CN116023021A - 一种拉丝张力自动控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉丝张力自动控制方法，采用五区图的控制方法，将采集到的实时拉丝张力与张力限值进行比较，确定出当前系统拉丝张力所处的五区图的位置，按控制方法判断是否满足自动控制策略，当满足控制策略时则确定拉丝炉电柜功率是否需要调节，若需要调节则判断拉丝炉电柜功率是升还是降，确认后进行拉丝炉电柜升降功率调节，以改变拉丝炉温度，从而自动调节拉丝张力。本发明还提供一种拉丝张力自动控制装置。本发明在高速拉丝过程中，能够在保证拉丝速度稳定的条件下，实现拉丝炉功率随裸光纤实时拉丝张力自动变化，从而达到将拉丝张力稳定控制在设定的区间的目的。

Description

一种拉丝张力自动控制方法及装置

技术领域

本发明涉及光纤拉丝技术领域，具体涉及一种拉丝张力自动控制方法及装置。

背景技术

在光纤拉丝过程中，拉丝张力是一个非常重要的工艺参数，可通过在线调节拉丝张力的大小来确定光纤的一些主要的性能参数，比如：截止波长、模场直径、光纤强度等等。

拉丝张力主要由两个部分的阻力组成：一是拉丝炉内光纤软化变径区域的石英粘度在拉丝过程中产生的阻力；二是光纤涂覆时液态涂料对光纤的阻力。在实际生产过程中，涂覆模具中仅含极少量的液态涂料，因此涂料对拉丝光纤通过时产生的阻力非常小，故光纤拉丝张力的大小主要是由光纤软化变径域的石英粘度产生的阻力所决定。因此，光纤拉丝张力主要受到拉丝速度和拉丝炉温度的影响。目前主要通过非接触式张力测量系统对光纤软化变径区下部的裸光纤进行测量，并将收集的张力信号传递到拉丝控制面板上用于监控，当光纤拉丝张力较大幅度偏移控制中心值时，通过人为手动调节拉丝炉功率的方式进行控制。

通过光纤在软化变径区域的张力理论公式(如下式)：

可知裸光纤张力与软化变径区的石英粘度、预制棒截面积和速度梯度参数呈正比。光纤软化变径区的石英粘度由拉丝温度控制、速度梯度由拉丝速度来控制。我们在实际拉丝过程中为了保证光纤参数的稳定性，期望预制棒的截面积和拉丝速度保持稳定不波动。而实际上由于制棒工艺的影响，实心预制棒较易出现轴向棒径不均匀的情况，即预制棒的截面积会随着拉丝过程发生非线性的变化，这也导致光纤拉丝张力出现非线性的变化趋势。

随着光纤制造技术的发展，光纤的拉丝速度越来越快(单模光纤普遍在2000米/分钟以上)，拉丝速度的提升也直接带来光纤拉丝张力波动频率的上升，对光纤的截止波长、模场直径、光纤强度等性能参数的稳定性产生较大影响，采用现有的张力监测和人工手动调节张力的方法难以满足高速拉丝需求，造成光纤拉丝张力的不稳定，影响了光纤的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拉丝张力自动控制方法及装置，该方法和装置在高速拉丝过程中，能够在保证拉丝速度稳定的条件下，实现拉丝炉功率随裸光纤实时拉丝张力自动变化，从而达到将拉丝张力稳定控制在设定的区间的目的。

本发明所采用的技术方案是：

一种拉丝张力自动控制方法，采用五区图的控制方法，将采集到的实时拉丝张力与张力限值进行比较，确定出当前系统拉丝张力所处的五区图的位置，按控制方法判断是否满足自动控制策略，当满足控制策略时则确定拉丝炉电柜功率是否需要调节，若需要调节则判断拉丝炉电柜功率是升还是降，确认后进行拉丝炉电柜升降功率调节，以改变拉丝炉温度，从而自动调节拉丝张力。

所述的拉丝张力自动控制方法主要包括如下步骤：

1)设置参数并开启张力自动控制；

2)实时采集拉丝张力；

3)确定步骤2)中的实时拉丝张力处于五区图位置(进行实时拉丝张力与五区图中的张力限值的比较，确定实时拉丝张力处于五区图的位置)；

4)判断步骤3)的位置是否满足自动控制策略条件；

5)如果满足自动控制策略条件，再判断拉丝炉电柜是否需要调节；

6)当拉丝炉电柜需要调节时，判断是升高拉丝炉电柜的功率还是降低拉丝炉电柜的功率；

7)当需要升高拉丝炉电柜功率时，通过PLC控制拉丝炉升高温度，提高拉丝炉电柜功率；

当需要降低拉丝炉电柜功率时，通过PLC控制拉丝炉降低温度，降低拉丝炉电柜功率；

8)拉丝炉达到设定温度，响应完成，返回步骤2)实时采集拉丝张力。

按上述方案，步骤5)中，当拉丝炉电柜不需要调节时，返回步骤2)实时采集拉丝张力数据。

按上述方案，步骤4)中，当步骤3)的位置不满足自动控制策略条件时，关闭张力自动控制，重新设置参数。

按上述方案，所述五区图为通过高张力、正常张力上限、正常张力下限、低张力四个参数将张力分为5个区间；

当实时拉丝张力＞高张力时，则实时拉丝张力置于a区；

当正常张力上限＜实时拉丝张力≤高张力时，则实时拉丝张力置于b区；

当正常张力下限≤实时拉丝张力≤正常张力上限时，则实时拉丝张力置于c区；

当低张力≤实时拉丝张力＜正常张力下限时，则实时拉丝张力置于d区；

当实时拉丝张力＜低张力时，则实时拉丝张力置于e区。

按上述方案，当实时拉丝张力处于五区图中的a区和e区，则不满足自动控制策略条件，张力自动控制关闭。

按上述方案，当实时拉丝张力置于b区，则升高拉丝炉电柜的功率。

按上述方案，当实时拉丝张力置于d区，则降低拉丝炉电柜的功率。

按上述方案，当实时拉丝张力置于c区，则无需调节拉丝炉电柜的功率。

按上述方案，拉丝炉所使用的加热方式为高频电感方式或电阻方式。

按上述方案，步骤1)中的参数为拉丝炉电柜功率Ramp、张力校验周期、五区图中高张力、正常张力上限、正常张力下限、低张力的值；

本发明还提供一种拉丝张力自动控制装置，该拉丝张力自动控制装置采用上述拉丝张力自动控制方法进行拉丝张力控制，其包括非接触式张力测量仪、拉丝炉电柜、PLC单元，

非接触式张力测量仪实时测量从拉丝炉出来的裸光纤的张力，并将该张力数据传递给PLC单元，PLC单元判断该张力数据位于五区图的位置，进而控制拉丝炉电柜工作，拉丝炉电柜控制拉丝炉进行升温或降温。

预制棒进入拉丝炉中，通过拉丝炉电柜控制拉丝炉进行加热后形成锥形的软化变径区，随后冷却形成裸光纤，裸光纤通过非接触式张力测量仪进行实时裸光纤张力测量，非接触式张力测量仪的张力信号通过PLC单元与拉丝炉电柜的功率信号建立关联，拉丝炉电柜的功率控制过程直接影响裸光纤张力的稳定性。裸光纤进入涂料涂覆器表面涂覆涂料后进入固化装置进行涂层固化。光纤固化后经牵引轮至收线轮，完成光纤生产加工过程。

本发明产生的有益效果是：

在拉丝速度稳定的条件下，实现拉丝炉功率随裸光纤实时拉丝张力自动变化，从而将拉丝张力稳定控制在设定的区间，整个控制过程无需人工调节，控制简单、方便；

当拉丝张力不在正常范围时，以调节拉丝炉电柜功率的升降措施来改变拉丝炉内预制棒软化变径区的温度，以达到调节拉丝张力的目的；

采用PLC单元控制拉丝炉电柜工作，进而改变拉丝炉电柜功率，控制方便、实用；

通过PLC实现拉丝炉功率随拉丝张力自动调节，从而实现将拉丝张力自动控制在设置的稳定区间，这种自动调节拉丝张力的方式可以有效改善光纤张力的稳定性，降低因张力过大或过小引起的截止波长、模场直径参数，以及光纤强度问题带来的报废；

每根预制棒(包括每根预制棒的不同拉丝阶段)都可以根据用户需求设定不同的张力定值和临界参数，适用范围广；

将非接触式张力测量仪测量的拉丝张力信号与拉丝炉电柜功率信号建立关联，采用PLC(可编程逻辑控制器)实现拉丝炉电柜的功率的自动升降，改变拉丝炉温度，从而达到改变光纤软化变径区域石英黏度的目的；

可针对一系列不同的拉丝张力设置不同的张力限值。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是光纤生产加工示意图；

图2是拉丝张力自动控制方法的流程图；

图3是五区图；

图中：1、预制棒，2、拉丝炉，3、拉丝炉电柜，4、软化变径区，5、裸光纤，6、非接触式张力测量仪，7、PLC单元，8、涂料涂覆器，9、固化装置，10、牵引轮，11、收线轮。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种拉丝张力自动控制装置，其包括非接触式张力测量仪6、拉丝炉电柜3、PLC单元7。非接触式张力测量仪6实时测量从拉丝炉2出来的裸光纤5的张力，并将该张力数据传递给PLC单元7，PLC单元7判断该张力数据位于五区图的位置，进而控制拉丝炉电柜3工作，拉丝炉电柜3控制拉丝炉进行升温或降温。

预制棒1进入拉丝炉2中，通过拉丝炉电柜3控制拉丝炉2进行加热后形成锥形的软化变径区4，随后冷却形成裸光纤5，裸光纤5进入涂料涂覆器8表面涂覆涂料后进入固化装置9进行涂层固化，光纤固化后经牵引轮10至收线轮11，完成光纤生产加工过程。

非接触式张力测量仪6实时采集裸光纤5的张力数据，并将该数据传递给PLC单元7，PLC单元7控制拉丝炉电柜3工作，进而控制拉丝炉电柜3功率。非接触式张力测量仪的张力信号通过PLC单元7与拉丝炉电柜3的功率信号建立关联，拉丝炉电柜的功率控制过程直接影响到裸光纤张力的稳定性。

实施例2

参见图3，根据张力定值和临界参数把整个区域分成5个部分，图中小写字母(a-e)代表每一区的区号，各区域设有不同的控制规则：a区，实时拉丝张力＞高张力，不满足张力自动控制策略，返回张力自动控制关闭步骤。b区，正常张力上限＜实时拉丝张力≤高张力，满足张力自动控制策略，拉丝炉电柜功率升高。c区，正常张力下限≤实时拉丝张力≤正常张力上限，满足张力自动控制策略，拉丝炉电柜功率无需调节。d区，低张力≤实时拉丝张力＜正常张力下限，满足张力自动控制策略，拉丝炉电柜功率降低。e区，实时拉丝张力＜低张力，不满足张力自动控制策略，返回张力自动控制关闭步骤。每根预制棒(包括每根预制棒的不同拉丝阶段)都可以设定不同的张力定值和临界参数，方便用户根据需要设置。

参见图2，拉丝张力自动控制方法，其包括如下步骤：

设置参数(拉丝炉电柜功率Ramp、张力校验周期)、五区图；

参数设置完成后开启张力自动控制开关，开始采集光纤实时张力数据；

进行实时拉丝张力与张力限值的比较以确定当前张力数据处于五区图的位置；

根据当前张力数据处于五区图的位置判断是否满足自动控制策略，否则返回至张力自动控制关闭状态重新设置参数，是则确定拉丝炉电柜功率是否需要调节；若不需要调节则返回采集实时拉丝张力数据，若需要调节则判断拉丝炉电柜功率是升还是降，确认后进行拉丝炉电柜升降功率调节，并等待拉丝炉温度完成响应，然后返回采集实时拉丝张力数据。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种拉丝张力自动控制方法，其特征在于：采用五区图的控制方法，将采集到的实时拉丝张力与张力限值进行比较，确定出当前系统拉丝张力所处的五区图的位置，按控制方法判断是否满足自动控制策略，当满足控制策略时则确定拉丝炉电柜功率是否需要调节，若需要调节则判断拉丝炉电柜功率是升还是降，确认后进行拉丝炉电柜升降功率调节，以改变拉丝炉温度，从而自动调节拉丝张力。

2.根据权利要求1所述的拉丝张力自动控制方法，其特征在于：主要包括如下步骤：

1)设置参数并开启张力自动控制；

2)实时采集拉丝张力；

3)确定步骤2)中的实时拉丝张力处于五区图位置；

4)判断步骤3)的位置是否满足自动控制策略条件；

5)如果满足自动控制策略条件，再判断拉丝炉电柜是否需要调节；

6)当拉丝炉电柜需要调节时，判断是升高拉丝炉电柜的功率还是降低拉丝炉电柜的功率；

7)当需要升高拉丝炉电柜功率时，通过PLC控制拉丝炉升高温度，提高拉丝炉电柜功率；当需要降低拉丝炉电柜功率时，通过PLC控制拉丝炉降低温度，降低拉丝炉电柜功率；

8)拉丝炉达到设定温度，响应完成，返回步骤2)实时采集拉丝张力。

3.根据权利要求2所述的拉丝张力自动控制方法，其特征在于：步骤5)中，当拉丝炉电柜不需要调节时，返回步骤2)。

4.根据权利要求2所述的拉丝张力自动控制方法，其特征在于：步骤4)中，当步骤3)的位置不满足自动控制策略条件时，关闭张力自动控制。

5.根据权利要求2所述的拉丝张力自动控制方法，其特征在于：所述五区图为通过高张力、正常张力上限、正常张力下限、低张力四个参数将张力分为5个区间；

当实时拉丝张力＞高张力时，则实时拉丝张力置于a区；

当正常张力上限＜实时拉丝张力≤高张力时，则实时拉丝张力置于b区；

当正常张力下限≤实时拉丝张力≤正常张力上限时，则实时拉丝张力置于c区；

当低张力≤实时拉丝张力＜正常张力下限时，则实时拉丝张力置于d区；

当实时拉丝张力＜低张力时，则实时拉丝张力置于e区。

6.根据权利要求5所述的拉丝张力自动控制方法，其特征在于：当实时拉丝张力处于五区图中的a区和e区，则不满足自动控制策略条件，张力自动控制关闭。

7.根据权利要求5所述的拉丝张力自动控制方法，其特征在于：当实时拉丝张力置于b区，则升高拉丝炉电柜的功率。

8.根据权利要求5所述的拉丝张力自动控制方法，其特征在于：当实时拉丝张力置于d区，则降低拉丝炉电柜的功率。

9.根据权利要求5所述的拉丝张力自动控制方法，其特征在于：当实时拉丝张力置于c区，则无需调节拉丝炉电柜的功率。

10.一种拉丝张力自动控制装置，其特征在于：所述拉丝张力自动控制装置采用权利要求1-9中任一所述的拉丝张力自动控制方法进行拉丝张力控制，其包括非接触式张力测量仪、拉丝炉电柜、PLC单元，

非接触式张力测量仪实时测量从拉丝炉出来的裸光纤的张力，并将该张力数据传递给PLC单元，PLC单元判断该张力数据位于五区图的位置，进而控制拉丝炉电柜工作，拉丝炉电柜控制拉丝炉进行升温或降温。

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