Структурная схема взаимосвязей процесса вытяжки оптического волокна

Возмущения

Q

T P

x

I

Рис. 2.15.

Для построения системы управления процессом вытяжки фторидных волокон очень важно исследовать главное звено установки вытяжки – печь нагрева заготовок как объект управления. Температуру в зоне нагрева заготовок можно регулировать с помощью двух управляющих воздействий: изменением силы тока, текущего по нихромовой проволоке, и изменением расхода газа, подаваемого в кварцевую трубу. Были исследованы оба канала управления.

Была получена переходная характеристика объекта управления по каналу «сила тока – температура». На рис.2.16 представлена нормированная переходная характеристика изменения температуры в зоне нагрева при ступенчатом изменении силы тока. Переходная характеристика снималась при расходе инертного газа Q_азот= 2,5 м³/час.

Термопара была установлена в центре кварцевой трубы в зоне формирования луковицы. Изменение температуры осуществлялось путем изменения силы тока, текущего по нихромовой проволоке.

Переходная характеристика объекта управления по каналу «подача газа – температура» представлена на рис.2.17. Она была получена при напряжении, подаваемом на нихромовую проволоку U_печи= 18 В.

Термопара была установлена в центре кварцевой трубы в зоне формирования луковицы. Изменение температуры осуществлялось путем изменения расхода газа.

Для нахождения коэффициентов передаточной функции объекта были исследованы переходные характеристики по двум каналам.

Определение постоянных времени Т1 и Т2 с помощью графических построений.

Из графика рис.2.16 находим величины Tf , Tc и а. Затем из точки 1 пересечения касательной А с осью абсцисс восстанавливается перпендикуляр высотой g:

0.53

g = a [ 2.73 + ]

1+(150a) ^-3

Через точку 3 проводится прямая линия В, параллельная касательной А, и находится время Tb . Предположив, что Т1 > Т 2, вычисляют их значения из эмпирических соотношений:

Т₂=( Tb+ Tf){ 1- 200*(0.032 – a) [1 + (0.086 + 0.0015/(0.032-a)) ^-1] ^-1}

При а> 0.005; Т1 = Tc - Т 2

Рис.2.16. Переходная характеристика по каналу «сила тока – температура».

Рис.2.17. Переходная характеристика по каналу

«Расход газа – температура»

Найдем передаточные функции в числовом виде:

1. По каналу " сила тока - температура"

0.53

g = 0.03 [ 2.73 + ] = 0.0992 ;

1+(150*0.03) ^-3

Т₂ =( 7.5+ 28){ 1- 200*(0.032 – 0.035) [1 + (0.086 + 0.0015/(0.032-0.035)) ^-1] ^-1} =20.45 cек. ;

Т₁ = 71.5 - 20,45 =61.05 сек..

2. По каналу "расход газа – температура нагрева"

0.53

-3

g = 0,05 [ 2.73 + ] = 0,163

1+(150*0,05)

Т₂ =(4,5+10,6){1-200*(0,032–0,05)[1+(0,086+0,0015/(0,032-0,05))]^-1}^-1=

=12,93 сек.;

Т1 = 16,9 – 12,93 = 3,97 сек.

В результате обработки данных переходного процесса была получены передаточные функции объекта управления, позволяющая определить динамику нагрева:

(1)

(2)

Как видно из формулы (1), объект управления обладает запаздыванием и достаточно большой инерционностью. Поэтому целесообразно ток, питающий печь нагрева заготовок сделать стабильным, а температурой в центре печи управлять с помощью изменения расхода газа.

Выводы

1. Проведен анализ технологического процесса вытяжки оптических волокон.

2. Определены важнейшие параметры волокна. От того, насколько точно поддерживаются эти параметры в процессе производства, зависит конечное качество выпускаемого оптического волокна.

3. Разработаны структурная и функциональная схемы. Определены основные воздействия в процессе вытягивания волокна. К управляющим относятся: температура в зоне формирования волокна. К возмущающим воздействиям относятся: нестабильность диаметра заготовки по длине, неоднородность химического состава заготовки, температурные колебания температуры в зоне формования волокна.

4. В результате обработки данных переходного процесса была получены передаточные функции объекта управления по двум каналам "расход газа – температура" и "сила тока – температура".