[发明专利]一种用于PCVD保温炉的自动升温控制系统

说明书

本发明涉及光纤预制棒制造设备技术领域，且公开了一种用于PCVD保温炉的自动升温控制系统，增设PLC，PLC根据温度传感器实时反馈的温度C，并采用特定算法来计算出温度控制仪表的实际设定温度值SPX，并发送给温度控制仪表，温度控制仪表再根据实时调整的SPX来进行模糊控制计算。本发明与现有技术相比，利用PLC的智能控制，按照特定的算法进行升温设定，并配合温度控制仪表的PID模糊控制技术，提高了保温炉的升温效率及保温炉控制柜及硅碳棒等发热元件的寿命，且可实现保温炉的高精度恒温控制。

技术领域

本发明涉及光纤预制棒制造设备技术领域，具体为一种用于PCVD保温炉的自动升温控制系统。

背景技术

在PCVD工艺，即微波等离子体化学气相沉积工艺的光纤预制棒沉积系统中，保温炉是沉积系统中一个非常重要的部件，用于对石英衬底管的沉积反应区进行保温，使得石英衬底管在合适的温度条件下，在石英衬底管内壁完成石英玻璃层的沉积，光纤预制棒沉积反应期间，保温炉一般需维持在1000～1300℃之间的某一个恒定值，保温炉内温场的不均匀将造成光纤预制棒石英沉积层，尤其是光纤掺杂物的不均匀，对光纤的品质造成非常大的不利影响，因此生产中一般采用硅碳棒作为发热元件，以满足保温炉较长空间内均匀温场的要求，并使用温度控制仪表，与埋设在保温炉内部的温度传感器组成闭环控制回路进行恒温控制。

在光纤预制棒沉积反应前后，保温炉需进行一次打开/关闭操作，以便完成石英衬底管的安装或拆卸，根据停工间歇时间的长度，保温炉内的初始温度一般在室温～800℃之间，为满足沉积工艺对保温炉的工作要求，在进行沉积反应前，需将保温炉的温度升高至1000～1300℃之间的某个定值。在此条件下，直接使用温度控制仪表进行闭环控制，将导致较长时间内温度控制仪表满电压输出，进而导致硅碳棒等发热元件表面负荷过大，造成硅碳棒等发热元件寿命缩短，也容易造成加热控制回路中的可控硅被击穿，造成保温炉控制柜故障。

现在的PCVD保温炉的升温控制方法，一般是先通过手动模式，通过电位器调整输出电压，进而限制硅碳棒等发热元件两端的电压的方法调整保温炉的升温速率，并将保温炉内的温度升高至预设的工作温度的附近，之后将保温炉控制系统切换至闭环控制模式，由温度控制仪表对输出电压进行闭环控制，进而实现保温炉炉温的高精度恒温控制。这种方法可以在初始升温阶段，通过手动限制硅碳棒等发热元件表面负荷，避免在升温阶段损坏保温炉控制柜或避免硅碳棒等发热元件受损。

硅碳棒等发热元件电阻值随温度的不同而不同，并在850℃左右时电阻值达到最小值，显然的，由于保温炉内的初始温度不同，对可控硅导通角的开度的要求也不同，不恰当的开环调整并不能有效的改善保温炉硅碳棒等发热元件的寿命，这就只能依赖有经验的工程师对其进行调整，在不同的升温阶段选用不同的输出电压，极大的影响了工作的效率，且硅碳棒等发热元件的持续使用表面会发生氧化使电阻值发生改变，使人工调整存在较大的不确定性。

现在也有采用对温度控制仪表进行高级编程的方法，实现在不同的温度阶段设置不同的升温速率来实现全自动升温，当保温炉的初始温度不同时，需要不同的程序来执行这种自动升温，很容易造成操作人员的误操作，并导致硅碳棒损坏或过渡损耗，且硅碳棒等发热元件长时间使用后，相同的升温速率将逐渐不能满足保温炉的升温要求，将不得不对程序段进行调整来适应硅碳棒等加热元件电阻值的变化。显然，这种方法并不能从根本上解决保温炉升温的问题，依然容易造成硅碳棒等发热元件的过渡损耗或升温效率过低。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提供了一种用于PCVD保温炉的自动升温控制方法，采用PLC远程控制温度控制仪表取代人工在保温炉升温阶段中的开环控制，利用保温炉内温度传感器实时检测到的保温炉的温度反馈，按照特定算法进行升温设定，并结合原先温度控制仪表的PID模糊控制技术实现可控硅的开度角的控制，进而实现对保温炉内硅碳棒等发热元件两端电压值的无级调整，实现保温炉炉温的稳定控制，根据保温炉当前温度的不同，在不同的温度区间采用不同的升温速率，在保证保温炉控制精度的情况下，避免了加热不当造成的保温炉控制柜故障，提高了保温炉内加热元件的工作寿命。