CN103699050A - 一种光纤涂层直径自动控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种光纤涂层直径自动控制系统及其控制方法涉及的是一种光纤生产过程中涂层直径自动控制系统及其控制方法。包括光纤涂覆装置、涂覆装置温度传感器、涂覆压力传感器、涂料管道温度传感器、涂料压料装置、涂覆装置的水浴装置、涂料固化装置、涂层直径测径仪、牵引装置、收线装置、可编程逻辑控制器、上位机。光纤经测径仪测量涂层直径，测径仪将采集到的光纤涂层直径数据传送给拉丝生产控制系统，拉丝生产控制系统将采集到的涂层直径与设定的涂层直径进行分析对比，通过PID运算，自动调节涂覆压力、涂覆温度和涂料管道温度，使光纤的涂层直径稳定在标准范围内。
Description
技术领域
本发明一种光纤涂层直径自动控制系统及其控制方法涉及的是一种光纤生产过程中涂层直径自动控制系统及其控制方法。
背景技术
涂层直径是光纤的一个极为重要的拉丝控制参数。传统的拉丝方法，操作人员通过拉丝经验直接设定相应速度段的涂覆压力，这种方法在低速拉丝生产时能够满足生产要求，但是在拉丝速度超过1800m/min高速拉丝时，光纤涂层直径的调节不够平滑，无法满足生产要求。
发明内容
本发明目的是针对上述存在的不足之处提供一种光纤涂层直径自动控制系统及其控制方法，是一种基于PID自动调节的光纤涂层直径自动控制系统，自动调节涂覆压力、涂覆温度和涂料管道温度，使光纤的涂层直径稳定在标准范围内。
一种光纤涂层直径自动控制系统及其控制方法采取以下技术方案实现：
一种光纤涂层直径自动控制系统包括光纤涂覆装置、涂覆装置温度传感器、涂覆压力传感器、涂料管道温度传感器、涂料压料装置、涂覆装置的水浴装置、涂料固化装置、涂层直径测径仪、牵引装置、可编程逻辑控制器和上位机。
光纤涂覆装置设置有涂料盒，涂料盒中设置有水浴加热套。水浴加热套设置有进水口、回水管。涂料盒下方安装有涂覆模具。
涂覆装置的水浴装置包括进水管、出水管、电热管、液位传感器、水泵、温度传感器和水加热桶。水加热桶中盛装有热水，水加热桶下部装有电热管，水加热桶装有液位传感器，水泵的进水管与水加热桶连通，水泵的出水管与涂料盒设置的水浴加热套进水口连接，供给水浴加热套热水加热涂料，使涂料管道温度控制在30℃~60℃。水浴加热套设置的回水管通过控制阀与水加热桶连接。
涂料压料装置包括气体控制阀、进气管、液位传感器、涂料管道和涂料桶。涂料桶中盛装有涂料，涂料桶中装有液位传感器，涂料桶上部装有进气管，进气管上装有气体控制阀，调节进入涂料桶的压缩空气或其他气体压力，涂料管道一端与涂料桶连通，另一端与光纤涂覆装置的涂料盒连通，涂覆压力传感器和涂料管道温度传感器安装在涂料管道上，涂料压料装置上安装有涂覆装置温度传感器。
涂料固化装置安装在光纤涂覆装置的下部，所述的涂料固化装置是一种紫外线固化器，紫外线固化器装有紫外线灯，通过紫外线可将光纤表层的涂料迅速进行固化。
在涂料固化装置与牵引装置之间装有涂层直径测径仪，涂层直径测径仪通过信号线与可编程逻辑控制器相连，上位机通过控制线与可编程逻辑控制器相连。涂覆装置温度传感器、涂覆压力传感器和涂料管道温度传感器通过通过信号线与可编程逻辑控制器相连。
裸光纤经光纤涂覆装置进行涂覆，涂覆后的光纤通过涂料固化装置对涂料进行固化，涂层直径测径装置对固化后的光纤进行涂层直径测量，将测量得到的涂层直径信号传送给可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器将采集到的涂层直径值与上位机设置的标准涂层直径值进行对比分析，通过PID运算，自动调节涂覆压力、涂覆温度和涂料管道温度，使光纤的涂层直径稳定在标准范围内，同时涂覆压力传感器、涂覆装置温度传感器、涂料管道温度传感器将实时采集到的涂覆压力、涂覆温度和涂料管道温度通过信号线反馈给可编程逻辑控制器。
一种光纤涂层直径自动控制的自动控制方法如下：
涂覆装置水浴装置对光纤涂覆装置进行水浴加热，使涂覆装置保持涂覆温度范围在30℃~60℃，涂覆温度通过安装在光纤涂覆装置上的涂覆装置温度传感器进行测量。涂料压料装置将涂料压入光纤涂覆装置对裸光纤进行涂覆，涂料管道采用全自动加热管道，涂料管道温度和涂料管道压力通过安装在涂料管道上的涂料管道温度传感器和涂覆压力传感器进行测量。涂覆压力传感器、涂覆装置温度传感器、涂料管道温度传感器将实时采集到的涂覆压力、涂覆温度和涂料管道温度通过信号线反馈给可编程逻辑控制器。涂层直径测径仪对固化后的光纤进行涂层直径测量，将测量得到的涂层直径信号传送给可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器将采集到的涂层直径值与上位机设置的标准涂层直径值进行对比分析，通过PID运算，自动调节涂覆压力在0MPa~1.2MPa、涂覆温度30℃~60℃和涂料管道温度30℃~60℃，使光纤的涂层直径波动范围稳定在6μm之内。
整个生产过程通过可编程逻辑控制器（10）进行控制，操作人员可通过上位机（11）对可编程逻辑控制器（10）发送操作指令，上位机（11）通过工业以太网跟可编程逻辑控制器（10）实现数据交换。
所述的PID 是比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法。
PID控制系统组成如下：
PID调节微分方程如下：
式中 
PID调节器的传输函数如下：
一种光纤涂层直径自动控制系统及其控制方法设计合理，结构紧凑，是一种基于PID自动调节的光纤涂层直径自动控制系统，该系统根据涂层直径的变化自动调节涂覆压力、涂覆温度和涂料管道温度，使光纤的涂层直径稳定在标准范围内。光纤涂层直径的调节更加平滑，参数更加稳定，能够满足高速拉丝要求。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明所述一种光纤涂层直径自动控制系统的结构示意图。
图2是本发明一种光纤涂层直径自动控制的控制系统的模型。
图中：1、光纤涂覆装置，2、涂覆装置温度传感器，3、涂覆压力传感器，4、涂料管道温度传感器，5、涂料压料装置，6、涂覆装置的水浴装置，7、涂料固化装置，8、涂层直径测径仪，9、牵引装置， 10、可编程逻辑控制器，11、上位机；
1-1、涂料盒，1-2、水浴加热套，1-3、涂覆模具；
5-1、气体控制阀，调节气体压力，5-2、进气管，5-3、液位传感器，5-4、涂料管道，5-5、涂料桶；
6-1、进水管，6-2、出水管，6-3、电热管，6-4、液位传感器，6-5、水泵，6-6、温度传感器；6-7、水加热桶。
具体实施方式
参照附图1、2，一种光纤涂层直径自动控制系统包括光纤涂覆装置（1）、涂覆装置温度传感器（2）、涂覆压力传感器（3）、涂料管道温度传感器（4）、涂料压料装置（5）、涂覆装置的水浴装置（6）、涂料固化装置（7）、涂层直径测径仪（8）、牵引装置（9）、可编程逻辑控制器（10）、上位机（11）。
光纤涂覆装置（1）设置有涂料盒1-1，涂料盒中设置有水浴加热套1-2。水浴加热套设置有进水口、回水管。涂料盒下方安装有涂覆模具1-3。
涂覆装置的水浴装置（6）包括进水管6-1、出水管6-2、电热管6-3、液位传感器6-4、水泵6-5、温度传感器6-6和水加热桶6-7。水加热桶6-7中盛装有热水，水加热桶6-7下部装有电热管6-3，水加热桶6-7装有液位传感器6-4，水泵6-5的进水管6-1与水加热桶6-7连通，水泵6-5的出水管6-2与涂料盒设置的水浴加热套进水口连接，供给水浴加热套1-2热水加热涂料，使涂料管道温度控制在30℃~60℃。水浴加热套设置的回水管通过控制阀与水加热桶6-7连接。
涂料压料装置（5）包括气体控制阀5-1、进气管5-2、液位传感器5-3、涂料管道5-4和涂料桶5-5。涂料桶5-5中盛装有涂料，涂料桶5-5中装有液位传感器5-3，涂料桶5-5上部装有进气管5-2，进气管5-2上装有气体控制阀5-1，调节进入涂料桶5-5压缩空气或其他气体压力，涂料管道5-4一端与涂料桶5-5连通，另一端与光纤涂覆装置（1）的涂料盒1-1连通，涂覆压力传感器（3）和涂料管道温度传感器（4）安装在涂料管道5-4上，涂料压料装置（5）上安装有涂覆装置温度传感器（2）。
涂料固化装置（7）安装在光纤涂覆装置（1）的下部，所述的涂料固化装置（7）是一种紫外线固化器，紫外线固化器装有紫外线灯，通过紫外线可将光纤表层的涂料迅速进行固化。
在涂料固化装置（7）与牵引装置（9）之间装有涂层直径测径仪（8），涂层直径测径仪（8）通过信号线与可编程逻辑控制器（10）相连，上位机（11）通过控制线与可编程逻辑控制器（10）相连。涂覆装置温度传感器（2）、涂覆压力传感器（3）和涂料管道温度传感器（4）通过通过信号线与可编程逻辑控制器（10）相连。
一种光纤涂层直径自动控制系统的自动控制方法如下：
上位机（11）预先设置好PID自动调节的比例、积分和微分参数以及标准涂层直径值、涂覆温度、涂料管道温度和涂覆压力。涂覆装置温度传感器（2）、涂覆压力传感器（3）和涂料管道温度传感器（4）将实时采集到的涂覆温度、涂覆压力和涂料管道温度反馈给可编程逻辑控制器（10）。涂覆装置水浴装置（6）对光纤涂覆装置（1）进行水浴加热，使光纤涂覆装置（1）保持恒定的涂覆温度。涂料压料装置（5）通过设定的涂覆压力、涂料管道温度给光纤涂覆装置（1）供料。裸光纤经光纤涂覆装置（1）进行涂覆，涂覆后的光纤通过涂料固化装置（7）迅速将涂料进行固化，固化后的光纤经涂层直径测径仪（8）测量涂层直径，涂层直径测径装置（8）将采集到的涂层直径传送给可编程逻辑控制器（10），可编程逻辑控制器（10）将采集到的涂层直径值与上位机（11）设置的标准涂层直径值进行对比分析，通过PID运算，自动调节涂覆压力在0MPa~1.2MPa、涂覆温度30℃~60℃和涂料管道温度30℃~60℃，使光纤的涂层直径波动范围稳定在6μm之内。
一种光纤涂层直径自动控制系统通过PID运算，自动调节涂覆压力、涂覆温度和涂料管道温度，使光纤的涂层直径稳定在标准范围内。整个生产过程通过可编程逻辑控制器（10）进行控制，操作人员可通过上位机（11）对可编程逻辑控制器（10）发送操作指令，上位机（11）通过工业以太网跟可编程逻辑控制器（10）实现数据交换。
所述的涂料固化装置（7）是一种紫外线固化系统，通过紫外线可将光纤表层的涂料迅速进行固化。
所述的测径仪（5）是CERSA公司的精密激光测量仪器，监控实时测量结果。
所述的可编程逻辑控制器（6）根据操作指令完成整个拉丝过程的控制。
参照附图1所示一种光纤涂层直径自动控制拉丝控制主要由光纤涂覆装置（1）、涂覆装置温度传感器（2）、涂覆压力传感器（3）、涂料管道温度传感器（4）、涂料压料装置（5）、涂覆装置水浴装置（6）、涂料固化装置（7）、涂层直径测径装置（8）、牵引装置（9）、可编程逻辑控制器（10）、上位机（11）组成。涂层直径测径装置（8）将生产的光纤的涂层直径检测传送给可编程逻辑控制器（10），可编程逻辑控制器（10）将采集过来的光纤涂层直径与设定的光纤涂层直径进行分析对比，通过PID运算，自动调节光纤涂覆压力、涂覆温度和涂料管道温度，使光纤的涂层直径稳定在标准范围内。
图2中，r(t)为给定光纤涂层直径值，c(t)为实际检测的光纤涂层直径值，采用PID自动调节，输出u(t)为光纤涂覆压力、涂覆温度和涂料管道温度的控制信号。
所述的涂覆装置温度传感器（2）和涂料管道温度传感器（4）采用市售PT100型温度传感器。
所述的涂覆压力传感器（3）采用市售易福门PN7004型压力传感器。
所述的可编程逻辑控制器（10）采用市售西门子S7-300可编程逻辑控制器。
所述的上位机（11）采用市售SIMATIC IPC847C型工业控制计算机。
Claims (5)
1.一种光纤涂层直径自动控制系统，其特征在于：包括光纤涂覆装置、涂覆装置温度传感器、涂覆压力传感器、涂料管道温度传感器、涂料压料装置、涂覆装置的水浴装置、涂料固化装置、涂层直径测径仪、牵引装置、可编程逻辑控制器和上位机；
光纤涂覆装置设置有涂料盒，涂料盒中设置有水浴加热套；水浴加热套设置有进水口、回水管；
涂覆装置的水浴装置包括进水管、出水管、电热管、液位传感器、水泵、温度传感器和水加热桶；水加热桶中盛装有热水，水加热桶下部装有电热管，水加热桶装有液位传感器，水泵的进水管与水加热桶连通，水泵的出水管与涂料盒设置的水浴加热套进水口连接，供给水浴加热套热水加热涂料，使涂料管道温度控制在30℃~60℃，水浴加热套设置的回水管通过控制阀与水加热桶连接；
涂料压料装置包括气体控制阀、进气管、液位传感器、涂料管道和涂料桶；涂料桶中盛装有涂料，涂料桶中装有液位传感器，涂料桶上部装有进气管，进气管上装有气体控制阀，调节进入涂料桶的压缩空气或其他气体压力，涂料管道一端与涂料桶连通，另一端与光纤涂覆装置的涂料盒连通，涂覆压力传感器和涂料管道温度传感器安装在涂料管道上，涂料压料装置上安装有涂覆装置温度传感器；
涂料固化装置安装在光纤涂覆装置的下部，所述的涂料固化装置是一种紫外线固化器，通过紫外线可将光纤表层的涂料迅速进行固化；
在涂料固化装置与牵引装置之间装有涂层直径测径仪，涂层直径测径仪通过信号线与可编程逻辑控制器相连，上位机通过控制线与可编程逻辑控制器相连；涂覆装置温度传感器、涂覆压力传感器和涂料管道温度传感器通过通过信号线与可编程逻辑控制器相连；
裸光纤经光纤涂覆装置进行涂覆，涂覆后的光纤通过涂料固化装置对涂料进行固化，涂层直径测径装置对固化后的光纤进行涂层直径测量，将测量得到的涂层直径信号传送给可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器将采集到的涂层直径值与上位机设置的标准涂层直径值进行对比分析，通过PID运算，自动调节涂覆压力、涂覆温度和涂料管道温度，使光纤的涂层直径稳定在标准范围内，同时涂覆压力传感器、涂覆装置温度传感器、涂料管道温度传感器将实时采集到的涂覆压力、涂覆温度和涂料管道温度通过信号线反馈给可编程逻辑控制器。
2.根据权利要求1所述的一种光纤涂层直径自动控制系统，其特征在于：所述的涂料盒下方安装有涂覆模具。
3.根据权利要求1所述的一种光纤涂层直径自动控制系统，其特征在于：所述的紫外线固化器装有紫外线灯。
4.权利要求1所述的一种光纤涂层直径自动控制系统的自动控制方法，其特征在于：
涂覆装置水浴装置对光纤涂覆装置进行水浴加热，使涂覆装置保持涂覆温度范围在30℃~60℃，涂覆温度通过安装在光纤涂覆装置上的涂覆装置温度传感器进行测量，涂料压料装置将涂料压入光纤涂覆装置对裸光纤进行涂覆，涂料管道采用全自动加热管道，涂料管道温度和涂料管道压力通过安装在涂料管道上的涂料管道温度传感器和涂覆压力传感器进行测量，涂覆压力传感器、涂覆装置温度传感器、涂料管道温度传感器将实时采集到的涂覆压力、涂覆温度和涂料管道温度通过信号线反馈给可编程逻辑控制器，涂层直径测径仪对固化后的光纤进行涂层直径测量，将测量得到的涂层直径信号传送给可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器将采集到的涂层直径值与上位机设置的标准涂层直径值进行对比分析，通过PID运算，自动调节涂覆压力在0MPa~1.2MPa、涂覆温度30℃~60℃和涂料管道温度30℃~60℃，使光纤的涂层直径波动范围稳定在6μm之内。
5.根据权利要求1所述的一种光纤涂层直径自动控制系统的自动控制方法，其特征在于：整个生产过程通过可编程逻辑控制器进行控制，操作人员可通过上位机对可编程逻辑控制器发送操作指令，上位机通过工业以太网跟可编程逻辑控制器实现数据交换。
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