前言
        玻璃工業(yè)屬原材料工業(yè)，受國家宏觀經(jīng)濟(jì)影響較大。目前，我國快速發(fā)展的建筑、汽車、太陽能行業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)鋼化玻璃的需求量越來越大，促進(jìn)了我國玻璃深加工產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。我國玻璃行業(yè)的供求格局和消費(fèi)結(jié)構(gòu)逐步由普通玻璃向優(yōu)質(zhì)鋼化玻璃過渡；由原片消費(fèi)向附加值高的深加工產(chǎn)品過渡。按照“十一五”規(guī)劃目標(biāo)，優(yōu)質(zhì)玻璃的比例將從目前20%左右增至40%，玻璃深加工率將從25%增至40%以上。
        面對(duì)行業(yè)需求變化，洛陽蘭迪玻璃機(jī)器有限公司作為國內(nèi)領(lǐng)先的鋼化玻璃設(shè)備供應(yīng)商，始終堅(jiān)持開發(fā)技術(shù)先進(jìn)的高品質(zhì)鋼化玻璃機(jī)組，經(jīng)過近十年的研發(fā)與創(chuàng)新，不但具有國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)水平，而且滿足了國際市場(chǎng)的需求。為玻璃加工企業(yè)及時(shí)調(diào)整和改善行業(yè)結(jié)構(gòu)，在持續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)能的同時(shí)，大力提高優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的比例、開發(fā)新的高端產(chǎn)品，改善低端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩，汽車、太陽能等領(lǐng)域高端產(chǎn)品仍需進(jìn)口局面提供了有力的技術(shù)保證。近年來，蘭迪公司先后開發(fā)了具有噴流式對(duì)流、3毫米鋼化、組合式鋼化等先進(jìn)技術(shù)的玻璃鋼化機(jī)組，為蘭迪在鋼化玻璃領(lǐng)域引領(lǐng)行業(yè)先進(jìn)技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前，蘭迪產(chǎn)品可以滿足建筑、家具、家電、汽車、太陽能產(chǎn)業(yè)對(duì)于平彎玻璃鋼化設(shè)備的需求，產(chǎn)品已達(dá)數(shù)百種規(guī)格。
        蘭迪公司的產(chǎn)品不僅在國內(nèi)具有較高的知名度、占據(jù)較大的市場(chǎng)份額，而且遠(yuǎn)銷歐盟、美國、加拿大、俄羅斯、新加坡等數(shù)十個(gè)國家和地區(qū)。目前，蘭迪的鋼化設(shè)備已經(jīng)占據(jù)了全球高端市場(chǎng)26%的份額，為國內(nèi)外客戶帶來了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。這得益于其采用了穩(wěn)定、可靠、極具性價(jià)比的西門子S7-300 PLC+MP 270的主控制系統(tǒng)。此外，依托西門子通訊模塊的以太網(wǎng)技術(shù)、遠(yuǎn)程診斷功能的應(yīng)用更是開業(yè)內(nèi)之先河，成為新一代玻璃鋼化機(jī)組控制系統(tǒng)的典范。

 
玻璃鋼化原理
        玻璃鋼化是利用物理或化學(xué)方法，在玻璃表面形成壓應(yīng)力層、內(nèi)部形成拉應(yīng)力層；當(dāng)玻璃受到外力作用時(shí)，壓應(yīng)力層可將部分拉應(yīng)力抵消，避免玻璃破碎，從而達(dá)到提高玻璃強(qiáng)度的目的。不僅如此，玻璃表面的微裂紋在這種壓應(yīng)力下變得更加細(xì)微，也在一定程度上提高了玻璃的強(qiáng)度。
        目前普遍采用的物理鋼化法是將玻璃加熱到軟化點(diǎn)附近（650℃左右），這時(shí)玻璃仍能保持原來的形狀，但玻璃中粒子已有一定的遷移能力，進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，以使內(nèi)部存在的應(yīng)力很快消除，然后將玻璃進(jìn)行吹風(fēng)驟冷，當(dāng)溫度平衡后，玻璃表面產(chǎn)生了壓應(yīng)力，內(nèi)層產(chǎn)生了張應(yīng)力，即玻璃產(chǎn)生了一種均勻而有規(guī)律分布的內(nèi)應(yīng)力，提高了玻璃作為脆性材料的抗張強(qiáng)度，從而使玻璃抗彎曲和抗沖擊強(qiáng)度得到提高。同時(shí)，由于玻璃內(nèi)部均勻應(yīng)力的存在，一旦玻璃局部受到超過其強(qiáng)度能承受的沖擊發(fā)生破裂時(shí)，在內(nèi)部應(yīng)力的作用下自爆為小顆粒，提高了其安全性。因此，鋼化玻璃亦可稱為預(yù)應(yīng)力玻璃或安全玻璃。
        玻璃在鋼化的過程中，一般都會(huì)產(chǎn)生風(fēng)斑和應(yīng)力斑，風(fēng)斑是在冷卻過程中，由于受冷不均而導(dǎo)致玻璃應(yīng)力不均而形成的，其在某種特殊角度下觀察會(huì)看到玻璃表面呈明暗相間的條紋。應(yīng)力斑也是因?yàn)閼?yīng)力不均造成的，比如在加熱過程中，爐邊部和中部存在溫差而導(dǎo)致應(yīng)力不均。應(yīng)力斑目前還沒有辦法完全避免，但設(shè)計(jì)良好的鋼化設(shè)備可以最大程度的減少應(yīng)力斑的可見性。

玻璃鋼化爐設(shè)備
        鋼化爐（glass tempering furnace)是用物理或化學(xué)方法生產(chǎn)鋼化玻璃的設(shè)備，目前主要采用物理式鋼化爐，物理式玻璃鋼化爐按照加熱方式特性可以分為對(duì)流式強(qiáng)制對(duì)流加熱鋼化爐和輻射式加熱鋼化爐。對(duì)流式鋼化爐以加熱時(shí)間短、加熱均勻，生產(chǎn)的鋼化玻璃平整度好、風(fēng)斑少、玻金少在最近幾年得到了廣泛的應(yīng)用。
        鋼化爐機(jī)組一般由放片臺(tái)、加熱爐、冷卻風(fēng)柵、取片臺(tái)等組成。外加風(fēng)機(jī)、空氣分配中心、電氣控制系統(tǒng)以及電腦終端等設(shè)施組成。原片玻璃從裝片臺(tái)入爐，在加熱爐內(nèi)加熱到適合鋼化的溫度，完成加熱過程，電爐內(nèi)部空間被爐內(nèi)水平、相隔一定間距放置的數(shù)十根陶瓷輥道分隔為上下兩個(gè)加熱空間，分別由頂部與底部的電熱絲加熱，PLC自動(dòng)控制整個(gè)加熱過程。加熱后的玻璃進(jìn)入冷卻風(fēng)柵后均勻迅速地淬冷鋼化，上下風(fēng)柵的冷卻壓力可以調(diào)節(jié)。然后進(jìn)入卸片臺(tái)卸片包裝。鋼化爐的鋼化工藝過程，在操作人員對(duì)相應(yīng)的工藝參數(shù)進(jìn)行選擇、設(shè)定后，由PLC控制系統(tǒng)對(duì)工藝流程進(jìn)行自動(dòng)控制。

                                                                                  圖1 蘭迪玻璃鋼化對(duì)流爐機(jī)組
 
玻璃鋼化系統(tǒng)工藝
        玻璃鋼化工藝一般采用優(yōu)質(zhì)玻璃為原料，以鋼化爐為主要生產(chǎn)設(shè)備。整個(gè)生產(chǎn)線的長度20-30米不等，依次分布為放片臺(tái)、加熱段、風(fēng)柵冷卻段、取片臺(tái)，各工段均有不同材質(zhì)的輥?zhàn)舆\(yùn)送玻璃。輔助設(shè)備有鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)道、控制柜等。其生產(chǎn)過程分成上片、自動(dòng)往復(fù)加熱、往復(fù)急冷、往復(fù)吹風(fēng)、取片五個(gè)工藝階段。
        開車前逐步使加熱段呈矩陣分布的上下電爐升溫至650℃，做好鋼化準(zhǔn)備。玻璃進(jìn)入加熱爐后，由陶瓷輥道支撐，在連續(xù)正、反向轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)動(dòng)的陶瓷輥道帶動(dòng)下，往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成均勻加熱。玻璃上表面吸收熱量主要依靠頂部電熱絲的熱輻射、玻璃往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)造成的氣體對(duì)流和自然對(duì)流傳熱。此時(shí)熱輻射是最為首要的加熱形式；玻璃中部溫度的升高是靠玻璃表面向內(nèi)的熱傳導(dǎo)以及吸收輻射熱得以實(shí)現(xiàn)的；玻璃下表面除了下部輻射板熱輻射、玻璃往復(fù)運(yùn)動(dòng)造成的氣體對(duì)流和自然對(duì)流加熱外，玻璃下表面與處于高溫狀態(tài)的陶瓷輥道直接接觸，陶瓷輥道以熱傳導(dǎo)方式直接對(duì)玻璃下表面?zhèn)鬟f熱量。運(yùn)動(dòng)中的陶瓷輥道不斷接受來自下部輻射板輻射熱以及下部空間的對(duì)流傳熱。由于熱傳導(dǎo)的作用，在相同溫度條件下，下表面的升溫速率大于上表面的升溫速率，這在玻璃進(jìn)爐初期非常明顯。加熱后期，啟動(dòng)冷卻風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行。加熱完畢，打開后爐門，加熱主傳動(dòng)和風(fēng)柵主傳動(dòng)按出爐速度同步高速出爐，熾熱的玻璃快速進(jìn)入風(fēng)柵急冷鋼化。急冷之后，風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行至冷卻結(jié)束，然后減速停機(jī)，風(fēng)柵轉(zhuǎn)動(dòng)和取片轉(zhuǎn)動(dòng)按取片速度同步出柵到達(dá)取片臺(tái)。系統(tǒng)同時(shí)具有多種報(bào)警。緊急停車時(shí)有安全位置，運(yùn)行時(shí)有安全連鎖。
       玻璃強(qiáng)制快速冷卻，是形成玻璃最終均勻永久應(yīng)力的關(guān)鍵。玻璃板被繞有仿綸繩的輥道支撐，往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)玻璃均勻、快速冷卻。冷卻風(fēng)的總風(fēng)壓以及上下冷卻速率的平衡，上下風(fēng)柵氣流壓力的平衡也直接影響鋼化玻璃的平整度。
 
鋼化爐氣控制系統(tǒng)

                                                                          圖2 鋼化對(duì)流爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總圖
        鋼化爐控制系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)組成，上位機(jī)為西門子WINCC+MP 270控制系統(tǒng)，下位機(jī)除PLC的CPU機(jī)架外，還有一個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，用于控制大量的SSR模塊。另外，通過Profibus總線擴(kuò)展了三個(gè)ET200M遠(yuǎn)程I/O站和四套風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)。
        PLC是剛化爐控制系統(tǒng)的核心，基于系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能以及適用性、安全性、可靠性，選用了西門子S7-300 PLC作為主控制，SIEMENS S7-300是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，各種功能模塊可以滿足和適應(yīng)自動(dòng)控制功能，簡(jiǎn)單、實(shí)用、模塊化和分散式結(jié)構(gòu)使其應(yīng)用十分靈活，當(dāng)控制任務(wù)增加時(shí)，可自由擴(kuò)展。高電磁兼容性和抗振動(dòng)、抗沖擊性使其具有很高工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。易于實(shí)現(xiàn)分布式控制、易于操作等特點(diǎn)使S7-300成為玻璃鋼化爐系統(tǒng)的首選控制器。溫度控制有大量的DI/DO模塊，由于變頻器使用電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)速控制，所以選用了AI/AO模塊。S7-300的AI模塊可以改變硬件設(shè)備的測(cè)溫范圍，穩(wěn)定性好、測(cè)量精<