Система автоматизированного управления механизированным перфорированным токонепроводящим экраном гальванической ванны

Рассматривается конструкция токонепроводящего механизированного перфорированного экрана, в котором предусмотрены вертикальные отверстия, вдоль которых двигаются шторки, соединенные тросами с шаговыми двигателями. Поставлена и решена задача оптимизации: для заданных формы и размеров детали найти тип шторок для каждого отверстия и координаты расположения краев шторок, при которых критерий неравномерности гальванического покрытия достигает минимума. Предложена двухуровневая структура  системы  автоматизированного  управления  механизированным перфорированным экраном. Верхний уровень включает ЭВМ, на которой осуществляется поиск оптимальной конфигурации отверстий в экране. Нижний уровень включает контроллер, который, получив информацию от ЭВМ верхнего уровня, управляет шаговыми двигателями через драйверы. Описано математическое и программное обеспечение системы управления. Для расчета толщины покрытия используется закон Фарадея; для определения плотности тока в любой точке гальванической ванны используется закон Ома в дифференциальной форме; для нахождения распределения потенциала в объеме электролита используется дифференциальное уравнение Лапласа с нелинейными краевыми условиями 3-го рода. Центральным уравнением математической модели является уравнение Лапласа, которое решается сочетанием методов расщепления и релаксации с прогонкой по строке. Приведен пример решения задачи  оптимизации  для  детали  сложной формы. Использование разработанного устройства и системы управления существенно снижает затраты на получение гальванического покрытия с заданной неравномерностью ввиду его универсальности, поскольку  отсутствует  необходимость в изготовлении экранов для каждой покрываемой детали, отличающейся формой и размерами.

1. Каданер Л. И. Равномерность гальванических покрытий. Харьков: Изд-во Харьк. ГУ, 1960. 414 с.

2. Литовка Ю. В., Проталинский О. М., Пашкевич А. А. Система оптимального управления гальванической ванной с токонепроводящим экраном// Датчики и системы. 2009. № 5. С. 35—36.

3. 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. DOI: 10.17587/mau.23.188-196.

4. Pchelintseva I. Yu., Pchelintsev A. N., Litovka Yu. V. Modeling of metal distribution when coating flat metal plates in electroplating baths // International Journal of Numerical Modelling: Electronic Networks, Devices and Fields. 2021. Vol. 34, Iss. 2. e2830. 10 p. DOI:10.1002/jnm.2830.

5. Шульгин В. Г. Распределение тока и повышение равномерности осаждения металлов в гальванотехнике и гальванопластике. Л.: ЛДНТП, 1983. 31 с.

6. Пчелинцева И. Ю. О проверке адекватности модели электрического поля в гальванической ванне с плоским токонепроводящим экраном // Тезисы докладов XXX Международной научно-технической конференции "Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации". 2021. С. 75—76.

7. Кудрявцев Н. Т. Электрохимические покрытия металлами. М.: Химия, 1979. 352 с.

8. Гнусин Н. П., Поддубный Н. П., Маслий А. И. Основы теории расчета и моделирования электрических полей в электролитах. Новосибирск: Наука, 1972. 276 с.

9. Марчук Г. И. Методы вычислительной математики. М.: Наука, 1989. 608 с.

10. Марчук Г. И. Методы расщепления. М.: Наука, 1988. 274 с.

11. Самарский А. А., Николаев Е. С. Методы решения сеточных уравнений. М.: Наука, 1978. 591 с.

12. Schittkowski K. А FORTRAN subroutine solving constrained nonlinear programming problems // Ann. of Operation Research. 1986. N. 5. P. 485—500.