[发明专利]基于激光雷达精准测速的冶金高速连轧智能控制系统

说明书

本发明公开了基于激光雷达精准测速的冶金高速连轧智能控制系统，包括相干激光雷达精准测速系统、垂直目标物体方向的光学采集系统、与目标物体方向水平的光学采集系统以及与目标物体呈45°角的光学采集系统，三个所述光学采集系统分别通过光纤连接有激光器，对三路光信号进行光电转换，本发明将激光雷达精准测速系统实时测得的轧件行进速度信息反馈至轧制机的控制系统，精确匹配轧件行进速度与轧机的轧入速度，将轧件张力控制在0状态，从而实现连轧工艺中轧机控制的精细化，实现连轧张力智能控制，达到精准控制，解决高速线材生产过程中对轧材速度无法精准连续测量，导致轧材轧制过程中存在张力，影响产品质量及生产效率等行业共性难题。

技术领域

本发明涉及冶金轧件速度调节领域，特别涉及基于激光雷达精准测速的冶金高速连轧智能控制系统。

背景技术

棒线材是冶金工业非常重要的产品之一，棒线材在整个钢材产量中的占比约在20％左右。2019年我国钢铁产量近10亿吨，棒线材产量就达到2.2亿吨，主要应用于轴承、螺栓、弹簧以及建筑用钢等等。由于现有连轧工艺生产水平影响，存在2％～3％的废品率。该问题也是全国乃至全世界冶金钢铁行业的共性问题。全国2019年棒线材产量按2.2亿吨计，由于张力波动造成废品损失及堆钢事故所造成直接损失每年超过220亿元。

导致上述损失的原因是：轧件需经过少则十多架多则三十余架轧机的连续轧制，最终才能将棒线材轧制成型，由于是连续轧制，轧机间的轧制配合则变得极为重要，最理想的是0张力轧制，这就要求前端轧机轧件的轧出速度必须与后端轧机轧件的轧入速度必须保持一致，即后端轧机的轧入速度必须与轧件运行速度精确一致：如果后端轧机的轧入速度超过轧件的行进速度则会加大轧件张力，而张力波动则会造成产品头、中、尾尺寸(直径)不一，形成部分废品；若后端轧机的轧入速度低于轧件的行进速度则会造成堆钢事故。由此可见，精准获取各个轧机间的轧件行进速度对连轧工艺的精确控制尤为重要。

目前，国内外在该行业生产工艺中还没有对轧件速度做到精准测量的技术设备，解决方法主要是根据电机转速来转换成轧件的速度，根据电流大小判断轧件张力。这种方法在实际生产工艺中因轧件与轨道之间出现打滑现象、轨道与轧件之间的磨损导致摩擦系数变化等因素的影响，都会导致轧件实际速度判断不准。针对上述因素，在轧制过程中，通常通过前滑系数和连轧张力微分方程中张力与轧件速度之间的关系来进行优化调节，但这种方法只能在低速轧制区域，且由于这些方法存在滞后性，无法满足自动化生产的要求。对实际生产过程并没有多大的指导意义，因此生产出来的产品与实际要求存在差异，导致企业被迫将部分产品降档出售。

由于长期高温作业造成零部件的磨损、轧件打滑等现象出现，导致滑钢或塞钢，造成实际速度与轧制机设定速度不一致，引起堆钢或者拉断现象。目前，为了解决张力波动及堆钢等问题，在棒线材连轧机组中轧、预精轧相邻机架之间安装活套，用来调节金属流量平衡，保证连轧过程中作用于红料之间张力的恒定，消除各机架之间张力波动，建立良好的堆拉钢关系，以期保证产品的轧制质量。但活套的使用存在以下问题：(1)由于活套延时设置不对、气阀故障或电磁阀线圈失磁等原因导致活套起套或落套过快或过慢；(2)由于轧制规格较多，起跳辊、前后压辊磨损位置不同，轧件运行中磨损部位阻挡，造成轧件改变运行方向，形成轧件抖动，严重的会造成堆钢事故；(3)由于活套器工作环境差，造成活套扫描器信号检测不稳出现故障。另外活套设备的增加，除了增加设备成本和维护成本外，容易对产品造成划痕，降低产品质量。由于张力变化造成废品损失及时常发生堆钢事故已是棒线材行业的共性难题。

为此，我们提出基于激光雷达精准测速的冶金高速连轧智能控制系统，用于实时精准测定各段轧机间轧件的行进速度，并将检测结果输入轧机控制系统，精确匹配轧件行进速度与后端轧机的轧入速度，将轧件张力控制在近0状态，从而实现连轧工艺中轧机控制的精细化、智能化。由此有望将堆钢事故发生概率降为0，并将张力波动造成的废品率降低到0.2％以下，从而创造出巨大的经济效益。