KELK測寬儀的應(yīng)用問題分析

魏東華

（河鋼承鋼自動化中心，承德 067000）

KELK測寬儀的應(yīng)用問題分析

魏東華

（河鋼承鋼自動化中心，承德 067000）

本文闡述河鋼承鋼1780生產(chǎn)線KELK測寬儀在實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題及分析解決的過程，這對KELK設(shè)備精準(zhǔn)穩(wěn)定的運(yùn)行有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

測寬儀 三角計(jì)算 溫度補(bǔ)償 死機(jī) 標(biāo)定

1　概述

河鋼承鋼1780生產(chǎn)線安裝KELK公司ACCUBAND C965A型測寬儀兩臺套，分別位于粗軋機(jī)出口和精軋機(jī)F7出口。兩個(gè)測量位置被測帶鋼溫度均高于600℃。測寬儀用兩個(gè)線陣CCD攝像頭在輥道視場的暗背景下觀察熱帶鋼發(fā)出的紅外輻射光。通過邊緣測定、線性化修正及三角計(jì)算，濾波輸出帶鋼寬度，完成最終測量。測寬儀精準(zhǔn)測量是保證帶鋼成品寬度命中率的必要條件，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定將影響二級控制模型計(jì)算，甚至因?qū)挾葦?shù)據(jù)異常造成廢鋼，給生產(chǎn)帶來損失。

2　寬度測量的原理

測寬儀屬于光電類測量儀表，主要部件攝像頭和數(shù)據(jù)處理的電氣部分都安裝在現(xiàn)場掃描器箱內(nèi)，通過掃描器支架固定在現(xiàn)場輥道上方的平臺位置；分立I/O裝置可實(shí)現(xiàn)寬度測量相關(guān)模擬量以及開關(guān)量的輸入、輸出，安裝在供電電源箱或控制室機(jī)柜內(nèi)；測寬儀還提供了專用的標(biāo)定器，用來進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定和驗(yàn)證測量精度。標(biāo)定器是一個(gè)可擺動的橫梁燈箱，紅外燈和半透明的散射器裝在蓋板下方，表面由四個(gè)開口和四個(gè)封閉區(qū)域來模擬已知寬度的帶鋼，其最大標(biāo)稱寬度是1549.4mm，并有來自NIST的精度證書，用于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)追溯。

測寬儀信號處理的主要功能是邊緣測定和三角計(jì)算。攝像頭檢測熱帶鋼產(chǎn)生的紅外輻射來定位帶鋼的兩個(gè)邊緣，并且每個(gè)邊緣都被兩個(gè)攝像頭從不同的角度看到，每個(gè)邊緣的位置（即水平和垂直坐標(biāo)）可通過三角計(jì)算的原理、結(jié)合標(biāo)定時(shí)決定的常數(shù)計(jì)算出來。兩個(gè)邊緣間的直線距離就是被測帶鋼的寬度。

測寬儀現(xiàn)場標(biāo)定的過程即測寬儀建立標(biāo)定數(shù)據(jù)表的過程，標(biāo)定第一步必須要將鏡頭焦距和標(biāo)定器長度（1549.4mm）正確輸入測寬儀，然后確定標(biāo)定器擺動梁在水平位置，采集測量數(shù)據(jù)，再將擺動梁傾斜到兩個(gè)極端，分別完成數(shù)據(jù)采集。通過以上步驟，對于固定寬度的標(biāo)定器，每個(gè)攝像頭CCD相機(jī)都會產(chǎn)生一組規(guī)律變化的數(shù)據(jù)，并且測寬儀測量視場中的每一點(diǎn)都會被掃描到。標(biāo)定器可模擬出八個(gè)邊緣，對于每兩個(gè)邊緣建立起的間距都可以通過計(jì)算得出標(biāo)定數(shù)據(jù)，并覆蓋了測寬儀測量范圍的絕大部分，而其余小部分則可以通過以上計(jì)算結(jié)果而推算得出。還有一個(gè)重要的參數(shù)即“中心線偏差”，表征帶鋼通過輥道時(shí)的跑偏情況。它的原理是把兩個(gè)帶鋼邊緣的坐標(biāo)值代數(shù)相加結(jié)果除以2，得到帶鋼實(shí)際中心線的位置，因?yàn)樵跇?biāo)定時(shí)已經(jīng)知道了軋線的中心線。這兩個(gè)位置相減，差值就是“中心線偏差”。

3　溫度補(bǔ)償參數(shù)的應(yīng)用及優(yōu)化

KELK測寬儀能夠完成帶鋼熱膨脹的補(bǔ)償，輸出冷態(tài)寬度。用戶需輸入合金膨脹數(shù)據(jù)和帶鋼溫度，即建立適應(yīng)現(xiàn)場不同鋼種的合金膨脹曲線。系統(tǒng)可支持63條合金膨脹曲線，每條曲線可最多輸入64點(diǎn)系數(shù)數(shù)據(jù)，即溫度和膨脹系數(shù)。測寬儀內(nèi)部補(bǔ)償算法如下：

式中，T代表帶鋼溫度（℃）；E為不同溫度下的膨脹系數(shù)，以μm/m/℃表示；Wc代表對應(yīng)溫度的補(bǔ)償系數(shù)。為降低成品質(zhì)檢環(huán)節(jié)開卷切損，精軋出口測寬儀測得數(shù)據(jù)直接做為成品寬度的判定依據(jù)，所以需要找到最佳的膨脹系數(shù)，確保測量精準(zhǔn)、可靠。投產(chǎn)初期，溫度補(bǔ)償采用廠家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過與人工實(shí)測寬度對比發(fā)現(xiàn)，測寬儀冷態(tài)誤差確實(shí)較大，不符合工藝控制要求，尤其是硅鋼等特殊鋼種，誤差超過4mm以上。為此，現(xiàn)場采用開卷實(shí)測的方法生成帶鋼冷態(tài)實(shí)際寬度數(shù)據(jù)與測量結(jié)果比較。結(jié)合帶鋼溫度曲線，根據(jù)補(bǔ)償算法，采用反推的方式優(yōu)化各溫度點(diǎn)膨脹系數(shù)，并輸入系統(tǒng)生成常用鋼種及硅鋼等特有的溫度補(bǔ)償曲線。通過此辦法，測寬儀帶鋼溫度補(bǔ)償更加精準(zhǔn)，輸出冷態(tài)寬度誤差控制在正負(fù)1mm以內(nèi)。

4　CPU死機(jī)問題的解決

現(xiàn)場使用過程中，粗軋測寬儀曾一度出現(xiàn)死機(jī)的情況。故障現(xiàn)象為系統(tǒng)停止測量，分立I/O狀態(tài)輸出繼電器無指示，需對CPU斷電重啟。據(jù)統(tǒng)計(jì)，曾因粗軋測寬儀死機(jī)造成每月平均10分鐘的熱停時(shí)間?？梢姡珻PU死機(jī)問題亟待解決。維護(hù)人員逐步排查系統(tǒng)電源、光纖收發(fā)器、網(wǎng)線連接、掃描器環(huán)境溫度等外部原因，并和廠家做多次溝通，更換CPU硬件，但仍然出現(xiàn)死機(jī)故障。KELK外方專家對攝像機(jī)、接口模塊及系統(tǒng)軟件進(jìn)行了升級，也沒能解決問題，且精軋測寬儀也開始出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。解決問題的難點(diǎn)在于，生產(chǎn)狀態(tài)下CPU狀態(tài)的監(jiān)控及進(jìn)程的捕捉。為此，在掃描器現(xiàn)場CPU模板串行接口連接顯示器和小口

鍵盤，通過“telnet cpu”鍵入DOS命令“cpuload”，監(jiān)視CPU運(yùn)行狀態(tài)。通過死機(jī)時(shí)監(jiān)控畫面的捕捉，發(fā)現(xiàn)死機(jī)時(shí)CPU占有率為100%。為進(jìn)一步分析CPU占有率過高的原因，繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)使用telnet協(xié)議，通過命令“hogs–n-%3–s30”監(jiān)控CPU占有率超過3%的進(jìn)程。CPU再次死機(jī)時(shí)，得到了如圖1所示的重要信息。

圖1　CPU再次死機(jī)時(shí)得到的重要信息

由圖1可見，“ntpd進(jìn)程”毀滅性占用CPU系統(tǒng)資源，造成死機(jī)。將此信息反饋回外方專家后，對方提供了程序文件。維護(hù)人員在現(xiàn)場做了如下操作：

（1）在資源管理器下，將程序文件（startntp.tgz）拷貝到系統(tǒng)ftp目錄下，然后“Telnet to the gauge”；（2）在根目錄下，輸入如下命令：Tar xvzuf tmp/startntp. tgz；（3）執(zhí)行成功，屏幕顯示：etc/config/starttntp；（4）通過“shutdown”命令重啟系統(tǒng)，并斷電完成系統(tǒng)硬重啟。

通過以上工作，兩臺測寬儀CPU死機(jī)問題得以徹底解決。

5　現(xiàn)場標(biāo)定

粗軋機(jī)后測寬儀平臺在生產(chǎn)過程中，曾因粗軋廢鋼被整體撞翻，現(xiàn)場掃描器及電源箱全被撞倒，部分電纜受力拽斷、損壞。平臺恢復(fù)后，維護(hù)人員重新定位安裝掃描器及外部設(shè)備，恢復(fù)受損線路，硬件檢查無問題后，對系統(tǒng)做了自動標(biāo)定。通過運(yùn)行標(biāo)定程序，攝像頭到測量區(qū)域三角計(jì)算的參數(shù)被重新定義，此時(shí)標(biāo)定確認(rèn)系統(tǒng)測量精度完全符合測寬儀初始化性能指標(biāo)。

根據(jù)三角計(jì)算原理，測寬儀標(biāo)定過程應(yīng)確保標(biāo)定器、軋線輥道中心線與掃描器與三點(diǎn)重合。實(shí)際測量帶鋼時(shí)，可得到帶鋼中心線位移偏差，即帶鋼在輥道上的跑偏。如果在標(biāo)定過程中沒有確保三點(diǎn)重合，那么通過測寬儀得到的寬度測量結(jié)果也許是準(zhǔn)確的，但中心線測量結(jié)果必然存在偏差。

6　結(jié)束語

基于在光電儀表方面的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，KELK測寬儀代表了帶鋼寬度測量設(shè)備的較高水準(zhǔn)。同時(shí)，自動化技術(shù)人員本著嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)的態(tài)度，切實(shí)分析解決現(xiàn)場實(shí)際問題，使得測寬儀能夠長時(shí)間適應(yīng)軋鋼現(xiàn)場惡劣的工況環(huán)境，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，測量精度符合工藝控制要求，確保了成品帶鋼寬度檢測、控制的精準(zhǔn)有效，為穩(wěn)定生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量提供了有力保障。

Analysis on the Application of KELK Width Measuring Instrument

WEI Donghua
(River steel automation center, Chengde 067000)

In this paper, the problems encountered in the practical application of KELK measuring instrument for 1780 production line of River s teel bearing s teel and the proces s of analyzing and solving process are expounded, and the significance of reference and guidance for the accurate and stable operation of KELK equipment is also discussed.

width gauge, triangle calculation, temperature compensation, crash， calibration