Solidat 3D radarski mjerač razine: Značajke i primjene - Studija slučaja tvornice ugljena

Sažetak

Ovaj se rad usredotočuje na 3D radarske mjerače razine u tehnologiji mjerenja razine, objašnjavajući njihova načela primjene i uspoređujući osnovne značajke tradicionalnog radara i 3D radara. Ističe učinke praktične primjene Solidatovih 3D radarskih mjerača razine u postrojenjima na ugljen, pružajući referentno rješenje za izazove mjerenja razine u postrojenjima na ugljen.

Ključne riječi

Mjerač razine; 3D radar; tvornica ugljena; mjerenje razine materijala; okruženje prašinom

1. Pregled

Uz ubrzanu inteligentnu transformaciju industrije ugljena, postrojenja na ugljen značajno su povećala zahtjeve za preciznošću, stabilnošću i pametnim rješenjima u mjerenju razine materijala. Tradicionalne metode kao što su ručne inspekcije, ultrazvučni mjerači razine i konvencionalni radarski mjerači razine suočavaju se s značajnim ograničenjima: ručne inspekcije su neučinkovite i nesigurne, zbog čega je praćenje dinamike silosa u stvarnom-vremenu izazovno; Ultrazvučni mjerači razine skloni su smetnjama od ugljene prašine, što rezultira velikim slabljenjem signala i velikim pogreškama mjerenja; Dok konvencionalni radarski mjerači razine djelomično ublažavaju smetnje od prašine, još uvijek se bore za postizanje sveobuhvatne pokrivenosti u složenim uvjetima silosa (kao što su lukovi, odstupanja materijala ili mrtve zone), što često dovodi do krivo procijenjenih razina materijala koje ometaju planiranje proizvodnje i upravljanje zalihama.

Među raznim tehnologijama mjerenja razine, 3D radarski mjerači razine pojavili su se kao-mjenjači igre. Iskorištavanjem mogućnosti skeniranja s više-zraka i 3D slikanja, oni prevladavaju prostorna ograničenja tradicionalnih metoda kako bi jasno vizualizirali raspodjelu materijala u silosima. Ovi sustavi ne samo da pružaju precizna mjerenja razine, već također omogućuju-praćenje volumena materijala, mase i morfologije hrpe u stvarnom vremenu. Kao -rješenje za inteligentno mjerenje razine u postrojenjima na ugljen, oni učinkovito premošćuju jaz koji ostavljaju konvencionalne tehnologije u složenim okruženjima silosa.

2. Značajke radarske tehnologije

2.1 Karakteristike tradicionalnih radara (uključujući mikrovalni radar i konvencionalni radar s vođenim valovima)

Pojedinačna mjerna dimenzija: Može dobiti samo podatke o visini razine materijala, ali ne može uočiti horizontalnu distribuciju materijala u silosu. Suočavajući se s uobičajenim fenomenom "odstupanja materijala" i "luka" u silosu ugljena, ne može identificirati stvarni prazan volumen u silosu, što je lako uzrokovati odstupanje u izračunu inventara.

Ograničena otpornost na smetnje od prašine: Mikrovalni radarski signali skloni su raspršenju i slabljenju u okruženjima visoke-koncentracije ugljene prašine. Kada koncentracija prašine prijeđe 50 g/m³, intenzitet refleksije signala dramatično opada, značajno ugrožavajući točnost mjerenja. Dok konvencionalni radarski sustavi s vođenim valovima pokazuju manju osjetljivost na smetnje od prašine, njihove sonde su osjetljive na prianjanje ugljene prašine. Dugotrajna uporaba dovodi do odstupanja signala uzrokovanog nakupljenim naslagama, što zahtijeva često čišćenje i održavanje.

Ograničena pokrivenost: Tradicionalni radari uglavnom imaju jedno-zraku ili usku-zraku, koji mogu mjeriti samo "točku" ili "liniju" unutar silosa i ne mogu u potpunosti uhvatiti ukupni status razine materijala u silosu. Za velike silose ugljena promjera većeg od 8 metara potrebno je kombinirati i instalirati više uređaja kako bi se postigla preliminarna pokrivenost, što povećava trošak opreme i poteškoće s otklanjanjem pogrešaka.

2.2 Značajke 3D radara

3D panoramsko snimanje: Koristeći tehnologiju niza s više-zraka, ovaj sustav istovremeno emitira 20-30-visokofrekventnih radarskih zraka za pokrivanje vodoravnog područja od 360 stupnjeva i okomitog kuta od 0-90 stupnjeva unutar silosa materijala. Putem spajanja signala i rekonstrukcije podataka, generira 3D slike materijala unutar silosa u stvarnom vremenu, jasno prikazujući uzorke slaganja, lučne položaje, stupnjeve odstupanja materijala i mrtve točke u praznim silosima. Ovo učinkovito rješava ograničenja tradicionalnog radara "nevidljivosti i nepreciznog mjerenja".

Otpornost na prašinu i oštro okruženje: 3D radar koristi specijaliziranu tehnologiju modulacije signala, emitirajući signale snage 5-10mW (5-10 puta više od konvencionalnih mikrovalnih radara). Njegov dizajn optimizirane valne duljine posebno odgovara karakteristikama čestica ugljene prašine, omogućujući prodiranje kroz prašinu visoke koncentracije (do 100 g/m³) uz smanjenje gubitka raspršenja signala. Sa zaštitom IP67, oprema podnosi ekstremne temperature (-40 stupnjeva do 80 stupnjeva) i koroziju, što je čini idealnom za silose postrojenja za ugljen gdje su vlaga, prašina i temperaturne fluktuacije uobičajeni izazovi.

Sinkronizirano mjerenje s više-parametara: Osim preciznog mjerenja visine razine materijala (točnost ±5 mm, rezolucija 1 mm), također može izračunati volumen materijala (pogreška manja od ili jednaka 2%) i masu (u kombinaciji s unaprijed postavljenom funkcijom nasipne gustoće ugljena) na temelju 3D slika, automatski generirajući izvješća o inventaru bez ručne konverzije. Ovo pruža izravnu podatkovnu podršku za upravljanje zalihama tvornice ugljena i planiranje proizvodnje, smanjujući ručne statističke pogreške.

Nisko održavanje i inteligentna dijagnostika: Uređaj nema mehaničkih pokretnih dijelova, čime se eliminiraju problemi poput nakupljanja materijala i mehaničkog trošenja kod tradicionalnih radarskih sondi s vođenim valovima. Godišnje održavanje smanjeno je na 1-2 puta. S ugrađenim-inteligentnim dijagnostičkim funkcijama, prati radni status u stvarnom vremenu (uključujući snagu signala, cjelovitost snopa i komunikacijske veze). Kada se pojave anomalije signala ili kvarovi na opremi, automatski šalje upozorenja središnjem kontrolnom sustavu, značajno smanjujući rizik od zastoja.

Prilagodba složenim strukturama silosa: Podržava mjerenje silosa ugljena različitih oblika uključujući kružne, kvadratne i pravokutne. Putem postavki parametara, može prihvatiti prepreke kao što su ljestve i uređaji za miješanje unutar silosa, automatski filtrira signale smetnji i ne zahtijeva dodatne uređaje za zaštitu. Zadovoljava potrebe mjerenja raznih silosa postrojenja za ugljen (kao što su silosi za sirovi ugljen, silosi za rafinirani ugljen i silosi za gnojnicu).

3. Principi tradicionalnog radara i 3D radara

3.1 Tradicionalni radar

Tradicionalni mikrovalni radarski sustavi rade emitiranjem jedne elektromagnetske zrake visoke-frekventne (GHz raspon). Oni izračunavaju visinu razine materijala pomoću vremena širenja reflektiranih signala (na temelju brzine elektromagnetskog vala, ekvivalentne brzini svjetlosti) pomoću formule: Visina razine materijala=(Brzina širenja elektromagnetskog vala × vrijeme refleksije) / 2. Međutim, u silosima postrojenja za ugljen, visoke koncentracije ugljene prašine uzrokuju višestruko raspršenje elektromagnetskih valova. Dio signala apsorbiraju čestice prašine, što rezultira efektivnom energijom signala koja se vraća u prijemnu antenu samo 0,5%-1% odaslane energije. To često dovodi do problema "bez signala refleksije" ili "signala lažne refleksije". Dok konvencionalni radarski sustavi s vođenim valovima koriste valovode (čelične sajle/šipke) za smanjenje smetnji od prašine, njihovi se signali šire samo duž putanje valovoda. Ovo ograničenje sprječava vodoravnu pokrivenost područja silosa, a nakupljanje materijala na šipki sonde može promijeniti impedanciju valovoda, uzrokujući pogreške u mjerenju.

3.2 3D radar

3D radar radi na temelju reflektometrije s više-zraka vremena-domene (Multi-beam TDR) i tehnologije rekonstrukcije 3D podataka, sa sljedećim osnovnim principima:

Odašiljanje i prijam-višestrukih zraka: Radarski antenski niz istovremeno emitira više-elektromagnetskih zraka visoke{1}}frekvencije (24 GHz). Svaka zraka skenira površinu materijala u silosu pod unaprijed postavljenim kutovima (bočni razmak od 1 stupnja -2 stupnja, uzdužna pokrivenost od 0-90 stupnjeva), stvarajući pokrivenost "površinsku". Prijemna antena sinkrono hvata reflektirane signale od svake zrake, bilježeći vrijeme propagacije i snagu signala svake grupe zraka.

Obrada signala i filtriranje smetnji: Koristeći specijalizirane algoritme, sustav obrađuje višestruke reflektirane signale kako bi filtrirao smetnje od raspršivanja ugljene prašine i refleksije objekata (na temelju pragova jačine signala i analize konzistentnosti snopa), dok zadržava valjane signale površinske refleksije. Istovremeno izračunava tro-dimenzionalne koordinate (X, Y, Z osi) točaka refleksije unutar silosa pomoću parametara kuta snopa.

Rekonstrukcija 3D slike i izračun parametara: Sustav najprije spaja 3D koordinate iz svih valjanih točaka refleksije kako bi generirao 3D model oblaka točaka materijala unutar silosa. Koristeći tehnologiju renderiranja slika, stvara intuitivnu 3D vizualizaciju. Sustav na temelju ovog modela automatski izračunava maksimalnu i prosječnu visinu razine materijala, dok pomoću integracijskog algoritma određuje volumen materijala. Kombinacijom ovih izračuna s unaprijed definiranim parametrima gustoće ugljena (npr. gustoća sirovog ugljena 1,3-1,5t/m³), sustav u konačnici daje točne podatke o količini materijala.

4. Solidat 3D radarski mjerač razine: Uvod i primjena

4.1 Osnovne tehničke značajke proizvoda

Solidat, vodeći dobavljač opreme za industrijsku automatizaciju, razvio je 3D radarski mjerač razine (model: serija SLDL5300) kako bi zadovoljio zahtjeve za mjerenje razine materijala u postrojenjima na ugljen, sa sljedećim osnovnim tehničkim karakteristikama:

Učinkovitost mjerenja: Raspon mjerenja 180 stupnjeva, 360 stupnjeva (prikladno za mala i srednja do velika skladišta ugljena), točnost volumena ±0,5%, točnost udaljenosti 1 mm, postavka gustoće podrške (0,5-3t/m³), zadovoljava potrebe mjerenja različitih vrsta ugljena.

Komunikacija i izlaz podataka: Podržava Ethernet industrijske, AUTBUS, 485 i druge načine komunikacije i može ispisati visinu razine materijala, volumen, masu, podatke 3D slike (podržava izvoz BMP/JPG formata) i kompatibilan je s podatkovnim sučeljem centralnog upravljačkog sustava tvornice ugljena.

Instalacija i puštanje u rad: Gornja{0}}montirana instalacija (prirubnički spoj, kompatibilan s prirubnicama DN50-DN200) ima male instalacijske rupe, čime se eliminira potreba za opsežnim izmjenama silosa. Puštanje u pogon se vrši preko zaslona osjetljivog na dodir ili udaljenog računala.

Učinak slike: velika{0}}brza obrada i analiza podataka, računalo brzo i automatski dovršava obradu podataka, jednostavan 3D grafički operativni sustav za postizanje tro-dimenzionalne reprodukcije izmjerenog cilja i može izvršiti rotaciju grafike, prevođenje i lokalno povećanje i druge interaktivne operacije, rezultati mjerenja jasni su na prvi pogled.

4.2 Slučaj primjene termoelektrane na ugljen

Uzmimo veliku državnu{0}}elektranu ugljena (godišnji kapacitet od 5 milijuna tona) kao primjer. Postrojenje ima 8 silosa za sirovi ugljen (promjer 10m, visina 25m) i 4 silosa za oplemenjeni ugljen (promjer 8m, visina 20m). Prethodno mjerenje pomoću običnog mikrovalnog radarskog mjerača razine ima tri problema:

Koncentracija ugljene prašine u silosu sirovog ugljena je visoka (u prosjeku 60 g/m³), a slabljenje signala mikrovalnog radara je ozbiljno. Otprilike 30% vremena ne mogu se dobiti efektivni podaci o razini materijala, pa je potrebna ručna inspekcija, koja nosi rizik od pada s velike visine;

Silosi ugljena za koksiranje često imaju 'materijalnu neravnotežu' (neravnomjerne razine materijala na jednoj strani). Konvencionalni radarski sustavi, koji mjere samo podatke o jednoj-točki, ne mogu otkriti takve neravnoteže. To rezultira stopom iskorištenja od 70% stvarnog kapaciteta silosa, što često uzrokuje 'alarme za puni silos unatoč preostalom praznom prostoru'.

Statistika zaliha zahtijeva ručnu procjenu na temelju visine razina materijala i volumena spremnika materijala u svakom skladištu. Potrebno je 2-3 sata po vremenu, a stopa pogreške je 5%-8%, što utječe na plan nabave i raspored proizvodnje.

Početkom 2024. tvornica je uvela 83D radarske mjerače razine (6 za silose sirovog ugljena i 2 za silose rafiniranog ugljena), a učinak primjene značajno je poboljšan:

Poboljšana stabilnost mjerenja: 3D radar ima snažnu sposobnost prodiranja visoke koncentracije ugljene prašine, a učinkovita stopa prikupljanja signala povećana je sa 70% na 99,5%. U skladištu nije potrebna ručna inspekcija, što smanjuje trošak rada za oko 120.000 juana godišnje i eliminira sigurnosnu opasnost rada na-visokoj nadmorskoj visini;

Rješavanje problema identifikacije odstupanja materijala: 3D slika prikazuje raspodjelu materijala u očišćenom spremniku ugljena u stvarnom vremenu. Kada dođe do odstupanja materijala (razlika između dviju strana razine materijala veća je od 1 m), sustav će automatski alarmirati i voditi operatere da prilagode položaj punjenja. Stopa iskorištenosti kapaciteta spremnika povećana je na 90%, što može pohraniti oko 1500 tona očišćenog ugljena više svake godine i povećati ekonomsku korist za oko 1,2 milijuna juana;

Inteligentno upravljanje zalihama: sustav automatski izračunava količine ugljena u svakom skladištu i generira izvješća o zalihama s ažuriranjem podataka svake minute. Time se smanjuje vrijeme statistike inventara s 2-3 sata na 10 sekundi, dok se stopa pogrešaka smanjuje ispod 2%. Omogućuje preciznu podatkovnu podršku za planiranje nabave postrojenja za ugljen (npr. određivanje količina nabave sirovog ugljena na temelju stopa potrošnje zaliha) i planiranje proizvodnje (npr. prilagodba učinka pranja ugljena prema razinama zaliha očišćenog ugljena), učinkovito minimizirajući prekide u proizvodnji i rasipanje sirovina uzrokovano pogrešnim procjenama zaliha.

Osim toga, niske karakteristike održavanja 3D radarskog mjerača razine također značajno smanjuju troškove rada i održavanja elektrane na ugljen: oprema je očišćena samo jednom u protekloj godini i nema zapisa o zaustavljanju zbog kvara. U usporedbi s tradicionalnim radarom (koji se u prosjeku treba održavati jednom svaka 3 mjeseca), godišnji troškovi održavanja smanjeni su za oko 80 000 juana.

5. Zaključak

Solidat 3D radarski mjerači razine iskorištavaju najnovije-tehnologije uključujući 3D slike, više-mjeranje parametara i robusne mogućnosti protiv-smetnji za učinkovito rješavanje ključnih izazova u mjerenju skladištenja materijala postrojenja za ugljen. To uključuje ozbiljne smetnje prašine, složene konfiguracije razine materijala i poteškoće u praćenju inventara. Sustav ne samo da poboljšava točnost i stabilnost mjerenja, već također pokreće inteligentne nadogradnje u upravljanju inventarom tvornice ugljena i planiranju proizvodnje. Sustav za mjerenje SLDL5300 3D koristi usku,-probojnu zraku koja se prilagođava složenim radnim uvjetima, ostajući nepromijenjena u surovim okruženjima kao što su visoke temperature, korozija prašine, para, kiša ili magla. S izvrsnim omjerima troškova{11}}učinaka, široko je primjenjiv za mjerenje krutih materijala na različitim mjestima skladištenja uključujući silose, kontejnere i skladišta rasutog krutog materijala. U kontekstu inteligentne transformacije industrije ugljena, Solidat 3D radarski mjerači razine pružaju pouzdana i učinkovita rješenja za mjerenje razine sa širokim izgledima za primjenu. Očekuje se da će se ovi sustavi dodatno prilagoditi scenarijima kao što su silosi postrojenja za ugljen bez posade i sustavi pametnog skladištenja, nudeći snažniju podršku digitalnom razvoju industrije ugljena.