1780热轧特殊仪表培训教材之测厚仪.doc

1780热轧特殊仪表培训教材之RM215-M1测厚仪目 录1 1780热轧测厚仪概述31.1 测厚仪的安装位置31.2 测厚仪主要技术性能指标32 主要部件介绍42.1 C形架52.2 控制柜52.2.1 M1控制器62.2.1.1 M1模块布置72.2.2.2 M1 I/O表82.2.2 维护计算机112.2.3 网络连接113 RM215的标定原理113.1 Full Calibration全标定113.2 单点标定133.3 插值标定（读入标定）134 软件系统134.1 Bachmann提供的软件(闪存中)134.2 Thermo Fisher M1 X射线和快门控制程序144.3 Thermo Fisher M1 Gauge Program144.4 Bachmann M1配置文件144.5 Thermofisher M1测厚仪配置文件144.6 访问M1测厚仪的配置文件154.7 使用Bachmann M1备份工具164.7.1 概要164.7.2 步骤164.7.3 将备份数据下装到闪存卡内。174.7.4 将邮件过来的测厚仪程序拷贝到M1闪存卡中174.7.5 刷新EPOS接口175 EPOS监控画面功能说明185.1简介185.2 合金画面185.2.1 概述185.2.2 合金表195.2.3 建合金表的步骤201 1780热轧测厚仪概述1780热轧装有一台X射线测厚仪，厂家是THERMO FISHER（赛默飞世尔），设备型号是RM215-M1，设备编号SP8731。1.1 测厚仪的安装位置测厚仪仪的C形架安装在精轧机F7轧机出口热输出辊道区域，C形架中心线距离F7中心线3385mm。具体位置如下图所示：测厚仪C形架1.2 测厚仪主要技术性能指标多功能仪的主要测量功能包括：l 中心线厚度用于AGCl 中心线温度主要技术性能指标如下表所示：厚度测量范围1.019.00mm平均响应时间用户可配置10 200 ms采样时间0.5 ms总体积分时间e.g. 10 ms辐射噪声在响应时间为10 ms时, 2-Sigma噪声小于：1 16 mm:At 1.00 mm 0.16%At 2.00 mm 0.15%At 5.00 mm 0.13%At 10.00 mm 0.13%At 16.00 mm 0.13%或 0.2 m，取最大值重复性精度小于 0.05 %厚度, 或 0.2 m, 取最大值精度小于 0.1 %厚度，或 0.2 m，取最大值总体稳定性（飘移）小于 0.25 %厚度，或 0.5 m，取最大值（在启动预热后8小时期间，不经重新标定或标准化）测量间隙典型1000 mm.测量区域约60 mm直径区域通过线典型：射线源离带钢330 mm ，探测器离带钢670 mm合金补偿范围将覆盖指定钢种通常 10 %温度补偿范围620 1,200C标准化频率推荐每块钢之间。标准化时间约5 s (快门打开后)冷启动预热时间约90分钟工作温度范围控制柜C形架+ 5 C + 35 C 正常轧机环境2 主要部件介绍测厚仪系统构成如下图所示：系统主要包括：C形架、控制柜、操作员站（EPOS）、接线箱、水气服务箱、冷却器、警示灯、本地操作盘等部件。接线箱、水气服务箱安装在C形架附近；控制柜、冷却器安装在主电室内的仪表房内；操作员站（EPOS）安装在轧机主操作室内。各部件在图纸上的编号如下：部件编号部件名称1控制柜2操作盘3接线箱4服务箱5C形架6警示灯7CVT8操作站冷却器2.1 C形架RM215-M1的C形架的下臂中包括一个120KV RMG射线源，在射线管上方是一个标准板库。C形架上臂包含一个探测器以及一个高温计。探测器用于将穿过带钢后的X射线能量转换为电信号。探测器中主要包含闪烁晶体（钨酸锌）、光电倍增管（PMT）、前置放大器、以及加热器。闪烁晶体是一种光的波长变换器，它将X射线转换成可见光到紫外线的范围，使其与光电倍增管的光谱匹配。光电倍增管是一种多级放大的光电转换器件，它将微弱的光信号转换为一定量的电信号，其放大倍数通过调节阳极电压来改变，其输出电流与X射线强度成正比。由闪烁晶体产生的荧光经光电倍增管的入射窗打在光阴极上，发生光电效应，打出电子。电子经倍增系统逐级倍增，最后被阳极收集，形成电信号。电信号经前置放大器放大后送出。光电倍增管对外部磁场和环境温度都比较敏感，因此探测器外壳内装有电磁屏蔽和热稳定器（加热器），加热器将探测器内的温度控制在环境温度以上的某一恒定温度，使得环境温度的小的变化不会影响光电倍增管的输出。冷却水用于维持探测器周围稳定的环境温度，以及带走内部高温计、射线源和C形架结构过多的热量。冷却水管的弯曲半径必须大于管径的4倍。冷却水流的方向要保证探测器首先被冷却。射线源和探测器窗口的吹扫压缩空气压力约2.5公斤，流量1m3/min。空气压力过大容易造成窗口过早受损。C形架内还通有干燥的低压压缩空气以减少内部的冷凝。2.2 控制柜控制柜中包含电源、维护计算机、M1 PLC系统、触摸屏、射线源供电和监控单元SPSMU、KV控制板和灯丝驱动板、网络交换机、隔离放大器、光电耦合器、电缆和接线端子等。 M1控制器应用于所有网络和I/O。维护计算机中包含EPOS和M1控制器的软件。2.2.1 M1控制器多功能仪柜内安装有一套Bachmann M1 PLC系统，M1控制器处理所有I/O。2.2.1.1 M1模块布置梅钢1780 RM215-M1 PLC模块布置从左到右依次是：序号模块型号规格第一排1总线扩展模块（主）BEM2111电源NT250功率：45W；输入：24VDC；输出：+5V,15V2控制器MPC270Pentium CPU；COM1:RS232；COM2：RS232/422/4852Ethernet RJ45：10/100M存储器卡、USB接口3空模块LM2014AIO模块AIO2888AI(-10V10V,或020mA)；8AO(-10V10V)5AO模块AO2022AO(-10V10V)6AI模块AI204/22AI(-10V10V)第二排1总线扩展模块（从）BES212/N2DI模块DI23232DI3DO模块DO23232DO4空模块LM2015空模块LM2016DI模块DI23232DI7DO模块DO23232DO8空模块LM201空模块与轧机PLC的所有AIO信号都经过KNICK隔离放大器P 27000 H1；送往轧机PLC的DO信号都经过菲尼克斯光电耦合器PLC-OSC-24DC/24DC/2隔离。2.2.2.2 M1 I/O表第一排AIO模块I/O点如下：I1Mill Speed轧机速度（轧机PLC输入）I2PYRO R1 600-1600高温计输入I3I4Detector Temp探测器温度I5FILAMENT Monitor灯丝监控I6I7I8O1Thickness Deviation (%)厚度偏差（送轧机PLC）O2Thickness Deviation (Absolute)厚度偏差绝对值（送轧机PLC）O3O4O5C-FRAME SPEEDC形架速度O6O7O8第一排AO模块I/O点如下：O1Detector HT控制探测器高压O2KV Program VoltsKV编程电压第一排AI模块I/O点如下：I1Detector signal探测器信号I2KV feedbackKV反馈，来自KV控制板第二排第一块DI模块I/O点如下：DI1X-ray on开射线按钮（来自操作盘）DI2X-ray off关射线按钮（来自操作盘）DI3Open shutter开快门按钮（来自操作盘）DI4Close shutter关快门按钮（来自操作盘）DI5Emergency stop急停按钮（来自操作盘）DI6C-frame forwardC形架前进按钮（来自操作盘）DI7C-frame reverseC形架前进按钮（来自操作盘）DI824V2DI外部24V电源U2DI9SW1，X-Ray Close Loop灯丝驱动板上的SW1（常闭点）,X射线闭环DI10S2，KV Close LoopKV驱动板上的S2（常闭点）,KV闭环DI11S2，TEST MODEKV驱动板上的S1（常开点）,测试模式DI12DI13Emergency stopJunction Box接线箱上的急停按钮DI14Limit switch reverseC形架后限位（来自限位开关）DI15DI16Limit switch forwardC形架前限位（来自限位开关）DI17Shutter open快门已打开（来自标准板库快门控制继电器触点）DI18Shutter closed快门已关闭（来自标准板库快门继电器触点）DI19X-ray Source Coolant TEMP OK射线源冷却水温度正常 35DI20X-ray Source/Detector Flow OK射线源、探测器冷却水流量正常 6 l/minDI21C-frame jacket FlowC形架外壳流量DI22Safty Gate安全门连锁DI23STATUS lamp Power OK警示灯已上电。DI24X-ray Enable射线使能，接线箱上的钥匙开关DI25C-frame Remote/LocaleC形架远程/本地控制，接线箱上的转换开关DI26Oil Flow Switch射线源油流量开关DI27DI28DI29DI30DI31DI32第二排第一块DO模块I/O点如下：DO1C-frame forward lamp送往操作盘指示灯DO2C-frame reverse lamp送往操作盘指示灯DO3X-ray on送往操作盘指示灯DO4X-ray off送往操作盘指示灯DO5Open shutter送往操作盘指示灯DO6Close shutter送往操作盘指示灯DO7Command X-rays on控制1+7-K3继电器，控制KV驱动板DO8DO9X-ray On送往接线箱继电器控制警示灯DO10X-ray Off送往接线箱继电器控制警示灯DO11Shutter Open送往接线箱继电器控制警示灯DO12DO13C-frame forward远程控制C形架前进DO14C-frame reverse远程控制C形架后退DO15DO16X-ray OnDO17X-ray OffDO18Shutter OpenDO19Shutter CloseDO20Sample 1. standard插入1#标准板DO21Sample 2. standard插入2#标准板DO22Sample 3. standard插入3#标准板DO23Sample 4. standard插入4#标准板DO24Sample 5. standard插入5#标准板DO25Sample 6. standard插入6#标准板DO26Sample 7. standard插入7#标准板DO27Sample 8. standard插入8#标准板DO28Sample 9. standard插入9#标准板DO29DO30DO31Open shutter控制快门：条件（未急停、安全门关闭）DO32BOOST增压，电压增加到48V送标准板库，用于短时增大电磁阀电流以推进标准板和快门。第二排第二块DI模块I/O点如下：DI1Read读入设定值命令，来自轧机PLCDI2Standardization标准化命令，来自轧机PLCDI3Internal calibration内部标定命令，来自轧机PLCDI4Close shutter关快门命令，来自轧机PLCDI5Measure测量（开快门）命令，来自轧机PLCDI6DI7DI8DI9ESTOP用户急停信号，如果不用，接到-X5:24V3DI1024DI25ESTOP用户急停信号，如果不用，接到-X5:24V3DI2632第二排第二块DO模块I/O点如下：DO1Standardization due需要标准化，送轧机PLCDO2Measuring正在测量，送轧机PLCDO3Healthy健康位，送轧机PLCDO4very thinDO5thinDO6On gaugeDO7thickDO8very thickDO9calibration in progress正在标定，送轧机PLCDO10Reverse LimitC形架在停车位置，送轧机PLCDO11Forward LimitC形架在测量位置，送轧机PLCDO12DO13DO14Ready准备好（已标定，射线ON，准备测量），送轧机PLCDO15DO16DO17 DO322.2.2 维护计算机维护计算机用于系统的监视、管理和维护，维护计算机中主要装有：l Windows XP操作系统l Bachmann M1 工具软件l ThermoFisher EPOS用户接口程序2.2.3 网络连接Rm215测厚仪内部的网络连接图如下：3 RM215的标定原理3.1 Full Calibration全标定用于热轧测厚仪典型标定样板包含如下的低碳钢厚度。使用这些样板的组合可以得到0.125.6mm的任何厚度。样板顺序样板厚度第1块0.1 mm第2块0.1 mm第3块0.2 mm第4块0.4 mm第5块0.8 mm第6块1.6 mm第7块3.2 mm第8块6.4 mm第9块12.8 mm注意：第1块样板在全标定过程中不使用，它作为一个精度检查的方法。标准板库中还包含一个弹簧复位的电磁安全快门，当电磁阀失电时挡住射线。当所有的样板都插入到射线中，并得到相应的测量值后，软件程序开始计算仿样拟合所需的系数，以获得标定厚度以外的插值。一套标定数据通常不能覆盖整个厚度测量范围。原因是当材料厚度增加时，探测器信号变小，导致信噪比恶化，而且此时测厚仪对探测器输出信号的小变化很不敏感。所以，对于更大的厚度有必要提高X射线的输出功率，并使用更厚的样板来得到一个不同的标定曲线。RM215测厚仪可以形成6个标定段，每个对应于一个可配置的X射线高压设定。这些段必须彼此重叠，以确保当厚度远离额定厚度而靠近段末时，也能够进行精确地测量。RM215测厚仪的标定可以通过按触摸屏上的CALIBRATE按钮来启动，也可以由过程计算机通过网络来触发。测厚仪然后根据配置的标定样板和段插入最厚的标准板组合，并进行相应的KV段设定。对于每个标定点，需要两个略微不同的厚度样板组合，以计算出两个系数c和k，x = c - k.ln(V)。然后使用同样的步骤（但是厚度薄一些）来找到其它点，直到达到整个厚度测量范围。最后，根据采集到的数据产生这些系数。这些系数用于厚度值的插值，在建表期间不使用。标定数据必须保存到闪存卡中，使得上电时可以调用。每套标定数据都包含测厚仪的序列号、数据以及标定的时间。当测厚仪设定值变化时，测厚仪计算出一个新的视在目标厚度考虑合金补偿。根据视在目标厚度决定KV段。如果视在目标厚度处于两个段的重叠区，将选择端点离目标厚度更远的段，使得偏离目标值的可测量范围得以最大化。3.2 单点标定当考虑目标厚度的局部精度时，需要进行单点标定，也称为标零（ZERO）。标零时，测厚仪插入合适的样板组合（与目标厚度偏差在5以内），然后计算出必要的系数。3.3 插值标定（读入标定）READIN功能将数据输入到设定数据区，并刷新当前设定数据区。READIN任何时候都可做，即使正在测量时。这对用于无头轧制时特别有用，这时需要使用插值标定，当前保存的标定曲线需要进行插值以设定新的目标厚度、合金和温度数据。标定点间的任何厚度值都必须进行插值。用直线段不可能对曲线进行精确拟合，除非标定样板的数量大大增加（会增加标定时间和数据存储量）。根据经验以及可能曲线的形状，大多数情况下都选用一个三次多项式曲线。这些曲线的表达式是：y = ao + a1z + a2z2 + a3z3插值标定通过仿样拟合的方法来执行。使用这种方法，标定期间获得的已知的数据点被曲线段连接起来，该曲线在连接点梯度和方向都是匹配的，即每一点的一阶和二阶导数是连续的，这保证了曲线的连续性和平滑性。每个标定模式的最后，都需要后续的插值，根据已知数据计算出曲线段的系数，然后在插值标定期间放到多项式等式里。一旦获得了曲线等式，软件就能找到曲线上的任何点。对于每个完整曲线，插值公式需要计算出一套常数。这可以在标定结束时看到，这些常数也被保存起来待用。标定以后，任何有效厚度都可以选择，并且在读入命令插值出正确的厚度测量段、光电倍增管供电电压以及相关常数后， 测厚仪可以立即使用。4 软件系统4.1 Bachmann提供的软件(闪存中)包括：l M-Bios & M-Bootl M-Corel M-Sys.M-BIOS & M-BOOTM-Bios和M-Boot都在M1 CPU的闪存中。它们一起提供芯片的初始化，自检以及装载操作系统，M-core 和M-Sys。M-COREM-Core在闪存卡中，保存VxWorks内核以提供全多任务实时环境。M-SYSM-SYS在闪存卡中，完成下列子任务：l 模块和配置处理l PLC实时环境l 资源处理l 网络和IO处理l Shell4.2 Thermo Fisher M1 X射线和快门控制程序这是用IEC 1131 PLC语言编写的独立程序，用于处理所有X射线和快门的控制，包括输入输出、灯和顺控。M1硬件确保在上电或M1复位时所有输出都OFF以确保X射线关闭快门关闭直到程序运行起来。硬件看门狗监视程序的运行，如果停止运行则对M1进行复位以关闭X射线并关闭快门。4.3 Thermo Fisher M1 Gauge Program这是测厚仪的控制或测量程序。它处理所有非交互的功能，包括：l 控制和顺控l 标定和测量l 开关量和模拟量I/Ol 网络和串行通讯l 钢卷报告l 错误处理和报告该程序是通过Sniff+ VxWorks工具用C语言编写。它编译成一个或几个对象模块，保存在闪存卡中，上电时由M-SYS自动运行。4.4 Bachmann M1配置文件该文件叫mconfig.ini，位于闪存卡中。注意：测厚仪程序使用该文件定义的符号名来访问I/O，所以该文件不能修改。4.5 Thermofisher M1测厚仪配置文件测厚仪配置文集保存在M1闪存卡中。包括：Alloys.ini合金补偿表Caldata.ini标定数据Devfg.ini定义实时偏差输出的刻度Errors.ini定义错误字符串Frames.iniC形架运动和位置检测配置General.ini测厚仪的综合配置Messcfg.ini工厂计算机接口标准配置Netcfg.ini测厚仪网络接口配置Ports.ini端口的分配和配置Report.ini钢卷报告的配置等等4.6 访问M1测厚仪的配置文件这通过使用Bachmann M-Manager工具来实现。步骤如下：1.从维护计算机上运行M-Manager工具打开一个到M1测厚仪的连接（File Open Controller select M1 gauge）2. M1 unitCPU 0:MPC270 System information Memory3. 从object window 中双击/pcc04.又出现两个导航面板，左边是M1-Desktop显示维护计算机的硬盘内容，右边是Controller显示M1闪存卡的内容。5. 在/pcc0的根目录下可看到ini文件。6. 双击ini文件打开编辑。4.7 使用Bachmann M1备份工具4.7.1 概要用户可以使用M1-manager backup工具对M1中的所有配置、设定和安装软件进行全部备份并保存到计算机中。步骤很简单，只要你设置好备份目录，仅需几秒钟就可确保所有ini文件、程序文件和驱动被拷贝出来。一般压缩到4MB。这是得到系统完整快照的最简单方法。4.7.2 步骤1. 启动M-manager。2. 创建一个用户备份文件夹。如果你还没有Backup Folder，通过菜单创建一个C:FileNewBackup Folder3.选择备份文件夹，重新命名为Backup-Customer gauges或类似的名字4. 打开gauge controller：File Open Controller，然后选择对应的控制器。5. 选择控制器项目（目录树中控制器对象的上一级），点击右键选择弹出惨重中的Backup building。6. 从Choose Backup Folder or an Application dialogue菜单中选择刚创建的备份文件夹如：Backup - Customer gauges，所有配置文件（但不是ram0）将开始被传输。7. 一旦传输完成，打开备份文件夹，并将其重新命名为合适的名字，如G1949 200405521。4.7.3 将备份数据下装到闪存卡内。1. 使用M-Manager程序，从file下拉菜单中选择要连接的测厚仪设备号如g1939。2. 在左窗口中点击测厚仪设备名，然后点击CPU 0:MPC270, System Information,memory，最后点击上窗口中间的 /pcc0。3. 右下窗口将显示类似G1939 /CPU 0:MP240的标题，并显示闪存卡上的/pcc0及其目录和文件。底部是/ram 和 /nvram。4. 中下窗口将显示计算机上的驱动器如：C:盘 D：盘。5. 点击进入备份目录。6. 选择文件和文件夹并点击右键，选择COPY7. 点击闪存卡上的/pcc目录，点击右键选择PASTE。8. 备份盘上的所有文件和文件夹将被拷贝并覆盖到闪存卡上。9. 然后对Bachmann进行断电重启或者通过M-Manager进行软启动。10. 从M-Manager重启的方法是：右键点击左上窗口里的测厚仪设备号，然后点击右键选择REBOOT CONTROLLER，点击YES。11. 当Bachmann完成重启后，M-Manager需要重新连接。12. 再次右键点击测厚仪设备号并选择REOPEN CONTROLLER.4.7.4 将邮件过来的测厚仪程序拷贝到M1闪存卡中1. 首先对M1闪存卡进行备份2. 将新程序拷贝到维护计算机上3.打开M-Manager，找到闪存卡文件夹4. 将新测厚仪程序从M1-Desktop拖拉到Controller的/pcc0 /APP目录下5. 重新命名新测厚仪程序RMGAUGE.M.6. 重启M1。4.7.5 刷新EPOS接口1. 测厚仪程序也许已经修改了与EPOS的接口，如果在运行现有EPOS时出现问题，则需要重建EPOS变量数据库。2. 在EPOS站上编辑文件eposM1_ioload.ini，使其最后几行为：LOCALExeSpecialTest=yesExeCustomer=yes(即enable ExeSpecialTest)3. 然后运行eposbinioload_gui_d.exe.4. 选择菜单项Tes然后选择generate database，点击OK。5. 完成后，关闭ioload。然后重新编辑ioload.ini文件以disable ExeSpecialTest条目。6. 现在重启EPOS就可使接口正常工作。5 EPOS监控画面功能说明5.1简介维护PC运行EPOS程序，提供设定、控制、监视、配置和维护功能。EPOS有三个不同的访问等级：等级 用户密码1 User 1User12 User 2User23User 3User34MaintenanceMaintenance5 Administrator系统登录画面如下：5.2 合金画面5.2.1 概述合金画面用于建立合金补偿表。X射线测厚仪测量的是被材料吸收后的辐射衰减量。该衰减量不仅和材料厚度有关也和其成分有关，另外，一些特殊元素的衰减量还和X射线能量（依赖于射线源KV设定）有关。X射线源发出的不是单能的射线，而是一个宽的辐射频谱区。由于衰减量在能量范围内是变化的，即使已经知道合金的精确成分，也很难精确预测在一些特殊情况下的吸收量，因此需要一个经验的或者