CN110736027A - 多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***及方法 - Google Patents

多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***，其包括多个轴向气相沉积反应腔体、多个支线风管、总线风管和PLC控制器，反应腔体与支线风管的数量相同，支线风管的一端连接反应腔体，另一端与总线风管连接；反应腔体内设置腔体压力检测仪；支线风管设置支线自动阀和手动补风阀；总线风管设置风机、缓冲罐、缓冲罐压力检测仪、总线自动阀、总线风管压力检测仪；腔体压力检测仪、支线风管的支线自动阀，以及风机、缓冲罐压力检测仪、总线自动阀、总线风管压力检测仪均与PLC控制器连接，该控制***能快速智能地调整总线风管的抽风量，有效控制了腔体压力，提高了沉积效率。本发明还提出一种利用该控制***联动控制压力的方法。

Description

多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***及方法
技术领域
本发明涉及光纤预制棒制造领域，尤其涉及一种多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***及方法。
背景技术
轴向气相沉积技术是目前主流的光纤预制棒制造技术之一，其生产工艺为：先将原料液体SiCl4和GeCl4加热汽化，汽化后的原料通过质量流量控制计精确通入反应腔体内，在氢氧焰中发生火焰水解反应，生成的SiO2和GeO2微米级颗粒，在腔体内微负压的环境下沉积到靶棒上。靶棒的提升速度与微米级颗粒的沉积速度相匹配，最终得到形状均匀的疏松体预制棒。
在光纤预制棒的沉积过程中，火焰水解反应生成的微米级颗粒并非全部会沉积到靶棒上，其沉积效率、沉积均匀性与反应腔体内压力控制有很大的关系。反应腔体内压力的控制关键在于抽风排废***的抽风量，风量过大会直接影响沉积效率，风量过小会影响沉积质量，抽风量的异常波动会导致预制棒表面沉积不均匀，经烧结后预制棒熔缩尺寸不一致，产品报废。
当多条支线同时开动时，抽风排废***的总抽风量通常能保持一致，但是若其中一条支线关闭，由于人为的调整总抽风量，易带来较高的迟滞性，势必会影响其他支线的抽风量，进而影响轴向气相沉积反应腔体的内压力。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明旨在提出一种多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***及方法，其能快速、智能地调整总线风管的压力，有效提高总线风管压力的稳定性。
为实现上述目的，本发明的多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***包括多个轴向气相沉积反应腔体、多个支线风管、总线风管和PLC控制器，轴向气相沉积反应腔体与支线风管的数量相同，两者一一对应，每一个轴向气相沉积反应腔体与一个支线风管连接，构成一条支线，支线风管的一端连接轴向气相沉积反应腔体，另一端与总线风管连接；
轴向气相沉积反应腔体设置腔体压力检测仪；
支线风管设置支线自动阀和手动补风阀；
总线风管设置风机、缓冲罐、缓冲罐压力检测仪、总线自动阀、总线风管压力检测仪；
轴向气相沉积反应腔体的腔体压力检测仪、支线风管的支线自动阀，以及总线风管的风机、缓冲罐压力检测仪、总线自动阀、总线风管压力检测仪均与PLC控制器连接。
进一步地，轴向气相沉积反应腔体设置抽风口和补风口，腔体压力检测仪位于抽风口下方。
进一步地，支线风管的一端穿过抽风口伸入轴向气相沉积反应腔体，该端安装排风罩。
进一步地，轴向气相沉积反应腔体内还设置芯层喷灯、包层喷灯、疏松体预制棒、靶棒。
进一步地，手动补风阀相比于支线自动阀更靠近轴向气相沉积反应腔体。
进一步地，风机、除尘装置、缓冲罐、总线自动阀、总线风管压力检测仪从总线风管上远离支线风管的一端依次安装于总线风管上。
本发明还提出一种利用多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***进行压力联动控制的方法，包括：
当由一个轴向气相沉积反应腔体和一个支线风管构成的第一条支线开启时，总线风管上的风机启动，反应腔体内的腔体压力检测仪实时监测反应腔体内的微负压值，并将压力信号反馈给PLC控制器，PLC控制器根据接收到的压力信号控制支线自动阀作出相应的开度，使得反应腔体1内的微负压值达到设定要求，总线风管压力检测仪实时监测总线风管内的压力，并将压力信号反馈给PLC控制器，PLC控制器根据该压力信号控制总线自动阀作出相应的开度，并调整风机的工作频率，使得总线风管内的压力值保持在一定范围内；
当由另一个轴向气相沉积反应腔体和另一个支线风管构成的第二条支线开启时，该第二条支线的控制方法与上述第一条支线一致，即PLC控制器根据第二条支线的腔体压力检测仪反馈的压力信号控制第二条支线的支线自动阀作出相应的开度，同时，PLC控制器计算第一条支线的腔体压力检测仪、第二条支线的腔体压力检测仪11’、总线风管压力检测仪三者之间的关系，根据计算结果控制总线自动阀作出相应的开度，并调整风机的工作频率，使得总线风管内的压力值保持在一定范围内；
以此类推，当更多条支线开启时，每条支线的控制方法同上述第一条和第二条支线，总线的控制则考虑每条支线的压力和总线风管，即PLC控制器计算第一条支线的腔体压力检测仪、第二条支线的腔体压力检测仪……第N支线的腔体压力检测仪，以及总线风管压力检测仪之间的关系，根据该计算结果控制总线自动阀作出相应的开度，并调整风机的工作频率。
进一步地，PLC控制器根据腔体检测仪的压力信号控制支线自动阀作出相应的开度的同时，室内洁净风从反应腔体的自动补风口流入支线风管。
进一步地，在多条支线正常工作过程中，如果其中一条支线突然关闭，PLC控制器根据该支线的腔体压力检测仪反馈的压力信号发出信号给该支线的支线自动阀，调节该支线自动阀的开度，同时计算各支线的腔体压力检测仪反馈的压力和总线压力之间的关系，并根据计算结果调整风机的工作频率，以达到调整总线风管的抽风量的目的。
本发明的多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***通过PLC控制器，将轴向气相沉积反应腔体的腔体压力检测仪与支线风管的支线自动阀进行联动控制，将总线风管的风机、缓冲罐压力检测仪、总线自动阀、总线风管压力检测仪进行联动控制，再将支线和总线进行联动控制，PLC控制器接收支线和总线的压力信号并进行计算，根据计算结果快速、智能地控制总线风管的抽风量，有效提高了抽风量的稳定性，很好地控制了反应腔体内的压力，也提高了沉积效率和沉积均匀性，解决了现有技术中当支线发生变化，通过人为调整总线抽风量而造成的迟滞问题，以及由迟滞问题导致的轴向气相沉积反应腔体的内压力控制不好，继而影响光纤预制棒的沉积效率和沉积均匀性的问题。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步描写和阐述。
图1是本发明首选实施方式的多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图、通过对本发明的优选实施方式的描述，更加清楚、完整地阐述本发明的技术方案。
如图1所示，本发明首选实施方式的多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***包括多个轴向气相沉积反应腔体1、多个支线风管2、总线风管3和PLC控制器4。轴向气相沉积反应腔体1与支线风管2的数量相同，两者一一对应，每一个轴向气相沉积反应腔体1与一个支线风管2连接，构成一条支线。支线风管2的一端连接轴向气相沉积反应腔体1，另一端与总线风管3连接。
轴向气相沉积反应腔体1内设置腔体压力检测仪11、芯层喷灯12、包层喷灯13、疏松体预制棒14、靶棒15。反应腔体1开启时，芯层喷灯12和包层喷灯13被点燃，向靶棒15喷射，经过水解反应后生成的SiO2和GeO2开始沉积在靶棒15上，逐渐形成疏松体预制棒14。
反应腔体1上开设抽风口1a和自动补风口1b。支线风管2的一端2a通过抽风口1a伸入反应腔体1内进行抽风，该端2a安装排风罩20，用于引导反应腔体1内的风进入到支线风管2内。腔体压力检测仪11位于抽风口10的下方，用于实时监测反应腔体1内的微负压值。腔体压力检测仪11与PLC控制器4连接，将压力信号反馈给PLC控制器4。
支线风管2上设置支线自动阀21和手动补风阀22。支线自动阀21靠近总线风管3设置；手动补风阀22靠近反应腔体1设置，且倾斜地安装在支线风管2上，倾斜角度优选为30°～70°。反应腔体1内的高温废气首先由排风罩20进入支线风管2，室温洁净风从手动补风阀22流入支线风管2，使得支线风管2中的废气温度降低，
支线自动阀21与PLC控制器4连接，并且与腔体压力检测仪11形成联动控制。PLC控制器根据腔体压力检测仪11反馈的腔体压力来控制支线自动阀21的开度，使得反应腔体1内的微负压值达到设定要求。
因此，本发明通过PLC控制器对支线上的支线自动阀21与轴向气相沉积反应腔体1内的压力实行独立联动控制，智能调控腔体内压力，使得腔体内压力达到所需的微负压值。
总线风管3上设置风机31、除尘装置32、缓冲罐33、缓冲罐压力检测仪34、总线自动阀35、总线风管压力检测仪36，它们从总线风管3远离支线风管2的一端依次安装在总线风管3上。其中，总线风管压力检测仪36用于实时监测总线风管3内的压力，并将压力信号反馈给PLC控制器4；缓冲罐33为圆柱体形状，其下方具有一个排废口，缓冲罐33的材质为碳钢、玻璃钢或钛合金；缓冲罐压力检测仪34位于缓冲罐33的上方，总线风管3中的气流通入缓冲罐33，缓冲罐压力检测仪34充当预警作用，废气经过除尘装置32后进入风机31。
风机31、缓冲罐压力检测仪34、总线自动阀35、总线风管压力检测仪36与PLC控制器4连接，形成联动控制。各支线风管2的气流汇入总线风管3，各支线上的自动阀开度、反应腔体内压力再与总线形成联动控制。PLC控制器4根据总线风管压力检测仪36反馈的压力信号和腔体压力检测仪11反馈的压力信号，控制总线自动阀35的开度，并调整风机31的工作频率，从而调整总线风管3的抽风量。
PLC风机31优选为自动降频风机。除尘装置32可以是布袋除尘装置或者湿法除尘装置。支线风管、总线风管的材质为碳钢、玻璃钢或钛合金。
本发明还提出利用上述多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***进行压力联动控制的方法，包括：
(1)当由一个轴向气相沉积反应腔体1和一个支线风管2构成的第一条支线开启时，总线风管3的风机31启动，反应腔体1内的腔体压力检测仪11实时监测反应腔体内的微负压值，并将压力信号反馈给PLC控制器4；PLC控制器4根据接收到的压力信号控制支线自动阀21作出相应的开度，同时从反应腔体1的自动补风口1b流入相应的洁净风，使得反应腔体1内的微负压值达到设定要求，从而保证了单台轴向气相沉积反应腔体内的微负压沉积环境。总线风管压力检测仪36实时监测总线风管3内的压力，并将压力信号反馈给PLC控制器4，PLC控制器4根据该压力信号控制总线自动阀35作出相应的开度，并调整风机1的工作频率，使得总线风管3内的压力值保持在一定范围内。
(2)当第二条支线开启时，该支线的控制方法与上述第一条支线一致，即PLC控制器4根据腔体压力检测仪11’反馈的压力信号控制支线自动阀21’作出相应的开度。同时，PLC控制器4计算第一条支线的腔体压力检测仪11、第二条支线的腔体压力检测仪11’、总线风管压力检测仪36三者之间的关系。具体的计算方法如下：
a.根据第一条支线压力值P1计算出第二条支线的压力值P2
P2＝(1+X％)P1
X表示第一条支线与第二条支线的联动控制精度，X＝-20～20
b.根据第一条支线压力值P1和第二条支线压力值P2计算出总线的压力值P
P＝(P1+P2)(1+Y％),
Y表示总线压力与支线联动控制精度，Y＝10～60，基于支线数量决定相应压力线损
在维持P1不变情况下，通过PLC调整总线自动阀35及第二条支线自动阀21’的开度，控制第二条支线压力P2微负压至计算区间内；并调整风机1的工作频率，使得总线风管3内的压力值保持在一定范围内。
以此类推，当更多条支线开启时，每条支线的控制方法同上述第一条和第二条支线，而总线的控制需要考虑每条支线的压力和总线风管，即PLC控制器计算第一条支线的腔体压力检测仪、第二条支线的腔体压力检测仪……第N支线的腔体压力检测仪，以及总线风管压力检测仪36之间的关系，根据该计算结果控制总线自动阀35作出相应的开度，并调整风机1的工作频率。
(3)在多条支线正常工作过程中，如果其中一条支线突然关闭，PLC控制器根据该支线的腔体压力检测仪反馈的压力信号发出信号给该支线的支线自动阀，调节该支线自动阀的开度，同时计算各支线的腔体压力检测仪反馈的压力和总线压力之间的关系，并根据计算结果调整风机的工作频率，以达到调整总线风管的抽风量的目的，从而稳定各支线上轴向气相沉积反应腔体内的微负压沉积环境。
本发明通过对轴向气相沉积反应腔体内微负压的智能联动控制，可以提高预制棒沉积稳定性，提升产品合格率。
上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。本发明的保护范围由权利要求确定。

Claims (9)

1.多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***，其特征在于，包括多个轴向气相沉积反应腔体、多个支线风管、总线风管和PLC控制器，所述轴向气相沉积反应腔体与所述支线风管的数量相同，两者一一对应，每一个轴向气相沉积反应腔体与一个支线风管连接，构成一条支线，支线风管的一端连接轴向气相沉积反应腔体，另一端与总线风管连接；
所述轴向气相沉积反应腔体设置腔体压力检测仪；
所述支线风管设置支线自动阀和手动补风阀；
所述总线风管设置风机、缓冲罐、缓冲罐压力检测仪、总线自动阀、总线风管压力检测仪；
所述轴向气相沉积反应腔体的腔体压力检测仪、所述支线风管的支线自动阀，以及所述总线风管的风机、缓冲罐压力检测仪、总线自动阀、总线风管压力检测仪均与所述PLC控制器连接。
2.如权利要求1所述的多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***，其特征在于，所述轴向气相沉积反应腔体设置抽风口和补风口，所述腔体压力检测仪位于所述抽风口下方。
3.如权利要求2所述的多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***，其特征在于，所述支线风管的一端穿过所述抽风口伸入所述轴向气相沉积反应腔体，该端安装排风罩。
4.如权利要求3所述的多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***，其特征在于，所述轴向气相沉积反应腔体内还设置芯层喷灯、包层喷灯、疏松体预制棒、靶棒。
5.如权利要求1所述的多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***，其特征在于，所述手动补风阀相比于所述支线自动阀更靠近所述轴向气相沉积反应腔体。
6.如权利要求1所述的多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***，其特征在于，所述风机、除尘装置、缓冲罐、总线自动阀、总线风管压力检测仪从所述总线风管上远离支线风管的一端依次安装于总线风管上。
7.利用如权利要求1～6中任一所述的多支线轴向气相沉积反应的压力联动控制***进行压力联动控制的方法，其特征在于，包括：
当由一个轴向气相沉积反应腔体和一个支线风管构成的第一条支线开启时，总线风管上的风机启动，反应腔体内的腔体压力检测仪实时监测反应腔体内的微负压值，并将压力信号反馈给PLC控制器，PLC控制器根据接收到的压力信号控制支线自动阀作出相应的开度，使得反应腔体1内的微负压值达到设定要求，总线风管压力检测仪实时监测总线风管内的压力，并将压力信号反馈给PLC控制器，PLC控制器根据该压力信号控制总线自动阀作出相应的开度，并调整风机的工作频率，使得总线风管内的压力值保持在一定范围内；
当由另一个轴向气相沉积反应腔体和另一个支线风管构成的第二条支线开启时，该第二条支线的控制方法与上述第一条支线一致，即PLC控制器根据第二条支线的腔体压力检测仪反馈的压力信号控制第二条支线的支线自动阀作出相应的开度，同时，PLC控制器计算第一条支线的腔体压力检测仪、第二条支线的腔体压力检测仪11’、总线风管压力检测仪三者之间的关系，根据计算结果控制总线自动阀作出相应的开度，并调整风机的工作频率，使得总线风管内的压力值保持在一定范围内；
以此类推，当更多条支线开启时，每条支线的控制方法同上述第一条和第二条支线，总线的控制则考虑每条支线的压力和总线风管，即PLC控制器计算第一条支线的腔体压力检测仪、第二条支线的腔体压力检测仪……第N支线的腔体压力检测仪，以及总线风管压力检测仪之间的关系，根据该计算结果控制总线自动阀作出相应的开度，并调整风机的工作频率。
8.如权利要求7所述的压力联动控制方法，其特征在于，PLC控制器根据腔体检测仪的压力信号控制支线自动阀作出相应的开度的同时，室内洁净风从反应腔体的自动补风口流入支线风管。
9.如权利要求8所述的压力联动控制方法，其特征在于，在多条支线正常工作过程中，如果其中一条支线突然关闭，PLC控制器根据该支线的腔体压力检测仪反馈的压力信号发出信号给该支线的支线自动阀，调节该支线自动阀的开度，同时计算各支线的腔体压力检测仪反馈的压力和总线压力之间的关系，并根据计算结果调整风机的工作频率，以达到调整总线风管的抽风量的目的。
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