CN106048703B - 一种钢丝镀铜镀锌方法及自动控制系统 - Google Patents

一种钢丝镀铜镀锌方法及自动控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢丝镀铜镀锌方法，涉及钢丝电镀领域，包括以下步骤：根据钢丝镀铜镀锌的基本工艺参数的数值计算得到目标工艺参数的目标值；测量目标工艺参数的实际值；基于目标值和实际值的差值，通过比例‑积分‑微分PID调节，生成调节信号，并将调节信号发送到整流器，整流器依据调节信号输出控制信号对目标工艺参数进行调节，直到所述实际值达到所述目标值的设定控制范围。本发明能够自动精确控制钢丝镀铜镀锌的过程，节省时间和人力，具有铜层和锌层均匀且厚度误差小、镀层质量稳定性和重复性好、生产效率高的特点。

Description

一种钢丝镀铜镀锌方法及自动控制系统
技术领域
本发明涉及钢丝电镀领域，具体涉及一种钢丝镀铜镀锌方法及自动控制系统。
背景技术
镀铜镀锌是钢丝生产过程中的一道重要工序，该工序通过电镀方法在钢丝表面由内向外依次形成两层镀层：铜和锌，其目的是在其后的扩散工序时，铜层和锌层之间相互扩散，从而在钢丝表面形成黄铜合金层。铜层和锌层的厚度和均匀性的波动直接影响钢丝后序产品的质量，因此成为衡量钢丝质量的一个重要指标，直接影响钢丝的销售，例如，表面镀有黄铜合金的钢丝可用作钢帘线，在采用钢帘线作为增强材料所制作的子午线轮胎中，钢帘线表面的电镀黄铜合金的厚度和均匀性对于提高钢帘线与橡胶的结合力非常关键。因此，在钢丝生产过程中，对镀铜镀锌工序的工艺参数的控制要求越来越严格。目前在钢丝镀铜镀锌工序中采用的方法是人工设定整流电流的恒流工艺参数，这种方法依赖工艺人员的个人经验来设定整流电流的恒流工艺参数，存在由于人为因素导致精度控制重复性差，铜层和锌层的厚度误差大和均匀性差等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的主要目的在于提供一种钢丝镀铜镀锌方法，本发明的另一目的在于提供一种钢丝镀铜镀锌的自动控制系统，能够自动精确控制钢丝镀铜镀锌的过程，节省时间和人力，具有铜层和锌层均匀且厚度误差小、镀层质量稳定性和重复性好、生产效率高的特点。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种钢丝镀铜镀锌方法，包括以下步骤：
S1.根据钢丝镀铜镀锌的基本工艺参数的数值计算得到目标工艺参数的目标值；
S2.测量目标工艺参数的实际值；
S3.基于所述目标值和所述实际值的差值，通过比例-积分-微分PID调节，生成调节信号，并将调节信号发送到整流器，所述整流器依据所述调节信号输出控制信号对所述目标工艺参数进行调节，直到所述实际值达到所述目标值的设定控制范围。
在上述技术方案的基础上，所述基本工艺参数包括待镀铜镀锌的钢丝根数、钢丝直径、钢丝行进速度、镀层总重量比、镀层中铜含量百分比、电镀电流效率和开启的电镀泵的数量。
在上述技术方案的基础上，所述钢丝根数的范围为1～24，所述钢丝直径的范围为0.5～3.5mm，所述行进速度的范围为10～120m/min，所述镀层总重量比的范围为2～10g/Kg。
在上述技术方案的基础上，所述钢丝镀铜镀锌的过程包括镀铜工序和镀锌工序；
所述电镀电流效率包括镀铜电流效率和镀锌电流效率；
步骤S1包括：
S1.1分别计算所述镀铜工序的镀铜总电流A1和所述镀锌工序的镀锌总电流B1：
其中，A1为镀铜总电流，B1为镀锌总电流，n为钢丝根数，d为钢丝直径，v为钢丝行进速度，P1为镀铜电流效率，P2为镀锌电流效率，w为镀层总重量比，c为镀层中铜含量百分比。
在上述技术方案的基础上，所述镀铜工序和镀锌工序分别包括L和M个电镀槽，所述L个电镀槽中的每一个电镀槽均包括若干镀铜泵，所述M个电镀槽中的每一个电镀槽均包括若干镀锌泵；
所述L和M个电镀槽中的每一个电镀槽均设有整流器；
所述镀锌工序还包括一冷却槽，所述冷却槽设于所述M个电镀槽之后，所述冷却槽包括若干镀锌泵；
步骤S1还包括：
S1.2基于所述镀铜总电流A1、所述镀锌总电流B1和开启的所述电镀泵的数量，分别计算所述L和M个电镀槽中每一个电镀槽的镀铜电流目标值和镀锌电流目标值：
X＝x1+x2+…+xL，
A1＝a1+a2+…+aL；
Y＝y1+y2+…+yM+y0，
B1＝b1+b2+…+bM，
其中，ai为所述L个电镀槽中的第i个电镀槽的镀铜电流目标值，xi为所述L个电镀槽中的第i个电镀槽中开启的镀铜泵的数量，i＝1,2,…,L，X为所述L个电镀槽中开启的镀铜泵的总数量；bj为所述M个电镀槽中的第j个电镀槽的镀锌电流目标值，yj为所述M个电镀槽中的第j个电镀槽中开启的镀锌泵的数量，j＝1,2,…,M，y0为所述冷却槽中开启的镀锌泵的数量，Y为所述M个电镀槽和所述冷却槽中开启的镀锌泵的总数量。
在上述技术方案的基础上，所述镀铜工序和镀锌工序均分别包括若干调整期和若干间隔期，所述间隔期处于相邻的调整期之间；在所述调整期内，测量所述L和M个电镀槽中的每一个电镀槽的镀铜电流实际值ari或镀锌电流实际值brj。
在上述技术方案的基础上，所述控制信号为所述整流器的输出电压；
在所述调整期内，基于所述目标值和所述实际值的差值，通过比例-积分-微分PID调节，生成调节信号，并将调节信号发送到整流器，所述整流器依据所述调节信号输出所述输出电压对所述目标工艺参数进行调节，直到所述实际值达到所述目标值的设定控制范围。
在所述间隔期内，将所述整流器设置于恒压控制状态。
在上述技术方案的基础上，所述调整期为2分钟，所述间隔期为10分钟。
在上述技术方案的基础上，所述设定控制范围为所述目标值±3％。
本发明还提供一种钢丝镀铜镀锌的自动控制系统，包括：数据输入模块、测量模块和可编程逻辑控制器PLC，
所述数据输入模块，用于输入钢丝镀铜镀锌的基本工艺参数的数值，并将所述基本工艺参数的数值传送到可编程逻辑控制器PLC；
所述测量模块，用于测量所述目标工艺参数的实际值，并将所述实际值传送到所述可编程逻辑控制器PLC；
所述可编程逻辑控制器PLC，其包括计算单元和PID调节单元；计算单元用于从所述数据输入模块接收所述基本工艺参数的数值，并计算所述目标工艺参数的目标值，以及将所述目标值传送到PID调节单元；PID调节单元用于从所述测量模块接收所述实际值，基于所述目标值和实际值的差值，通过PID调节，生成调节信号，并将所述调节信号发送到整流器，所述整流器依据所述调节信号输出控制信号对所述目标工艺参数进行调节，直到所述实际值达到所述目标值的设定控制范围。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明根据计算得到的目标工艺参数的目标值和测量得到的目标工艺参数的实际值之间的差值，通过比例-积分-微分PID调节，自动对目标工艺参数进行调节，直到实际值达到目标值的设定控制范围。因此，能够自动精确控制钢丝镀铜镀锌的过程，节省时间和人力，具有铜层和锌层均匀且厚度误差小、镀层质量稳定性和重复性好、生产效率高的特点。
(2)本发明综合了比例-积分-微分PID调节和整流器恒压控制的优点，因此能对钢丝镀铜镀锌精确、及时的进行补偿和匀整，控制精度高，中和性能好，减少了铜层和锌层误差，解决了人为干预控制，钢丝镀层质量无法保证的问题。
(3)本发明中的钢丝根数、钢丝直径、行进速度和镀层总重量比的范围较大，因此本发明适用范围广。
附图说明
图1为本发明实施例钢丝镀铜镀锌方法的流程图；
图2为本发明实施例钢丝镀铜镀锌的自动控制系统模块示意图。
图中：1-数据输入模块、2-测量模块，3-可编程逻辑控制器PLC，31-计算单元，32-PID调节单元。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种钢丝镀铜镀锌方法，包括以下步骤：
S1.根据钢丝镀铜镀锌的基本工艺参数的数值计算得到目标工艺参数的目标值。
基本工艺参数包括待镀铜镀锌的钢丝根数、钢丝直径、钢丝行进速度、镀层总重量比、镀层中铜含量百分比、电镀电流效率和开启的电镀泵的数量。
钢丝根数的范围为1～24，钢丝直径的范围为0.5～3.5mm，行进速度的范围为10～120m/min，镀层总重量比的范围为2～10g/Kg。
本发明中的钢丝根数、钢丝直径、行进速度和镀层总重量比的范围较大，因此本发明适用范围广。
具体的，钢丝镀铜镀锌的过程包括镀铜工序和镀锌工序，电镀电流效率包括镀铜电流效率和镀锌电流效率，镀铜电流效率和镀锌电流效率分别对应于镀铜工序和镀锌工序。
镀铜工序和镀锌工序分别包括L和M个电镀槽，L个电镀槽中的每一个电镀槽均包括若干镀铜泵，M个电镀槽中的每一个电镀槽均包括若干镀锌泵。L和M个电镀槽中的每一个电镀槽均设有整流器。
镀锌工序还包括一冷却槽，冷却槽设于M个电镀槽之后，冷却槽包括若干镀锌泵。
冷却槽用于冷却完成镀铜镀锌的钢丝，避免钢丝表面暴露在空气中发生氧化和沾染灰尘等杂质。
步骤S1包括：
S1.1基于基本工艺参数的数值，分别计算镀铜工序的镀铜总电流A1和镀锌工序的镀锌总电流B1：
其中，A1为镀铜总电流，B1为镀锌总电流，A1和B1的单位均为A(安培)；n为钢丝根数，d为钢丝直径，单位为mm；v为钢丝行进速度，单位为m/min；P1为镀铜电流效率，P2为镀锌电流效率，w为镀层总重量比，单位为g/Kg；c为镀层中铜含量百分比。
0.312和0.308分别为镀铜工序和镀锌工序的工艺系数，0.312和0.308的单位均为A·min/dm3，0.312和0.308分别根据镀铜工序和镀锌工序中镀层厚度、电镀时间和电流密度确定，电流密度的范围通常在20～50A/dm2。
S1.2基于镀铜总电流A1、镀锌总电流B1和开启的电镀泵的数量，分别计算L和M个电镀槽中每一个电镀槽的镀铜电流目标值和镀锌电流目标值：
X＝x1+x2+…+xL，
A1＝a1+a2+…+aL；
Y＝y1+y2+…+yM+y0，
B1＝b1+b2+…+bM，
其中，ai为L个电镀槽中的第i个电镀槽的镀铜电流目标值，xi为L个电镀槽中的第i个电镀槽中开启的镀铜泵的数量，i＝1,2,…,L，X为L个电镀槽中开启的镀铜泵的总数量；bj为M个电镀槽中的第j个电镀槽的镀锌电流目标值，yj为M个电镀槽中的第j个电镀槽中开启的镀锌泵的数量，j＝1,2,…,M，y0为冷却槽中开启的镀锌泵的数量，Y为M个电镀槽和冷却槽中开启的镀锌泵的总数量。ai和bj的单位均为A(安培)。
目标工艺参数包括镀铜工序的各电镀槽的镀铜电流和镀锌工序的各电镀槽的镀锌电流。
S2.测量目标工艺参数的实际值。
镀铜工序和镀锌工序均包括若干调整期和若干间隔期，间隔期处于相邻的调整期之间。
具体的，调整期为2分钟，间隔期为10分钟。
在调整期内，测量L和M个电镀槽中的每一个电镀槽的镀铜电流实际值ari或镀锌电流实际值brj。
S3.基于目标值和实际值的差值，通过比例-积分-微分PID调节，生成调节信号，并将调节信号发送到整流器，整流器依据调节信号输出控制信号对目标工艺参数进行调节，直到实际值达到目标值的设定控制范围。
具体的，控制信号为整流器的输出电压，设定控制范围为目标值±3％。
在调整期内，分别基于镀铜电流目标值ai与镀铜电流实际值ari的差值、以及镀锌电流目标值bj与镀锌电流实际值brj的差值，通过比例-积分-微分PID调节，生成调节信号，并将调节信号发送到相应的整流器，整流器依据调节信号输出输出电压对镀铜电流和镀锌电流分别进行调节，直到镀铜电流实际值ari和镀锌电流实际值brj分别达到镀铜电流实际值ari和镀锌电流实际值brj的±3％范围内。
在间隔期内，将整流器设置于恒压控制状态。
本发明综合了比例-积分-微分PID调节和整流器恒压控制的优点，因此能对钢丝镀铜镀锌精确、及时的进行补偿和匀整，控制精度高，中和性能好，减少了铜层和锌层误差，解决了人为干预控制，钢丝镀层质量无法保证的问题。
本发明根据计算得到的目标工艺参数的目标值和测量得到的目标工艺参数的实际值之间的差值，通过比例-积分-微分PID调节，自动对目标工艺参数进行调节，直到实际值达到目标值的设定控制范围。因此，能够自动精确控制钢丝镀铜镀锌的过程，节省时间和人力，具有铜层和锌层均匀且厚度误差小、镀层质量稳定性和重复性好、生产效率高的特点。
如图2所示，本发明还提供一种钢丝镀铜镀锌的自动控制系统，包括数据输入模块1、测量模块2和可编程逻辑控制器PLC3。
数据输入模块1，用于输入钢丝镀铜镀锌的基本工艺参数的数值，并将基本工艺参数的数值传送到可编程逻辑控制器PLC3。
测量模块2，用于测量目标工艺参数的实际值，并将实际值传送到可编程逻辑控制器PLC3。
可编程逻辑控制器PLC3，其包括计算单元31和PID调节单元32；计算单元31用于从数据输入模块1接收基本工艺参数的数值，并计算目标工艺参数的目标值，以及将目标值传送到PID调节单元32；PID调节单元32用于从测量模块2接收实际值，基于目标值和实际值的差值，通过PID调节，生成调节信号，并将调节信号发送到整流器，整流器依据调节信号输出控制信号对目标工艺参数进行调节，直到实际值达到目标值的设定控制范围。
本发明根据计算得到的目标工艺参数的目标值和测量得到的目标工艺参数的实际值之间的差值，通过比例-积分-微分PID调节，自动对目标工艺参数进行调节，直到实际值达到目标值的设定控制范围。因此，能够自动精确控制钢丝镀铜镀锌的过程，节省时间和人力，具有铜层和锌层均匀且厚度误差小、镀层质量稳定性和重复性好、生产效率高的特点。
基于本发明的钢丝镀铜镀锌方法，对钢丝镀铜镀锌的工序为：
将若干待镀铜镀锌的钢丝穿过设于各电镀槽中的钢丝支架槽。
输入基本工艺参数的数值，并开启所需的各电镀泵，向电镀槽输送相应的电镀液。
基于基本工艺参数的数值和开启的各电镀泵开关信号，分别计算L和M个电镀槽中的每一个电镀槽的镀铜电流目标值ai或镀锌电流目标值bj。
在调整期内，分别测量L和M个电镀槽中的每一个电镀槽的镀铜电流实际值ari或镀锌电流实际值brj，并将镀铜电流实际值ari和镀锌电流实际值brj分别与镀铜电流目标值ai和镀锌电流目标值bj比较，基于镀铜电流目标值ai与镀铜电流实际值ari的差值、以及镀锌电流目标值bj与镀锌电流实际值brj的差值，通过比例-积分-微分PID调节，生成调节信号，并将调节信号发送到相应的整流器，整流器依据调节信号输出输出电压对镀铜电流和镀锌电流分别进行调节，直到镀铜电流实际值ari和镀锌电流实际值brj分别达到镀铜电流实际值ari和镀锌电流实际值brj的±3％范围内。
在间隔期内，将整流器设置于恒压控制状态。
重复调整期和间隔期，直到钢丝完成镀铜镀锌工序。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种钢丝镀铜镀锌方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.根据钢丝镀铜镀锌的基本工艺参数的数值计算得到目标工艺参数的目标值；
S2.测量目标工艺参数的实际值；
S3.基于所述目标值和所述实际值的差值，通过比例-积分-微分PID调节，生成调节信号，并将调节信号发送到整流器，所述整流器依据所述调节信号输出控制信号对所述目标工艺参数进行调节，直到所述实际值达到所述目标值的设定控制范围。
2.如权利要求1所述的一种钢丝镀铜镀锌方法，其特征在于：所述基本工艺参数包括待镀铜镀锌的钢丝根数、钢丝直径、钢丝行进速度、镀层总重量比、镀层中铜含量百分比、电镀电流效率和开启的电镀泵的数量。
3.如权利要求2所述的一种钢丝镀铜镀锌方法，其特征在于：所述钢丝根数的范围为1～24，所述钢丝直径的范围为0.5～3.5mm，所述行进速度的范围为10～120m/min，所述镀层总重量比的范围为2～10g/Kg。
4.如权利要求2所述的一种钢丝镀铜镀锌方法，其特征在于：
所述钢丝镀铜镀锌的过程包括镀铜工序和镀锌工序；
所述电镀电流效率包括镀铜电流效率和镀锌电流效率；
步骤S1包括：
S1.1分别计算所述镀铜工序的镀铜总电流A1和所述镀锌工序的镀锌总电流B1：
其中，A1为镀铜总电流，B1为镀锌总电流，n为钢丝根数，d为钢丝直径，v为钢丝行进速度，P1为镀铜电流效率，P2为镀锌电流效率，w为镀层总重量比，c为镀层中铜含量百分比。
5.如权利要求4所述的一种钢丝镀铜镀锌方法，其特征在于：
所述镀铜工序和镀锌工序分别包括L和M个电镀槽，所述L个电镀槽中的每一个电镀槽均包括若干镀铜泵，所述M个电镀槽中的每一个电镀槽均包括若干镀锌泵；
所述L和M个电镀槽中的每一个电镀槽均设有整流器；
所述镀锌工序还包括一冷却槽，所述冷却槽设于所述M个电镀槽之后，所述冷却槽包括若干镀锌泵；
步骤S1还包括：
S1.2基于所述镀铜总电流A1、所述镀锌总电流B1和开启的所述电镀泵的数量，分别计算所述L和M个电镀槽中每一个电镀槽的镀铜电流目标值和镀锌电流目标值：
X＝x1+x2+…+xL，
A1＝a1+a2+…+aL；
Y＝y1+y2+…+yM+y0，
B1＝b1+b2+…+bM，
其中，ai为所述L个电镀槽中的第i个电镀槽的镀铜电流目标值， xi为所述L个电镀槽中的第i个电镀槽中开启的镀铜泵的数量，i＝1,2,…,L，X为所述L个电镀槽中开启的镀铜泵的总数量；bj为所述M个电镀槽中的第j个电镀槽的镀锌电流目标值，yj为所述M个电镀槽中的第j个电镀槽中开启的镀锌泵的数量，j＝1,2,…,M，y0为所述冷却槽中开启的镀锌泵的数量，Y为所述M个电镀槽和所述冷却槽中开启的镀锌泵的总数量。
6.如权利要求5所述的一种钢丝镀铜镀锌方法，其特征在于：所述镀铜工序和镀锌工序均分别包括若干调整期和若干间隔期，所述间隔期处于相邻的调整期之间；在所述调整期内，测量所述L和M个电镀槽中的每一个电镀槽的镀铜电流实际值ari或镀锌电流实际值brj。
7.如权利要求6所述的一种钢丝镀铜镀锌方法，其特征在于：所述控制信号为所述整流器的输出电压；
在所述调整期内，基于所述目标值和所述实际值的差值，通过比例-积分-微分PID调节，生成调节信号，并将调节信号发送到整流器，所述整流器依据所述调节信号输出所述输出电压对所述目标工艺参数进行调节，直到所述实际值达到所述目标值的设定控制范围，
在所述间隔期内，将所述整流器设置于恒压控制状态。
8.如权利要求7所述的一种钢丝镀铜镀锌方法，其特征在于：所述调整期为2分钟，所述间隔期为10分钟。
9.如权利要求8所述的一种钢丝镀铜镀锌方法，其特征在于：所述设定控制范围为所述目标值±3％。
10.一种钢丝镀铜镀锌的自动控制系统，其特征在于，包括：数据输入模块(1)、测量模块(2)和可编程逻辑控制器PLC(3)，
所述数据输入模块(1)，用于输入钢丝镀铜镀锌的基本工艺参数的数值，并将所述基本工艺参数的数值传送到可编程逻辑控制器PLC(3)；
所述测量模块(2)，用于测量所述目标工艺参数的实际值，并将所述实际值传送到所述可编程逻辑控制器PLC(3)；
所述可编程逻辑控制器PLC(3)，其包括计算单元(31)和PID调节单元(32)；计算单元(31)用于从所述数据输入模块(1)接收所述基本工艺参数的数值，并计算所述目标工艺参数的目标值，以及将所述目标值传送到PID调节单元(32)；PID调节单元(32)用于从所述测量模块(2)接收所述实际值，基于所述目标值和实际值的差值，通过PID调节，生成调节信号，并将所述调节信号发送到整流器，所述整流器依据所述调节信号输出控制信号对所述目标工艺参数进行调节，直到所述实际值达到所述目标值的设定控制范围。
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