摘要：
本文通过分析铜包钢导电性能的决定要素和电镀生产过程的决定要素，寻找自动化生产控制的数学途径，建立运算模型以实现计算机自动控制。
关键词：铜包钢决定要素自动控制
在电镀生产过程中，我们注意到恒压高频整流器电流波动会导致质量波动，而如果改成恒流输出，则电压的持续升高不一定能引起足够的重视；电机速度因调压旋钮的不精确存在微量波动；生产断线等特殊情况的后续处理对生产操作工人提出了更高的控制要求。考虑到这些不可控因素，下文将试图建立自动化生产的运算模型实现傻瓜式自动控制。
1．  铜包钢质量比的问题
依据电阻公式，电导率公式，导电率公式，并联电阻公式等一系列计算，可以得到
       Ycs-Ys
Ac=----------------
         1-Ys
式中：Ac表示铜包钢导体中铜的体积比（截面面积比），Ycs表示铜包钢导电率，Ys表示钢铁本身的导电率；
再根据密度、质量与体积的换算，可以进一步得到
             Ac
Mc=--------------------------
       Ac+ (ρ铁s/ρ铜) (1-Ac)
式中：Mc表示铜包钢导体中铜的质量比，Ac是以上计算出的体积比，ρ是金属密度
通过这一点计算，可以否定大部分生产企业所沿用的所谓增加一个导电率需要多少铜的陈述。当然，这么说可以理解为经验数据，但不能在铜包钢领域一概而论，比如用高碳钢做40%IACS的铜包钢，和用M6做18%IACS的铜包钢，平均一个导电率所需要的铜可以说相差甚远，原因是“平均”这一个概念只是用来方便核算成本，而并不具有计算的科学意义。
质量比的意义在于知道钢铁本身的导电率和所要达到的导电率，我们可以进一步计算出需要电镀的铜质量参照钢铁丝本身的比例。
2．  电镀铜参数计算问题
依据法拉第定律，拆分电镀槽的连续电镀，可以得到
单位长度(1m)铁丝上的铜重量AVGm=QI (L/v)η/L=QIη/v
单位长度(1m)铁丝重量为 Sm=(π/4) * D * D *ρ铁
Mc                         Q Iη/ v
----------   =   ---------------------------            
(1-Mc)             (π/4) * D * D *ρ铁
式中：D表示钢铁丝进线线径，单位mm；v:表示钢铁丝在镀槽中的移动速度，单位m/s
ρ铁为钢铁丝密度，单位g/cm2
知道了铜含量的比例，就可以得出I/v的取值，v值可以通过对驱动滚筒红外扫描获得。
3．  影响电镀参数的因素
上述1和2部分计算所涉及的参数中I和v都是人为设定值，可以通过仪表显示，但仪表的精度性能会导致误差，D为存在波动的钢铁丝的线径，应分类控制，Ys为存在波动的钢铁丝的导电率，应分类控制，ρ铁和ρ铜为固定值，Q为固定值，最后是η，受到溶液状态的影响，也是受影响因素最多的参数。庆幸的是，即便对溶液控制不够严格，η的波动范围也不会太大（理论上硫酸铜硫酸体系的效率被认为接近100%，但经统计在94-98%之间）。
但无论如何，D和Ys的分类控制是必要的，另外要尽可能维持好η值，一方面可以降低副反应消耗，另一方面可以提高产品质量的稳定性。维持好η值，应该考察溶液浓度，电流密度，阳极面积，电压状况，溶液温度等。
应该说，在运行中，除去设备因素，最主要的是控制溶液浓度，电流密度和阳极面积。
4．  自动控制的计算逻辑
A． 准备工作，对钢铁丝线径D和导电率Ys进行分类，不同机台做不同的区间
B． 输入D，Ys，目标Ycs，机台上钢铁丝道次N，暂定修正系数η=0.97
C． 确认，自动运行，分级提速。
确认之后的运算：
第一步，根据电流密度ASD取最大值7（A/dm2），赋值给I（max）=π*D*L*N*2*ASD
第二步，根据Ycs和Ys依次赋值给Ac和Mc
第三步，根据D赋值给Sm
第四步，根据Mc赋值给AVGm
第五步，根据AVGm和已经输入的η赋值给I/v
第六步，根据I/v值进入分级提速阶段，第一级速度赋值给I= I(max)/3获得v，I值通过PLC指令给整流器的信号电压，v值通过PLC和对滚筒的红外扫描后的线速度对比控制电机运转；第二级提速在经过第一级10分钟运行后赋值给I=I(max)/2，同步自动调整v值；第三级在经过第二级10分钟运行后赋值给I= I(max)。同时I(max)/3和I(max)/2记录进特别情况处理的两个参数KEY1和KEY2。通过操作界面的KEY1和KEY2可以随时减慢速度。
5．  人工控制的辅助方面
上述3部分提到了溶液浓度，电流密度和阳极面积。针对这三个方面，第一要规律性地化验溶液浓度并维持在工艺范围，第二要在设定参数前计算好电流密度，要求班组在断线后及时补线，第三要在设定参数前计算好阳极面积，生产技术部门应清楚每天消耗的电解铜板的数量在观察到电压变动1V之前及时添加电解铜板。此外溶液温度的变化和电压的持续变动也应作为判断生产是否正常的参考。
最后一点，实际生产过程需要对参数修正，这个修正可以理解为对η值的修正，或者理解为针对不同设备计算参数时的一个系数修正。这个修正，应该是持续地对产品进行铜含量分析实验后得出平均值。上述4部分运算过程取了η=0.97，如果发现实际运行下来之后偏高或偏低，则通过实际Mc＇/理论Mc的比值获得新的η＇值如下：
η＇=0.97* [Mc / (1-Mc)] / [Mc＇/ (1- Mc＇
参考文献：
[1] Schlesinger M, Modern Electroplating
[2] 郑隽一，电镀铜包钢产量问题的技术探究 [J] 铜包铝&铜包钢专刊，2008-06
[3] 夏瑞东，马昆宝，戎志平　铜包钢线导电性物理模型及镀层厚度计算 [J] 金属制品，1996，129：30-33