X射線測厚儀在寶鋼1420 軋機(jī)上的應(yīng)用
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隨著生產(chǎn)工藝對測量精度、測量穩(wěn)定性要求的提高和舊設(shè)備的性能劣化，寶鋼分公司1420軋軋機(jī)測厚儀更換改造于2006 年10 月年修期間實施完成，把原來3 臺DMC 公司的480 型測厚儀改造為德國IMS 公司的X 射線測厚儀。至此，分別位于1 機(jī)架前后、5 機(jī)架前后的4 臺冷軋帶鋼測厚儀全部為技術(shù)先進(jìn)、集成化程度高、性能穩(wěn)定可靠、測量精度高的德國IMS 公司的X 射線測厚儀，為穩(wěn)定生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加產(chǎn)能提供了有力的保證。
1 系統(tǒng)分析
1.1 X 射線測厚原理
X 射線穿透物質(zhì)時的衰減規(guī)律是X 射線測厚儀測量的理論基礎(chǔ)，光電式傳感器將射線強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)橐子跈z測、處理和傳輸?shù)碾娏孔兓?。如圖1 所示，當(dāng)X 射線投射到被測物后， 一部分射線為被測物吸收， 一部分射線穿過被測物，穿過被測物質(zhì)后的射線強(qiáng)度， 在物質(zhì)成分一定的情況下，和被測物的厚度和密度有關(guān)，若被測物的密度為已知時，則可以根據(jù)檢測到的射線強(qiáng)度來計算出被測物質(zhì)的厚度。X 射線測厚儀就是基于此關(guān)系原理制造而成的測厚系統(tǒng)。
圖1 測量原理圖
I =I0 EXP（-ρu’ s ） （1）
式中，I 為探測器上探測到的被衰減后的射線強(qiáng)度， I0 為X 射線源發(fā)射的初始輻射強(qiáng)度, ρ為被測材料的密度，u’為材料對X 射線的質(zhì)量吸收系數(shù)，s 為被測材料的厚度。
1.2 IMS 測厚儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4 臺測厚儀的現(xiàn)場測量框架—C 型架分別位于1 機(jī)架前后、5 機(jī)架前后，對應(yīng)的測厚儀系統(tǒng)裝置命名為T0、T1、T4、T5。T0 測出的厚度值送給軋機(jī)基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)，參與前饋控制；T1、T4、T5 由于位于軋機(jī)后，其測量值則參與反饋控制，4 臺測厚儀的測量結(jié)果、測量精度和運(yùn)行狀況將直接影響軋機(jī)軋制的精度、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。
其中T1、T4、T5 的C 型架上集成了激光測速儀的激光探頭，但測速儀的操作、處理、顯示部分獨(dú)立于測厚儀之外，通過內(nèi)部Ethernet 網(wǎng)絡(luò)可以和測厚儀通信；T1、T4 共用一個電氣柜（位于電氣室內(nèi)），亦即二者共用處理、存儲、顯示部分。不考慮現(xiàn)場C 型架上的激光測速部分，則4 臺測厚儀具有相同的系統(tǒng)配置、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和信號處理流程，下面以T0 為例來加以解釋說明。
T0 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。
圖2 T0 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
探頭感應(yīng)X 射線強(qiáng)度并轉(zhuǎn)化為電流信號（10-12~10-7A），經(jīng)測量轉(zhuǎn)換器放大并轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號后經(jīng)由工業(yè)以太網(wǎng)，利用光纖介質(zhì)快速、穩(wěn)定地傳輸?shù)絻x表控制室，光纖傳輸介質(zhì)轉(zhuǎn)換為5 類雙絞線后，連接到系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，數(shù)據(jù)最終被M—Client 計算機(jī)獲得。M—Client 獲得數(shù)字化的厚度測量值，進(jìn)行一系列計算處理，處理后的數(shù)字量一路用于M—Server 計算機(jī)內(nèi)的軟件顯示、控制，通過V—Client 顯示器觀察；另一路轉(zhuǎn)換為模擬量，輸出到現(xiàn)場總線Interbus 模擬量模塊，并最終送給軋機(jī)控制系統(tǒng)的PLC。同時，送給軋機(jī)PLC 的還有測厚儀狀態(tài)信號，從軋機(jī)PLC 接收控制用設(shè)定數(shù)據(jù)，包括軋制目標(biāo)厚度值、鋼卷號等。
高壓發(fā)生器供給X 射線管發(fā)射X 射線所需的陰極負(fù)高壓和燈絲電流，X 射線控制器通過串行口控制高壓發(fā)生器所提供的高壓和燈絲電流大小，并通過測量反饋數(shù)據(jù)線來獲得當(dāng)前的光管電流、高壓、燈絲電流等實際值，用于狀態(tài)監(jiān)視和控制。這些數(shù)據(jù)由射線控制器串行口輸出，經(jīng)由COM—Server 接口轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為RJ-45 接口后，送給內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，于是便可在M—Server內(nèi)的軟件上顯示、控制。
該測厚系統(tǒng)輔助I/O 信號用現(xiàn)場總線來傳輸，選用的是德國Phoenix Contact 電氣公司的Interbus 總線?，F(xiàn)場的高壓有無、快門狀態(tài)、C 型架位置、冷卻水溫度流量是否超限等狀態(tài)信號，均通過現(xiàn)場總線Interbus 傳輸至儀表控制室的工控處理機(jī)M—Client，并由前述M—Server 內(nèi)的軟件顯示出來，用于監(jiān)視、處理。
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