Разработка схемы стабилизации температурных режимов при производстве фторидных оптических волокон и схемы системы управления координатным столом

Составим функциональную схему стабилизации температурных режимов рис. 1, состоящую из релейного регулятора и схемы управления шаговым электродвигателем ШД-200-3. Информация о положении заготовки поступает от лазерного датчика фирмы «ВЕТА». По каналу информация о температуре в зоне нагрева поступает в виде аналогового сигнала, принимающего либо положительное, либо отрицательное значение в зависимости от направления рассогласования. Этот сигнал поступает на вход релейного регулятора, выполненного в виде триггера Шмита, обеспечивающего статическую характеристику реального реле с зоной нечувствительности и с гистерезисом. Шаговый двигатель работает в реверсивном режиме, обеспечивая подачу газа с помощью клапана, который при необходимости открывается и подаёт инертную среду.

Рис. 1. Функциональная схема стабилизации температурных режимов.

В процессе вытяжки фторидных волокон недостаточно только поддерживать температуру на заданном уровне, необходимо также одновременно центрировать заготовку. С этой целью используется координатный стол, жёстко скреплённый с трубой, в которой находится заготовка.

Для реализации перемещения координатного стола составим функциональную схему системы управления, рис. 2. Она состоит из двух идентичных каналов, состоящих из релейного регулятора и схемы управления шаговым электродвигателем ШД-200-3. Информация о положении заготовки поступает от лазерного датчика фирмы «ВЕТА».

По каждому из двух каналов информация о положении заготовки поступает в виде аналогового сигнала, принимающего либо положительное, либо отрицательное значение в зависимости от направления рассогласования. Этот сигнал поступает на вход релейного регулятора, выполненного в виде триггера Шмита, обеспечивающего статическую характеристику реального реле с зоной нечувствительности и с гистерезисом. Шаговые двигатели работают в реверсивном режиме, обеспечивая перемещение координатного стола в направлении уменьшения величины рассогласования положения заготовки, относительно центра нагревательного устройства.

Рис. 2. Функциональная схема системы управления координатным столом.

Регулятор, реализованный на операционных усилителях, обеспечивает следующую статическую характеристику:

Рис. 3. Статическая характеристика регулятора

ширина петли

Реализуем выше приведённые функциональные схемы, а именно схему стабилизации температурных режимов рис. 4 и схему системы управления координатным столом рис. 5.

Рис. 4. Схема системы управления стабилизации температуры.

Рис. 5. Схема системы управления координатным столом.

Ток, протекающий по цепи с диодами VD1 - VD2, равен:

mA

Ом = 1000 Ом = 1 kОм

Ом = 0.5 kОм, соответственно kОм, так как это максимальное значение сопротивлений для этого участка цепи, то выберем значения меньшие полученного, чтобы резисторы во время работы не нагревались:

Ом

Выберем сопротивления:

Ом и МОм,

соответственно:

=100 Ом и МОм.

Транзисторы VT1 - VT8 возьмём серии КТ3102Г.

На выходе операционного усилителя (ОУ серии К140УД7) имеем сигнал U=4В, сопротивления:

Ом.

Ток, протекающий по цепи с транзисторами VT1, VT2, VT5 и VT6 I = 1mA (при таком токе транзистор полностью открыт), следовательно Ом = 5 kОм. Опять же это максимальные номиналы резисторов, при них они будут нагреваться, поэтому возьмём значения немного меньшие:

kОм.

Блок SMD-42 работает при токе I mA, выберем значение I = 6 mA.

Ом = 2 kОм.

У стабилитронов VD19, VD20, VD9 и VD10 напряжение стабилизации должно быть в диапазоне 2.4 - 3.6 В, возьмём серии 2С101А.

Операционный усилитель не терпит большой разницы напряжения между входами. Для защиты входов от перенапряжения используются диоды, включенные между входами встречно - параллельно VD1-VD8 и VD11-VD18 типа КД503А.