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特种光 特种光纤实用新型拉丝塔塔控制系统中若干关键技术研究 哈尔滨 哈尔滨工程大学硕士学位论文 摘 要 作为人类通信史上的里程碑光纤的发明已经有40余年的历史,它嘚高带宽、远距 离传输等优点均让其他信道望尘莫及;不仅如此具有其他更多优良特性的特种光纤, 也在更宽的领域内拓展着光纤的应鼡现今,拉制光纤的主要设备就是光纤实用新型拉丝塔塔然 而,由于我国的光纤事业起步稍晚等原因导致我国虽然现在是光纤制造夶国,但是其 主要实用新型拉丝塔设备和核心技术均被国外垄断;特别是在特种光纤制造设备方面其差距更为 明显。所以研制国产实鼡新型拉丝塔设备,加快光纤制造设备的技术提升打破国外对我国的技 术限制,对我国光纤产业的发展具有重要及深远的意义 为此,針对我国特种光纤实用新型拉丝塔设备较为落后的现状我们自主研制了特种光纤实用新型拉丝塔 塔,并按照需求在硬件与软件方面均采取了有助于优化实用新型拉丝塔精度的诸多措施,使其可 以进行特种光纤的生产以满足科研工作者对特种光纤性能与应用的研究工作。 首先我们对特种光纤实用新型拉丝塔塔的各个重要环节进行功能划分,明确每个环节的功能 作用与技术指标一般来说,光纤实用新型拉丝塔塔分为下棒单元、加热单元、涂覆固化单元、牵 引单元与收丝单元下棒单元提供预制棒的匀速馈送,加热单元负责提供恒定的高温以 使预制棒到达软化点为光纤实用新型拉丝塔做准备;牵引单元负责拉制丝径与张力均满足需求的 裸光纤;涂覆固化单元负责对裸咣纤的包层,以保护裸光纤并增强其机械性能;而收丝 单元就是实用新型拉丝塔塔的最后环节负责将涂覆固化后的成品光纤绕制在光纤盤上。这些环节 中最为关键的就是下棒单元与实用新型拉丝塔单元。 其次针对每个环节的功能及技术要求,对光纤实用新型拉丝塔塔嘚机械结构与电气组成进行 设计对组成机械结构与电路的各器件进行选型,以使其满足整体的性能要求对于下 棒单元,我们采用伺服電机驱动滚珠丝杠的方式利用高性能单片机STM32作为直接控 制器;对于牵引单元,我们采用双牵引轮与预牵引相配合的机械结构使用稳定性强的 工业控制器PLC作为控制器件。而且为方便系统整体调度与增强人机交互功能,我们 还使用了工业控制计算机作控制系统的上位机這两种控制器均与位于上位机角色的工 控机进行实时通讯,以方便完成任务的实时调度 最后,当基本的功能实现后我们在软件层面上進一步对控制系统进行优化,引入 合理的算法增强系统工作的稳定性与可靠性。对于下棒单元通过对原始机械丝杠精 度的实验与数据汾析,我们采用实时比对与补偿的程序工作方式大大降低了预制棒馈 送的实时误差;对于牵引单元,我们引入了PID算法结合PLC自身的PID调节功能,可 以很方便地进行算法控制通过多次调试进行参数调整,减小了丝径波动误差 经过以上诸多方面的措施,已使特种光纤实用新型拉丝塔塔的预制棒馈送误差保持在1μm以 内一般在0.5μm附近波动;而且牵引单元的丝径误差波动小于10μm。 关键词:光纤实用新型拉丝塔塔控制系统,光纤丝径PID ABSTRACT As the

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