智能多功能安培小时计设计

　　0　引　　言

　　安培小时计本质上是电荷累计仪表,在电镀行业中,通过计量镀槽中流过的电量就可以间接计算出镀层的电镀金属质量,从而间接计算出镀层厚度,安培小时计的基本功能就是对镀层厚度进行控制,此控制方案已经在电镀行业中广泛应用[1]。

　　电镀行业的发展对仪表的要求越来越高,主要表现在测量精度上。基于更高精度的控制,要求安培小时计具有比较高的精度。同时因为电镀行业的仪表使用远没有石化行业那么专业,规范性不是很强,电流传感器和检测方案五花八门,既有分流器直接提供的mV信号,也有经过放大后的非标信号,还有标准变送器提供的信号,对后续控制室仪表的输入信号适应性要求相对较高。现代的电镀行业为保证电镀的高质量及环保要求,普遍使用光亮剂等电镀添加剂[2]。在电镀过程中,添加剂一直处于不断消耗的状态,为保证电镀质量,就必须保证添加剂的浓度适当。在电解液中实时检测添加剂的浓度是不现实的,但添加剂的消耗是与镀层质量(厚度)成正比的,只需要掌握镀槽的电量消耗就可以掌握电解液中添加剂的浓度情况。具体的控制方法是先计算出每个AH电量所消耗的添加剂量,再通过控制微量泵间歇添加添加剂,从而间接控制添加剂的浓度[3]。例如计算出添加剂对应电量的消耗量后,可以设定每100 AH添加一次,通过控制微量泵的工作时间就可以精确补充添加剂了,控制方法简单易行。尽管是间歇添加,但是每次补充的量只占总量的一小部分,添加剂的浓度波动很小,完全可以保证电镀质量。本文提出的安培小时计设计方案支持50 mV、60 mV和75 mV的分流器信号直接输入,支持0~5 V非标准信号输入,还支持1~5 V或者4~20 mA标准信号输入,系统采用数字校准方案,所有校准和设定操作全部由软件配合面板操作完成,不需要开壳,整机具有优于0.1%的电流采样精度。提供多种电荷量累计功能,支持电镀过程中添加剂的自动添加控制和镀层厚度控制。

　　1　硬件原理设计

　　目前许多使用场合要求把安培小时计集成到壁挂式或者可移动的手操器面板上,因此硬件设计的原则是体积小巧和高性价比,本设计确定仪表壳体体积为48 mm×48 mm×75 mm(宽×高×深)。体积与性价比的要求决定了在本设计的硬件设计中必须保证设计精简和高集成度,具体设计中采用的核心器件均为近年来新出现的高性能芯片,图1为系统硬件框图。硬件由输入检测电路、MCU、人机接口、输出驱动及电源几个部分组成,系统设计非常简洁。

　　1.1　输入信号检测电路

　　图2为本设计的输入信号检测部分。