X射線測厚儀測量系統的改進

周鵬

摘 要

冷軋1250五連軋機X射線測厚儀測量系統自投用來故障較多，分析認為影響測量系統穩定性的原因是有電磁干擾、系統設備故障和無線電干擾，并介紹了在提高系統的抗干擾能力、改造設備和屏蔽無線電干擾等方面的改進與優化措施及其效果。

【關鍵詞】測厚儀 電磁干擾 安全端子模塊

1 前言

厚度是冷軋產品最重要的指標之一，X射線測厚儀作為厚度測量的設備，是冷軋的關鍵設備之一。冷軋1250五連軋機的測厚儀測量系統自投用的一年時間內，系統就經常發生各種各樣的故障，故障時間多達790分鐘，嚴重影響生產。為了解決測量系統故障較多等問題，本文組織分析，結合實踐操作經驗，提出了相應的解決辦法。

2 分析與改進

2.1 測厚儀測量系統介紹

系統由四臺IMS公司的測厚儀、四個現場操作站、四臺冷卻水箱和主控柜組成，主控柜里面有一臺M-SERVER工控機、一臺M-CLIENT工控機、EtherCat端子模塊和安全端子模塊。系統有兩個通訊網絡：以太網和EtherCat現場總線。以太網絡負責連接四臺測厚儀厚度信號的傳輸和現場操作，EtherCat現場總線網絡負責設備的動作和邏輯運算。

2.2 問題分析

通過對一年來發生的故障進行分析，可得到導致故障的原因：無線電干擾、電磁干擾、系統設備故障，具體分析如下。

2.2.1 電磁干擾

電磁干擾（EMI），主要有傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾主要是電氣設備產生的干擾信號通過導電介質或公共電源線互相產生干擾；輻射干擾是指電氣設備產生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電子設備。四臺測厚儀周邊都有大效率的電機，這幾臺電機是主要的干擾源。安全端子模塊最容易受到電磁干擾，安全端子模塊有線路檢測功能，能夠對短路或者斷線等外部故障進行診斷，因為有這些的診斷功能，所以安全端子模塊對線路的運行要求高，也容易受干擾報故障。

2.2.2 系統設備故障

系統容易發生故障的設備有： EtherCat端子模塊、水冷卻器和C型架行走電機等。其故障現象：在現場的EtherCat端子模塊散熱效果差導致損壞；測厚儀冷卻水流量低和X射線管溫度高報警，原因是水冷卻器與測厚儀的水管過長，而且受地面環境所限轉彎角過多，導致流量和冷卻效果差；四臺測厚儀隨機出現不能從軋線上退出來標定，原因是C型架行走電機的抱閘抱死不能打開。

2.2.3 無線電干擾

測厚儀在正常生產中，有好幾次莫名其妙的故障：安全端子模塊報故障，但檢查模塊和線路都是正常的，重啟系統就正常。后來在一次偶然的機會發現，在測厚儀主控柜柜門打開時，值班人員在旁使用對講機，測厚儀就會受到干擾，由此可知無線電也會對系統進行干擾。對講機的功率為3W，在工作經常會使用，但也未發生過類似的事故，這也說明測量系統抗無線電干擾能力弱。

2.3 改進措施

經過上述問題分析，造成X射線測厚儀系統故障的主要原因有電磁干擾、系統自身故障和無線電干擾。因此，為了減少系統故障的發生率，提高系統的穩定性，必須從抗干擾、改造設備和屏蔽無線電干擾等方面進行改進。

2.3.1 提高系統的抗干擾能力

介紹改進措施前，先要理解電磁兼容性這個名詞，國標GB/T 4365-2003對它的定義：“設備或系統在其電磁環境中能正常工作并不對其環境中的任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力”。因此可知，電磁兼容性要求設備或系統能達到下面標準：

（1）設備或系統在正常工作中對所在環境產生的電磁騷擾不能超過一定的限值；

（2）設備或系統對所在環境中存在的電磁騷擾具有一定程度的抗擾度，也就是電磁敏感性。

也就是說，要解決電磁干擾，有兩種辦法：

（1）把干擾源去掉；

（2）提高測厚儀系統的抗干擾能力。

在本例中，干擾源電機是客觀存在的，不可去掉的，只能從提高系統的抗干擾能力入手。

主要措施如下：

（1）傳統的電纜的橋架是敷設在地面，我們把測厚儀槽式橋架改為懸空架設，這樣可在空間上與干擾源保持一段距離從而抗干擾能力增強。

（2）重新敷設信號接地、屏蔽接地和安全接地。把四臺測厚儀、四個現場操作站和主控柜中信號接地連接起來，使測量系統的地電位保持一致，這樣對外磁場的空間干擾進行削減；并保證安全接地與信號接完全分離。

（3）測量系統的端子模塊與一級自動化系統的快停電纜連接斷開，只使用DP通訊電纜與一級自動化系統通訊，進一步切斷外部的直接干擾。

2.3.2 改造設備

針對設備出現的故障，通過改造設備等措施，很好地解決了問題。具體措施如下：

（1）在個別EtherCat端子模塊旁加上小風扇，助其散熱。

（2）根據測厚儀C型架行走電機的減速比，把電機抱閘去掉，測厚儀也能精準停止，這樣就杜絕移動故障。

（3）冷卻水箱重新布置，水管架空敷設，避免轉彎角多和布管過長，保證X射線管的溫度穩定。

2.3.3 屏蔽無線電

無線電波是由變化的電場和變化的磁場組成，變化的磁場產生電場，變化的電場產生磁場，磁場與電場缺一不可，否則就無法傳播。當空中電場在金屬網的周圍形成后，由于導電金屬的短路作用，破壞了電場的形成。基于以上所述，無線電波到達金屬網區域后，電場消失，無法繼續產生磁場，從而截斷了無線電波的繼續傳播. 測量系統的主控柜其實就是一個很好的金屬屏蔽體，但是在柜門關閉的前提下。所以只要車間管理上規定：在生產時，禁止在測厚儀主控柜旁使用對講機和確保柜門是關閉，并在主控柜上標識禁用對講機。

3 結語

針對X射線測厚儀測量系統存在的問題，經過綜合實施以上措施后，效果非常明顯，系統的穩定性得到極大提高，經統計測厚儀的故障時間下降約95%，基本實現了設備穩定高效運行，為冷軋產品的厚度控制提供了設備保證。

參考文獻

[1]GB/T 4365-2003，電工術語-電磁兼容（S）.