KELK測寬儀的應用問題分析

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生產線KELK測寬儀在實際應用中遇到的問題及分析解決的過程，這對KELK設備精準穩定的運行有一定的借鑒和指導意義。

測寬儀 三角計算 溫度補償 死機 標定

1　概述

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

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據處理的電氣部分都安裝在現場掃描器箱內，通過掃描器支架固定在現場輥道上方的平臺位置；分立I/O裝置可實現寬度測量相關模擬量以及開關量的輸入、輸出，安裝在供電電源箱或控制室機柜內；測寬儀還提供了專用的標定器，用來進行系統標定和驗證測量精度。標定器是一個可擺動的橫梁燈箱，紅外燈和半透明的散射器裝在蓋板下方，表面由四個開口和四個封閉區域來模擬已知寬度的帶鋼，其最大標稱寬度是1549.4mm，并有來自NIST的精度證書，用于標準數據追溯。

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

測寬儀現場標定的過程即測寬儀建立標定數據表的過程，標定第一步必須要將鏡頭焦距和標定器長度（1549.4mm）正確輸入測寬儀，然后確定標定器擺動梁在水平位置，采集測量數據，再將擺動梁傾斜到兩個極端，分別完成數據采集。通過以上步驟，對于固定寬度的標定器，每個攝像頭CCD相機都會產生一組規律變化的數據，并且測寬儀測量視場中的每一點都會被掃描到。標定器可模擬出八個邊緣，對于每兩個邊緣建立起的間距都可以通過計算得出標定數據，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算結果而推算得出。還有一個重要的參數即“中心線偏差”，表征帶鋼通過輥道時的跑偏情況。它的原理是把兩個帶鋼邊緣的坐標值代數相加結果除以2，得到帶鋼實際中心線的位置，因為在標定時已經知道了軋線的中心線。這兩個位置相減，差值就是“中心線偏差”。

3　溫度補償參數的應用及優化

KELK測寬儀能夠完成帶鋼熱膨脹的補償，輸出冷態寬度。用戶需輸入合金膨脹數據和帶鋼溫度，即建立適應現場不同鋼種的合金膨脹曲線。系統可支持63條合金膨脹曲線，每條曲線可最多輸入64點系數數據，即溫度和膨脹系數。測寬儀內部補償算法如下：

式中，T代表帶鋼溫度（℃）；E為不同溫度下的膨脹系數，以μm/m/℃表示；Wc代表對應溫度的補償系數。為降低成品質檢環節開卷切損，精軋出口測寬儀測得數據直接做為成品寬度的判定依據，所以需要找到最佳的膨脹系數，確保測量精準、可靠。投產初期，溫度補償采用廠家經驗數據。通過與人工實測寬度對比發現，測寬儀冷態誤差確實較大，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，現場采用開卷實測的方法生成帶鋼冷態實際寬度數據與測量結果比較。結合帶鋼溫度曲線，根據補償算法，采用反推的方式優化各溫度點膨脹系數，并輸入系統生成常用鋼種及硅鋼等特有的溫度補償曲線。通過此辦法，測寬儀帶鋼溫度補償更加精準，輸出冷態寬度誤差控制在正負1mm以內。

4　CPU死機問題的解決

現場使用過程中，粗軋測寬儀曾一度出現死機的情況。故障現象為系統停止測量，分立I/O狀態輸出繼電器無指示，需對CPU斷電重啟。據統計，曾因粗軋測寬儀死機造成每月平均10分鐘的熱停時間。可見，CPU死機問題亟待解決。維護人員逐步排查系統電源、光纖收發器、網線連接、掃描器環境溫度等外部原因，并和廠家做多次溝通，更換CPU硬件，但仍然出現死機故障。KELK外方專家對攝像機、接口模塊及系統軟件進行了升級，也沒能解決問題，且精軋測寬儀也開始出現死機現象。解決問題的難點在于，生產狀態下CPU狀態的監控及進程的捕捉。為此，在掃描器現場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”，監視CPU運行狀態。通過死機時監控畫面的捕捉，發現死機時CPU占有率為100%。為進一步分析CPU占有率過高的原因，繼續進行監控，同時使用telnet協議，通過命令“hogs–n-%3–s30”監控CPU占有率超過3%的進程。CPU再次死機時，得到了如圖1所示的重要信息。

圖1　CPU再次死機時得到的重要信息

由圖1可見，“ntpd進程”毀滅性占用CPU系統資源，造成死機。將此信息反饋回外方專家后，對方提供了程序文件。維護人員在現場做了如下操作：

（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）執行成功，屏幕顯示：etc/config/starttntp；（4）通過“shutdown”命令重啟系統，并斷電完成系統硬重啟。

通過以上工作，兩臺測寬儀CPU死機問題得以徹底解決。

5　現場標定

粗軋機后測寬儀平臺在生產過程中，曾因粗軋廢鋼被整體撞翻，現場掃描器及電源箱全被撞倒，部分電纜受力拽斷、損壞。平臺恢復后，維護人員重新定位安裝掃描器及外部設備，恢復受損線路，硬件檢查無問題后，對系統做了自動標定。通過運行標定程序，攝像頭到測量區域三角計算的參數被重新定義，此時標定確認系統測量精度完全符合測寬儀初始化性能指標。

根據三角計算原理，測寬儀標定過程應確保標定器、軋線輥道中心線與掃描器與三點重合。實際測量帶鋼時，可得到帶鋼中心線位移偏差，即帶鋼在輥道上的跑偏。如果在標定過程中沒有確保三點重合，那么通過測寬儀得到的寬度測量結果也許是準確的，但中心線測量結果必然存在偏差。

6　結束語

基于在光電儀表方面的成功應用經驗，KELK測寬儀代表了帶鋼寬度測量設備的較高水準。同時，自動化技術人員本著嚴謹、負責的態度，切實分析解決現場實際問題，使得測寬儀能夠長時間適應軋鋼現場惡劣的工況環境，系統運行穩定，測量精度符合工藝控制要求，確保了成品帶鋼寬度檢測、控制的精準有效，為穩定生產、提高產品質量提供了有力保障。

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