輸出通道2的回路也應加入到這部分控制中去。即退火窯備用電機來自SFC的電壓信號將被屏蔽，只有工作電機接受SFC輸出通道2的電壓信號。 3 結束語 運行實踐表明，基于高性能變頻器的無速度傳感器矢量交流調速控制系統具有調速精度高，調速范圍大，結構簡單，工作可靠，操作方便等諸多優點。尤其是低頻時轉速平穩，無轉矩脈動現象。在實際運用中大受歡迎。目前該套控制系統已在國內多條壓花玻璃生產線上投入使用，受到用戶的好評。 字串5 參考文獻 [1] Yaskawa Electric Corporation，VS616-G5 Instruction Manual，2002. [2] 陳伯時. 變頻器的發展和運用前景[J]. 變頻器世界，2002（9）. 作者簡介：李 康 男 現為中國新型建筑材料工業杭州設計研究院電氣工程師，從事工廠自動化系統的設計與研究，主要領域包括計算機控制、電氣傳動控制和過程自動化控制。