◇馬鞍山鋼鐵股份有限公司 李春明 王 磊

馬鋼冷軋單機(jī)架可逆軋機(jī)的厚度自動(dòng)控制（AGC）是通過測(cè)厚儀對(duì)帶鋼實(shí)際厚度連續(xù)地進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)實(shí)測(cè)值和給定值比較得出偏差信號(hào)，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(cè)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(cè)厚儀設(shè)備使用壽命較長，生產(chǎn)中多次出現(xiàn)因測(cè)厚儀檢測(cè)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(jìn)措施旨在解決上述問題。

本文主要通過對(duì)馬鋼冷軋單機(jī)架可逆軋機(jī)測(cè)厚儀在使用過程中遇到的厚度異常問題進(jìn)行研究，提出在日常使用中需要注意的應(yīng)對(duì)措施，以及程序設(shè)計(jì)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(shí)別，對(duì)產(chǎn)品造成嚴(yán)重后果，損失巨大。希望通過對(duì)整個(gè)故障的分析和總結(jié)，可以將此類問題徹底杜絕。

1 測(cè)厚儀基本情況介紹

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

1.1 基本結(jié)構(gòu)

測(cè)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(cè)厚儀的“中樞大腦”，用于接收信號(hào)、轉(zhuǎn)換信號(hào)、計(jì)算厚度、與軋機(jī)PLC通訊等功能。

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

（3）C型架。安裝于軋機(jī)內(nèi)部，包含電離室、射線源、標(biāo)樣箱、源驅(qū)動(dòng)等部件，是檢測(cè)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(shì)和測(cè)厚儀狀態(tài)）、冷卻裝置、軌道限位等。

圖1 TOSGAGE7511測(cè)厚儀配置

1.2 測(cè)量原理

將測(cè)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(hào)，利用電壓信號(hào)和標(biāo)樣箱所校準(zhǔn)的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，通過內(nèi)部程序計(jì)算得到相應(yīng)厚度。計(jì)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(shí)，I的數(shù)值即可以反映檢查鋼板的厚度。

單機(jī)架可逆軋機(jī)配有2套測(cè)厚儀裝置，分別在機(jī)架入口側(cè)、出口側(cè)各安裝一組。帶鋼從入口卷曲機(jī)經(jīng)軋機(jī)軋制后在出口卷取機(jī)進(jìn)行卷曲，當(dāng)入口卷取機(jī)上的帶鋼全部卷至出口卷曲機(jī)后，卷取機(jī)和軋機(jī)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(jī)與2007年正式投產(chǎn)，2018年進(jìn)行了小輥徑升級(jí)改造，對(duì)軋機(jī)的入口、出口分別增加了一對(duì)張力計(jì)，并對(duì)軋機(jī)的主電機(jī)和開卷機(jī)進(jìn)行了功率提升，改造后的軋機(jī)可以軋制更多型號(hào)的高牌號(hào)硅鋼產(chǎn)品，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品厚度精度的要求也越來越高。但由于此次改造測(cè)厚儀并未進(jìn)行升級(jí)，依然沿用原有的東芝TG7511型測(cè)厚儀，改造后多次出現(xiàn)在測(cè)厚儀檢測(cè)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(cè)厚儀及軋機(jī)本體無任何報(bào)警信息。此問題長時(shí)間困擾現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)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(jìn)

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

3.1 信號(hào)電纜的影響

測(cè)厚儀檢測(cè)出的數(shù)據(jù)經(jīng)由C型架轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)通過同軸信號(hào)電纜與傳動(dòng)控制柜相連，此電纜利用拖鏈敷設(shè)，便于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)厚儀本體移動(dòng)，由于此段電纜長期處于軋機(jī)內(nèi)部油污高溫環(huán)境中，極易造成腐爛損壞。電纜在傳動(dòng)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(jī)，受磁場(chǎng)干擾較大，極易造成傳輸干擾，影響信號(hào)傳輸質(zhì)量。在2019年的軋機(jī)年修過程中，對(duì)此電纜進(jìn)行了整體更換，拖鏈部分使用了耐腐蝕性更好的型號(hào)；橋架部分對(duì)電纜路徑走向進(jìn)行了優(yōu)化，避開了大容量電機(jī)等強(qiáng)電設(shè)備。改進(jìn)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(jìn)一步討論，決定對(duì)軋機(jī)PLC程序進(jìn)行優(yōu)化，增加厚度偏差防錯(cuò)程序。即利用軋機(jī)的秒流量厚度控制原理，將測(cè)厚儀檢測(cè)的出口側(cè)實(shí)際厚度與秒流量公式計(jì)算出的出口側(cè)厚度進(jìn)行比較，采用“兩條腿走路”的方法，不單純依靠測(cè)厚儀數(shù)據(jù)。當(dāng)二者偏差大于設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警，給予操作人員提示，可以及時(shí)停機(jī)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(jì)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(cè)厚儀實(shí)測(cè)厚度h0與秒流量所計(jì)算的出口帶鋼厚度h進(jìn)行比較，當(dāng)差值大于設(shè)定閾值后，程序輸出報(bào)警。

程序優(yōu)化后，防錯(cuò)報(bào)警程序能夠及時(shí)有效反映結(jié)果。在軋機(jī)生產(chǎn)過程中，沒有再出現(xiàn)因測(cè)厚儀檢測(cè)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(duì)近期出現(xiàn)的多次測(cè)厚儀厚度異常故障，從測(cè)厚儀的基本結(jié)構(gòu)和工作原理深入分析，通過改進(jìn)信號(hào)電纜型號(hào)，優(yōu)化電纜路徑以及軟件程序優(yōu)化，使厚度檢測(cè)異常得以消除，徹底解決了軋機(jī)測(cè)厚儀厚度檢測(cè)異常的發(fā)生，維持了生產(chǎn)穩(wěn)定。