Разработка и исследование системы оптимального управления гальваническими процессами в ваннах со многими анодами

Рассматривается проблема повышения равномерности распределения толщины гальванических покрытий на поверхности обрабатываемых деталей. Проведен анализ управляющих воздействий, оказывающих влияние на равномерность гальванического покрытия, в ходе которого отдано предпочтение использованию ванн со многими анодами. Существующие режимы протекания гальванического процесса в ваннах со многими анодами не находят широкого распространения вследствие конструктивной сложности реализации, возникающей из-за необходимости обеспечения равномерности толщины получаемого покрытия для многономенклатурных производств. Авторами предлагается режим протекания гальванического процесса, в ходе которого отыскивается оптимальное число и размеры анодов, а также сила тока и длительность его протекания через каждый из анодов, которые обеспечивают выравнивание распределения силовых линий электрического поля в электролите между анодами и поверхностью покрываемой детали. Для реализации оптимального управления предлагаемым режимом разработана структура системы управления (математическая модель, поисковый алгоритм, управляющее и исполнительное устройства) с обратной связью по силе тока через поверхность детали и предложен алгоритм ее работы (на базе ПИД закона и релейного управления), практическая реализация которых осуществлена с использованием инструментального программного комплекса промышленной автоматизации CoDeSys V2.3 на языке программирования функциональных блоков FBD. На примере нанесения цинкового покрытия на Z-образную деталь найдено оптимальное управление предлагаемым режимом протекания гальванического процесса. В результате имитационного моделирования найденного режима осуществлена настройка контура регулирования в целях достижения минимума интеграла от квадрата отклонения уставки и продемонстрирована корректность алгоритма работы системы управления с точки зрения получаемого относительного отклонения средней толщины покрытия в 5 %, что сопоставимо с погрешностью современных толщиномеров.

1. Винокуров Е. Г., Бурухина Т. Ф., Гусева Т. В. Гальваническое производство в России: оценочный подход, задачи повышения ресурсной и экологической эффективности // Технология металлов. 2020. № 7. С. 2—6.

2. Деулин Б. И. Ионообменная установка для экспрессанализа концентрации ионов в растворах электролитов // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2013. № 1 (104). С. 31—33.

3. Асеева А. В., Попов А. Н. Эжекторное перемешивание растворов в гальванотехнике // Гальванотехника и обработка поверхности. 2004. Т. 12, № 1. С. 44—49.

4. Милованов И. В., Васильев С. А. Выбор и управление температурными режимами в гальванических ваннах // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2002. Т. 8, № 3. С. 473—478.

5. Варенцов В. К., Юсин С. И., Варенцова В. И. Влияние плотности тока и скорости протока раствора на динамику осаждения меди на электроды из углеродных волокнистых материалов // Химия в интересах устойчивого развития. 2009. Т. 17, № 4. С. 349—358.

6. Банников А. А., Литовка Ю. В. Оптимальное размещение катодов в автоматизированной системе управления гальванической ванной // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2021. № 3 (65). С. 3—9.

7. Дьяков И. А. Система управления выпрямителем многоанодных гальванических ванн // Радиотехника. 2010. № 12. С. 52—54.

8. Пчелинцева И. Ю., Литовка Ю. В. Система автоматизированного управления процессом нанесения гальванического покрытия в ванне с токонепроводящим экраном // Мехатроника, автоматизация, управление. 2022. Т. 23, № 4. С. 188—196.

9. Соловьев Д. С., Као В. З., Литовка Ю. В. Оптимальное управление технологическим процессом нанесения гальванического покрытия в ванне с дополнительными катодами и биполярными электродами // Мехатроника, автоматизация, управление. 2016. Т. 17, № 8. С. 547—553.

10. Бутягин П. И., Большанин А. В., Арбузова С. С. Влияние межэлектродного расстояния и соотношения площадей катода и анода на скорость формирования и состав МДО покрытий // Гальванотехника и обработка поверхности. 2021. Т. 29, № 1. С. 4—8.

11. Милованов И. В. Моделирование и оптимизация токовых режимов в процессах нанесения гальванопокрытий // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2002. Т. 8, № 4. С. 603—611.

12. Лютов А. Г., Ишкулова А. Р. Автоматизированная система экстремального управления процессом нанесения гальванического покрытия в ванне с многосекционными анодами // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 18, № 3. С. 185—191.

13. Соловьев Д. С., Мукина И. А., Литовка Ю. В. Особенности оптимального управления гальваническими процессами в многоанодной ванне с различными значениями силы тока // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 18, № 9. С. 631—636.

14. Дутов А. В., Литовка Ю. В., Нестеров В. А., Соловьев Д. С., Соловьева И. А., Сыпало К. И. Поиск оптимального управления токовыми режимами в гальванических процессах со многими анодами при разнообразии номенклатуры обрабатываемых изделий // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2019. № 1. С. 78—88.