测厚仪在板带冷轧AGC中的重要性汇总课件

上海北整工程技术成套有限公司测厚仪在板带冷轧AGC中的重要性陆子平2013-6-25上海北整工程技术成套有限公司测厚仪在板带冷轧AGC中1概述不同的产品需求有不同的纵向厚度偏差要求，当纵向厚度偏差要求较高时（如＜±1%h），在四、六辊冷轧机组上采用手动控制厚度的方法就不具可控性了，采用AGC系统能使板带的纵向厚度偏差处于可控状态，当然前提是AGC系统有效。在讨论测厚仪在AGC中的重要性前，先从AGC系统说起。2013-6-25概述不同的产品需求有不同的纵向厚度偏差要求，当纵向2一、AGC系统简介AGC是英文AutomaticGaugeControl的缩写，中文一般称作“自动厚度控制”。1.板带钢厚度波动的原因

板带钢厚度的波动主要来源于轧制力的波动，而影响轧制力波动的原因是多方面的。引起金属变形抗力变化的因素：轧件温度的波动、轧件成分和组织的不均匀。前者对热轧的影响大，后者对冷轧的影响大。2013-6-25一、AGC系统简介AGC是英文Autom3坯料尺寸变化的影响：坯料厚度不同引起轧制压力和轧机弹跳的变化。轧机方面的原因：轧辊热膨胀、轧辊的磨损、轧辊的偏心等。张力变化的影响：张力主要是通过影响摩擦系数和变形抗力来改变轧制压力的。冷轧中速度变化对摩擦系数的影响十分显著，速度高、摩擦系数小。2013-6-25坯料尺寸变化的影响：坯料厚度不同引起轧制压力和轧机弹跳的变化42.AGC的几种厚控方法板带厚度自动控制的实现，必须以其厚度的连续精确测定及时辊缝的快速调整为前提，这可从厚控手段中体现：2013-6-252.AGC的几种厚控方法板带厚度自动控制的实现，必须以其厚52.1厚度预控（前馈控制）取入口测厚仪的厚度测量值的变化，根据测速装置测得的入口坯料速度，在相应的时间，根据入口厚度的变化对辊缝进行修正。厚度预控主要是用于减小由坯料带来的板带纵向厚度差。2013-6-252.1厚度预控（前馈控制）取入口测厚仪的厚度测量值的变化，62.2厚度监控取出口测厚仪测得的厚度偏差，进行偏差闭环控制。这种控制有滞后的特点，但对诸如轧辊膨胀、轧辊磨损等的非突变型变化，还是相当有效的。考虑到有滞后的特点，所以测厚仪装在离辊缝近的位置为好。2013-6-252.2厚度监控取出口测厚仪测得的厚度偏差，进行偏72.3轧制力或AGC厚度计（Gaugemeter）通过测得的轧制力计算出板带厚度并由测厚仪复验来进行厚度控制，这就避免了测厚的时滞问题。P-Po厚度计式测厚是基于公式h=So+--------K式中So为初始辊缝，P为测得的轧制压力、Po为预压靠力，K是轧制的刚度系数。2013-6-252.3轧制力或AGC厚度计（Gaugemeter）通过8

由于轧制压力的变化可能是坯料厚度的变化，也可能是轧辊的膨胀等所致，由于轧辊磨损、膨胀等难以检测，所以测厚公式中增加一系数。P-Poh=So+----------GK用测厚仪测得的实际值和计算值之差来修正G值。这称测厚仪标定。2013-6-25由于轧制压力的变化可能是坯料厚度的变92.4流量AGC

这一控制方式是根据轧制过程中的运动学特点提出的，即单位时间内通过变形一轧件断面的金属秒流量（体积）相等。FHVH=FhVh板带轧制中厚度很小，因此也可表达为:HVH=hVh

2013-6-252.4流量AGC这一控制方式是根据轧制过程中的运动学特10流量AGC通过入口侧的测厚仪测得板带厚度为H，经过移位贮存，在该测量点的板带离开辊缝时参与计算。根据安装在入口侧、出口侧的板带测速装置，测得板带的入口速度VH和出口速度Vh，根据秒流量恒定原理计算出的板带厚度:VHh=-----HVh计算而得的板带厚度和目标设定厚度的差值，由AGC控制系统驱动执行机构完成厚度控制。2013-6-25流量AGC通过入口侧的测厚仪测得板带厚度113.结论从以上几种常用的AGC控制方法中，测厚仪都起到提供AGC控制依据的作用。所以，测厚仪“不好”，AGC系统肯定不好，当然AGC系统不好，不等于仅是测厚仪“不好”。2013-6-253.结论从以上几种常用的AGC控制方法中，测厚仪都起到12二、AGC系统对测厚仪的基本要求能适应板带厚度、轧制速度、真实反映板带纵向厚度偏差，是AGC系统对测厚仪的基本要求。下面就从测厚仪的几个基本技术参数谈起2013-6-25二、AGC系统对测厚仪的基本要求能适应板带131.响应时间

测厚仪的“响应时间”，当测量厚度发生突然变化（阶跃）时，测厚仪厚度输出达到阶跃的63%所用的时间为系统的响应时间。见下图：2013-6-251.响应时间

测厚仪的“响应时间”，当测量厚度发生突14厚差：约75µm（约7.5V）响应时间：约20ms（上升到最大刻度63%的时间为响应时间，从图上看出，上升阶段约占纵坐标4.5小格，因此响应时间约为横坐标2小格，即20ms。）2013-6-25厚差：约75µm（约7.5V）2013-6-25152.响应时间对AGC控制的意义

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当一段有偏差的钢带的长度小于测厚仪响应时间钢带运行距离时，则测厚仪就不能给AGC输出真实的厚度偏差信号。因此AGC控制系统就不会对这段超差的钢带进行控制。●前馈控制主要是对原料进行消差，测厚仪响应时间长直接影响到前馈控制的果。2013-6-252.响应时间对AGC控制的意义●当一段有偏差的钢带的长16●测厚仪响应时间对厚度偏差真实性的体现和钢带运行速度、即轧制速度有关，将块试样放在测厚仪上，就没有响应时间这个概念了。有时钢带低速运行时厚度偏差很大，当轧制速度提高后厚度偏差小了，这往往不是钢带的厚度偏差小了，而是测厚仪测不到了。●有时钢带在测厚仪上反映厚度偏差符合标准而招用户退货，往往也是测厚仪响应太慢所致。2013-6-25●测厚仪响应时间对厚度偏差真实性的体现和钢带运行速度、即17

●有个很“土”的、用户自己也能做的办法来估算测厚仪的响应时间：在测厚仪上先放置一块和轧制厚度相当的板带，再用一块厚度在轧制厚度10%左右的同质板带以一定速度的速度从测厚仪上“划”过，用示波器看测厚仪的输出信号，以此来估算测厚仪的响应时间。（此法是否科学还望现场专家指正）

●下面是个响应比较快的：2013-6-25●有个很“土”的、用户自己也能做的办法来估算测厚仪182013-6-252013-6-2519Fluke示波器记录静态基础上增加0.5mm厚钢板，10V对应1mm0.5mm钢板从进入到完全移出不到0.4秒，钢板宽度约300mm，移动速度约0.75m/s从曲线看，响应还是很快，能准确反映0.5mm的厚度变化，要是能把输出刷新时间从50ms缩短就更好了2013-6-25Fluke示波器记录静态基础上增加0.5mm厚钢板，10V对20下面是个响应比较慢的2013-6-25下面是个响应比较慢的2013-6-2521●静态基础上增加0.2mm，10V对应0.1mm，静态增加0.2mm，DriverMonitor记录信号为88%左右●图中白色曲线是理论上的测量厚度，前100mm，从0变到最大，中间108mm维持最大信号，后100mm从最大减到0●时间：从输出信号增加15um到回复到比原信号大15um，整个过程约1.2秒，认为试验钢板的移动速度为0.208/1.2=0.17m/s●从曲线看到：即便是0.17m/s的速度，208mm的厚度突变，测厚仪无法及时反应。西门子DriverMonitor记录2013-6-25●静态基础上增加0.2mm，10V对应0.1mm，静态增加0223.对射线型测厚仪来说，“放射源”是决定响应时间的前提条件对γ射线测厚仪，反映放射源大小的指标是“放射性活度”。（放射性活度的法定计量单位名称是：贝可勒尔，符号是：Bq。和现常用的居里、Ci的换算关系是1Ci=3.7×1010Bq对X射线测厚仪，放射源大小由高压电源和射线管的能力决定。放射源大，单位时间穿透板带的“粒子”多，这样电离室接收的信号就强，测厚仪响应就快了。当然放射源“大”的测厚仪并非响应就快，但放射源“小”的测厚仪响应一定不快。测厚仪响应快不等于测量精度就高，精度高需要控制系统的技术措施到位，下面一些指标反映了测厚仪的测量精度。2013-6-253.对射线型测厚仪来说，“放射源”是决定响应时间的前提条件234.重复精度、漂移、噪声4.1重复精度

重复精度通常是这样定义的：（数次测量最大平均值－数次测量最小平均值/标样厚度值）×100%。一个六次的测量见下图：2013-6-254.重复精度、漂移、噪声4.1重复精度2013-6-25242013-6-252013-6-2525标样材料：钢标样厚度：0.111mm数据分析：六次重复测量的平均厚度分别为0.1111674mm、0.1111355mm、0.1111482mm、0.1111530mm、0.1111946mm、0.1111872mm重复精度：（0.1111946-0.1111355）/0.111*100%=0.053%2013-6-25标样材料：钢2013-6-25264.2一定时间的静态精度、漂移一定时间静态精度通常是这样定义的：（一定时间的平均值－标样厚度值）/标样厚度值*100%一定时间漂移通常是这样定义的：（开始1分钟平均值－最后1分钟平均值）/标样厚度值*100%一个一小时的测试见下图2013-6-254.2一定时间的静态精度、漂移一定时间静态精度通常是这样定272013-6-252013-6-2528测试方式：把一内部标样放入射线下，持续测量此内部标样，每隔500ms记录一次其绝对厚度值，连续记录一个小时，然后把记录数据导入Excel表格画图分析。标样材料：钢标样厚度：2.008mm数据分析：最大值2.009664mm，最小值2.005993mm，平均值2.007556mm，开始1分钟平均值2.00749566mm，最后1分钟平均值2.00746331mm一小时静态精度：（2.007556-2.008）/2.008*100%=-0.022%（（一小时平均值–标样厚度值）/标样厚度值*100%）一小时漂移：（2.00746331-2.00749566）/2.008*100%=-0.0016%2013-6-25测试方式：把一内部标样放入射线下，持续测量此内部标样，每隔5294.3噪声噪声通常是这样定义的：相对测量厚度和标准试样厚度差占标准试样厚度的百分数。2013-6-254.3噪声噪声通常是这样定义的：相对测量厚度和标准试样厚度30测试方式：把一内部标样放入射线下，持续测量此内部标样，在PLC里每隔10ms记录一次其绝对厚度值并存入DB块，连续记录5分钟后任意选取其中30s数据导入Excel表格画图分析。标样材料：钢标样厚度：0.714mm数据分析：最大值0.7142336mm，最小值0.7134084mm，平均值0.7138039mm，总记录数据数3000，厚度值在0.714mm±0.1%(0.713286mm–0.714714mm)范围内的数据数为3000噪声：<测量值±0.1%2013-6-25测试方式：把一内部标样放入射线下，持续测量此内部标样，在PL312011年会议上马鞍山市锐泰科技有限公司王实先生对测厚仪性能参数的意义和测试方法有比较详细的论述，大家可以再看一下。测厚仪测量精度主要和测厚仪的控制系统有关，包括硬件和软件。在硬件方面，元器件的质量很重要，软件方面，那就体现制造商的水平了。2013-6-252011年会议上马鞍山市锐泰科技有限公司王实先生对测厚仪性能325.小结

AGC系统的前提条件之一是厚度的连续精确测定，所以测厚仪不好，AGC系统肯定不好。当然测厚仪不是AGC系统的全部，测厚仪好了，不等于AGC一定好；机组厚控水平的高低，取决于机组的机械制造质量、安装精度、传动控制精度，AGC系统的精度，等。所以AGC“好”了，不等于机组的厚控水平就一定“好”了。2013-6-255.小结

AGC系统的前提条件之一是厚度的连续精确测定33●测厚仪的源“小”、源不稳定，则测厚仪肯定“不好”；但“源”大了、稳定了，不等于测厚仪就“好”了，因为还有电离室和控制系统。●要能跟得上板带的厚差阶跃，则测厚仪的响应要“快”，快和慢是个相对概念，不同的轧制速度、不同的控制策略需要不同的响应时间。影响响应的主要因素（对射线测厚仪来说）是放射源的“大小”。●测厚仪的稳定性和精度由放射源和控制系统共同决定。X射线测厚仪射线源的稳定对测厚仪的影响远大于γ射线测厚仪，因为γ射线来自放射性物质2013-6-25●测厚仪的源“小”、源不稳定，则测厚仪肯定“不好”；但“34的辐射；而X射线受到高压电源、射线管、工作温度的影响，变量就多了。从工作原理来讲，不存在X射线测厚仪和γ射线测厚仪谁好谁坏的问题。只要源足够“大”，控制系统一样“好”，那对AGC系统而言，两者是一样的。现在一部分的γ射线测厚仪响应慢，大都是源小的问题，不能因此得出γ射线测厚仪不如X射线测厚仪的结论。

2013-6-25的辐射；而X射线受到高压电源、射线管、工作温度的影响，变量就35上海北整工程技术成套有限公司测厚仪在板带冷轧AGC中的重要性陆子平2013-6-25上海北整工程技术成套有限公司测厚仪在板带冷轧AGC中36概述不同的产品需求有不同的纵向厚度偏差要求，当纵向厚度偏差要求较高时（如＜±1%h），在四、六辊冷轧机组上采用手动控制厚度的方法就不具可控性了，采用AGC系统能使板带的纵向厚度偏差处于可控状态，当然前提是AGC系统有效。在讨论测厚仪在AGC中的重要性前，先从AGC系统说起。2013-6-25概述不同的产品需求有不同的纵向厚度偏差要求，当纵向37一、AGC系统简介AGC是英文AutomaticGaugeControl的缩写，中文一般称作“自动厚度控制”。1.板带钢厚度波动的原因

板带钢厚度的波动主要来源于轧制力的波动，而影响轧制力波动的原因是多方面的。引起金属变形抗力变化的因素：轧件温度的波动、轧件成分和组织的不均匀。前者对热轧的影响大，后者对冷轧的影响大。2013-6-25一、AGC系统简介AGC是英文Autom38坯料尺寸变化的影响：坯料厚度不同引起轧制压力和轧机弹跳的变化。轧机方面的原因：轧辊热膨胀、轧辊的磨损、轧辊的偏心等。张力变化的影响：张力主要是通过影响摩擦系数和变形抗力来改变轧制压力的。冷轧中速度变化对摩擦系数的影响十分显著，速度高、摩擦系数小。2013-6-25坯料尺寸变化的影响：坯料厚度不同引起轧制压力和轧机弹跳的变化392.AGC的几种厚控方法板带厚度自动控制的实现，必须以其厚度的连续精确测定及时辊缝的快速调整为前提，这可从厚控手段中体现：2013-6-252.AGC的几种厚控方法板带厚度自动控制的实现，必须以其厚402.1厚度预控（前馈控制）取入口测厚仪的厚度测量值的变化，根据测速装置测得的入口坯料速度，在相应的时间，根据入口厚度的变化对辊缝进行修正。厚度预控主要是用于减小由坯料带来的板带纵向厚度差。2013-6-252.1厚度预控（前馈控制）取入口测厚仪的厚度测量值的变化，412.2厚度监控取出口测厚仪测得的厚度偏差，进行偏差闭环控制。这种控制有滞后的特点，但对诸如轧辊膨胀、轧辊磨损等的非突变型变化，还是相当有效的。考虑到有滞后的特点，所以测厚仪装在离辊缝近的位置为好。2013-6-252.2厚度监控取出口测厚仪测得的厚度偏差，进行偏422.3轧制力或AGC厚度计（Gaugemeter）通过测得的轧制力计算出板带厚度并由测厚仪复验来进行厚度控制，这就避免了测厚的时滞问题。P-Po厚度计式测厚是基于公式h=So+--------K式中So为初始辊缝，P为测得的轧制压力、Po为预压靠力，K是轧制的刚度系数。2013-6-252.3轧制力或AGC厚度计（Gaugemeter）通过43

由于轧制压力的变化可能是坯料厚度的变化，也可能是轧辊的膨胀等所致，由于轧辊磨损、膨胀等难以检测，所以测厚公式中增加一系数。P-Poh=So+----------GK用测厚仪测得的实际值和计算值之差来修正G值。这称测厚仪标定。2013-6-25由于轧制压力的变化可能是坯料厚度的变442.4流量AGC

这一控制方式是根据轧制过程中的运动学特点提出的，即单位时间内通过变形一轧件断面的金属秒流量（体积）相等。FHVH=FhVh板带轧制中厚度很小，因此也可表达为:HVH=hVh

2013-6-252.4流量AGC这一控制方式是根据轧制过程中的运动学特45流量AGC通过入口侧的测厚仪测得板带厚度为H，经过移位贮存，在该测量点的板带离开辊缝时参与计算。根据安装在入口侧、出口侧的板带测速装置，测得板带的入口速度VH和出口速度Vh，根据秒流量恒定原理计算出的板带厚度:VHh=-----HVh计算而得的板带厚度和目标设定厚度的差值，由AGC控制系统驱动执行机构完成厚度控制。2013-6-25流量AGC通过入口侧的测厚仪测得板带厚度463.结论从以上几种常用的AGC控制方法中，测厚仪都起到提供AGC控制依据的作用。所以，测厚仪“不好”，AGC系统肯定不好，当然AGC系统不好，不等于仅是测厚仪“不好”。2013-6-253.结论从以上几种常用的AGC控制方法中，测厚仪都起到47二、AGC系统对测厚仪的基本要求能适应板带厚度、轧制速度、真实反映板带纵向厚度偏差，是AGC系统对测厚仪的基本要求。下面就从测厚仪的几个基本技术参数谈起2013-6-25二、AGC系统对测厚仪的基本要求能适应板带481.响应时间

测厚仪的“响应时间”，当测量厚度发生突然变化（阶跃）时，测厚仪厚度输出达到阶跃的63%所用的时间为系统的响应时间。见下图：2013-6-251.响应时间

测厚仪的“响应时间”，当测量厚度发生突49厚差：约75µm（约7.5V）响应时间：约20ms（上升到最大刻度63%的时间为响应时间，从图上看出，上升阶段约占纵坐标4.5小格，因此响应时间约为横坐标2小格，即20ms。）2013-6-25厚差：约75µm（约7.5V）2013-6-25502.响应时间对AGC控制的意义

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当一段有偏差的钢带的长度小于测厚仪响应时间钢带运行距离时，则测厚仪就不能给AGC输出真实的厚度偏差信号。因此AGC控制系统就不会对这段超差的钢带进行控制。●前馈控制主要是对原料进行消差，测厚仪响应时间长直接影响到前馈控制的果。2013-6-252.响应时间对AGC控制的意义●当一段有偏差的钢带的长51●测厚仪响应时间对厚度偏差真实性的体现和钢带运行速度、即轧制速度有关，将块试样放在测厚仪上，就没有响应时间这个概念了。有时钢带低速运行时厚度偏差很大，当轧制速度提高后厚度偏差小了，这往往不是钢带的厚度偏差小了，而是测厚仪测不到了。●有时钢带在测厚仪上反映厚度偏差符合标准而招用户退货，往往也是测厚仪响应太慢所致。2013-6-25●测厚仪响应时间对厚度偏差真实性的体现和钢带运行速度、即52

●有个很“土”的、用户自己也能做的办法来估算测厚仪的响应时间：在测厚仪上先放置一块和轧制厚度相当的板带，再用一块厚度在轧制厚度10%左右的同质板带以一定速度的速度从测厚仪上“划”过，用示波器看测厚仪的输出信号，以此来估算测厚仪的响应时间。（此法是否科学还望现场专家指正）

●下面是个响应比较快的：2013-6-25●有个很“土”的、用户自己也能做的办法来估算测厚仪532013-6-252013-6-2554Fluke示波器记录静态基础上增加0.5mm厚钢板，10V对应1mm0.5mm钢板从进入到完全移出不到0.4秒，钢板宽度约300mm，移动速度约0.75m/s从曲线看，响应还是很快，能准确反映0.5mm的厚度变化，要是能把输出刷新时间从50ms缩短就更好了2013-6-25Fluke示波器记录静态基础上增加0.5mm厚钢板，10V对55下面是个响应比较慢的2013-6-25下面是个响应比较慢的2013-6-2556●静态基础上增加0.2mm，10V对应0.1mm，静态增加0.2mm，DriverMonitor记录信号为88%左右●图中白色曲线是理论上的测量厚度，前100mm，从0变到最大，中间108mm维持最大信号，后100mm从最大减到0●时间：从输出信号增加15um到回复到比原信号大15um，整个过程约1.2秒，认为试验钢板的移动速度为0.208/1.2=0.17m/s●从曲线看到：即便是0.17m/s的速度，208mm的厚度突变，测厚仪无法及时反应。西门子DriverMonitor记录2013-6-25●静态基础上增加0.2mm，10V对应0.1mm，静态增加0573.对射线型测厚仪来说，“放射源”是决定响应时间的前提条件对γ射线测厚仪，反映放射源大小的指标是“放射性活度”。（放射性活度的法定计量单位名称是：贝可勒尔，符号是：Bq。和现常用的居里、Ci的换算关系是1Ci=3.7×1010Bq对X射线测厚仪，放射源大小由高压电源和射线管的能力决定。放射源大，单位时间穿透板带的“粒子”多，这样电离室接收的信号就强，测厚仪响应就快了。当然放射源“大”的测厚仪并非响应就快，但放射源“小”的测厚仪响应一定不快。测厚仪响应快不等于测量精度就高，精度高需要控制系统的技术措施到位，下面一些指标反映了测厚仪的测量精度。2013-6-253.对射线型测厚仪来说，“放射源”是决定响应时间的前提条件584.重复精度、漂移、噪声4.1重复精度

重复精度通常是这样定义的：（数次测量最大平均值－数次测量最小平均值/标样厚度值）×100%。一个六次的测量见下图：2013-6-254.重复精度、漂移、噪声4.1重复精度2013-6-25592013-6-252013-6-2560标样材料：钢标样厚度：0.111mm数据分析：六次重复测量的平均厚度分别为0.1111674mm、0.1111355mm、0.1111482mm、0.1111530mm、0.1111946mm、0.1111872mm重复精度：（0.1111946-0.1111355）/0.111*100%=0.053%2013-6-25标样材料：钢2013-6-25614.2一定时间的静态精度、漂移一定时间静态精度通常是这样定义的：（一定时间的平均值－标样厚度值）/标样厚度值*100%一定时间漂移通常是这样定义的：（开始1分钟平均值－最后1分钟平均值）/标样厚度值*100%一个一小时的测试见下图2013-6-254.2一定时间的静态精度、漂移一定时间静态精度通常是这样定622013-6-252013-6-2563测试方式：把一内部标样放入射线下，持续测量此内部标样，每隔500ms记录一次其绝对厚度值，连续记录一个小时，然后把记录数据导入Excel表格画图分析。标样材料：钢标样厚度：2.008mm数据分析：最大值2.009664mm，最小值2.005993mm，平均值2.007556mm，开始1分钟平均值2.00749566mm，最后1分钟平均值2.00746331mm一小时静态精度：（2.007556-2.008）/2.008*100%=-0.022%（（一小时平均值–标样厚度值）/标样厚度值*100%）一小时漂移：（2.00746331-2.00749566）/2.008*100%=-0.0016%