引言
　　
　　隨著生產工藝對測量精度、測量穩(wěn)定性要求的提高和舊設備的性能劣化，寶鋼分公司1420軋軋機測厚儀更換改造于2006年10月年修期間實施完成，把原來3臺DMC公司的480型測厚儀改造為德國IMS公司的X射線測厚儀。至此，分別位于1機架前后、5機架前后的4臺冷軋帶鋼測厚儀全部為技術*、集成化程度高、性能穩(wěn)定可靠、測量精度高的德國IMS公司的X射線測厚儀，為穩(wěn)定生產、提高產品質量、增加產能提供了有力的保證。
　　
　　1、系統(tǒng)分析
　　
　　1.1X射線測厚原理
　　
　　X射線穿透物質時的衰減規(guī)律是X射線測厚儀測量的理論基礎，光電式傳感器將射線強度的變化轉變?yōu)橐子跈z測、處理和傳輸的電量變化。如圖1所示，當X射線投射到被測物后，一部分射線為被測物吸收，一部分射線穿過被測物，穿過被測物質后的射線強度，在物質成分一定的情況下，和被測物的厚度和密度有關，若被測物的密度為已知時，則可以根據檢測到的射線強度來計算出被測物質的厚度。X射線測厚儀就是基于此關系原理制造而成的測厚系統(tǒng)。　　　　
　　X射線通過物質時部分被吸收，其強度被衰減，經衰減后的強度按指數曲線下降,其吸收關系式為
　　
　　I=I0EXP（-ρu’s）（1）
　　
　　式中，I為探測器上探測到的被衰減后的射線強度，I0為X射線源發(fā)射的初始輻射強度,ρ為被測材料的密度，u’為材料對X射線的質量吸收系數，s為被測材料的厚度。
　　
　　1.2IMS測厚儀系統(tǒng)結構
　　
　　4臺測厚儀的現場測量框架—C型架分別位于1機架前后、5機架前后，對應的測厚儀系統(tǒng)裝置命名為T0、T1、T4、T5。T0測出的厚度值送給軋機基礎自動化控制系統(tǒng)，參與前饋控制；T1、T4、T5由于位于軋機后，其測量值則參與反饋控制，4臺測厚儀的測量結果、測量精度和運行狀況將直接影響軋機軋制的精度、產品質量和產量。
　　
　　其中T1、T4、T5的C型架上集成了激光測速儀的激光探頭，但測速儀的操作、處理、顯示部分獨立于測厚儀之外，通過內部Ethernet網絡可以和測厚儀通信；T1、T4共用一個電氣柜（位于電氣室內），亦即二者共用處理、存儲、顯示部分。不考慮現場C型架上的激光測速部分，則4臺測厚儀具有相同的系統(tǒng)配置、網絡結構和信號處理流程，下面以T0為例來加以解釋說明。
　　
　　T0系統(tǒng)結構如圖2所示。　　　　
　　總體上，從位置和區(qū)域來講，該測量系統(tǒng)可以分為兩大部分：軋機現場測量、轉換部分和儀表室處理、控制部分。從功能來講，可分為三大部分：探頭信號測量處理部分、光管及高壓控制部分和輸入/輸出信號部分。
　　
　　探頭感應X射線強度并轉化為電流信號（10-12~10-7A），經測量轉換器放大并轉變?yōu)閿底中盘柡蠼浻晒I(yè)以太網，利用光纖介質快速、穩(wěn)定地傳輸到儀表控制室，光纖傳輸介質轉換為5類雙絞線后，連接到系統(tǒng)內部網絡交換機，數據zui終被M—Client計算機獲得。M—Client獲得數字化的厚度測量值，進行一系列計算處理，處理后的數字量一路用于M—Server計算機內的軟件顯示、控制，通過V—Client顯示器觀察；另一路轉換為模擬量，輸出到現場總線Interbus模擬量模塊，并zui終送給軋機控制系統(tǒng)的PLC。同時，送給軋機PLC的還有測厚儀狀態(tài)信號，從軋機PLC接收控制用設定數據，包括軋制目標厚度值、鋼卷號等。
　　
　　高壓發(fā)生器供給X射線管發(fā)射X射線所需的陰極負高壓和燈絲電流，X射線控制器通過串行口控制高壓發(fā)生器所提供的高壓和燈絲電流大小，并通過測量反饋數據線來獲得當前的光管電流、高壓、燈絲電流等實際值，用于狀態(tài)監(jiān)視和控制。這些數據由射線控制器串行口輸出，經由COM—Server接口轉換器，轉換為RJ-45接口后，送給內部網絡交換機，于是便可在M—Server內的軟件上顯示、控制。
　　
　　該測厚系統(tǒng)輔助I/O信號用現場總線來傳輸，選用的是德國PhoenixContact電氣公司的Interbus總線。現場的高壓有無、快門狀態(tài)、C型架位置、冷卻水溫度流量是否超限等狀態(tài)信號，均通過現場總線Interbus傳輸至儀表控制室的工控處理機M—Client，并由前述M—Server內的軟件顯示出來，用于監(jiān)視、處理。
　　
　　Q-Server計算機用于大量數據長期存儲和數據統(tǒng)計分析，其內裝有SQLServer數據庫和數據顯示、分析軟件，Q-Client顯示器用于對Q-Server內容的顯示。數據的海量存儲和數據統(tǒng)計，既適應了生產工藝的需求，又有利于測厚儀的長期維護。NAT32作為一個網關，用于測厚儀TCP/IP協議和西門子H1協議的轉換和兩個網絡的通信，完成設定數據、測量數據和狀態(tài)數據的傳輸。
　　
　　1.3測厚儀的網絡結構
　　
　　測量數據從現場到儀表控制室的傳輸、測量結果和狀態(tài)被M—Server內軟件調用、測量數據存儲到Q—Server數據庫、測量數據偏差及測厚儀狀態(tài)數字量信號送出、設定數據的接收、各測厚儀間通信等等都是通過網絡來實現的。如果把與測厚儀系統(tǒng)通信的軋機控制系統(tǒng)所在網絡理解為外部網絡，則測厚儀系統(tǒng)各裝置之間的則是通過內部以太網網絡來實現的。如圖3所示。　　　　
　　測厚儀系統(tǒng)內部網絡分為兩個子網：①數據測量傳輸子網N1；②測量數據處理、調用、存儲、顯示及系統(tǒng)各參數配置管理子網，亦即系統(tǒng)控制管理子網N2。
　　
　　在測厚儀系統(tǒng)內部，該通信網絡及其終端稱為MEVInet，它是“Measuringandvisualizationnetwork”的縮寫，由IMS公司開發(fā)、已經注冊的標準自動化系統(tǒng)網絡。該系統(tǒng)符合通用技術標準，并能在軟件和硬件間提供zui大化的透明度。因此，網絡性能穩(wěn)定，通信速度快（100MB/s），便于擴展，維護起來非常方便。MEVInet由4個子系統(tǒng)組成：
　　
　　①MEVInet-M（測量、控制、管理功能）
　　
　　-M-Server
　　
　　-M-Client
　　
　　②MEVInet-V（顯示、監(jiān)視功能）
　　
　　-V-Client
　　
　　③MEVInet-Q（質量管理功能）
　　
　　-Q-Server
　　
　　-Q-Client
　　
　　④MEVInet-N（通信連接功能）
　　
　　-Switch
　　
　　-EthernetCard
　　
　　-5UTPandFiber
　　
　　MEVInet-N建立起通信鏈路，把MEVInet-M、MEVInet-V、MEVInet-Q等3個子系統(tǒng)組成一個內部局域網。
　　
　　1.4儀表特性
　　
　　系統(tǒng)選用MXR161型號的金屬陶瓷管，zui大承受高壓為160KV；高壓發(fā)生器型號為HSG101，zui高可提供100KV的高壓。在正常工作狀態(tài)下，系統(tǒng)采用了約80KV的管高壓和3.0mA的管電流，使射線管長期工作于zui大耐壓的1/2處，可以有效地延長射線管的使用壽命。該射線管正常使用壽命可以達到4~6年。
　　
　　T0選用了4個相同型號KG20/20的電離室作探頭，每個電離室的高壓均用1200V，電離室zui大可輸出電流約為100000pA。
　　
　　現場測量裝置采用C型框架，從“待機”位向“測量”位由電動馬達驅動，可自由移動。快門及內部標準板的動作由壓縮空氣和彈簧機構組成的力平衡系統(tǒng)驅動，實現快門開光和標準板的進（IN）/出（OUT）。X射線管用二次循環(huán)冷卻水冷卻，冷卻水循環(huán)控制系統(tǒng)自行設計。測厚儀系統(tǒng)參數見表1。
　　　　
　　1.5系統(tǒng)性能指標
　　
　　2006年10月年修期間施工安裝并完成調試后，以T0為例，得出如下性能指標：
　　
　　①被測材料為碳鋼和高強度鋼板；
　　
　　②測量范圍0.1~4.0mm；
　　
　　③線性≤±0.05%；
　　
　　④時間常數1.4ms（圖4）；
　　
　　⑤重復性（2σ）≤±0.1%；
　　
　　⑥漂移短期漂移≤±0.05%、長期漂移（8小時）≤±0.1%；
　　
　　⑦統(tǒng)計噪聲（2σ）≤±0.1%（在總的有效時間常數為10ms的條件下）。　　　　
　　關閉系統(tǒng)定時（8小時）校正功能，連續(xù)測量15個小時厚度為3451μm的鋼板，得到的漂移趨勢圖如圖5所示。圖6所示為所測鋼板厚度為0mm時得到的噪聲曲線圖。　　　　　　
　　2、結束語
　　
　　本系統(tǒng)X光管采用二次水循環(huán)冷卻，在日常的點檢維護過程中，X光管冷卻水的溫度和流量監(jiān)視是重要工作之一，因為冷卻的效果將直接影響到光管性能和壽命，進而影響到測量精度和穩(wěn)定性。光管高壓接頭定期涂抹硅膠，以確保其良好的絕緣性，對于光管維護和確保測量精度意義重大。軋機現場的惡劣環(huán)境，如：噪音、水、油、乳化液等，如吹掃工作不到位，將會影響X射線光路的清潔度；振動、機械移位等，將會改變測量的角度和距離（passline高度）。如果這種影響在一定范圍內，則可以通過系統(tǒng)“校正”功能修正、消除，不僅可以提高測量精度，也方便了日常設備的維護。
　　
　　本測厚系統(tǒng)采用了噪聲低、壽命長、性能穩(wěn)定的X射線源以及惰性氣體電離室、光纖傳輸介質和現場總線技術，利用集成化程度很高、功能強大的工控機（M—Client）進行數據信號的處理。一系列*技術的應用，大大提高了測量的精度和穩(wěn)定性，有效地降低了故障點，減輕了日常點檢維護工作的強度。雖然較高的集成化程度降低了系統(tǒng)的復雜性和故障點，但同時帶來了主要備件更換的昂貴代價。另外，該系統(tǒng)本身高昂的價格，也為其應用增添了一些局限性。
　　
　　參考文獻
　　
　　1謝忠信,等.X射線光譜分析.科學出版社,1982.
　　
　　2德國IMS公司.操作手冊（OperatingManual）.設備資料,2006.（end）