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X射线测厚仪的应用与改进发布时间：2011-01-18浏览次数：35文字颜色:字号:TTT视力保护:信息自动化中心赵春红赵检罗摘要文章对冶金行业中测厚仪的重要性进行了简要说明，并以其在酸洗连轧生产线的应用为例，详细介绍了RM215X射线测厚仪测量系统的原理、组成及厚度控制，以及为保证测厚仪的测量精度及稳定性、提高产品质量作出的改进。1引言作为带材重要的质量指标之一，厚度指标都受到生产厂与用户的重视，其偏差直接影响到带材对市场的占有率。因此，在冷轧过程中，对厚度控制的要求越来也高，而厚度控制系统只有将可靠的在线厚度信息进行合理的处理，才能发出正确的指令控制执行机构工作。这些在线的厚度信息，就要靠厚度检测装置提供。所以，厚度检测的发展越来越受到国内外同行的广泛重视。目前国际上许多著名的公司都有其各自生产的测厚仪，例如英国的Thermo公司、日本的Toshiba公司等等。本文就涟钢酸洗连轧线使用的Thermo公司RM215X射线测厚仪作一些介绍。2测量原理X射线测厚仪是基于一定范围内的光谱穿过被测物时相应的光强度被削弱的原理而制成的，如图1所示。当从涉嫌发生器里发出的X涉嫌穿过带钢时，射线被带钢吸收一部分，未吸收的射线击到电离室，进行电离后产生一个与击到电离室的X射线量成一定关系的电信号，此信号放大成0~10V的直流电压信号，被送到控制器快速进行计算和处理，最后得出厚度值。击到电离室的X射线量与被测物厚度之间的关系可有（1）式表示：（1）式中：ln—自然对数I—击到电离室的X射线量μ—被测物的质量吸收系数ρ—被测物的密度I0—发生的X射线量。而探测器的输出电压与击到电离室的X射线量又可由（2）式表示：V=KI（2）式中：I—击到电离室的X射线量V—探测器的输出电压K—常数。由（1）（2）两式可得出（3）式X=a+bln（V）（3）式中a、b为与μ、、I0、K有关的常数。从（2）、（3）两式可以看出，探测器的输出电压与击到电离室的X射线量成正比关系，被测物的厚度与探测器的输出电压成自然数对数关系，如图2所示。不同钢种的带钢对X射线的吸收系数是变化的，环境温度也对探测器和高压发生器均有不同程度的影响，因此在生产中，要根据轧制的钢种进行合金补偿，实时进行标定和自动能量校正（ACE），并尽量满足探测器和高压发生器的环境温度，以测得最精确的厚度值。3系统组成3.1硬件组成RM215测厚仪的设备组成如图3所示，由现场设备和室内设备两部分组成：现场设备主要包括C型架、电器连接柜、服务柜、报警灯、冷却器、拖链、导轨及配套的水、气管。室内设备主要包括主控柜、CVT（稳压变压器）、操作员接口用计算机。C型架上下两臂的空隙为400mm，X涉嫌发生源、内部标准板及快门装在下臂，检测器装在上臂，下臂的电机驱动C型架在导轨上运动，C型架的主要作用是用来固定X射线发生源和检测器，同时为射线发生源和检测器提供可靠的工作环境。电器连接柜是现场设备与室内设备电气连接中转站，内有空气开关及电器端子等电气元件，柜门上布置了用于现场操作的按钮和转换开关，可对C型架进行前进、后退操作，可进行急停，可现场/远程操作切换。服务柜式冷却水和吹扫空气的必经之路，内有过滤器、压力调节器、流量开关、温度开关和相应的管件。从冷却器和外部管网过来的冷却水和压缩空气在此经过过滤、调压后送给C型架，冷却水对X射线发生器进行冷却后再从这里回流到冷却器，压缩空气能将射线源和检测器窗口上的小颗粒杂物和乳化液吹走，保证了射线源和检测器窗口的干净。冷却器主要由水箱、水泵、压缩机以及控制面板组成，控制面板能对水温进行设定和监视，他的作用是给X射线发生器提供循环冷却水源，使X射线发生器的温度保持稳定。主控柜是测厚仪最复杂的设备，主要包括EPOS触摸屏、源驱动器、M1控制器、网络通讯设备。EPOS触摸屏是一台带触摸功能的计算机可对现场设备进行操作。源驱动器的作用是根据轧线上带钢的后的来驱动X射线发生器产生与带钢厚度相一致的高压，从而保证测量精度。M1控制器是X射线测厚仪的大脑，它由各种不同的模块组成，主要有电源模块、CPU模块、总线扩展模块和串行通讯模块。M1控制器的主要任务是控制源驱动器的电压和电流、快门的开和关、C型架的移动及轧线日立P;C的数据通讯等。3.2软件介绍在M1控制器中，由控制器的生产厂Bachmann内置了M–Bios、M–Boot、M–Sys等软件，它的操作系统为VxWorks，X射线及快门的开和关软件在MPLC专用开发软件上编译而成、测厚仪工作及与轧线日立PLC的通讯软件利用C++开发并经过编译。这部分程序用户是不能浏览和修改的，这样就保证了整个测量系统的安全性。EPOS是一套人机对话软件，它主要是为操作人员提供一个操作接口，通过这个界面，能对测厚仪的工作电压、放大倍数、测量厚度以及其运行状况进行监视，对其标定、自动能量校正（ACE）和参数调整，对快门的开和关、C型架的移动进行操作等。4厚度控制酸洗连轧生产线共使用了5台测厚仪，布置图如图4所示。在生产过程中测厚仪采集带钢的厚度值并实时传送到轧线上的恶日立PLC，由日立PLC来进行自动厚度控制，同时PLC也将各机架出口的厚度设定值、钢种等相关参数传送给测厚仪，使测厚仪能根据传送来的参数对自身的参数如高压、合金补偿系数等进行调整来达到最佳测量精度。为实现厚度控制精度，日立PLC采用了如下自动厚度控制（AGC）功能：（a）各机架的反馈AGC；（b）各机架的前馈AGC；（c）1#机架BISRAAGC；（d）加/减速补偿；（e）张力极限控制；（f）解耦控制；（g）轧辊偏心控制。上述不同的AGC能克服不同原因产生的厚差。由热轧钢卷带来的扰动如带厚不匀，硬度不匀产生的厚差就可采用1#机架反馈AGC、前馈AGC、BISRAAGC来消除；因轧制速度改变使工作辊与带钢之间的摩擦系数变化引起的厚差可由加/减速补偿来控制；为了防止速度AGC影响张力变化，采用解耦控制；由冷轧机本身的扰动如轧辊偏心产生的厚差就可采用轧辊偏心控制来补偿。5应用的改进从2005年10月生产线投产到2006年4月，酸轧线使用的5台测厚仪故障不断，源驱动板通讯故障、高压发生器烧坏、探测器放大板接二连三地烧坏，严重影响轧线的生产。针对这些故障，我们从整个测量系统入手，对三个方面做了相应的整改。电气方面：对整个测量系统的线路进行整改、对放大电路板进行绝缘处理和对电源不同步进行改进，给探测器一个无电气干扰的工作条件。具体为：更换了电器连接柜到C型架和C型架内部的电缆；将C型架、电气连接柜及主控柜的电缆屏蔽线单端接地；在电气连接柜内额外增加24V直流电源以避免正负24V不同步现象；将探测器内的铅板孔扩大、隔板锯割和对线路进行包扎等绝缘处理。探测器方面：要求Thermo设计人员对放大版进行了设计整改，增加了起保护作用的二极管并把模拟地和数字并到一起。环境方面：调整水、气公辅介质的温度、压力和流量，给探测器和高压发生器一个稳定的工作环境；对2#、3#、4#测厚仪新增加了空气吹扫系统并在C型架上下臂开孔，以吹扫C型架内的结露水和乳化液并冷却探测器。完成这些改进后，再无放大板烧坏现象，测厚仪运行情况良好，但在2006年7月部分产品又出现了厚度超差现象，使得这部分产品不得不做降等或判废处理，我们采取的措施是从轧制的产品中切取不同厚度不同钢种的钢板作为样片，重新制作适合我们轧制的标定曲线和合金表。自2006年9月至今测厚仪运行正常、测量精度控制在误差范围以内。