В данной статье рассматривается структура и состав автоматизированного комплекса производства оптоволоконного кабеля, в рамках которого реализованы средства управления качеством готового продукта.
При производстве оптоволоконных кабелей основное внимание уделяется этапу оптимизации отдельного экструзионного процесса. При этом формализация задачи выбора параметров и режимов экструзии, как правило, сводится к использованию нескольких предельно простых математических соотношений, а основная нагрузка в принятии оптимального технологического решения в различных производственных ситуациях ложится на конкретного эксперта. Зачастую результаты такого подхода оказываются неудовлетворительными, что обусловлено рядом причин, а именно: повышенные требования к оптимизации сложных технологических процессов производства оптических кабелей, необходимость учитывать результаты предыдущих процессов и даже корректировать отклонение и т.д. Производство оптоволоконных кабелей представляет собой последовательную цепочку следующих технологических операций.
Окраска оптического волокна. Является первичной стадией в процессе производства оптоволоконного кабеля и служит для идентификации волокна в модуле. Оптоволокно окрашивается в специальной камере — зоне повышенной санитарной бдительности, где постоянно поддерживается избыточное давление. Окраска осуществляется специальным лаком, отверждаемым ультрафиолетом, при этом на оптическое волокно наносится слой толщиной 5 мкм. Узел окраски расположен вертикально, что позволяет получить равномерный слой красителя. Для качественного покрытия внутри УФ блока создается инертная среда из газообразного азота. Скорость окраски составляет 600 м/мин. Так как оптическое волокно является диэлектриком, на линии предусмотрены блоки для снятия статического электричества — один установлен перед узлом окраски, а другой на приемном устройстве.
Изготовление оптического модуля. Линия по изготовлению оптического модуля снабжена специальными датчиками, тремя ваннами охлаждения, усовершенствованными отдатчиками оптического волокна, благодаря чему можно получить модуль с заданными характеристиками.
Все это позволяет добиваться заданной избыточности, которая отвечает за бесперебойную работу оптического волокна в течение срока службы волоконно-оптического кабеля.
Сдвоенный приемник позволяет осуществить намотку оптического модуля заданными длинами на барабаны без остановки линии путем автоматического переброса с одного барабана на другой, что, в свою очередь, способствует увеличению скорости производства.
Скрутка оптических модулей. Модули скручиваются методом правильной знакопеременной (SZ) скрутки вокруг стеклопластикового центрального силового элемента. Шаг скрутки выбирается из допустимого удлинения кабеля при растяжении. Все параметры скрутки регулируются с центрального компьютера.
Для полного заполнения всех пустот сердечника наложение гидрофоба происходит на двух участках — предварительно покрывается центральный элемент, затем скрутка. Качество скрутки достигается за счет централизации управления, наличием двух гидрофобных головок и качеству применяемого гидрофобинола.
Наложение оболочки. Линия наложения оболочки используется в трех режимах: промежуточной оболочки, наложение внешней оболочки и одновременное наложение гофрированной стальной ламинированной ленты с внешней оболочкой на волоконно-оптический кабель. В линию встроено устройство гидрофобного заполнения, позволяющее накладывать гидрофобный заполнитель на проволочную броню перед наложением оболочки, а также на промежуточную оболочку волоконно-оптического кабеля марки ОКЛ для заполнения пространства между ней и лентой. Для обеспечения непрерывности при изготовлении волоконно-оптического кабеля с броней из стальной ламинированной ленты в линию встроен накопитель и сварочный аппарат. Наличие на линии датчиков измерения геометрии кабеля позволяет добиться четкого экстриситета. В линию встроен высоковольтный разрядник для проверки целостности оболочки, что позволяет отсекать возможность отгрузки некачественного волоконно-оптического кабеля.
При попытке же математически описать сложный технологический процесс в целом — от поступления заказа на предприятие до выпуска готового изделия и прогнозирования его эксплуатационных свойств — неизбежно столкновение с многомерной и сложной математической моделью при низкой точности и неполноте исходной информации и неоднозначности критерия управления.
В связи с этим целесообразно рассматривать производство волоконно-оптических кабелей как организационно-ситуационный объект, а задачу оптимизации технологических процессов как неформализованную задачу интеллектуальной деятельности специалиста.
В основе ситуационного управления лежит использование логико-лингвистической модели объекта. На рис. 1 рассматривается автоматизированная система управления технологическими процессами кабельного производства на основе нечетких моделей представления знаний.
В рамках представленной системы предусматривается контроль параметров сырья, контроль параметров изделия и настройку регулируемых параметров линии производства. Блоки 1, 2, 3 формируют входную информацию для принятия управляющих решений. В блок 2 информация поступает еще на этапе лабораторного тестирования соответствия сырья. Блок 2 также предоставляет информацию технического задания.
Информация по волоконному кабелю представлена следующими параметрами:
- Для линии окраски — диаметр неокрашенного волокна dвн, давление системы очистки фильеры PФ. Контролируемыми параметрами окраски являются: контроль отступов раскладки катушки Lот, диаметр окрашенного волокна dв, коэффициент затухания Kо.
- Для линии формирования модуля — диаметр окрашенного волокна dв; коэффициент затухания Kнач. Контролируемыми параметрами модуля являются: внутренний и внешний диаметры оболочки модуля d1, d2; овальность, т.е. разность показаний диаметров по различным осям dx, dy; эксцентриситет, отклонение волокна от центра Δx; коэффициент затухания Kм (децибел); удлинение Δl.
- Для линии наложения оболочки — диаметр скрученного кабеля d4; коэффициент затухания кабеля Kк. Контролируемыми параметрами наложения оболочки являются: стабильность давления гидрофоба Рг, диаметр конечного кабеля d5.
Блок 2 — блок сбора качественных характеристик кабеля на этапе производства (оперативные данные), а также после получения экспериментального кабеля.
Данные блока 1 формируются датчиками контроля. Блок 3 содержит информацию о текущих параметрах настройки производственного оборудования. Изменяя эти параметры, блок анализа и принятия решений 6 корректирует работу линий. Блок 4 осуществляет преобразование данных от источников информации в доступный для анализа вид. Блок 5 хранит информацию, поступающую в блок анализа. Блок 6 осуществляет анализ поступающей информации по определенному алгоритму. Взаимодействуя с блоком 5, блок 6 способен принимать точные решения. Блок 6 осуществляет в общем случае работу двух контуров управления (рис. 1). Блок 9 формирует сигналы разрозненной цепочки производства (линии производства) в виде сигналов единого цикла непрерывного производства. Полученная данная структура системы управления качеством обеспечивает эффективность и оперативность принимаемых решений. Также данная система дает ряд преимуществ, является гибкой самонастраивающейся АСУ, позволяет влиять на качество производства на всех этапах, планировать загрузку линий, выполнить перенастройку оборудования.
На рис. 2 представлен алгоритм процесса управления качеством производства оптоволоконного кабеля на всех этапах его производства.
Для составления схемы управления качеством производства оптоволоконного модуля необходимо выделить качественные характеристики, которые можно оперативно измерять с помощью датчиков или косвенно, а также изучить взаимосвязь между регулируемыми параметрами линии производства и характеристиками модуля. В общем виде алгоритм схемы управления качеством выглядит, как показано на рис. 2.
В данной блок-схеме блок 2 представляет собой постановку задания, а также параметры сырья. На этой стадии данные включают параметры готового кабеля для каждого этапа производства.
На основе представленных блоком 2 данных реализуется выработка начального управляющего воздействия Uнач.
Следующей стадией является цикл, который представляет собой отслеживание параметров производимого модуля и настройку оборудования.
Контролируемые параметры поступают с датчиков, установленных на производственных линиях.
Блок 7 производит оценку отклонения качественных характеристик от нормы. Оценке подлежат характеристики, полученные косвенным путем и с помощью прогноза. В случае необходимости внесения изменений проводится анализ в блоке 8.
Блок 9 вырабатывает вектор управляющего воздействия U, который состоит из {U1, U2, ..., Un} для каждого из регулируемых параметров. Управляющий вектор равен U(n) = U(n-1) + ΔU(n), где U(n) — управление на шаге n; ΔU(n) — изменение управления. U(n) представляет собой зависимость от предыдущего управления и набора векторов контролируемых параметров на предыдущих шагах: U(n) = F(U(n-1), X/), где X/ — массив векторов контролируемых параметров X, т.е. X/ = {X(k), X(k+1), ..., X(n) }. Здесь k не обязательно равно 1, т.к. информация может собираться за ограниченное число измерений.
С точки зрения управления, регулируемыми параметрами являются изменяемые параметры оборудования, влияющие на качественные характеристики кабеля.
Д. В. КОЧЕГАРОВ,
аспирант Воронежского государственного
технического университета
А. Х. ТУРАЕВ,
ассистент Воронежского государственного
технического университета
А. В. БУРКОВСКИЙ,
доцент Воронежского государственного
технического университета
«Электротехнические комплексы
и системы управления»
