1、前 言
濟鋼中厚板廠精軋機自動厚度控制系統(tǒng)使用德國Radiometrie 公司的RM200 C型γ射線測厚儀對鋼板進行厚度測量，可測量厚度為5-50mm的鋼板。該系統(tǒng)對采集的模擬信號進行計算機處理，具有自動診斷及人工智能修正功能。做為計算機控制系統(tǒng)LEVEL 1網(wǎng)的厚度值反饋給LEVEL 2網(wǎng)，從而使精軋機AGC壓下控制系統(tǒng)自動調(diào)整軋制壓力及輥縫，保證鋼板成品厚度的準確性。
2、前言射線測厚儀系統(tǒng)組成及探頭工作原理
2.1 測厚儀控制系統(tǒng)的組成
測厚儀控制系統(tǒng)由C型架、探頭放射源CS137（50Ci）、接收器，遠程按鈕、計算機操作站、測量系統(tǒng)與計算機通訊接口控制柜、冷卻及供風系統(tǒng)。
2.2 探頭工作原理
探頭包括光電倍增器的高壓生成器，測量值處理系統(tǒng)和一個自動溫度補償標定系統(tǒng)。測量值的電流信號運用電流積分的原理，并通過I/U信號轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成電壓信號并放大。為保證測量信號在強烈波動以及在長時間溫度變化的情況下保持穩(wěn)定，自動標定會把這種波動限制在0.3%的范圍內(nèi)。原理如圖1所示。
圖1 探頭工作原理
3、計算機控制系統(tǒng)（Gauge Computer）組成
3.1 操作界面
操作者在計算機工作站通過計算機HMI（人機交互接口）對測厚儀系統(tǒng)進行操作，即C型架的同步、移動操作以及放射源的開/關(guān)操作。系統(tǒng)設計了多個操作界面來實現(xiàn)不同的功能。如檢測C型架的位置、系統(tǒng)的工作狀態(tài)、鋼板厚度測量數(shù)值及曲線，并可隨時對系統(tǒng)自動進行標準化校驗等。
3.1.1 操作主界面
在此界面，可以對測厚儀進行任何操作，包括：放射源的開/關(guān)，C型架的同步、移動、定位，停止，檢測方式選擇，數(shù)據(jù)輸出顯示等。同時可進行探頭的自動校準操作，在離線位置按下“標準化”按鈕，系統(tǒng)自動進行完整的標準化工作，對系統(tǒng)本身進行回零標定。在離線位置或C型架過熱或過冷時，若無鋼板過來，系統(tǒng)也可進行標準化工作，當鋼板過來時，標準化停止。它的目的其實只是在比較一下放射源開與關(guān)時的輸入信號的輸出電壓值，是否偏差，進行調(diào)整，以保證每塊鋼板的檢測數(shù)據(jù)可靠。
3.1.2 側(cè)面曲線界面
在此界面，側(cè)面曲線圖可能直觀的顯示出鋼板在檢測過程中長度方向的每個點厚度值及整個鋼板的厚度分布。可以根據(jù)圖形分析鋼板在軋制過程中哪個部分的厚度超差，及時調(diào)整相應的參數(shù)。
3.1.3 樣片校準界面
為保證探頭檢測的準確性，每隔一段時間要用標準純鐵樣片對系統(tǒng)進行校準。系統(tǒng)會根據(jù)探頭控制電路信號的飄移情況自動給出糾正系數(shù)。一般每月做一次樣片校準工作。
3.1.4 維護人員界面
維護人員可以在此界面中設定系統(tǒng)參數(shù)，C型架的起始位置，檢測時間間隔、行程控制等。采集并顯示系統(tǒng)工作及靜態(tài)時的測量參數(shù)，如探頭電壓、電流值，脈沖信號等，為系統(tǒng)維護提供參考數(shù)據(jù)。
3.1.5 原始數(shù)據(jù)輸入界面
在聯(lián)機狀態(tài)下，此界面的參數(shù)通過乙太網(wǎng)直接來自精軋機自動控制系統(tǒng)的LEVEL 2網(wǎng)，包括鋼坯的化學成分，當前軋制溫度，環(huán)境溫度，鋼板尺寸，合金補償系數(shù)，溫度補償系數(shù)等。在單機狀態(tài)下，只能人工進行輸入或修改。
3.1.6 數(shù)據(jù)存儲及打印界面
該系統(tǒng)可以自動保存鋼板厚度測量數(shù)據(jù)及曲線圖，并可根據(jù)需要進行輸出或打印。
3.2 系統(tǒng)硬件組成
測量的鋼板厚度模擬信號經(jīng)過控制電路處理后送到計算機操作控制站，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號傳送至AGC控制系統(tǒng)，做進一步的處理。該系統(tǒng)包括：
3.2.1 處理器單元
用實時處理器對測量值進行計算，來實現(xiàn)對探頭和自動診斷系統(tǒng)的控制。處理器單元包括一塊印刷電路板卡，數(shù)據(jù)線、地址線和控制線同時聯(lián)接到計算機主板上。同時使用高速數(shù)率總線控制系統(tǒng)，在任何時候它的配置可以擴大，在面板上有LED指示燈顯示狀態(tài)。
3.2.2 測量、修正和電氣控制系統(tǒng)
測厚儀探頭處理器的這三個功能塊的主要作用：一是接收探頭的信號并轉(zhuǎn)換成標準信號；二是根據(jù)每個測量方法的運算法則對測量值進行格式化；三是根據(jù)不同的操作模式控制探頭和測量設備的操作。
探頭處理器是模擬信號處理單元，它決定每一幅輸入、輸出電路圖像。而另一塊32位處理器（68030處理器）單元，用來處理接收的探頭測量值，并用MPC（MEMORY-PROGRAMMED CONTROL）集成塊來實現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的控制功能。
3.2.3 中央處理器CPU
它包括一個實時的時鐘，主要用來執(zhí)行所有輸入、輸出的數(shù)字和模擬信號的控制命令。
3.2.4 處理器模塊68030
用來處理所有的測量值。68030處理器模塊通過一塊特殊的68030-MPC控制器與MPC進行通訊。這個模塊還管理著乙太網(wǎng)的接口。
3.2.5 位置控制模塊
配置一塊快速輸入計數(shù)器來確定測厚儀探頭的當前位置，并發(fā)給電機控制器一個±10V的模擬信號來控制電機前后運行的速度。
3.2.6 其它模塊
電源模塊、MPC/68030控制器、模擬量輸入、輸出模塊、數(shù)字輸入、輸出模塊、通訊模塊等。
4、客戶機與AGC計算機的通訊及數(shù)據(jù)傳輸
客戶機（HOST COMPUTER）與AGC（自動厚度控制）計算機（SERVER）的網(wǎng)絡協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸是通過68030處理器來實現(xiàn)的。主機主要用來設置測厚儀的參數(shù)和產(chǎn)品參數(shù)，以及遠程控制，接收測量反饋值和狀態(tài)信息。
4.1傳輸協(xié)議
使用TCP/IP 通訊協(xié)議，數(shù)據(jù)是以報文（telegram）的形式發(fā)送的。
4.2 內(nèi)部時鐘的設置
內(nèi)部時鐘的設置用來保證客戶機與測量系統(tǒng)計算機的同步。
4.3 數(shù)據(jù)存放
在測量系統(tǒng)中用2個緩沖區(qū)存放產(chǎn)品參數(shù)：當前鋼板和下一塊鋼板。當前鋼板測量后，下一塊鋼板的參數(shù)自動進入當前緩沖區(qū)。一般來講，當前緩沖區(qū)的鋼板正在進行測量和使用時，新的產(chǎn)品數(shù)據(jù)同步送到下一個緩沖區(qū)。
4.4 修正補償
將測量值與設置值進行比較，差值反饋回AGC控制系統(tǒng)并運用數(shù)據(jù)補償系統(tǒng)（包括合金補償、溫度補償、密度補償?shù)龋瑴y量系統(tǒng)進行自動修正，調(diào)節(jié)下一塊鋼板的測量環(huán)境，以保證測量值的精確性。
5、測量精度
由于鋼板的軋制溫度、鋼種化學成分的不同，因此在測量過程中，系統(tǒng)根據(jù)各種不同的合金組成、溫度等做了相應的補償。為保證測量精度，系統(tǒng)提供純鐵樣片，用校準操作界面可進行對純鐵樣片的比對，從而自動調(diào)節(jié)厚度測量的補償系統(tǒng)。
5.1 溫度補償
該系統(tǒng)對鋼板厚度的測量值，測量溫度為600~1100℃，考慮到測量溫度、膨脹曲線、合金組成等因素，系統(tǒng)內(nèi)部再行再計算，將溫度修正為20℃時的厚度值，既，雖然當前測量的鋼板是剛出軋機的熱鋼板，還未經(jīng)矯直、剪切等工序，但這個測量值己經(jīng)是鋼板冷卻后成品的厚度值。
5.2 合金、密度補償
若是使用L2網(wǎng)與精軋機控制系統(tǒng)相聯(lián)，則鋼種合金成分及密度直接通過乙太網(wǎng)傳送到操作終端，若是單機工作，則需人工將鋼板的合金組成及密度，這個數(shù)據(jù)非常重要，因為系統(tǒng)根據(jù)預設的合金百分比計算出該鋼種響應的吸收系數(shù)，得到最終的合金修正因數(shù)，不同的鋼種有不同的吸收系數(shù)，直接影響到測量值的準確性。
5.3 交叉面和長度面的測量
當C型架在輥道中心線時，測厚儀進行長度方向的測量，這時測厚儀只進行鋼板中心線長度方向測量，鋼板在輥道上勻速前進，將測量值取平均值，這個平均值實際是一個算術(shù)值，反饋給計算機HMI；交叉面的測量是對鋼板進行寬度方向的精密測量，鋼板必須停止，C型架從中心線---輥道邊---輥道另一邊---中心線移動一個來回檢測鋼板，既在寬度方向進行測量，然后重新開始長度面的測量。一般情況下，我們使用長度方向測量，若要分析整張鋼板的厚度分配情況，則可使用交叉面測量。
5.4 標準樣片的校準
將標準純鐵樣片與生產(chǎn)測量值比較，如果兩個數(shù)值相近，則說明系統(tǒng)的計算是準確的。方法如下：將實驗室標準樣片放在系統(tǒng)的樣片測量架上，在操作站的操作畫面上輸入?yún)⒖贾担悠穸龋┗蚰繕酥担聪路诸愑嬎惆粹o，系統(tǒng)自動測量樣片厚度，并根據(jù)測量樣片的實際測量值與樣片標準值的差異，自動給出系統(tǒng)的分類因數(shù)，這個分類因數(shù)將直接影響到測量效果。在一般情況下，當使用自動校準功能后，仍感到測量值與目標值有差距時，就要使用該樣片校準，對系統(tǒng)重新進行標定，給出正確的分類因數(shù)。
5.5 指數(shù)過濾器
對于線性過濾器來講，無論數(shù)據(jù)有多“舊”，它們的分量是平等的。但對于指數(shù)過濾器來講，它大大減少了“舊”的數(shù)據(jù)的含量。過濾因數(shù)α介于0與1之間。先前連續(xù)測量值過濾公式如下：
Mnew ＝α*Anew＋（1－α）*Mold
Mnew：新的計算平均值；Anew：當前測量值；Mold：上次計算平均值
用戶可根據(jù)自己的要求設置α，來削弱當前測量值的比例。起到調(diào)整測量值準確度的目的。
5.6 測量數(shù)據(jù)
一般我們要求測量值精確到小數(shù)點后三位，在樣片校準時可精確到小數(shù)點后四位。而目前用戶交貨允許到小數(shù)點后二位，因此，測量精度精度的提高，大大提高了我們的軋制質(zhì)量，滿足較高要求的厚度控制。
6、結(jié)束語
該γ射線測厚儀于2002年4月在濟鋼中厚板廠投入使用，經(jīng)過現(xiàn)場考核，在鋼板厚度測量及控制方面起到了重要的作用，保證了鋼板軋制厚度的準確性。數(shù)據(jù)采集、自動修正，自動校準，數(shù)據(jù)補償計算機控制系統(tǒng)的應用避免了人為誤差，提高了作業(yè)效率，并帶來巨大的經(jīng)濟效益，該系統(tǒng)在軋鋼企業(yè)具有很好的應用前景。
