CN104677969B - 电镀液在线检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涉及带钢电镀液的检测系统。样品通过样品预处理装置预处理后，进入电位滴定仪检测装置进行检测；检测值输出到终端计算机装置，终端计算机装置将检测值处理后，进行描点绘图、数据显示、数据贮存和数据传送给用户；PLC控制装置控制样品预处理装置工作状态和工作步骤，同时也控制电位滴定仪检测装置检测开始和检测周期；状态监控装置将监测到的系统状态，一方面传输给终端计算机装置，通过终端计算机装置进行显示。另一面传输给PLC控制装置，通过PLC控制装置控制整个系统运行模式。本发明能够实时、快速、准确地实现对电镀锡溶液、电镀锌溶液、电镀铬溶液、电镀镍溶液和酸洗溶液离子浓度在线检测。

Description

电镀液在线检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及带钢电镀液，尤其涉及带钢电镀液的检测系统。

背景技术

钢材电镀液包括电镀锡、电镀锌、电镀铬、电镀镍和酸洗。由于生产连续性，需要及时反映生产过程工艺参数变化，需要对电镀液中主要成份进行监测，一旦发现偏离，马上作出调整，以保证生产过程稳定受控，从而保证产品质量。因此，电镀机组溶液离子浓度及时检测显得十分必要。

目前国内外对于电镀液中离子浓度的检测有两种：离线检测和在线检测。离线检测具有较高的测定精度，但存在取样代表性差、检测人员之间和检测设备之间系统偏差、检测时间长、测定值的滞后性、不能实时反映电镀液离子浓度变化趋势等问题。

发明内容

本发明旨在解决上述缺陷，提供一种电镀液在线检测系统。本发明能够实时、快速、准确地实现对电镀锡溶液、电镀锌溶液、电镀铬溶液、电镀镍溶液和酸洗溶液离子浓度在线检测。

为解决上述问题，本发明一种电镀液在线检测方法，它包括带有采样单元的样品预处理装置，该预处理装置连接电位滴定仪检测装置，电位滴定仪检测装置电气连接终端计算机装置，样品预处理装置和电位滴定仪检测装置由PLC控制装置控制连接，而该PLC控制装置和终端计算机装置由状态监控装置监控；所述PLC控制装置采集电位滴定仪检测数据和系统状态数据，输出到生产机组工艺参数闭环控制回路中，控制电位滴定仪和控制预处理装置工作时序，让电位滴定仪和预处理装置按预定时序运行。

所述终端计算机装置硬件有三路输入：第一路输入为分析小屋内状态信号；第二路输入为来自PLC装置的预处理装置状态信号，包括电磁阀状态、管道样品压力和温度状态、标准溶液状态、漏液状态；第三路输入为来自电位滴定仪的检测数据，其有二路输出：第一路输出为在终端计算机画面上显示状态数据、报警、检测数据打点绘图、以及检测数据直接显示；第二路输出为将相关参数、状态数据、检测数据通过光纤上传给其它上位机。

所述检测系统的电镀液在线检测方法，它包括下列步骤：

步骤一，样品预处理，预处理装置由一级稳压稳流过滤器、二级稳压稳流过滤器、pH计、去气泡装置、反清洗装置等组成；预处理过程如下：电镀液通过管道输入到电镀液在线检测系统；样品经过一级稳压稳流过滤器，对样品进行一级稳压稳流和过滤；一级稳压稳流过滤后的样品进入到二级稳压稳流过滤器，对样品进行更精细的稳压稳流和过滤；然后样品经过去气泡装置，除掉样品中的气泡；

步骤二，样品进入电位滴定仪进行在线检测；pH计直接安装在进入电镀液在线检测系统的管道中，对管道中的溶液直接进行pH值在线检测；为了防止预处理装置被污染和阻塞，在每次检测后，要对预处理装置进行反清洗；首先关闭进入预处理装置的检测样品，然后用50-70℃温水反向冲洗预处理装置管道和稳压稳流过滤器，清除污染物，保证预处理装置清洁，处于正常工作状态；

PLC监测到当某个状态数据处于异常情况时，立即采取应急措施同时报警显示；

状态监控装置的功能是采集系统状态，根据状态是否正常的判别，进行状态显示或报警、异常状态处理。

所述的电镀液在线检测方法，所述步骤二，电位滴定仪检测装置的检测流程如下：

PLC控制电位滴定仪和反冲洗的开始时间与周期

PLC信号触动电位滴定仪开始

电位滴定仪自动清洗反应杯

仪器检测电镀液浓度

滴定单元(DOSing Unite)复位：每次检测结束后

滴定杯和电极清洗

电位滴定仪自动清洗反应杯

数据计算与传输

电位滴定仪复位

数据接收与显示

电位滴定仪检测对象：

电镀锌机组：锌离子、硫酸根离子、pH值在线实时检测；

电镀锡机组：2价锡离子、硫酸根离子、铅离子在线实时检测；

电镀铬机组：铬酸酐、氟化胺在线实时检测；

电镀镍机组：镍离子、硼酸根、pH值在线实时检测；

酸洗机组：总酸、游离酸在线实时检测。

本发明从生产连续性，尤其是高速电镀生产出发，能够实时、连续地对电镀液主要成分进行监测，以便及时做出调整，在降低生产成本，提高电镀工艺液控制精度和保证产品质量等方面较离线检测更具指导意义。

附图说明：

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明的检测系统示意图；

图2：预处理装置图

图3：PLC控制装置图

图4：预处理系统总流程图

图5：自标定流程图：

图6：管路测试流程图

图7：终端计算机系统硬件框架图

图8：终端计算机系统软件框架图。

具体实施方式

本发明所要解决的技术问题是提供一种电位滴定法电镀液在线实时检测系统的检测方法，利用本检测系统，实现对电镀锡溶液、电镀锌溶液、电镀铬溶液、电镀镍溶液和酸洗溶液离子浓度在线实时快速准确地检测。

请参见图1电镀液在线检测系统由样品预处理装置、PLC控制装置、状态监控装置、电位滴定仪检测装置、终端计算机装置组成。样品通过样品预处理装置1预处理后，进入电位滴定仪检测装置2进行检测。检测值输出到终端计算机装置3，终端计算机装置3将检测值处理后，进行描点绘图、数据显示、数据贮存和数据传送给用户。PLC控制装置4控制样品预处理装置1工作状态和工作步骤，同时也控制电位滴定仪检测装置2检测开始和检测周期。状态监控装置5将监测到的系统状态，如样品温度、样品压力、整体系统温湿度、漏液传感器、试剂桶液位传感器和门限位传感器等，一方面传输给终端计算机装置，通过终端计算机装置进行显示。另一面传输给PLC控制装置，通过PLC控制装置控制整个系统运行模式。

样品预处理装置如图2的作用是对电镀液样品进行预处理，提供电位滴定仪所需的合格的检测样品。预处理装置由一级稳压稳流过滤器、二级稳压稳流过滤器、pH计、去气泡装置、反清洗装置等组成。一级稳压稳流过滤器有二路，一用一备。其中一路包含BV01/BV02/BV03/F1。另一路包含

BV04/BV05/BV06/F1。二级稳压稳流过滤器也有二路，也是一用一备。其中一路为F2，另一路为F3。样品预处理过程如下：电镀液通过管道输入到“电镀液在线检测系统”。样品经过SV1到一级稳压稳流过滤器F1，对样品进行一级稳压稳流和过滤。一级稳压稳流过滤后的样品进入到二级稳压稳流过滤器F2或F3，对样品进行更精细的稳压稳流和过滤。然后样品经过去气泡装置F4，除掉样品中的气泡。最后样品进入电位滴定仪进行在线检测。pH计直接安装在进入“电镀液在线检测系统”的管道中，对管道中的溶液直接进行pH值在线检测。管道流量经过FI流量计监控，pH计工作时，BV08通，BV07断。pH计停修时，BV08断，BV07通。为了防止预处理装置被污染和阻塞，在每次检测后，要对预处理装置进行反清洗。首先关闭SV2，阻止样品进入F2和F3，然后用50-70℃温水通过SV6反向冲洗F2和F3及相关管道。清除污染物，保证预处理装置清洁，处于正常工作状态。

PLC控制装置如图3有三方面作用。1是采集电位滴定仪检测数据，电位滴定仪DO输出数字量数据到PLC装置DI口，电位滴定仪AO输出4-20mA模拟量到PLC装置AI口。然后PLC装置将检测数据处理后，通过PLC装置的DO和AO口将到数字量数据和4-20mA模拟量数据输出到生产机组PLC的DI和AI口中，参与机组工艺参数闭环控制。2是控制电位滴定仪和预处理装置工作时序。PLC装置DO输出工作状态到电位滴定仪和预处理装置阀中，控制电位滴定仪工作时序和阀通与断，让电位滴定仪和预处理装置按预定时序运行。预处理装置总流程图如图4所示：PLC装置检查预处理装置工作压力和流量，压力和流量正常，预处理装置进样，一级稳压稳流过滤和二级稳压稳流过滤和去气泡后，样品进入电位滴定仪检测，管道反冲洗。压力或流量异常时，检查异常原因。生产工艺问题，关闭进样阀，禁止样品进入预处理装置。预处理装置漏液问题，关闭进样阀的同时，显示和报警。自标定时序如图5所示，PLC切换阀状态，起动电位滴定仪自标定程序，电位滴定仪自标定，结束自标定。管路测试流程如图6所示：预处理装置进样，经过一级稳压稳流过滤和二级稳压稳流过滤和去气泡后，样品进入电位滴定仪检测，等待电位滴定仪检测完成，PLC起动反清洗阀门，对预处理装置和电位滴定仪进行反清洗，完成一次全流程检测，等待下一次全流程检测。3是采集系统状态数据，某个状态数据处于异常情况时，立即采取应急措施同时报警显示。这部分工作将在状态监控装置中详细描述。

状态监控装置的功能是采集系统状态，根据状态是否正常的判别，进行状态显示或报警、异常状态处理。状态监控装置工作如下：采集电镀液样品温度PT100到PLC的AI口，PLC装置将温度转换成数字量，通过MODBUS485和HUB传输到终端计算机装置中贮存和显示。采集电镀液样品压力到PLC的AI口，PLC装置将压力转换成数字量，通过MODBUS485和HUB传输到终端计算机装置中贮存和显示。同时PLC装置判别压力是否正常。非正常压力，除压力值贮存和显示外，还要通过PLC切断电镀液样品进样阀SV1，阻止非正常的电镀液进入在线检测系统，同时通过塔灯报警。采集漏液采集器“数字式传感器”信号，一旦漏液，漏液采集器检测到信号，将通过PLC切断电镀液样品进样阀SV1，阻止电镀液进入在线检测系统，同时通过塔灯报警。采集在线检测系统小房探头图像信号，通过HUB直接传输给终端计算机装置贮存和显示。采集试剂桶中“液位报警”溶液信号，一旦试剂桶中溶液不足，通过PLC将信号传输给塔灯报警和通过MODBUS485和HUB将信号传输给终端计算机装置贮存和显示。采集电镀液在线检测系统“门限位”信号，一旦监测到房门打开，通过PLC将信号传输给塔灯报警。采集在线检测系统小房内“室内温度/湿度”信号，通过MODBUS485和HUB将信号传输给终端计算机装置贮存和显示。

电位滴定仪检测装置的功能是检测样品，输出检测结果。

电位滴定仪主要技术参数(以电镀锌为例)

分析参数：Zn2+浓度范围0～200g/l；H2SO4浓度范围0～100g/l

测量精度：精确度±3％；重现性±2％

取样体积：0.1～100ml

分析时间：通常约10分钟

循环时间：0～1440分钟可调

样品温度：5～90℃/41～194°F

样品压力：0～4bar，建议1bar

样品颗粒度：50um

样品流路：多流路

环境温度：0～50℃

清洗方式：自动清洗

模拟输出：0/4～20mA模拟信号RS232/422

模拟输入：8路24V开关信号，可扩展

数字输出：每个O/I卡8个24V AC/DC,3A

串口通讯：RS232、RS422

电源：200～240V,50/60Hz

检测流程参见图5：

PLC控制电位滴定仪和反冲洗的开始时间与周期

PLC信号触动电位滴定仪开始

电位滴定仪自动清洗反应杯

仪器检测电镀液浓度

滴定单元(DOSing Unite)复位：每次检测结束后

滴定杯和电极清洗

电位滴定仪自动清洗反应杯

数据计算与传输

电位滴定仪复位

数据接收与显示

检测对象：

电镀锌机组：锌离子、硫酸根离子、pH值在线实时检测；

电镀锡机组：2价锡离子、硫酸根离子、铅离子在线实时检测；

电镀铬机组：铬酸酐、氟化胺在线实时检测；

电镀镍机组：镍离子、硼酸根、pH值在线实时检测；

酸洗机组：总酸、游离酸在线实时检测。

检测方法(以电镀镍为例加以说明)

电镀镍主要检测镍离子和硼酸根离子。

镍离子测量：向样品中加入pH＝10.5的氨缓冲溶液，利用铜离子选择性电极作为工作电极，EDTA做为滴定剂，进行络合滴定。

1)清洗滴定杯；

2)抽取1ml样品到定量环；

3)利用Carrier蠕动泵把样品用纯水带入滴定杯，并加入一定量的纯水；

4)加入氨缓冲溶液；

5)使用滴定剂滴定，达到终点；

6)计算出结果，利用0(4)－20mA信号或RS232/422输出。

7)排掉废液，清洗反应杯

硼酸根离子测量：用pH做指示电极，NaOH做滴定剂，向样品中添加甘露醇来测量样品中酸度。

1)清洗滴定杯；

2)抽取1ml样品到定量环；

3)利用Carrier蠕动泵把样品用纯水带入滴定杯，并加入一定量的纯水；

4)加入甘露醇溶液；

5)使用滴定剂滴定，达到终点；

6)计算出结果，利用0(4)－20mA信号或RS232/422输出。

7)排掉废液，清洗反应杯。

终端计算机装置有二大功能。功能一为系统状态贮存和显示。贮存和显示“室内温度/湿度”数据、“摄像头”信号、“PT100”样品温度信号、样品“压力”信号、预处理“阀”门状态信号、“液位报警”状态信号、“数字式传感器”漏液报警信号、“门限位”状态信号。功能二为采集电位滴定仪检测数据，将数据处理、打点绘图、贮存和显示、上传到上位机。终端计算机系统硬件框架图如图7所示。终端计算机有三路输入：第一路输入为分析小屋内状态信号，如“室内温度/湿度”和“摄像头”等状态。第二路输入为来自PLC装置的预处理装置状态信号，包括电磁阀状态、管道样品压力和温度状态、标准溶液状态、漏液状态等。第三路输入为来自电位滴定仪的检测数据。终端计算机有二路输出：第一路输出为在终端计算机画面上显示状态数据、报警、检测数据打点绘图、以及检测数据直接显示。第二路输出为将相关参数、状态数据、检测数据通过光纤上传给其它上位机。终端计算机软件框架图如图8所示。起动软件程序，检查系统状态是否正常。如不正常，报警，人工干预。如正常，采集检测数据，数据打点绘图、数据贮存和显示、系统状态和参数和检测数据上传给上位机，重复以上流程。

Claims (2)

1.一种电镀液在线检测方法，其特征在于，它包括带有采样单元的样品预处理装置，该预处理装置连接电位滴定仪检测装置，电位滴定仪检测装置电气连接终端计算机装置，样品预处理装置和电位滴定仪检测装置由PLC控制装置控制连接，而该PLC控制装置和终端计算机装置由状态监控装置监控；所述PLC控制装置采集电位滴定仪检测数据和系统状态数据，输出到生产机组工艺参数闭环控制回路中，控制电位滴定仪和控制预处理装置工作时序，让电位滴定仪和预处理装置按预定时序运行，所述终端计算机装置硬件有三路输入：第一路输入为分析小屋内状态信号；第二路输入为来自PLC装置的预处理装置状态信号，包括电磁阀状态、管道样品压力和温度状态、标准溶液状态、漏液状态；第三路输入为来自电位滴定仪的检测数据；其有两路输出：第一路输出为在终端计算机画面上显示状态数据、报警、检测数据的打印绘图、以及检测数据直接显示；第二路输出为将相关参数、状态数据、检测数据通过光纤上传给其它上位机；并包括下列步骤：

步骤一，样品预处理，预处理装置由一级稳压稳流过滤器，二级稳压稳流过滤器、pH计、去起泡装置、反清洗装置组成；预处理过程如下：电镀液通过管道输入电镀液在线检测系统；样品经过一级稳压稳流过滤器，对样品进行一级稳流稳压过滤；一级稳压稳流过滤后的样品进入到二级稳压稳流过滤器，对样品进行更精细的稳压稳流和过滤；然后样品经过去起泡装置，除掉样品中的起泡；

步骤二，样品进入电位滴定仪进行在线检测；pH计直接安装在进入电镀液在线检测系统的管道中，对管道中的溶液直接进行pH值在线检测；为了防止与治理装置被污染和阻塞，在每次检测后，要对预处理装置进行反清洗；首先关闭进入预处理装置的检测样品，然后用50-70℃温水反向冲洗预处理装置管道和稳压稳流过滤器，清除污染物，保证预处理装置清洁，处于正常工作状态；

PLC监测到当某个状态数据处于异常时，立即采取应急措施同时报警显示；

状态监控装置的功能是采集状态系统状态，根据状态是否正常的判别，进行状态显示或报警、异常状态处理。

2.根据权利要求1所述的电镀液在线检测方法，其特征在于，所述步骤二，电位滴定仪检测装置的检测流程如下：

PLC控制电位滴定仪和反冲洗的开始时间与周期；

PLC信号触动电位滴定仪开始、

电位滴定仪自动清洗反应杯、

以及检测电镀液浓度；

滴定单元（DOSing Unite)复位：每次检测结束后

滴定杯和电极清洗、

电位滴定仪自数据计算与传输、

电位滴定仪复位、

数据接收与显示；

电位滴定仪检测对象：

电镀锌机组：锌离子、硫酸根离子、pH值在线实时检测；

电镀锡机组：2价锡离子、硫酸根离子、铅离子在线实时检测；

电镀铬机组：铬酸酐、氟化铵在线实时检测；

电镀镍机组：镍离子、硼酸根、pH值在线实时检测；

酸洗机组：总酸、游离酸在线实时检测。