X射线测厚仪测量系统的改进

周鹏

摘 要

冷轧1250五连轧机X射线测厚仪测量系统自投用来故障较多，分析认为影响测量系统稳定性的原因是有电磁干扰、系统设备故障和无线电干擾，并介绍了在提高系统的抗干扰能力、改造设备和屏蔽无线电干扰等方面的改进与优化措施及其效果。

【关键词】测厚仪 电磁干扰 安全端子模块

1 前言

厚度是冷轧产品最重要的指标之一，X射线测厚仪作为厚度测量的设备，是冷轧的关键设备之一。冷轧1250五连轧机的测厚仪测量系统自投用的一年时间内，系统就经常发生各种各样的故障，故障时间多达790分钟，严重影响生产。为了解决测量系统故障较多等问题，本文组织分析，结合实践操作经验，提出了相应的解决办法。

2 分析与改进

2.1 测厚仪测量系统介绍

系统由四台IMS公司的测厚仪、四个现场操作站、四台冷却水箱和主控柜组成，主控柜里面有一台M-SERVER工控机、一台M-CLIENT工控机、EtherCat端子模块和安全端子模块。系统有两个通讯网络：以太网和EtherCat现场总线。以太网络负责连接四台测厚仪厚度信号的传输和现场操作，EtherCat现场总线网络负责设备的动作和逻辑运算。

2.2 问题分析

通过对一年来发生的故障进行分析，可得到导致故障的原因：无线电干扰、电磁干扰、系统设备故障，具体分析如下。

2.2.1 电磁干扰

电磁干扰（EMI），主要有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰主要是电气设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰；辐射干扰是指电气设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电子设备。四台测厚仪周边都有大效率的电机，这几台电机是主要的干扰源。安全端子模块最容易受到电磁干扰，安全端子模块有线路检测功能，能够对短路或者断线等外部故障进行诊断，因为有这些的诊断功能，所以安全端子模块对线路的运行要求高，也容易受干扰报故障。

2.2.2 系统设备故障

系统容易发生故障的设备有： EtherCat端子模块、水冷却器和C型架行走电机等。其故障现象：在现场的EtherCat端子模块散热效果差导致损坏；测厚仪冷却水流量低和X射线管温度高报警，原因是水冷却器与测厚仪的水管过长，而且受地面环境所限转弯角过多，导致流量和冷却效果差；四台测厚仪随机出现不能从轧线上退出来标定，原因是C型架行走电机的抱闸抱死不能打开。

2.2.3 无线电干扰

测厚仪在正常生产中，有好几次莫名其妙的故障：安全端子模块报故障，但检查模块和线路都是正常的，重启系统就正常。后来在一次偶然的机会发现，在测厚仪主控柜柜门打开时，值班人员在旁使用对讲机，测厚仪就会受到干扰，由此可知无线电也会对系统进行干扰。对讲机的功率为3W，在工作经常会使用，但也未发生过类似的事故，这也说明测量系统抗无线电干扰能力弱。

2.3 改进措施

经过上述问题分析，造成X射线测厚仪系统故障的主要原因有电磁干扰、系统自身故障和无线电干扰。因此，为了减少系统故障的发生率，提高系统的稳定性，必须从抗干扰、改造设备和屏蔽无线电干扰等方面进行改进。

2.3.1 提高系统的抗干扰能力

介绍改进措施前，先要理解电磁兼容性这个名词，国标GB/T 4365-2003对它的定义：“设备或系统在其电磁环境中能正常工作并不对其环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力”。因此可知，电磁兼容性要求设备或系统能达到下面标准：

（1）设备或系统在正常工作中对所在环境产生的电磁骚扰不能超过一定的限值；

（2）设备或系统对所在环境中存在的电磁骚扰具有一定程度的抗扰度，也就是电磁敏感性。

也就是说，要解决电磁干扰，有两种办法：

（1）把干扰源去掉；

（2）提高测厚仪系统的抗干扰能力。

在本例中，干扰源电机是客观存在的，不可去掉的，只能从提高系统的抗干扰能力入手。

主要措施如下：

（1）传统的电缆的桥架是敷设在地面，我们把测厚仪槽式桥架改为悬空架设，这样可在空间上与干扰源保持一段距离从而抗干扰能力增强。

（2）重新敷设信号接地、屏蔽接地和安全接地。把四台测厚仪、四个现场操作站和主控柜中信号接地连接起来，使测量系统的地电位保持一致，这样对外磁场的空间干扰进行削减；并保证安全接地与信号接完全分离。

（3）测量系统的端子模块与一级自动化系统的快停电缆连接断开，只使用DP通讯电缆与一级自动化系统通讯，进一步切断外部的直接干扰。

2.3.2 改造设备

针对设备出现的故障，通过改造设备等措施，很好地解决了问题。具体措施如下：

（1）在个别EtherCat端子模块旁加上小风扇，助其散热。

（2）根据测厚仪C型架行走电机的减速比，把电机抱闸去掉，测厚仪也能精准停止，这样就杜绝移动故障。

（3）冷却水箱重新布置，水管架空敷设，避免转弯角多和布管过长，保证X射线管的温度稳定。

2.3.3 屏蔽无线电

无线电波是由变化的电场和变化的磁场组成，变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，磁场与电场缺一不可，否则就无法传播。当空中电场在金属网的周围形成后，由于导电金属的短路作用，破坏了电场的形成。基于以上所述，无线电波到达金属网区域后，电场消失，无法继续产生磁场，从而截断了无线电波的继续传播. 测量系统的主控柜其实就是一个很好的金属屏蔽体，但是在柜门关闭的前提下。所以只要车间管理上规定：在生产时，禁止在测厚仪主控柜旁使用对讲机和确保柜门是关闭，并在主控柜上标识禁用对讲机。

3 结语

针对X射线测厚仪测量系统存在的问题，经过综合实施以上措施后，效果非常明显，系统的稳定性得到极大提高，经统计测厚仪的故障时间下降约95%，基本实现了设备稳定高效运行，为冷轧产品的厚度控制提供了设备保证。

参考文献

[1]GB/T 4365-2003，电工术语-电磁兼容（S）.