一种钢丝镀铜镀锌方法及自动控制系统的制作方法
【专利摘要】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。
【专利说明】
-种钢竺媳铜媳巧方法及自动控制系统
技术领域
[0001] 本发明设及钢丝电锻领域，具体设及一种钢丝锻铜锻锋方法及自动控制系统。
【背景技术】
[0002] 锻铜锻锋是钢丝生产过程中的一道重要工序，该工序通过电锻方法在钢丝表面由 内向外依次形成两层锻层:铜和锋，其目的是在其后的扩散工序时，铜层和锋层之间相互扩 散，从而在钢丝表面形成黄铜合金层。铜层和锋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 锻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， 钢帘线表面的电锻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，对锻铜锻锋工序的工艺参数的控制要求越来越严格。目前在钢丝锻 铜锻锋工序中采用的方法是人工设定整流电流的恒流工艺参数，运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 层和锋层的厚度误差大和均匀性差等问题。
【发明内容】
[0003] 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锻铜锻锋方 法，本发明的另一目的在于提供一种钢丝锻铜锻锋的自动控制系统，能够自动精确控制钢 丝锻铜锻锋的过程，节省时间和人力，具有铜层和锋层均匀且厚度误差小、锻层质量稳定性 和重复性好、生产效率高的特点。
[0004] 为达到W上目的，本发明采取的技术方案是:一种钢丝锻铜锻锋方法，包括W下步 骤：
[0005] S1.根据钢丝锻铜锻锋的基本工艺参数的数值计算得到目标工艺参数的目标值；
[0006] S2.测量目标工艺参数的实际值；
[0007] 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。
[000引在上述技术方案的基础上，所述基本工艺参数包括待锻铜锻锋的钢丝根数、钢丝 直径、钢丝行进速度、锻层总重量比、锻层中铜含量百分比、电锻电流效率和开启的电锻累 的数量。
[0009] 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，所述锻层总重量比的范围为2~lOg/ Kgo
[0010] 在上述技术方案的基础上，所述钢丝锻铜锻锋的过程包括锻铜工序和锻锋工序；
[0011] 所述电锻电流效率包括锻铜电流效率和锻锋电流效率；
[0012] 步骤S1包括：
[001引SI. 1分别计算所述锻铜工序的锻铜总电流Ai和所述锻锋工序的锻锋总电流Bi:
[0014]
[0015]
[0016] 其中，A功锻铜总电流，B功锻锋总电流，n为钢丝根数，d为钢丝直径，V为钢丝行进 速度，Pi为锻铜电流效率，P2为锻锋电流效率，W为锻层总重量比，C为锻层中铜含量百分比。
[0017] 在上述技术方案的基础上，所述锻铜工序和锻锋工序分别包括L和M个电锻槽，所 述L个电锻槽中的每一个电锻槽均包括若干锻铜累，所述M个电锻槽中的每一个电锻槽均包 括若干锻锋累；
[0018] 所述L和M个电锻槽中的每一个电锻槽均设有整流器；
[0019] 所述锻锋工序还包括一冷却槽，所述冷却槽设于所述M个电锻槽之后，所述冷却槽 包括若干锻锋累；
[0020] 步骤S1还包括：
[0021] S1.2基于所述锻铜总电流Ai、所述锻锋总电流Bi和开启的所述电锻累的数量，分别 计算所述L和M个电锻槽中每一个电锻槽的锻铜电流目标值和锻锋电流目标值：
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]
[0028] 其中，a功所述L个电锻槽中的第i个电锻槽的锻铜电流目标值，XI为所述L个电锻 槽中的第i个电锻槽中开启的锻铜累的数量，i = l，2,…，L，X为所述L个电锻槽中开启的锻 铜累的总数量;bj为所述M个电锻槽中的第j个电锻槽的锻锋电流目标值，yj为所述M个电锻 槽中的第j个电锻槽中开启的锻锋累的数量，j = l，2,…，M，yo为所述冷却槽中开启的锻锋 累的数量，Y为所述M个电锻槽和所述冷却槽中开启的锻锋累的总数量。
[0029] 在上述技术方案的基础上，所述锻铜工序和锻锋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个电锻槽中 的每一个电锻槽的锻铜电流实际值ari或锻锋电流实际值brj。
[0030] 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；
[0031] 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。
[0032] 在所述间隔期内，将所述整流器设置于恒压控制状态。
[0033] 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。
[0034] 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%。
[0035] 本发明还提供一种钢丝锻铜锻锋的自动控制系统，包括:数据输入模块、测量模块 和可编程逻辑控制器化C，
[0036] 所述数据输入模块，用于输入钢丝锻铜锻锋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化C;
[0037] 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化C;
[0038] 所述可编程逻辑控制器化C，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，W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。
[0039] 本发明的有益效果在于：
[0040] (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锻铜锻锋的过程，节省时间 和人力，具有铜层和锋层均匀且厚度误差小、锻层质量稳定性和重复性好、生产效率高的特 点。
[0041] (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 丝锻铜锻锋精确、及时的进行补偿和匀整，控制精度高，中和性能好，减少了铜层和锋层误 差，解决了人为干预控制，钢丝锻层质量无法保证的问题。
[0042] (3)本发明中的钢丝根数、钢丝直径、行进速度和锻层总重量比的范围较大，因此 本发明适用范围广。
【附图说明】
[0043] 图1为本发明实施例钢丝锻铜锻锋方法的流程图；
[0044] 图2为本发明实施例钢丝锻铜锻锋的自动控制系统模块示意图。
[0045] 图中：1-数据输入模块、2-测量模块，3-可编程逻辑控制器化C，31-计算单元，32- PID调节单元。
【具体实施方式】
[0046] W下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0047] 如图1所示，一种钢丝锻铜锻锋方法，包括W下步骤：
[004引S1.根据钢丝锻铜锻锋的基本工艺参数的数值计算得到目标工艺参数的目标值。
[0049] 基本工艺参数包括待锻铜锻锋的钢丝根数、钢丝直径、钢丝行进速度、锻层总重量 比、锻层中铜含量百分比、电锻电流效率和开启的电锻累的数量。
[0050] 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，锻层总重量比的范围为2~lOg/Kg。
[0051] 本发明中的钢丝根数、钢丝直径、行进速度和锻层总重量比的范围较大，因此本发 明适用范围广。
[0052] 具体的，钢丝锻铜锻锋的过程包括锻铜工序和锻锋工序，电锻电流效率包括锻铜 电流效率和锻锋电流效率，锻铜电流效率和锻锋电流效率分别对应于锻铜工序和锻锋工 序。
[0053] 锻铜工序和锻锋工序分别包括L和M个电锻槽，L个电锻槽中的每一个电锻槽均包 括若干锻铜累，M个电锻槽中的每一个电锻槽均包括若干锻锋累。L和M个电锻槽中的每一个 电锻槽均设有整流器。
[0054] 锻锋工序还包括一冷却槽，冷却槽设于M个电锻槽之后，冷却槽包括若干锻锋累。
[0055] 冷却槽用于冷却完成锻铜锻锋的钢丝，避免钢丝表面暴露在空气中发生氧化和沾 染灰尘等杂质。
[0化6] 步骤S1包括：
[0057] S1.1基于基本工艺参数的数值，分别计算锻铜工序的锻铜总电流Ai和锻锋工序的 锻锋总电流Bi:
[0化引 [0化9]
[0060]其中，Ai为锻铜总电流，Bi为锻锋总电流，Ai和Bi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; Pi为锻铜电流效率，P2为锻锋 电流效率，W为锻层总重量比，单位为g/Kg;c为锻层中铜含量百分比。
[0061 ] 0.312和0.308分别为锻铜工序和锻锋工序的工艺系数，0.312和0.308的单位均为 A ? min/dm3,0.312和0.308分别根据锻铜工序和锻锋工序中锻层厚度、电锻时间和电流密 度确定，电流密度的范围通常在20~50AAlm2。
[0062] S1.2基于锻铜总电流Ai、锻锋总电流Bi和开启的电锻累的数量，分别计算L和M个电 锻槽中每一个电锻槽的锻铜电流目标值和锻锋电流目标值：
[0063]
[0064]
[00 化]
[0066]
[0067]
[006引
[0069]其中，ai为L个电锻槽中的第i个电锻槽的锻铜电流目标值，XI为L个电锻槽中的第i 个电锻槽中开启的锻铜累的数量，i = l，2,…，L，X为L个电锻槽中开启的锻铜累的总数量； bj为M个电锻槽中的第j个电锻槽的锻锋电流目标值，为M个电锻槽中的第j个电锻槽中开 启的锻锋累的数量，j = 1，2，…，M，yo为冷却槽中开启的锻锋累的数量，Y为M个电锻槽和冷 却槽中开启的锻锋累的总数量。ai和b北勺单位均为A(安培）。
[0070]目标工艺参数包括锻铜工序的各电锻槽的锻铜电流和锻锋工序的各电锻槽的锻 锋电流。
[0071 ] S2.测量目标工艺参数的实际值。
[0072] 锻铜工序和锻锋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。
[0073] 具体的，调整期为2分钟，间隔期为10分钟。
[0074] 在调整期内，测量L和M个电锻槽中的每一个电锻槽的锻铜电流实际值ari或锻锋电 流实际值brj。
[0075] 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。
[0076] 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%。
[0077] 在调整期内，分别基于锻铜电流目标值曰1与锻铜电流实际值ari的差值、W及锻锋 电流目标值bj与锻锋电流实际值bu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锻铜电流和锻锋 电流分别进行调节，直到锻铜电流实际值ari和锻锋电流实际值bu分别达到锻铜电流实际 值ari和锻锋电流实际值brj的± 3 %范围内。
[0078] 在间隔期内，将整流器设置于恒压控制状态。
[0079] 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 锻铜锻锋精确、及时的进行补偿和匀整，控制精度高，中和性能好，减少了铜层和锋层误差， 解决了人为干预控制，钢丝锻层质量无法保证的问题。
[0080] 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锻铜锻锋的过程，节省时间和 人力，具有铜层和锋层均匀且厚度误差小、锻层质量稳定性和重复性好、生产效率高的特 点。
[0081 ]如图2所示，本发明还提供一种钢丝锻铜锻锋的自动控制系统，包括数据输入模块 1、测量模块2和可编程逻辑控制器化C3。
[0082] 数据输入模块1，用于输入钢丝锻铜锻锋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化C3。
[0083] 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 器化C3。
[0084] 可编程逻辑控制器化C3,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，W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。
[0085] 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锻铜锻锋的过程，节省时间和 人力，具有铜层和锋层均匀且厚度误差小、锻层质量稳定性和重复性好、生产效率高的特 点。
[0086] 基于本发明的钢丝锻铜锻锋方法，对钢丝锻铜锻锋的工序为：
[0087] 将若干待锻铜锻锋的钢丝穿过设于各电锻槽中的钢丝支架槽。
[0088] 输入基本工艺参数的数值，并开启所需的各电锻累，向电锻槽输送相应的电锻液。
[0089] 基于基本工艺参数的数值和开启的各电锻累开关信号，分别计算L和M个电锻槽中 的每一个电锻槽的锻铜电流目标值ai或锻锋电流目标值bj。
[0090] 在调整期内，分别测量L和M个电锻槽中的每一个电锻槽的锻铜电流实际值ari或锻 锋电流实际值bu，并将锻铜电流实际值ari和锻锋电流实际值bu分别与锻铜电流目标值曰1 和锻锋电流目标值b非k较，基于锻铜电流目标值曰1与锻铜电流实际值ari的差值、W及锻锋 电流目标值bj与锻锋电流实际值bu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锻铜电流和锻锋 电流分别进行调节，直到锻铜电流实际值ari和锻锋电流实际值bu分别达到锻铜电流实际 值ari和锻锋电流实际值brj的± 3 %范围内。
[0091] 在间隔期内，将整流器设置于恒压控制状态。
[0092] 重复调整期和间隔期，直到钢丝完成锻铜锻锋工序。
[0093] 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W做出若干改进和润饰，运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。
【主权项】
1. 一种钢丝镀铜镀锌方法，其特征在于，包括以下步骤：51. 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；52. 测量目标工艺参数的实际值；53. 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栗的数量。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： SI. 1分别计算所述镀铜工序的镀铜总电流AjP所述镀锌工序的镀锌总电流也：其中，六:为镀铜总电流，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，Pi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 均包括若干镀铜栗，所述M个电镀槽中的每一个电镀槽均包括若干镀锌栗； 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 若干镀锌栗； 步骤S1还包括： S1.2基于所述镀铜总电流M、所述镀锌总电流也和开启的所述电镀栗的数量，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：Y = yi+y2+* * *+yM+yo ? Bi = bi+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栗的数量，i = 1，2，…，L，X为所述L个电镀槽中开启的镀铜栗 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栗的数量，j = 1，2，…，M，yo为所述冷却槽中开启的镀锌栗的 数量，Y为所述M个电镀槽和所述冷却槽中开启的镀锌栗的总数量。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a ri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. -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。
【文档编号】C25D21/12GK106048703SQ201610685590
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月18日
【发明人】贺宁, 奥建兴, 赵巍
【申请人】武汉同力智能系统股份有限公司