前言
玻璃工業屬原材料工業，受國家宏觀經濟影響較大。目前，我國快速發展的建筑、汽車、太陽能行業對優質鋼化玻璃的需求量越來越大，促進了我國玻璃深加工產業的迅速發展。我國玻璃行業的供求格局和消費結構逐步由普通玻璃向優質鋼化玻璃過渡；由原片消費向附加值高的深加工產品過渡。按照“十一五”規劃目標，優質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。
面對行業需求變化，洛陽蘭迪玻璃機器有限公司作為國內領先的鋼化玻璃設備供應商，始終堅持開發技術先進的高品質鋼化玻璃機組，經過近十年的研發與創新，不但具有國內領先技術水平，而且滿足了國際市場的需求。為玻璃加工企業及時調整和改善行業結構，在持續擴大產能的同時，大力提高優質產品的比例、開發新的高端產品，改善低端產品產能過剩，汽車、太陽能等領域高端產品仍需進口局面提供了有力的技術保證。近年來，蘭迪公司先后開發了具有噴流式對流、3毫米鋼化、組合式鋼化等先進技術的玻璃鋼化機組，為蘭迪在鋼化玻璃領域引領行業先進技術奠定了堅實的基礎。目前，蘭迪產品可以滿足建筑、家具、家電、汽車、太陽能產業對于平彎玻璃鋼化設備的需求，產品已達數百種規格。
蘭迪公司的產品不僅在國內具有較高的知名度、占據較大的市場份額，而且遠銷歐盟、美國、加拿大、俄羅斯、新加坡等數十個國家和地區。目前，蘭迪的鋼化設備已經占據了全球高端市場26%的份額，為國內外客戶帶來了相當可觀的經濟效益。這得益于其采用了穩定、可靠、極具性價比的西門子S7-300 PLC+MP 270的主控制系統。此外，依托西門子通訊模塊的以太網技術、遠程診斷功能的應用更是開業內之先河，成為新一代玻璃鋼化機組控制系統的典范。
玻璃鋼化原理
玻璃鋼化是利用物理或化學方法，在玻璃表面形成壓應力層、內部形成拉應力層；當玻璃受到外力作用時，壓應力層可將部分拉應力抵消，避免玻璃破碎，從而達到提高玻璃強度的目的。不僅如此，玻璃表面的微裂紋在這種壓應力下變得更加細微，也在一定程度上提高了玻璃的強度。
目前普遍采用的物理鋼化法是將玻璃加熱到軟化點附近（650℃左右），這時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，進行結構調整，以使內部存在的應力很快消除，然后將玻璃進行吹風驟冷，當溫度平衡后，玻璃表面產生了壓應力，內層產生了張應力，即玻璃產生了一種均勻而有規律分布的內應力，提高了玻璃作為脆性材料的抗張強度，從而使玻璃抗彎曲和抗沖擊強度得到提高。同時，由于玻璃內部均勻應力的存在，一旦玻璃局部受到超過其強度能承受的沖擊發生破裂時，在內部應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應力玻璃或安全玻璃。
玻璃在鋼化的過程中，一般都會產生風斑和應力斑，風斑是在冷卻過程中，由于受冷不均而導致玻璃應力不均而形成的，其在某種特殊角度下觀察會看到玻璃表面呈明暗相間的條紋。應力斑也是因為應力不均造成的，比如在加熱過程中，爐邊部和中部存在溫差而導致應力不均。應力斑目前還沒有辦法完全避免，但設計良好的鋼化設備可以最大程度的減少應力斑的可見性。
玻璃鋼化爐設備
鋼化爐（glass tempering furnace)是用物理或化學方法生產鋼化玻璃的設備，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流式強制對流加熱鋼化爐和輻射式加熱鋼化爐。對流式鋼化爐以加熱時間短、加熱均勻，生產的鋼化玻璃平整度好、風斑少、玻金少在最近幾年得到了廣泛的應用。
鋼化爐機組一般由放片臺、加熱爐、冷卻風柵、取片臺等組成。外加風機、空氣分配中心、電氣控制系統以及電腦終端等設施組成。原片玻璃從裝片臺入爐，在加熱爐內加熱到適合鋼化的溫度，完成加熱過程，電爐內部空間被爐內水平、相隔一定間距放置的數十根陶瓷輥道分隔為上下兩個加熱空間，分別由頂部與底部的電熱絲加熱，PLC自動控制整個加熱過程。加熱后的玻璃進入冷卻風柵后均勻迅速地淬冷鋼化，上下風柵的冷卻壓力可以調節。然后進入卸片臺卸片包裝。鋼化爐的鋼化工藝過程，在操作人員對相應的工藝參數進行選擇、設定后，由PLC控制系統對工藝流程進行自動控制。
圖1 蘭迪玻璃鋼化對流爐機組
玻璃鋼化系統工藝
玻璃鋼化工藝一般采用優質玻璃為原料，以鋼化爐為主要生產設備。整個生產線的長度20-30米不等，依次分布為放片臺、加熱段、風柵冷卻段、取片臺，各工段均有不同材質的輥子運送玻璃。輔助設備有鼓風機、風道、控制柜等。其生產過程分成上片、自動往復加熱、往復急冷、往復吹風、取片五個工藝階段。
開車前逐步使加熱段呈矩陣分布的上下電爐升溫至650℃，做好鋼化準備。玻璃進入加熱爐后，由陶瓷輥道支撐，在連續正、反向轉換轉動的陶瓷輥道帶動下，往復運動，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、玻璃往復運動時造成的氣體對流和自然對流傳熱。此時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的熱傳導以及吸收輻射熱得以實現的；玻璃下表面除了下部輻射板熱輻射、玻璃往復運動造成的氣體對流和自然對流加熱外，玻璃下表面與處于高溫狀態的陶瓷輥道直接接觸，陶瓷輥道以熱傳導方式直接對玻璃下表面傳遞熱量。運動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流傳熱。由于熱傳導的作用，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，這在玻璃進爐初期非常明顯。加熱后期，啟動冷卻風機高速運行。加熱完畢，打開后爐門，加熱主傳動和風柵主傳動按出爐速度同步高速出爐，熾熱的玻璃快速進入風柵急冷鋼化。急冷之后，風機低速運行至冷卻結束，然后減速停機，風柵轉動和取片轉動按取片速度同步出柵到達取片臺。系統同時具有多種報警。緊急停車時有安全位置，運行時有安全連鎖。
玻璃強制快速冷卻，是形成玻璃最終均勻永久應力的關鍵。玻璃板被繞有仿綸繩的輥道支撐，往復運動，實現玻璃均勻、快速冷卻。冷卻風的總風壓以及上下冷卻速率的平衡，上下風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
圖2 鋼化對流爐控制系統結構總圖
鋼化爐控制系統由上位機和下位機組成，上位機為西門子WINCC+MP 270控制系統，下位機除PLC的CPU機架外，還有一個擴展機架，用于控制大量的SSR模塊。另外，通過Profibus總線擴展了三個ET200M遠程I/O站和四套風機變頻系統。
PLC是剛化爐控制系統的核心，基于系統要實現的功能以及適用性、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，各種功能模塊可以滿足和適應自動控制功能，簡單、實用、模塊化和分散式結構使其應用十分靈活，當控制任務增加時，可自由擴展。高電磁兼容性和抗振動、抗沖擊性使其具有很高工業環境適應性。易于實現分布式控制、易于操作等特點使S7-300成為玻璃鋼化爐系統的首選控制器。溫度控制有大量的DI/DO模塊，由于變頻器使用電壓信號進行調速控制，所以選用了AI/AO模塊。S7-300的AI模塊可以改變硬件設備的測溫范圍，穩定性好、測量精<
