單機架可逆軋機厚度異常分析與防錯優(yōu)化

◇馬鞍山鋼鐵股份有限公司 李春明 王 磊

馬鋼冷軋單機架可逆軋機的厚度自動控制（AGC）是通過測厚儀對帶鋼實際厚度連續(xù)地進行測量，并根據(jù)實測值和給定值比較得出偏差信號，利用回路控制和裝置或PLC程序，改變壓力、張力、速度等，將厚度精度控制在允許范圍內(nèi)。由于厚度尺寸是硅鋼產(chǎn)品最重要的質(zhì)量特性，測厚儀一旦出現(xiàn)異常，直接影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。近年來，由于測厚儀設(shè)備使用壽命較長，生產(chǎn)中多次出現(xiàn)因測厚儀檢測異常導(dǎo)致鋼卷軋制偏薄的情況發(fā)生，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)效益，因此本文提出改進措施旨在解決上述問題。

本文主要通過對馬鋼冷軋單機架可逆軋機測厚儀在使用過程中遇到的厚度異常問題進行研究，提出在日常使用中需要注意的應(yīng)對措施，以及程序設(shè)計中的相關(guān)優(yōu)化。此類故障屬于偶發(fā)性的“幽靈故障”，日常生產(chǎn)跟蹤較難遇到，但一旦出現(xiàn)極難立即識別，對產(chǎn)品造成嚴(yán)重后果，損失巨大。希望通過對整個故障的分析和總結(jié)，可以將此類問題徹底杜絕。

1 測厚儀基本情況介紹

馬鋼冷軋單機架可逆軋機采用的是東芝公司出品的TG7511型X射線測厚儀。此測厚儀是一種以X射線為載體的非接觸式厚度測量設(shè)備，可以在無破壞和不接觸的情況下，連續(xù)地進行檢測并完成測量。

1.1 基本結(jié)構(gòu)

測厚儀主要由以下幾部分組成。

（1）主控柜。安裝于電氣室內(nèi)，柜內(nèi)主要由CPU模塊、DIF模塊、AA46A模塊、PIO模塊、HUB等組成，是測厚儀的“中樞大腦”，用于接收信號、轉(zhuǎn)換信號、計算厚度、與軋機PLC通訊等功能。

（2）傳動控制柜。安裝于軋機傳動側(cè)，主要功能為控制X射線開關(guān)、快門開關(guān)、小車移動。

（3）C型架。安裝于軋機內(nèi)部，包含電離室、射線源、標(biāo)樣箱、源驅(qū)動等部件，是檢測產(chǎn)品厚度的直接部件。

（4）其它部件。操作室HMI（用于顯示厚度趨勢和測厚儀狀態(tài)）、冷卻裝置、軌道限位等。

圖1 TOSGAGE7511測厚儀配置

1.2 測量原理

將測厚儀的射線和快門打開后，X射線通過穿透鋼板并與其作用，其中一部分X射線被鋼板吸收和反射，另一部分則穿透鋼板，穿透的部分射線通過電離室接收到相應(yīng)的輻射量，電離室接收后將其轉(zhuǎn)換成電壓信號，利用電壓信號和標(biāo)樣箱所校準(zhǔn)的初始數(shù)據(jù)進行比較，通過內(nèi)部程序計算得到相應(yīng)厚度。計算相關(guān)公式如下：

式中：I為射線穿過鋼板的輻射量；I0為射線源釋放的輻射量；μm為質(zhì)量吸收系數(shù)；ρ為鋼板密度；d為鋼板厚度。當(dāng)I0為定值時，I的數(shù)值即可以反映檢查鋼板的厚度。

單機架可逆軋機配有2套測厚儀裝置，分別在機架入口側(cè)、出口側(cè)各安裝一組。帶鋼從入口卷曲機經(jīng)軋機軋制后在出口卷取機進行卷曲，當(dāng)入口卷取機上的帶鋼全部卷至出口卷曲機后，卷取機和軋機反向，再由出口軋制到入口，如此反復(fù)，經(jīng)過若干次后（稱為道次），軋制到目標(biāo)厚度，軋制結(jié)束。

2 問題提出

馬鋼冷軋硅鋼軋機與2007年正式投產(chǎn)，2018年進行了小輥徑升級改造，對軋機的入口、出口分別增加了一對張力計，并對軋機的主電機和開卷機進行了功率提升，改造后的軋機可以軋制更多型號的高牌號硅鋼產(chǎn)品，同時對產(chǎn)品厚度精度的要求也越來越高。但由于此次改造測厚儀并未進行升級，依然沿用原有的東芝TG7511型測厚儀，改造后多次出現(xiàn)在測厚儀檢測的厚度偏差正常的情況下，下線產(chǎn)品整卷厚度超薄的事件發(fā)生，且測厚儀及軋機本體無任何報警信息。此問題長時間困擾現(xiàn)場維護人員，成為制約產(chǎn)品成材率的一大瓶頸，經(jīng)過持續(xù)數(shù)月的分析和優(yōu)化，終于找到故障原因并成功解決。

3 問題分析及改進

針對厚度異常的發(fā)生，技術(shù)人員通過對硬件和軟件的兩方面檢查，對問題進行了分析。

3.1 信號電纜的影響

測厚儀檢測出的數(shù)據(jù)經(jīng)由C型架轉(zhuǎn)換成電壓信號通過同軸信號電纜與傳動控制柜相連，此電纜利用拖鏈敷設(shè)，便于現(xiàn)場測厚儀本體移動，由于此段電纜長期處于軋機內(nèi)部油污高溫環(huán)境中，極易造成腐爛損壞。電纜在傳動控制柜轉(zhuǎn)接后，通過電纜橋架連接到主控柜，全長約150米，此處電纜途徑大容量變頻電機，受磁場干擾較大，極易造成傳輸干擾，影響信號傳輸質(zhì)量。在2019年的軋機年修過程中，對此電纜進行了整體更換，拖鏈部分使用了耐腐蝕性更好的型號；橋架部分對電纜路徑走向進行了優(yōu)化，避開了大容量電機等強電設(shè)備。改進后，故障次數(shù)由每月5次降至每月2～3次，但仍然沒有徹底消除厚度異常問題。

3.2 軟件程序優(yōu)化

經(jīng)過技術(shù)人員進一步討論，決定對軋機PLC程序進行優(yōu)化，增加厚度偏差防錯程序。即利用軋機的秒流量厚度控制原理，將測厚儀檢測的出口側(cè)實際厚度與秒流量公式計算出的出口側(cè)厚度進行比較，采用“兩條腿走路”的方法，不單純依靠測厚儀數(shù)據(jù)。當(dāng)二者偏差大于設(shè)定范圍時，系統(tǒng)產(chǎn)生報警，給予操作人員提示，可以及時停機檢查異常，避免造成整卷厚度異常。

所謂秒流量控制，即利用帶鋼在軋輥下壓前后體積不變的原理來計算帶鋼出口厚度。根據(jù)軋制前后秒流量相等原則，可以得到以下公式：

式中：Vin為入口帶鋼速度（m/s）；H為入口帶鋼厚度（mm）；Vout為出口帶鋼速度（m/s）；h為出口帶鋼厚度（mm）。

通過將測厚儀實測厚度h0與秒流量所計算的出口帶鋼厚度h進行比較，當(dāng)差值大于設(shè)定閾值后，程序輸出報警。

程序優(yōu)化后，防錯報警程序能夠及時有效反映結(jié)果。在軋機生產(chǎn)過程中，沒有再出現(xiàn)因測厚儀檢測異常問題造成產(chǎn)品偏薄的情況發(fā)生，每卷下線成品精度可控制在±5μm以內(nèi)，達(dá)到制造工藝標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語

針對近期出現(xiàn)的多次測厚儀厚度異常故障，從測厚儀的基本結(jié)構(gòu)和工作原理深入分析，通過改進信號電纜型號，優(yōu)化電纜路徑以及軟件程序優(yōu)化，使厚度檢測異常得以消除，徹底解決了軋機測厚儀厚度檢測異常的發(fā)生，維持了生產(chǎn)穩(wěn)定。