测厚仪原理及故障分析(王政旗)-1

作者XXX创建时间：2011年09月23日星期五ANSTEELASP测厚仪原理及故障分析第1页共17页IMS测厚仪原理及故障诊断XXX（鞍钢XXXXXX）摘要针对鞍钢ASP线热轧厂引进德国IMS公司制造的测厚仪新技术，从其X射线的高精度控制到系统的独特软件构成详细进行分析，并对其维护和故障诊断进行了充分的说明。关键词X射线、高压发生器、射线管、CZ校准。1前言鞍钢ASP线热轧引进了德国IMS公司制造的测厚仪新技术，它是目前世界上仪表技术最高水准：（1）精度高,可达±0.1%，线性度可达±0.1%，响应快(不大于10ms)；（2）高压恒定（160KV3mA）。避免了系统的过渡,使系统始终处于稳态,降低了系统的故障率；（3）动态温度和合金补偿（化学成分、密度、原子序数、）；1.测量原理图1测量原理图X射线测厚系统的基本测量原理如图1所示，由X射线管（射源）发出的X射线，通过带钢以后被吸收一部分，剩余的被电离室接收。被吸收的射线的能量与带钢厚度成比例，电第2页离室又将接收到的X射线（剂量）转换为微电流（Im）信号，该信号经由测量放大器放大，并转换成电压信号，再通过小信号切除电路、模数转换（A/D）及相关处理成符合TCP/IP协议的数字信号送至CPU，由CPU进行控制、运算，给出带钢厚度等信息。下面给出测量信号的信号流程（见图2），系统的软件部分就是根据该流程进行信号处理的，由此可以清楚的了解到电离室接收透过带钢从X射线管发出的射线信号后的转换及处理过程。这对于掌握测厚原理、日常维护，特别是故障分析、处理是非常重要的。图2测厚仪信号流程图2.系统构成系统主要由中央控制站、C型架、安装在C型架中的高压发生器、X射线管、电离室、信号放大器组成。其网络结构如下：第3页图33测量放大器TIEU131测量放大器可以最多同时将32个电离室的电流信号转换成电压信号，并且通过A/D转换器将之转换为数字信号，然后通过以太网传输。高压UHV这里所指的高压是指加在X射线管阳极和阴极之间的高压，该高压决定了射线的能级。电压越高，穿透介质的能力越强。管电流ITB是指通过X射线管的电流，管电流决定了辐射的强度。升高管电流而不改变其他特性只会影响辐射强度。参数修改物理值、过程数据历史记录参数修改物理值、过程数据、历史记录数据查询数据查询结果历史记录物理值、过程数据历史记录参数物理值结果物理值结果参数信号传感器、执行器信号传感器、执行器第4页X射线控制单元RSG100和HSG系列高压发生器一起组成能在最大管电流10mA、高压到160kV时控制X射线管的系统。需要强调的是，设定值的高稳定性是非常重要的系列接口数字控制信号系列接口波特率2400波特率2400供电线路测量值-高压-高压、管电流-灯丝-温度控制高压电缆-高压5-160kV-管电流0.5-10mA图4RSG100、HSG和X射线管工作示意图3.高压系统组成及工作原理高压控制系统CPU、斩波控制器、高压产生及检测电路、反馈信号接口电路组成。由CPU给出控制指令，通过斩波器产生控制电压，通过高压产生及检测电路产生目标高压ＵＨ用于产生X射线（通过X射线管），同时由反馈信号接口电路将实际高压信号反馈给CPU进行闭环控制。实现高压稳定输出，达到精度±0.1%，线性度±0.1%纹波系数≤0.01。中央控制站操作终端MT40X射线单元RSG100-操作-控制系统-调整-故障记录高压发生器HSG-产生高压-灯丝电流-实际值记录X射线管供电-230VAC+6%~-10%-50/60Hz-Imax10A第5页高压系统由高压升压变压器、倍压整流电路、高压检测电路组成。由斩波器输出控制信号ｕ１，输入给高压系统的高压升压变压器的初级，通过高压升压变压器Ｔ的次级输出电压ｕ２，给倍压整流电路。4.故障分类、诊断及处理步骤4.1X射线控制系统故障分类及检查处理步骤X射线控制系统是XRSSMC系统中最为重要的核心部分，它工作的稳定与否，控制精度的高低直接决定了测量数据的成功率和可靠性。较之其他部分相比，它的故障率也要高一些，因此正确快速的处理这部分的故障显得尤为重要。4.2Interbus指示灯说明及故障处理InterBus总线的特点决定了其具有较高的可靠性，故障一般的是由外部设备或电缆本身引起。InterBus-S模板的LEDs灯指示了模板的状态信息。随着模板的不同，指示灯也不同。东北大学工程硕士学位论文第一章前言-6-只有下面的指示灯才是重要的。ULULOGIC在总线逻辑供电时激活USUSIGNAL在I/O信号供电时激活RCRemoteBusCheck在输入远程总线电流OK时激活LDLocalBusDisable在就地总线关时激活RDRemoteBusDisable在通讯远程总线关时激活RBDARemoteBusDisAble在通讯远程总线关时激活TRTransmit/Receive在执行PCP通讯时激活4.3一般故障处理电缆故障：绝缘不好、机械或高温损伤处理方法：更换连接头故障：由于潮湿、油污等污染造成绝缘不好处理方法：将之用规定的化学物品清洁干净，并密封好电离室故障：绝缘不好，由于机械原因影响了元件的测量偏移吹扫空气压力过低，从射线入射窗口处损伤了电离室处理方法：更换或修理下面是测厚仪系统可能出现的故障清单，其原因是基于经验研究所得，处理意见也只是个提示，希望有所帮助。故障现象可能的原因解决方案X射线（高压）故障高压发生器故障参见上述故障处理说明，因为该故障无关于X射线控制单元，核对X射线控制单元控制器的设定值每月检查的记录，考虑更换高压发生器。信号电缆故障更换电缆计算机故障（继电器故障）复位计算机，如果出现重复故障，说明系统有错误。C型架位置反馈信号没有（接近开关）接近开关电缆故障更换电缆接近开关坏更换接近开关并调整开关感应距离（大约为5to10mm)东北大学工程硕士学位论文第一章前言-7-故障现象可能的原因解决方案接近开关的卡子松动了，C型架到了机械极限停止位。紧固卡子并找出松动的原因接近开关距离太大或太脏了重新调整距离并清洁开关RCZ零点检查出错前放漂移更换放大板，如果有必要换整个前放探头和前放或高压单元之间的电缆连接不是太好更换同轴电缆电离室绝缘不好（电离室或外壳有油、水）清洁电离室，检查吹扫空气（压力太高），检查密封，如果有必要更换外壳，打开电离室外盖，从里面清洁（同时检查焊接电阻是否牢固）测量信号衰减缓慢电离室高压部分有问题更换高压单元测量信号的同轴电缆和高压信号电缆在电离室一侧或前放侧亦或高压侧混淆了检查接线测量信号振荡前放的放大板有问题更换前放的放大板，用示波器检查前放测量信号漂移X射线管老化更换X射线管X射线控制器的参数不是最优原始控制器设定值记录在测试协议，控制器的值需要每月检查记录结束语：带钢厚度检测及反馈和厚度AGC控制一直是冶金专业热门话题，它直接影响产品质量，对其进行较为深入的研究其意义十分重大。X射线测厚仪在宝钢1420轧机上的应用作者：宝钢集团任波伟东北大学工程硕士学位论文第一章前言-8-摘要：简要分析应用在1420轧机上的德国IMS公司X射线测厚仪的测量原理、系统架构、性能指标及部分维护要领。关键词：X射线测厚性能指标引言随着生产工艺对测量精度、测量稳定性要求的提高和旧设备的性能劣化，宝钢分公司1420轧轧机测厚仪更换改造于2006年10月年修期间实施完成，把原来3台DMC公司的480型测厚仪改造为德国IMS公司的X射线测厚仪。至此，分别位于1机架前后、5机架前后的4台冷轧带钢测厚仪全部为技术先进、集成化程度高、性能稳定可靠、测量精度高的德国IMS公司的X射线测厚仪，为稳定生产、提高产品质量、增加产能提供了有力的保证。1系统分析1.1X射线测厚原理X射线穿透物质时的衰减规律是X射线测厚仪测量的理论基础，光电式传感器将射线强度的变化转变为易于检测、处理和传输的电量变化。如图1所示，当X射线投射到被测物后，一部分射线为被测物吸收，一部分射线穿过被测物，穿过被测物质后的射线强度，在物质成分一定的情况下，和被测物的厚度和密度有关，若被测物的密度为已知时，则可以根据检测到的射线强度来计算出被测物质的厚度。X射线测厚仪就是基于此关系原理制造而成的测厚系统。欢迎访问e展厅展厅5无损检测仪器展厅热金属检测器,金属探测仪,检针机,X射线检测仪,工业CT,...东北大学工程硕士学位论文第一章前言-9-图1测量原理图X射线通过物质时部分被吸收，其强度被衰减，经衰减后的强度按指数曲线下降,其吸收关系式为I=I0EXP（-ρu’s）（1）式中，I为探测器上探测到的被衰减后的射线强度，I0为X射线源发射的初始辐射强度,ρ为被测材料的密度，u’为材料对X射线的质量吸收系数，s为被测材料的厚度。1.2IMS测厚仪系统结构4台测厚仪的现场测量框架—C型架分别位于1机架前后、5机架前后，对应的测厚仪系统装置命名为T0、T1、T4、T5。T0测出的厚度值送给轧机基础自动化控制系统，参与前馈控制；T1、T4、T5由于位于轧机后，其测量值则参与反馈控制，4台测厚仪的测量结果、测量精度和运行状况将直接影响轧机轧制的精度、产品质量和产量。其中T1、T4、T5的C型架上集成了激光测速仪的激光探头，但测速仪的操作、处理、显示部分独立于测厚仪之外，通过内部Ethernet网络可以和测厚仪通信；T1、T4共用一个电气柜（位于电气室内），亦即二者共用处理、存储、显示部分。不考虑现场C型架上的激光测速部东北大学工程硕士学位论文第一章前言-10-分，则4台测厚仪具有相同的系统配置、网络结构和信号处理流程，下面以T0为例来加以解释说明。T0系统结构如图2所示。图2T0系统结构图总体上，从位置和区域来讲，该测量系统可以分为两大部分：轧机现场测量、转换部分和仪表室处理、控制部分。从功能来讲，可分为三大部分：探头信号测量处理部分、光管及高压控制部分和输入/输出信号部分。探头感应X射线强度并转化为电流信号（10-12~10-7A），经测量转换器放大并转变为数字信号后经由工业以太网，利用光纤介质快速、稳定地传输到仪表控制室，光纤传输介质转换为5类双绞线后，连接到系统内部网络交换机，数据最终被M—Client计算机获得。M—Client获得数字化的厚度测量值，进行一系列计算处理，处理后的数字量一路用于M—Server计算机内的软件显示、控制，通过V—Client显示器观察；另一路转换为模拟量，输出到现场总线Interbus模拟量模块，并最终送给轧机控制系统的PLC。同时，送给轧机PLC的还有测厚仪状态信号，从轧机PLC接收控制用设定数据，包括轧制目标厚度值、钢卷号等。东北大学工程硕士学位论文第一章前言-11-高压发生器供给X射线管发射X射线所需的阴极负高压和灯丝电流，X射线控制器通过串行口控制高压发生器所提供的高压和灯丝电流大小，并通过测量反馈数据线来获得当前的光管电流、高压、灯丝电流等实际值，用于状态监视和控制。这些数据由射线控制器串行口输出，经由COM—Server接口转换器，转换为RJ-45接口后，送给内部网络交换机，于是便可在M—Server内的软件上显示、控制。该测厚系统辅助I/O信号用现场总线来传输，选用的是德国PhoenixContact电气公司的Interbus总线。现场的高压有无、快门状态、C型架位置、冷却水温度流量是否超限等状态信号，均通过现场总线Interbus传输至仪表控制室的工控处理机M—Client，并由前述M—Server内的软件显示出来，用于监视、处理。Q-Server计算机用于大量数据长期存储和数据统计分析，其内装有SQLServer数据库和数据显示、分析软件，Q-Client显示器用于对Q-Server内容的显示。数据的海量存储和数据统计，既适应了生产工艺的需求，又有利于测厚仪的长期维护。NAT32作为一个网关，用于测厚仪TCP/IP协议和西门子H1协议的转换和两个网络的通信，完成设定数据、测量数据和状态数据的传输。1.3测厚仪的网络结构测量数据从现场到仪表控制室的传输、测量结果和状态被M—Server内软