[發明專利]一種用于PCVD保溫爐的自動升溫控制系統

有效

• 申請號: 201910307630.6
• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN110109496B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 連海洲;吳海華
• 申請（專利權）人: 上海至純潔凈系統科技股份有限公司
• 主分類號: G05D23/32
• 分類號: G05D23/32;G05B19/05
• 代理公司: 上海宣宜專利代理事務所(普通合伙) 31288
• 代理人: 劉君

本發明涉及光纖預制棒制造設備技術領域，且公開了一種用于PCVD保溫爐的自動升溫控制系統，增設PLC，PLC根據溫度傳感器實時反饋的溫度C，并采用特定算法來計算出溫度控制儀表的實際設定溫度值SPX，并發送給溫度控制儀表，溫度控制儀表再根據實時調整的SPX來進行模糊控制計算。本發明與現有技術相比，利用PLC的智能控制，按照特定的算法進行升溫設定，并配合溫度控制儀表的PID模糊控制技術，提高了保溫爐的升溫效率及保溫爐控制柜及硅碳棒等發熱元件的壽命，且可實現保溫爐的高精度恒溫控制。

技術領域

本發明涉及光纖預制棒制造設備技術領域，具體為一種用于PCVD保溫爐的自動升溫控制系統。

背景技術

在PCVD工藝，即微波等離子體化學氣相沉積工藝的光纖預制棒沉積系統中，保溫爐是沉積系統中一個非常重要的部件，用于對石英襯底管的沉積反應區進行保溫，使得石英襯底管在合適的溫度條件下，在石英襯底管內壁完成石英玻璃層的沉積，光纖預制棒沉積反應期間，保溫爐一般需維持在1000～1300℃之間的某一個恒定值，保溫爐內溫場的不均勻將造成光纖預制棒石英沉積層，尤其是光纖摻雜物的不均勻，對光纖的品質造成非常大的不利影響，因此生產中一般采用硅碳棒作為發熱元件，以滿足保溫爐較長空間內均勻溫場的要求，并使用溫度控制儀表，與埋設在保溫爐內部的溫度傳感器組成閉環控制回路進行恒溫控制。

在光纖預制棒沉積反應前后，保溫爐需進行一次打開/關閉操作，以便完成石英襯底管的安裝或拆卸，根據停工間歇時間的長度，保溫爐內的初始溫度一般在室溫～800℃之間，為滿足沉積工藝對保溫爐的工作要求，在進行沉積反應前，需將保溫爐的溫度升高至1000～1300℃之間的某個定值。在此條件下，直接使用溫度控制儀表進行閉環控制，將導致較長時間內溫度控制儀表滿電壓輸出，進而導致硅碳棒等發熱元件表面負荷過大，造成硅碳棒等發熱元件壽命縮短，也容易造成加熱控制回路中的可控硅被擊穿，造成保溫爐控制柜故障。

現在的PCVD保溫爐的升溫控制方法，一般是先通過手動模式，通過電位器調整輸出電壓，進而限制硅碳棒等發熱元件兩端的電壓的方法調整保溫爐的升溫速率，并將保溫爐內的溫度升高至預設的工作溫度的附近，之后將保溫爐控制系統切換至閉環控制模式，由溫度控制儀表對輸出電壓進行閉環控制，進而實現保溫爐爐溫的高精度恒溫控制。這種方法可以在初始升溫階段，通過手動限制硅碳棒等發熱元件表面負荷，避免在升溫階段損壞保溫爐控制柜或避免硅碳棒等發熱元件受損。

硅碳棒等發熱元件電阻值隨溫度的不同而不同，并在850℃左右時電阻值達到最小值，顯然的，由于保溫爐內的初始溫度不同，對可控硅導通角的開度的要求也不同，不恰當的開環調整并不能有效的改善保溫爐硅碳棒等發熱元件的壽命，這就只能依賴有經驗的工程師對其進行調整，在不同的升溫階段選用不同的輸出電壓，極大的影響了工作的效率，且硅碳棒等發熱元件的持續使用表面會發生氧化使電阻值發生改變，使人工調整存在較大的不確定性。

現在也有采用對溫度控制儀表進行高級編程的方法，實現在不同的溫度階段設置不同的升溫速率來實現全自動升溫，當保溫爐的初始溫度不同時，需要不同的程序來執行這種自動升溫，很容易造成操作人員的誤操作，并導致硅碳棒損壞或過渡損耗，且硅碳棒等發熱元件長時間使用后，相同的升溫速率將逐漸不能滿足保溫爐的升溫要求，將不得不對程序段進行調整來適應硅碳棒等加熱元件電阻值的變化。顯然，這種方法并不能從根本上解決保溫爐升溫的問題，依然容易造成硅碳棒等發熱元件的過渡損耗或升溫效率過低。

發明內容

本發明克服現有技術的不足，提供了一種用于PCVD保溫爐的自動升溫控制方法，采用PLC遠程控制溫度控制儀表取代人工在保溫爐升溫階段中的開環控制，利用保溫爐內溫度傳感器實時檢測到的保溫爐的溫度反饋，按照特定算法進行升溫設定，并結合原先溫度控制儀表的PID模糊控制技術實現可控硅的開度角的控制，進而實現對保溫爐內硅碳棒等發熱元件兩端電壓值的無級調整，實現保溫爐爐溫的穩定控制，根據保溫爐當前溫度的不同，在不同的溫度區間采用不同的升溫速率，在保證保溫爐控制精度的情況下，避免了加熱不當造成的保溫爐控制柜故障，提高了保溫爐內加熱元件的工作壽命。