Galvanoteknik kaplama banyolarında verimliliğin arttırılması veanahtarlamalı güç kaynağı tasarımı
Increasing efficiency in galvanotechnical coating bathrooms and design of switched power supply
Yazar: SÜLEYMAN TOKMAK
Danışman: PROF. DR. HAYATİ MAMUR
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Arduino etkinlikleri = Arduino activities ; Bakır kaplama = Copper plating ; Doğrultucular = Rectifiers ; Optimum sıcaklık = Optimum temperature ; PLC = Programmable logic controller ; Yüzey kaplama = Surface coating ; pH =

Özet:
Galvanoteknik kaplama materyallerin korozyona karşı korunması, görünümünün iyileştirilmesi ve dayanıklılığının artırılması için kullanılmaktadır. Bu çalışmada esnek ambalaj sektörüne baskı silindiri sağlayan, prosesinde bakır ve krom kaplama banyolarında galvanoteknik kaplama işlemi gerçekleştiren üretim bölümdeki kaplama banyoları üzerine üretim kalite ve verimliliklerinin arttırılmasına yönelik tasarımlar yapılmış, uygulamalar gerçekleştirilmiş, durumlar ve sonuçları incelemiştir. Üretim bölümümde bulunan krom kaplama banyoları elektrik akım baraları üzerine kurulan şönt dirençler ile akımları ölçülmüş, şönt dirençlerden alınan akım bilgileri öncelikle ENDA 242 sinyal dönüştürücülerden 0-10 V analog sinyale dönüştürülerek Siemens S7-1200 programlanabilir lojik denetleyiciye (PLC) aktarılmıştır. PLC üzerinde yazılan program ve programa insan makine arayüzü (HMI) vasıtasıyla girilen limit değerlerine göre makine üzerinden ölçülen akım değerlerinin farkları hesaplanmış, uyarı ve alarm limitlerine göre sistemin çalışanlara akım durumları bilgisini vermesi sağlanmıştır. Akım ölçümünün yanında kaplama kalitesine etki edebilecek pH, sıcaklık ve solisyon miktarı değerleri sensörler ile ölçülmüş Arduino Nano kontrol kartında işlenerek analog sinyal olarak yine PLC'ye gönderilmiştir. PLC'de akım değerlendirildiği gibi bu değerler de değerlendirilerek proses limit değerlerine göre uyarı vermesi sağlanmıştır. Ölçüm ve kontrol sistemine ek olarak kaplama banyolarında kullanılabilecek özelliklerde anahtarlamalı güç kaynağı (SMPS) tasarımı ve prototip uygulaması gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan tam dalga doğrultuculu girişi 230 V AC ve çıkışı 12 V 10 A DC olan SMPS devresi kaplama prosesinde kullanılabilecek kapasitede güce sahip olabilecek SMPS'lere benzetim yapılarak devre haline getirilmiştir. Anahtarlama elemanı olarak metal oksit yarı iletken alan etkili transistör (MOSFET) kullanılmıştır. Bu MOSFET'ler 31 kHz ile Arduino Mega üzerinden tetiklenmiştir. Kaplama banyolarında standart tip redresörlerin yerine SMPS'lerin kullanılması ile akım ve gerilim dalgalanmalarının daha az olması sağlanabilmiştir. Çalışmanın sonucunda geliştirilen PLC'li uyarı sistemi ve SMPS ile kaplama banyolarındaki verimlilik artışı gerçekleştirilebilmiştir.

Abstract:
Electroplating is used to protect materials against corrosion, improve their appearance and increase their durability. In this study, designs were made on the plating baths in the production section, which provide printing cylinders to the flexible packaging industry and perform galvanotechnical plating in copper and chrome plating baths in the process, to increase production quality and efficiency, applications were made, situations and results were examined. The currents were measured with the shunt resistors installed on the electric current bars of the chrome-plated baths in my production department, and the current information obtained from the shunt resistors was first converted into 0-10 V analog signal from ENDA 242 signal converters and transferred to the Siemens S7-1200 programmable logic controller (PLC). According to the program written on the PLC and the limit values entered to the program via the human machine interface (HMI), the differences of the current values measured on the machine were calculated, and the system was enabled to inform the employees about the current status according to the warning and alarm limits. In addition to the current measurement, pH, temperature and solution amount values that may affect the coating quality were measured with sensors and processed on the Arduino Nano control card and sent to the PLC as an analog signal. As the current is evaluated in the PLC, these values are also evaluated and it is provided to give a warning according to the process limit values. In addition to the measurement and control system, a switched mode power supply (SMPS) design and prototype application has been carried out that can be used in coating baths. The designed SMPS circuit with full-wave rectifier input of 230 V AC and output of 12 V 10 A DC has been turned into a circuit by simulating SMPSs that can have enough power to be used in the coating process. A metal oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) is used as the switching element. These MOSFETs are triggered on the Arduino Mega with 31 kHz. By using SMPS instead of standard type rectifiers in coating baths, less current and voltage fluctuations can be achieved. As a result of the study, the productivity increase in the coating baths was achieved with the PLC warning system and SMPS.