1550 mm冷連軋測厚儀及測速儀優化改造

胡偉平　劉威　胡聰

(安陽鋼鐵集團公司)

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1550 mm冷連軋測厚儀及測速儀優化改造

胡偉平劉威胡聰

(安陽鋼鐵集團公司)

針對安鋼1550 mm冷連軋測厚儀及測速儀存在的信號不穩定、安全模塊頻繁報警、測量能力范圍小的問題，提出優化措施，保障了設備穩定和生產效率提高。

測厚儀測速儀測量能力

0　前言

安陽鋼鐵1550 mm酸洗軋機聯合機組采用國際先進的工藝技術，是一條技術含量高、經濟效益好、資源消耗低、環境污染少的現代化冷軋薄板生產機組。測厚儀、測速儀作為軋機基礎自動化功能的一個重要組成部分，對軋機過程控制起著尤為重要的作用。酸軋線經過將近兩年的運行，測厚儀和測速儀也暴露出一些問題和不足，致使酸軋生產線不能完全滿足現場的需求和效益及產能的最大發揮。同時冷軋為了發掘、適應市場，開發6 mm熱軋酸洗板產品使得現測量最大能力為3 mm的測厚儀優化改造勢在必行。

1　系統配置

該機組測厚測速系統采用德國IMS公司X射線測厚儀及配套美國BETA公司的激光測速儀。主要由3套測厚儀、3套測速儀、3套C型組架、中央控制柜、遠程控制臺、2套水循環冷卻系統組成。機組工藝儀表裝置配置如圖1所示。

1#機架前(RM01)：配置一套測厚設備，測量來料厚度；

1#機架后(RM02+V1)：配置一套測厚設備及一套測速設備，測量1#機架軋制后帶鋼厚度及速度；

4#機架后(V4)：配置一套測速設備，測量5#機架軋制前帶鋼速度；

5#機架后(RM06+V5)：配置一套測厚設備及一套測速設備，測量5#機架軋制后帶鋼最終厚度及軋機出口速度。

系統各部分相對獨立而又相輔相成，系統各部分之間以及與軋機其他設備之間的協同穩定工作直接影響著軋機的正常運行。

圖1　測厚儀及測速儀配置圖

2　存在的問題

2.1測速儀信號不穩定

帶鋼的厚度控制是冷軋生產中最重要的環節，影響軋機出口帶鋼厚度精度的因素可以分為來料厚度變化、來料硬度變化、冷連軋機本身造成的輥縫變化三大因素。常規厚度控制可以消除大部分來料厚度和機架本身造成的厚度精度，但最大缺點是存在一定的滯后性。系統引入秒流量控制方法可以大大提高成品帶材質量，改善控制精度。秒流量方程計算的準確性主要取決于軋機入、出口速度的測量精度。

酸洗軋機聯合機組2014年3月18日試運行投產以來，測速儀工作中多次出現失電，并且速度信號不穩定的情況。在金屬秒流量控制中速度信號極為重要，速度測量的精度對整個系統的性能起著舉足輕重的作用。由于多個班次頻繁出現此現象，導致軋機必須降速觀測，甚至要停車對設備進行檢修，嚴重影響了控制精度和軋制節奏。此設備為進口設備，不但價格昂貴而且供貨周期長，為了保證設備的安全使用，降低設備損耗和高效穩定的生產，該設備急需改造。

2.2測厚儀安全模塊頻繁報警

冷軋采用的是X射線測厚儀，X射線對人體有很大的輻射危害，所以該設備不但在生產上是核心設備，從安全角度來說也屬于重點監控設備。EL2904模塊功能是測厚儀檢測自身通訊、端子模塊的電壓、溫度、斷線等錯誤，檢測到故障會認為設備處于不可控狀態，為避免對人身造成傷害，會自動切斷所有輸出。此現象會導致測厚儀85 KV高壓直接斷電，極易造成高壓發生器和高壓電纜連接器等設備損壞。由于測厚儀在軋機的厚度控制系統中有著不可替代的作用，EL2904模塊報警導致的測厚系統突然停機不但會導致鋼板斷帶還會致使軋機長時間停車，無法正常生產。此現象如不及時攻關改造將嚴重影響冷軋正常生產。

2.35#機架出口測厚儀量程小

由于酸軋線設計時產品大綱中沒有酸洗板，測厚儀的量程也是針對冷軋帶鋼設置的，在原設計中5#機架出口RM06測厚儀的測量范圍為0.25 mm ～2.5 mm，測量轉換時的線性化范圍為3 mm。生產酸洗板時軋機的主要作用是改善板形，壓下量非常小，所以酸洗板成品厚度是遠大于測厚儀量程的。為了保障酸洗板的順利研發和最終產品的質量，測厚儀亟待擴容，進行線性化升級改造。

3　改造措施

3.1測速儀系統改造

經過對軋制現場環境的認真分析，發現外供吹掃壓縮空氣從保護箱頂部進入，經過箱體吹掃鏡頭后流出，箱體內形成負壓，由外面潔凈的大氣補充。檢測系統結構框圖如圖2所示。

軋制時機架間環境惡劣，帶鋼形變產生大量熱量導致起冷卻和潤滑作用的乳化液產生大量的含油水霧，而測速儀保護箱進氣口伸出管路太短，不能完全延伸到軋機機架外。因此，補充的空氣是軋機內部含油廢氣。含油廢氣進入保護箱體內遇壓空冷凝，在連接信號傳輸的D型電纜接頭處造成腐蝕。另外，油霧還會在激光頭鏡片上附著，造成激光無法成功聚焦，造成速度信號跳變和丟失。

圖2　測速儀檢測系統結構框

由于機架間環境惡劣，水汽極易進入測速儀保護箱內，用一根φ89 mm連接管將測速儀V4的進氣口引至機架外，并且有向外低的坡度，即便有少量積水也會流到外面。另外，在儀表的點檢中要求每周檢查兩次，以便及時清理測速儀保護箱內冷凝水、清潔玻璃濾片上的油污。經過跟蹤觀察，保護箱內積水現象消除，有效地避免了測速儀電纜接口腐蝕導致的失電和通訊失敗現象。但在跟蹤觀察期間發現速度信號的跳變和丟失現象仍然存在，軋機升、降速時尤為明顯。經過細心觀察和分析發現軋機升降速時會導致乳化液在帶材表面的附著力改變，涌出擋輥，在帶材表面形成流動的油膜。覆蓋在帶材表面的乳化液嚴重干擾了激光的發射與反射通道，致使速度信號出現不規律的跳變。針對此現象我們在檢測位置增加了吹掃風管，將壓縮空氣壓力調至0.7 MPa，在帶鋼表面吹掃出潔凈的測量區域，有效地解決了速度信號的跳變。

3.2測厚儀安全模塊改造

針對對講機對安全模塊造成干擾，經過多次試驗，發現距離打開門的控制柜0.5 m以內時，將對講機電源打開，PLC安全模塊報警，系統停止工作，故障明顯。上述現象的產生與對講機產生的電磁干擾有密切的關系。在使用無線電對講機時，其天線附近形成了很強的電磁場，這個電磁場會對暴露于電磁場中的電子設備產生擾動。由于設備維護和操作人員需用對講機進行現場維護、操作，我們從管理角度對無線通訊在控制柜旁的使用作出了規定，不允許在控制柜開啟的情況下近距離使用對講機，從根本上杜絕了電磁波輻射干擾影響。

同時，發現安全模塊達到70 ℃會報警并停止工作。在該模塊產生報警時，檢測其溫度已到76 ℃以上，導致控制柜RS01中的繼電器不能吸合，最終使測厚儀停機。在我們長期跟蹤下完全鎖定了存在問題的PLC模塊之后，及時聯系IMS公司，選用最新產品，迅速為存在問題的模塊進行了升級更換工作。但由于現場安全模塊均在機架間的C型架內安裝，是較為封閉的空間，僅靠自然散熱可能還會導致溫度過高。為了徹底的解決了這一問題，我們為現場的安全模塊加裝了冷卻風扇，優化設備的通風散熱。通過上述改造后效果明顯，不連續軋制時其溫度基本在穩定在30 ℃左右。連續軋制時溫度最高到60 ℃就會穩定下來。

3.35#機架出口測厚儀線性化升級改造

理論上講任何一臺測厚儀在合同簽訂之時就已經決定了測量范圍的大小，并無法更改。但與測厚儀公司聯系后得知測厚儀在制造出廠時會留一定的余量，以備客戶的需要時進行擴容改進，但擴容超出一定的量程必須更換內部標定板，才能保證將來的去皮標定和基礎標定有效，因為標定板的選擇是和測量范圍有相對應計算關系。

內部標定板更換為6 mm后需要用取樣擴容后最大厚度標樣的厚度，線性化量程則可以做到8 mm。更換內部標定板完成后，啟動系統，升輻射管高壓。待高壓升至設定值85 kV后，做CS標定。系統顯示RM06 B1測量通道MM1值為99.8 mV，B2測量通道MM1值為99.8 mV。開啟快門后B1測量通道MM1值為10000 mV，B2測量通道MM1值為10000 mV。關閉快門，修改高壓電流參數，由5 mA改為3 mA，再次開啟快門，B1測量通道MM1值為8034 mV，B2測量通道MM1值為8069 mV。繼續調整初始MM1值到9600 mV標準值，見表1。

表1　參數標準值

每個標定周期的標定數據被錄入和存檔，這些數據可用來驗證系統的重復性和功能性，也可用于質量保證的目的。在此過程中還需要完成對干擾因素影響的適當補償。合金變化是根據化學成分和等級進行數學計算。射線梁上的灰塵等干擾因素則通過標定期間的預吸收進行數學計算。最后推導即可得出最終測量計算得出的物料厚度。

4　改進效果

(1)測速儀改造后，保護箱內部潔凈無積水，電纜接頭連接牢固無腐蝕，徹底解決測速儀頻繁失電、通訊失敗、速度信號丟失的問題。帶鋼被測量區域增加了吹掃風管后，激光質量因子達到99.9%，速度信號準確，玻璃濾片也由每班1～2次擦拭減少為每周擦拭一次，有效地減少了鏡片的磨損。

(2)安全模塊報警改造后，經過長時間的巡檢跟蹤觀察，該設備運行狀況良好，沒有因為溫度高產生報警的記錄。徹底解決了測厚儀因無線通訊干擾和模塊溫度高導致的測厚儀頻繁停機的問題。不但減少了故障時間，保障了生產的順行也消除了安全PLC頻繁報警可能會導致的高壓發生器、高壓電纜連接器損壞的設備隱患。

(3)由于酸軋線5#機架后只有一臺測厚儀，不但擔負著厚度控制的作用還擔負著對成品的最終測量。通過對測厚儀標定板的更換、線性化標定和合金補償的重新設定一系列改造，經重新測試，效果良好，精度完全在技術要求內。改造后的測試效果如圖3所示。

圖3改造后測試效果

5　總結

1550 mm冷連軋測速儀和測厚儀，通過這一系列的優化改造，有效的解決了設備隱患，保障了生產效率，并共計創造年效益682.59萬元。

[1]王淑英.電器控制與PLC控制技術[M].北京:機械工業出版社,2005:219-223.

[2]焦清.1420冷軋機組測厚儀系統缺陷分析與改進[J].寶鋼技術,2005,24(5):2-7

OPTIMIZATION OF THICKNESS GAUGE AND LASER SPEED SENSOR FOR 1550 mm COLD ROLLING MILL

Hu WeipingLiu WeiHu Cong

(Anyang Iron and Steel Group Co., Ltd)

In view of the problems existed in the thickness gauge and measuring instrument of 1550 mm cold rolling mill in Anyang Steel including the instability of the signal, frequent alarm of the security module, small measurement capability, optimization measures are put forward to ensure the stability of equipment and improvement of production efficiency.

thickness gaugespeed metermeasurement capability

聯系人：胡偉平，工程師，河南.安陽(455004)，安鋼冷軋有限責任公司；2015-12-11