1550 mm冷連軋測(cè)厚儀及測(cè)速儀優(yōu)化改造

胡偉平　劉威　胡聰

(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)公司)

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1550 mm冷連軋測(cè)厚儀及測(cè)速儀優(yōu)化改造

胡偉平劉威胡聰

(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)公司)

針對(duì)安鋼1550 mm冷連軋測(cè)厚儀及測(cè)速儀存在的信號(hào)不穩(wěn)定、安全模塊頻繁報(bào)警、測(cè)量能力范圍小的問(wèn)題，提出優(yōu)化措施，保障了設(shè)備穩(wěn)定和生產(chǎn)效率提高。

測(cè)厚儀測(cè)速儀測(cè)量能力

0　前言

安陽(yáng)鋼鐵1550 mm酸洗軋機(jī)聯(lián)合機(jī)組采用國(guó)際先進(jìn)的工藝技術(shù)，是一條技術(shù)含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少的現(xiàn)代化冷軋薄板生產(chǎn)機(jī)組。測(cè)厚儀、測(cè)速儀作為軋機(jī)基礎(chǔ)自動(dòng)化功能的一個(gè)重要組成部分，對(duì)軋機(jī)過(guò)程控制起著尤為重要的作用。酸軋線經(jīng)過(guò)將近兩年的運(yùn)行，測(cè)厚儀和測(cè)速儀也暴露出一些問(wèn)題和不足，致使酸軋生產(chǎn)線不能完全滿足現(xiàn)場(chǎng)的需求和效益及產(chǎn)能的最大發(fā)揮。同時(shí)冷軋為了發(fā)掘、適應(yīng)市場(chǎng)，開(kāi)發(fā)6 mm熱軋酸洗板產(chǎn)品使得現(xiàn)測(cè)量最大能力為3 mm的測(cè)厚儀優(yōu)化改造勢(shì)在必行。

1　系統(tǒng)配置

該機(jī)組測(cè)厚測(cè)速系統(tǒng)采用德國(guó)IMS公司X射線測(cè)厚儀及配套美國(guó)BETA公司的激光測(cè)速儀。主要由3套測(cè)厚儀、3套測(cè)速儀、3套C型組架、中央控制柜、遠(yuǎn)程控制臺(tái)、2套水循環(huán)冷卻系統(tǒng)組成。機(jī)組工藝儀表裝置配置如圖1所示。

1#機(jī)架前(RM01)：配置一套測(cè)厚設(shè)備，測(cè)量來(lái)料厚度；

1#機(jī)架后(RM02+V1)：配置一套測(cè)厚設(shè)備及一套測(cè)速設(shè)備，測(cè)量1#機(jī)架軋制后帶鋼厚度及速度；

4#機(jī)架后(V4)：配置一套測(cè)速設(shè)備，測(cè)量5#機(jī)架軋制前帶鋼速度；

5#機(jī)架后(RM06+V5)：配置一套測(cè)厚設(shè)備及一套測(cè)速設(shè)備，測(cè)量5#機(jī)架軋制后帶鋼最終厚度及軋機(jī)出口速度。

系統(tǒng)各部分相對(duì)獨(dú)立而又相輔相成，系統(tǒng)各部分之間以及與軋機(jī)其他設(shè)備之間的協(xié)同穩(wěn)定工作直接影響著軋機(jī)的正常運(yùn)行。

圖1　測(cè)厚儀及測(cè)速儀配置圖

2　存在的問(wèn)題

2.1測(cè)速儀信號(hào)不穩(wěn)定

帶鋼的厚度控制是冷軋生產(chǎn)中最重要的環(huán)節(jié)，影響軋機(jī)出口帶鋼厚度精度的因素可以分為來(lái)料厚度變化、來(lái)料硬度變化、冷連軋機(jī)本身造成的輥縫變化三大因素。常規(guī)厚度控制可以消除大部分來(lái)料厚度和機(jī)架本身造成的厚度精度，但最大缺點(diǎn)是存在一定的滯后性。系統(tǒng)引入秒流量控制方法可以大大提高成品帶材質(zhì)量，改善控制精度。秒流量方程計(jì)算的準(zhǔn)確性主要取決于軋機(jī)入、出口速度的測(cè)量精度。

酸洗軋機(jī)聯(lián)合機(jī)組2014年3月18日試運(yùn)行投產(chǎn)以來(lái)，測(cè)速儀工作中多次出現(xiàn)失電，并且速度信號(hào)不穩(wěn)定的情況。在金屬秒流量控制中速度信號(hào)極為重要，速度測(cè)量的精度對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能起著舉足輕重的作用。由于多個(gè)班次頻繁出現(xiàn)此現(xiàn)象，導(dǎo)致軋機(jī)必須降速觀測(cè)，甚至要停車對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修，嚴(yán)重影響了控制精度和軋制節(jié)奏。此設(shè)備為進(jìn)口設(shè)備，不但價(jià)格昂貴而且供貨周期長(zhǎng)，為了保證設(shè)備的安全使用，降低設(shè)備損耗和高效穩(wěn)定的生產(chǎn)，該設(shè)備急需改造。

2.2測(cè)厚儀安全模塊頻繁報(bào)警

冷軋采用的是X射線測(cè)厚儀，X射線對(duì)人體有很大的輻射危害，所以該設(shè)備不但在生產(chǎn)上是核心設(shè)備，從安全角度來(lái)說(shuō)也屬于重點(diǎn)監(jiān)控設(shè)備。EL2904模塊功能是測(cè)厚儀檢測(cè)自身通訊、端子模塊的電壓、溫度、斷線等錯(cuò)誤，檢測(cè)到故障會(huì)認(rèn)為設(shè)備處于不可控狀態(tài)，為避免對(duì)人身造成傷害，會(huì)自動(dòng)切斷所有輸出。此現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致測(cè)厚儀85 KV高壓直接斷電，極易造成高壓發(fā)生器和高壓電纜連接器等設(shè)備損壞。由于測(cè)厚儀在軋機(jī)的厚度控制系統(tǒng)中有著不可替代的作用，EL2904模塊報(bào)警導(dǎo)致的測(cè)厚系統(tǒng)突然停機(jī)不但會(huì)導(dǎo)致鋼板斷帶還會(huì)致使軋機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停車，無(wú)法正常生產(chǎn)。此現(xiàn)象如不及時(shí)攻關(guān)改造將嚴(yán)重影響冷軋正常生產(chǎn)。

2.35#機(jī)架出口測(cè)厚儀量程小

由于酸軋線設(shè)計(jì)時(shí)產(chǎn)品大綱中沒(méi)有酸洗板，測(cè)厚儀的量程也是針對(duì)冷軋帶鋼設(shè)置的，在原設(shè)計(jì)中5#機(jī)架出口RM06測(cè)厚儀的測(cè)量范圍為0.25 mm ～2.5 mm，測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的線性化范圍為3 mm。生產(chǎn)酸洗板時(shí)軋機(jī)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(yuǎn)大于測(cè)厚儀量程的。為了保障酸洗板的順利研發(fā)和最終產(chǎn)品的質(zhì)量，測(cè)厚儀亟待擴(kuò)容，進(jìn)行線性化升級(jí)改造。

3　改造措施

3.1測(cè)速儀系統(tǒng)改造

經(jīng)過(guò)對(duì)軋制現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的認(rèn)真分析，發(fā)現(xiàn)外供吹掃壓縮空氣從保護(hù)箱頂部進(jìn)入，經(jīng)過(guò)箱體吹掃鏡頭后流出，箱體內(nèi)形成負(fù)壓，由外面潔凈的大氣補(bǔ)充。檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

軋制時(shí)機(jī)架間環(huán)境惡劣，帶鋼形變產(chǎn)生大量熱量導(dǎo)致起冷卻和潤(rùn)滑作用的乳化液產(chǎn)生大量的含油水霧，而測(cè)速儀保護(hù)箱進(jìn)氣口伸出管路太短，不能完全延伸到軋機(jī)機(jī)架外。因此，補(bǔ)充的空氣是軋機(jī)內(nèi)部含油廢氣。含油廢氣進(jìn)入保護(hù)箱體內(nèi)遇壓空冷凝，在連接信號(hào)傳輸?shù)腄型電纜接頭處造成腐蝕。另外，油霧還會(huì)在激光頭鏡片上附著，造成激光無(wú)法成功聚焦，造成速度信號(hào)跳變和丟失。

圖2　測(cè)速儀檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框

由于機(jī)架間環(huán)境惡劣，水汽極易進(jìn)入測(cè)速儀保護(hù)箱內(nèi)，用一根φ89 mm連接管將測(cè)速儀V4的進(jìn)氣口引至機(jī)架外，并且有向外低的坡度，即便有少量積水也會(huì)流到外面。另外，在儀表的點(diǎn)檢中要求每周檢查兩次，以便及時(shí)清理測(cè)速儀保護(hù)箱內(nèi)冷凝水、清潔玻璃濾片上的油污。經(jīng)過(guò)跟蹤觀察，保護(hù)箱內(nèi)積水現(xiàn)象消除，有效地避免了測(cè)速儀電纜接口腐蝕導(dǎo)致的失電和通訊失敗現(xiàn)象。但在跟蹤觀察期間發(fā)現(xiàn)速度信號(hào)的跳變和丟失現(xiàn)象仍然存在，軋機(jī)升、降速時(shí)尤為明顯。經(jīng)過(guò)細(xì)心觀察和分析發(fā)現(xiàn)軋機(jī)升降速時(shí)會(huì)導(dǎo)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(dòng)的油膜。覆蓋在帶材表面的乳化液嚴(yán)重干擾了激光的發(fā)射與反射通道，致使速度信號(hào)出現(xiàn)不規(guī)律的跳變。針對(duì)此現(xiàn)象我們?cè)跈z測(cè)位置增加了吹掃風(fēng)管，將壓縮空氣壓力調(diào)至0.7 MPa，在帶鋼表面吹掃出潔凈的測(cè)量區(qū)域，有效地解決了速度信號(hào)的跳變。

3.2測(cè)厚儀安全模塊改造

針對(duì)對(duì)講機(jī)對(duì)安全模塊造成干擾，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)距離打開(kāi)門的控制柜0.5 m以內(nèi)時(shí)，將對(duì)講機(jī)電源打開(kāi)，PLC安全模塊報(bào)警，系統(tǒng)停止工作，故障明顯。上述現(xiàn)象的產(chǎn)生與對(duì)講機(jī)產(chǎn)生的電磁干擾有密切的關(guān)系。在使用無(wú)線電對(duì)講機(jī)時(shí)，其天線附近形成了很強(qiáng)的電磁場(chǎng)，這個(gè)電磁場(chǎng)會(huì)對(duì)暴露于電磁場(chǎng)中的電子設(shè)備產(chǎn)生擾動(dòng)。由于設(shè)備維護(hù)和操作人員需用對(duì)講機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)、操作，我們從管理角度對(duì)無(wú)線通訊在控制柜旁的使用作出了規(guī)定，不允許在控制柜開(kāi)啟的情況下近距離使用對(duì)講機(jī)，從根本上杜絕了電磁波輻射干擾影響。

同時(shí)，發(fā)現(xiàn)安全模塊達(dá)到70 ℃會(huì)報(bào)警并停止工作。在該模塊產(chǎn)生報(bào)警時(shí)，檢測(cè)其溫度已到76 ℃以上，導(dǎo)致控制柜RS01中的繼電器不能吸合，最終使測(cè)厚儀停機(jī)。在我們長(zhǎng)期跟蹤下完全鎖定了存在問(wèn)題的PLC模塊之后，及時(shí)聯(lián)系IMS公司，選用最新產(chǎn)品，迅速為存在問(wèn)題的模塊進(jìn)行了升級(jí)更換工作。但由于現(xiàn)場(chǎng)安全模塊均在機(jī)架間的C型架內(nèi)安裝，是較為封閉的空間，僅靠自然散熱可能還會(huì)導(dǎo)致溫度過(guò)高。為了徹底的解決了這一問(wèn)題，我們?yōu)楝F(xiàn)場(chǎng)的安全模塊加裝了冷卻風(fēng)扇，優(yōu)化設(shè)備的通風(fēng)散熱。通過(guò)上述改造后效果明顯，不連續(xù)軋制時(shí)其溫度基本在穩(wěn)定在30 ℃左右。連續(xù)軋制時(shí)溫度最高到60 ℃就會(huì)穩(wěn)定下來(lái)。

3.35#機(jī)架出口測(cè)厚儀線性化升級(jí)改造

理論上講任何一臺(tái)測(cè)厚儀在合同簽訂之時(shí)就已經(jīng)決定了測(cè)量范圍的大小，并無(wú)法更改。但與測(cè)厚儀公司聯(lián)系后得知測(cè)厚儀在制造出廠時(shí)會(huì)留一定的余量，以備客戶的需要時(shí)進(jìn)行擴(kuò)容改進(jìn)，但擴(kuò)容超出一定的量程必須更換內(nèi)部標(biāo)定板，才能保證將來(lái)的去皮標(biāo)定和基礎(chǔ)標(biāo)定有效，因?yàn)闃?biāo)定板的選擇是和測(cè)量范圍有相對(duì)應(yīng)計(jì)算關(guān)系。

內(nèi)部標(biāo)定板更換為6 mm后需要用取樣擴(kuò)容后最大厚度標(biāo)樣的厚度，線性化量程則可以做到8 mm。更換內(nèi)部標(biāo)定板完成后，啟動(dòng)系統(tǒng)，升輻射管高壓。待高壓升至設(shè)定值85 kV后，做CS標(biāo)定。系統(tǒng)顯示RM06 B1測(cè)量通道MM1值為99.8 mV，B2測(cè)量通道MM1值為99.8 mV。開(kāi)啟快門后B1測(cè)量通道MM1值為10000 mV，B2測(cè)量通道MM1值為10000 mV。關(guān)閉快門，修改高壓電流參數(shù)，由5 mA改為3 mA，再次開(kāi)啟快門，B1測(cè)量通道MM1值為8034 mV，B2測(cè)量通道MM1值為8069 mV。繼續(xù)調(diào)整初始MM1值到9600 mV標(biāo)準(zhǔn)值，見(jiàn)表1。

表1　參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值

每個(gè)標(biāo)定周期的標(biāo)定數(shù)據(jù)被錄入和存檔，這些數(shù)據(jù)可用來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)的重復(fù)性和功能性，也可用于質(zhì)量保證的目的。在此過(guò)程中還需要完成對(duì)干擾因素影響的適當(dāng)補(bǔ)償。合金變化是根據(jù)化學(xué)成分和等級(jí)進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算。射線梁上的灰塵等干擾因素則通過(guò)標(biāo)定期間的預(yù)吸收進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算。最后推導(dǎo)即可得出最終測(cè)量計(jì)算得出的物料厚度。

4　改進(jìn)效果

(1)測(cè)速儀改造后，保護(hù)箱內(nèi)部潔凈無(wú)積水，電纜接頭連接牢固無(wú)腐蝕，徹底解決測(cè)速儀頻繁失電、通訊失敗、速度信號(hào)丟失的問(wèn)題。帶鋼被測(cè)量區(qū)域增加了吹掃風(fēng)管后，激光質(zhì)量因子達(dá)到99.9%，速度信號(hào)準(zhǔn)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(bào)警改造后，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的巡檢跟蹤觀察，該設(shè)備運(yùn)行狀況良好，沒(méi)有因?yàn)闇囟雀弋a(chǎn)生報(bào)警的記錄。徹底解決了測(cè)厚儀因無(wú)線通訊干擾和模塊溫度高導(dǎo)致的測(cè)厚儀頻繁停機(jī)的問(wèn)題。不但減少了故障時(shí)間，保障了生產(chǎn)的順行也消除了安全PLC頻繁報(bào)警可能會(huì)導(dǎo)致的高壓發(fā)生器、高壓電纜連接器損壞的設(shè)備隱患。

(3)由于酸軋線5#機(jī)架后只有一臺(tái)測(cè)厚儀，不但擔(dān)負(fù)著厚度控制的作用還擔(dān)負(fù)著對(duì)成品的最終測(cè)量。通過(guò)對(duì)測(cè)厚儀標(biāo)定板的更換、線性化標(biāo)定和合金補(bǔ)償?shù)闹匦略O(shè)定一系列改造，經(jīng)重新測(cè)試，效果良好，精度完全在技術(shù)要求內(nèi)。改造后的測(cè)試效果如圖3所示。

圖3改造后測(cè)試效果

5　總結(jié)

1550 mm冷連軋測(cè)速儀和測(cè)厚儀，通過(guò)這一系列的優(yōu)化改造，有效的解決了設(shè)備隱患，保障了生產(chǎn)效率，并共計(jì)創(chuàng)造年效益682.59萬(wàn)元。

[1]王淑英.電器控制與PLC控制技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005:219-223.

[2]焦清.1420冷軋機(jī)組測(cè)厚儀系統(tǒng)缺陷分析與改進(jìn)[J].寶鋼技術(shù),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(lián)系人：胡偉平，工程師，河南.安陽(yáng)(455004)，安鋼冷軋有限責(zé)任公司；2015-12-11