Solidat 3D радарен нивомер: Характеристики и приложения - Казус от въглищен завод

Резюме

Този документ се фокусира върху 3D радарни нивомери в технологията за измерване на ниво, като обяснява техните принципи на приложение и сравнява основните характеристики на традиционния радар и 3D радар. Той подчертава ефектите от практическото приложение на 3D радарните нивомери на Solidat във въглищни инсталации, осигурявайки референтно решение за предизвикателствата при измерване на ниво във въглищни инсталации.

Ключови думи

Нивомер; 3D радар; въглищен завод; измерване на нивото на материала; прахова среда

1. Преглед

С ускорената интелигентна трансформация на въгледобивната промишленост въглищните централи значително увеличиха изискванията за прецизност, стабилност и интелигентни решения при измерване на нивото на материала. Традиционните методи като ръчни проверки, ултразвукови нивомери и конвенционални радарни нивомери са изправени пред забележителни ограничения: Ръчните проверки са неефективни и опасни, което прави-наблюдението в реално време на динамиката на силоза предизвикателство; Ултразвуковите нивомери са предразположени към смущения от въглищен прах, което води до силно затихване на сигнала и големи грешки в измерването; Докато конвенционалните радарни нивомери частично смекчават смущенията от прах, те все още се борят за постигане на цялостно покритие при сложни силозни условия (като извиване, отклонение на материала или мъртви зони), което често води до неправилно преценени нива на материала, които нарушават производствения график и управлението на инвентара.

Сред различните технологии за измерване на ниво, триизмерните радарни нивомери се очертаха като промяна-. Чрез използване на много-лъчево сканиране и възможности за 3D изображения, те преодоляват пространствените ограничения на традиционните методи за ясно визуализиране на разпределението на материала в силози. Тези системи не само осигуряват прецизни измервания на нивото, но също така позволяват-наблюдение в реално време на обема, масата и морфологията на материала. Като-решение за интелигентно измерване на ниво във въглищни инсталации, те ефективно преодоляват празнината, оставена от конвенционалните технологии в сложни силозни среди.

2. Характеристики на радарната техника

2.1 Характеристики на традиционните радари (включително микровълнов радар и конвенционален радар с насочени вълни)

Единичен размер на измерване: Може да получи само данни за височината на нивото на материала, но не може да възприеме хоризонталното разпределение на материалите в силоза. Изправен пред често срещаното явление „отклонение на материала“ и „арка“ в силоза за въглища, той не може да идентифицира действителния празен обем в силоза, което е лесно да причини отклонение в изчислението на инвентара.

Ограничена устойчивост на смущения от прах: Микровълновите радарни сигнали са склонни към разсейване и затихване в среда с висока-концентрация на въглищен прах. Когато концентрацията на прах надвишава 50 g/m³, интензитетът на отражението на сигнала пада драстично, което значително компрометира точността на измерване. Докато конвенционалните радарни системи с насочваща вълна показват по-малка чувствителност към смущения от прах, техните сонди са податливи на полепване на въглищен прах. Продължителната употреба води до отклонение на сигнала, причинено от натрупани отлагания, което налага често почистване и поддръжка.

Ограничено покритие: Традиционните радари са предимно с един-лъч или тесен-лъч, които могат да измерват само „точка“ или „линия“ в рамките на силоза и не могат напълно да уловят цялостното състояние на нивото на материала в силоза. За големи въглищни силози с диаметър над 8 метра е необходимо да се комбинират и инсталират множество устройства, за да се постигне предварително покритие, което увеличава цената на оборудването и трудността при отстраняване на грешки.

2.2 Характеристики на 3D радар

3D панорамно изображение: Използвайки много-технология за масив от лъчи, тази система излъчва едновременно 20-30 високочестотни-радарни лъча, за да покрие както хоризонталната зона от 360 градуса, така и вертикалния ъгъл 0-90 градуса в силоза за материали. Чрез съединяване на сигнали и реконструкция на данни, той генерира 3D изображения в реално време на материала вътре в силоза, показвайки ясно моделите на подреждане, извити позиции, степени на отклонение на материала и слепи петна в празни силози. Това ефективно разрешава ограниченията на традиционния радар за "невидимост и неточно измерване".

Устойчивост на прах и сурова среда: 3D радарът използва специализирана технология за модулиране на сигнала, излъчваща сигнали с 5-10mW мощност (5-10 пъти по-висока от конвенционалните микровълнови радари). Неговият оптимизиран дизайн с дължина на вълната съответства специално на характеристиките на частиците въглищен прах, позволявайки проникване през прах с висока концентрация (до 100 g/m³), като същевременно минимизира загубата на разсейване на сигнала. Отличаващо се със защита с рейтинг IP67, оборудването издържа на екстремни температури (-40 градуса до 80 градуса) и корозия, което го прави идеално за силози на въглищни заводи, където влажността, прахът и температурните колебания са често срещани предизвикателства.

Синхронизирано измерване с много-параметри: В допълнение към прецизното измерване на височината на нивото на материала (точност ±5 mm, разделителна способност 1 mm), той може също така да изчислява обем на материала (грешка по-малка или равна на 2%) и маса (в комбинация с функция за предварително зададена насипна плътност на въглища) въз основа на 3D изображения, автоматично генериране на отчети за инвентара без ръчно преобразуване. Това осигурява директна поддръжка на данни за управление на инвентара на въглищните заводи и планиране на производството, намалявайки ръчните статистически грешки.

Ниска поддръжка и интелигентна диагностика: Устройството не разполага с механични движещи се части, елиминирайки проблеми като натрупване на материал и механично износване в традиционните радарни сонди с насочвани вълни. Годишната поддръжка е намалена до 1-2 пъти. С вградени-интелигентни диагностични функции той следи работното състояние в реално време (включително сила на сигнала, цялост на лъча и комуникационни връзки). Когато възникнат аномалии в сигнала или повреда на оборудването, той автоматично изпраща предупреждения до централната система за управление, което значително намалява рисковете от прекъсване.

Адаптиране към сложни силозни структури: Поддържа измерване на въглищни силози с различни форми, включително кръгли, квадратни и правоъгълни. Чрез настройките на параметрите той може да поеме препятствия като стълби и смесителни устройства вътре в силоза, автоматично да филтрира сигналите за смущения и не изисква допълнителни екраниращи устройства. Той отговаря на нуждите от измерване на различни силози за въглищни заводи (като силози за сурови въглища, силози за рафинирани въглища и силози за въглищен шлам).

3. Принципи на традиционния радар и 3D радар

3.1 Традиционен радар

Традиционните микровълнови радарни системи работят чрез излъчване на един електромагнитен лъч с висока-честота (диапазон GHz). Те изчисляват височината на нивото на материала, като използват времето за разпространение на отразените сигнали (на базата на скоростта на електромагнитната вълна, еквивалентна на скоростта на светлината) чрез формулата: Височина на нивото на материала=(Скорост на разпространение на електромагнитната вълна × време на отражение) / 2. Въпреки това, в силозите на въглищни инсталации високите концентрации на въглищен прах причиняват многократно разсейване на електромагнитните вълни. Част от сигнала се абсорбира от прахови частици, в резултат на което ефективната енергия на сигнала, връщаща се към антената на приемника, е само 0,5%-1% от предаваната енергия. Това често води до проблеми с „сигнал без отражение“ или „сигнал с фалшиво отражение“. Докато конвенционалните радарни системи с насочени вълни използват вълноводи (стоманени кабели/пръчки) за намаляване на смущенията от прах, техните сигнали се разпространяват само по пътя на вълновода. Това ограничение предотвратява хоризонталното покритие на силозните зони и натрупването на материал върху пръта на сондата може да промени импеданса на вълновода, причинявайки грешки в измерването.

3.2 3D Радар

3D радарът работи на базата на много-лъчева времева-рефлектометрия (Multi-beam TDR) и технология за реконструкция на 3D данни, като основните принципи са както следва:

Много{0}}предаване и приемане на лъчи: Радарната антенна решетка излъчва едновременно множество високо{1}}честотни (24GHz) електромагнитни лъчи. Всеки лъч сканира повърхността на материала в силоза под предварително зададени ъгли (странично разстояние от 1 градус -2 градуса, надлъжно покритие от 0-90 градуса), създавайки "повърхностно" покритие. Приемащата антена улавя синхронно отразените сигнали от всеки лъч, записвайки времето на разпространение и силата на сигнала на всяка група лъчи.

Обработка на сигнала и филтриране на смущения: Използвайки специализирани алгоритми, системата обработва множество отразени сигнали, за да филтрира смущенията от разпръскване на въглищен прах и отражения от обекти (на базата на прагове на силата на сигнала и анализ на консистенцията на лъча), като същевременно запазва валидни сигнали за отражение на повърхността. Едновременно с това той изчислява три{1}}измерните координати (оси X, Y, Z) на отражателните точки в рамките на силоза, като използва параметри на ъгъла на лъча.

Реконструкция на 3D изображение и изчисляване на параметри: Системата първо обединява 3D координати от всички валидни точки на отражение, за да генерира модел на 3D облак от точки на материала в силоза. Използвайки технология за изобразяване на изображения, той създава интуитивна 3D визуализация. Въз основа на този модел системата автоматично изчислява максималните и средните височини на нивото на материала, като същевременно определя обема на материала чрез интеграционен алгоритъм. Чрез комбиниране на тези изчисления с предварително зададени параметри за плътност на въглищата (напр. плътност на сурови въглища 1,3-1,5 t/m³), системата в крайна сметка извежда точни данни за количеството на материала.

4. Solidat 3D радарен нивомер: Въведение и приложения

4.1 Основни технически характеристики на продукта

Solidat, водещ доставчик на оборудване за промишлена автоматизация, разработи 3D радарен нивомер (Модел: серия SLDL5300), за да отговори на изискванията за измерване на нивото на материала на въглищни инсталации, включващ следните основни технически характеристики:

Ефективност на измерване: Диапазон на измерване 180 градуса, 360 градуса (подходящ за малък и среден до голям въглищен двор), точност на обема ±0,5%, точност на разстояние 1 mm, настройка на плътността на поддържане (0,5-3t/m³), отговаря на нуждите от измерване на различни видове въглища.

Комуникация и извеждане на данни: Поддържа Ethernet индустриален, AUTBUS, 485 и други комуникационни режими и може да извежда данни за височина, обем, маса, 3D изображение (поддържа експортиране във формат BMP/JPG) и е съвместим с интерфейса за данни на централната система за управление на въглищната централа.

Монтаж и пускане в експлоатация: Монтирана-горна инсталация (фланцова връзка, съвместима с фланци DN50-DN200) включва малки инсталационни отвори, елиминиращи необходимостта от значителни модификации на силоза. Пускането в експлоатация се извършва чрез сензорен екран или отдалечен компютър.

Ефект на изображения: високо{0}}скоростна обработка и анализ на данни, обработката на данните се извършва бързо и автоматично от компютъра, проста операционна система за 3D графика за постигане на три-измерно възпроизвеждане на измерената цел и може да извършва завъртане на графики, превод и локално уголемяване и други интерактивни операции, резултатите от измерването са ясни с един поглед.

4.2 Случай на приложение на въглищна централа

Да вземем за пример голям-държавен въглищен завод (годишен капацитет от 5 милиона тона). Заводът разполага с 8 силоза за сурови въглища (диаметър 10 м, височина 25 м) и 4 силоза за рафинирани въглища (диаметър 8 м, височина 20 м). Предишното измерване с използване на обикновен микровълнов радарен нивомер има три проблема:

Концентрацията на въглищен прах в силоза за необработени въглища е висока (средно 60 g/m³), а затихването на сигнала на микровълновия радар е сериозно. Около 30% от времето не могат да бъдат получени ефективни данни за нивото на материала, така че е необходима ръчна проверка, която крие риск от падане от голяма надморска височина;

Силозите за коксуващи се въглища често изпитват „материален дисбаланс“ (неравномерни нива на материала от едната страна). Конвенционалните радарни системи, които измерват само-точкови данни, не могат да открият такива дисбаланси. Това води до 70% степен на използване на действителния капацитет на силоза, което често причинява „аларми за пълен силоз въпреки оставащото празно пространство“.

Статистическите данни за запасите изискват ръчна оценка въз основа на височината на нивата на материала и обема на контейнерите за материал във всеки склад. Отнема 2-3 часа на време, а процентът на грешки е 5%-8%, което се отразява на плана за доставки и производствения график.

В началото на 2024 г. заводът въведе 83D радарни нивомери (6 за силози за сурови въглища и 2 за силози за рафинирани въглища) и ефектът от приложението беше значително подобрен:

Подобрена стабилност на измерване: 3D радарът има силна способност за проникване на въглищен прах с висока концентрация и ефективната скорост на улавяне на сигнала е увеличена от 70% на 99,5%. Не се изисква ръчна проверка в склада, което намалява разходите за труд с около 120 000 юана на година и елиминира опасността за безопасността от работа на голяма-надморска височина;

Решаване на проблема с идентифицирането на отклонението на материала: 3D изображението показва разпределението на материала в почистения бункер за въглища в реално време. Когато възникне отклонение на материала (разликата между двете страни на нивото на материала е повече от 1 m), системата автоматично ще алармира и ще напътства операторите да коригират позицията за подаване. Степента на използване на капацитета на контейнера се увеличава до 90%, което може да съхранява около 1500 тона пречистени въглища повече всяка година и да увеличи икономическата полза с около 1,2 милиона юана;

Интелигентно управление на инвентара: Системата автоматично изчислява количествата въглища във всеки склад и генерира отчети за инвентара с актуализации на данните всяка минута. Това намалява времето за статистика на инвентара от 2-3 часа до 10 секунди, като същевременно намалява процента грешки под 2%. Осигурява прецизна поддръжка на данни за планиране на доставките на въглищни инсталации (напр. определяне на количествата за закупуване на сурови въглища въз основа на нивата на потребление на инвентара) и планиране на производството (напр. коригиране на производителността на промиване на въглища според нивата на запасите от пречистени въглища), ефективно минимизирайки прекъсванията на производството и отпадъците от суровини, причинени от погрешни преценки на инвентара.

В допълнение, характеристиките на ниска поддръжка на 3D радарния нивомер също значително намаляват разходите за експлоатация и поддръжка на въглищната централа: оборудването е било почиствано само веднъж през последната година и няма данни за спиране при повреда. В сравнение с традиционния радар (който трябва да се поддържа средно веднъж на всеки 3 месеца), годишните разходи за поддръжка са намалени с около 80 000 юана.

5. Заключение

3D радарните нивоброячи Solidat използват авангардни-технологии, включително 3D изображения, много-параметрично измерване и стабилни възможности против-смущения, за да се справят ефективно с основните предизвикателства при измерването на съхранението на въглищни инсталации. Те включват тежки смущения от прах, сложни конфигурации на ниво материал и трудности при проследяване на инвентара. Системата не само подобрява точността и стабилността на измерванията, но също така води до интелигентни надстройки в управлението на запасите във въглищните заводи и планирането на производството. Измервателната система SLDL5300 3D използва тесен лъч с високо-проникване, който се адаптира към сложни работни условия, като остава незасегнат от сурови среди като високи температури, прахова корозия, пара, дъжд или мъгла. С отлични съотношения-на ефективност, той е широко приложим за измерване на твърди материали в различни места за съхранение, включително силози, контейнери и складове за насипни твърди материали. В контекста на интелигентната трансформация на въгледобивната промишленост, Solidat 3D радарни нивомери осигуряват надеждни и ефективни решения за измерване на ниво с широки перспективи за приложение. Очаква се тези системи допълнително да се адаптират към сценарии като безпилотни силози за въглищни заводи и интелигентни системи за складиране, предлагайки по-силна подкрепа за цифровото развитие на въгледобивната индустрия.