DESIGN AND DEVELOPMENT OF A PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER BASED DATA ACQUISITION SYSTEM TO INCREASE EFFICIENCY IN GALVANOTECHNICAL PLATING BATHS

Abstract

In industry, plating processes are used to improve the appearance of the material, to protect it against corrosion and to increase its durability. Different current pass through the brushes of the electrodes connected to the bars of the plating baths used in galvanotechnical plating, depending on the structure of the solution and other factors. This causes different amounts of wear on the brushes. As a result, the amount of current passing through the brushes changes and the quality of the plating decreases. In this study, a data acquisition system based on a programmable logic controller (PLC) was designed, and implemented to increase manufacturing efficiency on plating baths used in the flexible packaging industry and making galvanotechnical plating. The current passing through the busbars in the chrome plating bath were measured with the designed two shunt resistors, and the received electrical data was converted to 0-10 VDC value with an ENDA 242 signal converter and then transmitted to the Siemens brand S7-1200 PLC device. Through the program written on the PLC device, all the data was visualized with the Siemens brand KTP 400 PN device, which is a human machine interface (HMI), and audio and visual warnings were transmitted to the technicians for the necessary interventions. An ATmega328 microcontroller embedded system that measures pH, temperature, and level values, which are other variables of the plating bath, was added to the system and the variable data was transferred to the PLC. Thus, technicians were informed about the variables in the plating bath and system interventions were made by technicians, thus increasing the efficiency of the plating bath.

Keywords

• Electroplating
• Plating
• PLC
• efficiency

GALVANOTEKNİK KAPLAMA BANYOLARINDA VERİMLİLİĞİN ARTIRILMASI İÇİN PROGRAMLANABİLİR LOJİK DENETLEYİCİ TABANLI VERİ EDİNİM SİSTEMİNİN TASARIMI VE GELİŞTİRİLMESİ

Abstract

Endüstride kaplama işlemleri materyalin görüntüsünün iyileştirilmesi, korozyona karşı korunması ve dayanıklılığının artırılması için kullanılmaktadır. Galvanoteknik kaplamada kullanılan kaplama banyolarının baralarına bağlı elektrotların fırçalarından çözeltinin yapısına ve diğer etkenlere bağlı olarak farklı değerlerde akımlar geçmektedir. Bu durum fırçaların farklı miktarda aşınmasına neden olmaktadır. Bunun sonucunda fırçalardan geçen akım miktarları değişmekte ve kaplamanın kalitesi düşmektedir. Gerçekleştirilen bu çalışmada, esnek ambalaj sektöründe kullanılan ve galvanoteknik kaplama yapmakta olan kaplama banyolarının kalite ve verimliliğinin artırılması için programlanabilir lojik denetleyici (PLC) temelinde bir veri edinim sistemi tasarımı yapılmış, gerçekleştirilmiş ve sahada bir prototip cihaz ile uygulamaya konulmuştur. Krom kaplama banyosundaki baralardan geçen akımlar tasarlanan şönt dirençler ile ölçülmüş ve alınan elektriksel veriler ENDA 242 sinyal dönüştürücü ile 0-10 VDC değere çevrilip Siemens marka S7-1200 PLC cihazına iletilmiştir. PLC cihazına yazılan program vasıtası ile verilerin tamamı insan makine arayüzü (HMI) olan Siemens marka KTP 400 PN cihazı ile görselleştirilmiş ve gerekli müdahalelerin yapılması için sesli ve görsel uyarılar teknisyenlere iletilmiştir. Sisteme kaplama banyosunun diğer değişkenleri olan pH, sıcaklık ve seviye değerlerini ölçen bir ATmega328 mikrodenetleyicili gömülü sistem konularak değişken verileri PLC’ye transfer edilmiştir. Böylece kaplama banyosundaki değişkenlerden teknisyenlerin bilgi sahibi olması sağlanmış ve sistem müdahaleleri teknisyenler tarafından yapılarak kaplama banyosunun verimlilik artışı sağlanmıştır.

Keywords

• Galvanoteknik
• Kaplama
• PLC
• verimlilik

References

1. Akafuah, N. K., Poozesh, S., Salaimeh, A., Patrick, G., Lawler, K., Saito, K., 2016. Evolution of The Automotive Body Coating Process—A review. Coatings, 6(2), 24.
2. Asamoah, B. D., Asare, A., Okpati, S. W., Aidoo, P., 2021. Heavy Metal Levels and Their Ecological Risks in Surface Soils at Sunyani Magazine in The Bono Region of Ghana. Scientific African, 13, e00937.
3. Ayyıldız, S., Varol, T., Pürçek, G., 2021. Al7075 Alaşımına Uygulanan Dekoratif Krom Kaplama Tabakasının Karakterizasyonu. International Journal of Pure and Applied Sciences, 7(1), 132-140.
4. Bağrıyanık, A., 2020. Krom Kaplamalı Parçalarda Termal Çevrim Analizi. Mühendis ve Makina, 61(698), 17-30.
5. Basova, T. V., Vikulova, E. S., Dorovskikh, S. I., Hassan, A., Morozova, N. B., 2021. The Use of Noble Metal Coatings and Nanoparticles for the Modification of Medical Implant Materials. Materials & Design, 204, 109672.
6. Bastarrachea, L. J., Wong, D. E., Roman, M. J., Lin, Z., Goddard, J. M., 2015. Active Packaging Coatings. Coatings, 5(4), 771-791.
7. Bautista, L., Molina, L., Niembro, S., García, J. M., López, J., Vílchez, A., 2017. Coatings and Inks for Food Packaging Including Nanomaterials. In Emerging Nanotechnologies in Food Science (pp. 149-173). Elsevier.
8. Belkin, P. N., Kusmanov, S. A., Parfenov, E. V., 2020. Mechanism and Technological Opportunity of Plasma Electrolytic Polishing of Metals and Alloys Surfaces. Applied Surface Science Advances, 1, 100016.

9. Birlik, I., Azem, N. F. A., 2018. Banyo Kompozisyonunun Elektroçöktürme Yöntemi ile Üretilen Nikel Kaplamaların Yapısı ve Özelliklerine Etkisi. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 20(59), 689-697.
10. Brindha, T., Rathinam, R., Dheenadhayalan, S., Sivakumar, R., 2021. Nanocomposite Coatings in Corrosion Protection Applications: An overview. Oriental Journal of chemistry, 37(5), 1062.
11. Can, A., Akyalçın, L., 2022. Alkali Çinko ve Alaşımlı Çinko Kaplama Üzerine Çözücü Bazlı Çinko Lamelli Kaplama Uygulaması ile Oluşturulan Çok Katmanlı Kaplamanın Korozyon Önleme Performansı Üzerine Etkisinin İncelenmesi. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi, 30(2), 300-308.
12. Cihangir, S., 2023. Greening Industrially Applied Toxic Cadmium Plating with γ‐Ni2Zn11 Alloy in Deep Eutectic Solvents: Promising Electroplating Efficiency and Chemical Corrosion Resistance. Advanced Engineering Materials, 25(20), 2300731.
13. García Nieto, P. J., García-Gonzalo, E., Sanchez Lasheras, F., Bernardo Sanchez, A., 2020. Chrome Layer Thickness Modelling in a Hard Chromium Plating Process Using a hybrid PSO/RBF–SVM–Based Model.
14. Haifeng, Y., Fei, X., Yan, W., Le, J., Hao, L., Jingbin, H., 2020. Manufacturing Profile-Free Copper Foil Using Laser Shock Flattening. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 152, 103542.
15. Karaoğlan, A. D., Meriç, A., 2019. Nikel Kaplama Prosesinde Verimli Olarak Kullanılan Nikel Oranının Yanıt Yüzey Yöntemi ile Eniyilenmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 25(4), 507-512.
16. Kelen, F., 2023. Magnezyum ve Magnezyum Esaslı Malzemelerde Korozyon. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 11(1), 41-56.
17. Kır, H., Apay, S., 2020. Elektrolitik Yöntemle Sert Krom Kaplanan Yapı Çeliğinde Kaplama Parametrelerinin Taguchi Metodu ile Optimizasyonu. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 10(1), 7-14.
18. Letchumanan, I., Yunus, R. M., Mastar, M. S., Beygisangchin, M., Kamarudin, S. K., Karim, N. A., 2024. Modified Surface Nano-Topography for Renewable Energy Applications for Promising Cobalt-Based Nanomaterials Towards Dual-Functional Electrocatalyst. International Journal of Hydrogen Energy, 59, 1518-1539.
19. Li, N., Shi, M., Lan, Y., Zhang, H., An, G., Lin, S., Xue, L., 2024. Efficacy and Mechanism of Copper Removal from Electroplating Wastewater by Schwertmannite-Like Mineral. Journal of Environmental Chemical Engineering, 12(2), 112001.
20. Li, T. T., Ling, L., Lin, M. C., Peng, H. K., Ren, H. T., Lou, C. W., Lin, J. H., 2020. Recent Advances in Multifunctional Hydroxyapatite Coating by Electrochemical Deposition. Journal of Materials Science, 55(15), 6352-6374.
21. Mwema, F. M., Oladijo, O. P., Akinlabi, S. A., Akinlabi, E. T., 2018. Properties of Physically Deposited Thin Aluminium Film Coatings: A review. Journal of Alloys and Compounds, 747, 306-323.
22. Oliveira, J. A. M., de Almeida, A. F., Campos, A. R. N., Prasad, S., Alves, J. J. N., de Santana, R. A. C., 2021. Effect of Current Density, Temperature and Bath pH on Properties of Ni–W–Co Alloys Obtained by Electrodeposition. Journal of Alloys and Compounds, 853, 157104.
23. Pradhan, S. K., Chakraborty, B., 2020. Substrate Materials and Novel Designs for Bipolar Lead-Acid Batteries: A review. Journal of Energy Storage, 32, 101764.
24. Rajaramanan, T., Kumara, G. R. A., Velauthapillai, D., Ravirajan, P., Senthilnanthanan, M., 2021. Ni/N co-doped P25 TiO2 photoelectrodes for Efficient Dye-Sensitized Solar Cells. Materials Science in Semiconductor Processing, 135, 106062.
25. Saraloğlu Güler, E., Irgin, D., 2024. Maximizing Electromagnetic Interference Shielding Through Carbon Fiber Plating with Nickel: A Parameter-Based Approach. Transactions of the Indian Institute of Metals, 1-10.
26. Şimşek, S., Çetin, B., 2022. Galvaniz Kaplamada Banyo Sıcaklığı ve Akım Yoğunluğunun Kaplamanın Mekanik Özelliklerine Etkisinin İncelenmesi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (38), 544-552.
27. Tyagi, P., Salem, K. S., Hubbe, M. A., Pal, L., 2021. Advances in Barrier Coatings and Film Technologies for Achieving Sustainable Packaging of Food Products–A Review. Trends in Food Science & Technology, 115, 461-485.
28. Uğur, A., Nuran, A. Y., 2018. Atomik Katman Biriktirme (ALD) Cihazları ve Çeşitlerindeki Gelişmeler. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 6(4), 590-605.
29. Venkateshaiah, N., 2022. Electroplating Process Plant Automation and Management Using Emerging Automation and Communications Technologies.
30. Verma, N., Kumar, N., 2019. Synthesis and Biomedical Applications of Copper Oxide Nanoparticles: An Expanding Horizon. ACS Biomaterials Science & Engineering, 5(3), 1170-1188.
31. Wang, Y., Li, W., Ma, L., Li, W., Liu, X., 2020. Degradation of Solid Oxide Electrolysis Cells: Phenomena, Mechanisms, and Emerging Mitigation Strategies—A Review. Journal of Materials Science & Technology, 55, 35-55.
32. Yu, Y., Xu, W., Liu, X., Lu, X., 2020. Challenges and Strategies for Constructing Highly Reversible Zinc Anodes in Aqueous Zinc‐Ion Batteries: Recent Progress and Future Perspectives. Advanced Sustainable Systems, 4(9), 2000082.
33. Zhao, Y., Mo, Z., Wang, Z., Li, N., Xu, Y., Li, D., 2022. Numerical Simulation for Improving Coating Homogeneity of High-Speed Tin Plating System. Journal of The Electrochemical Society, 169(9), 092509.