Contor de nivel radar Solidat 3D: caracteristici și aplicații - Un studiu de caz al unei centrale de cărbune

Abstract

Această lucrare se concentrează pe contoarele de nivel radar 3D în tehnologia de măsurare a nivelului, explicând principiile lor de aplicare și comparând caracteristicile de bază ale radarului tradițional și ale radarului 3D. Acesta evidențiază efectele aplicațiilor practice ale produselor de măsurare a nivelului radar 3D Solidat în centralele pe cărbune, oferind o soluție de referință pentru provocările de măsurare a nivelului în centralele pe cărbune.

Cuvinte cheie

Indicator de nivel; radar 3D; uzină de cărbune; măsurarea nivelului materialului; mediu cu praf

1. Prezentare generală

Odată cu transformarea inteligentă accelerată a industriei cărbunelui, centralele de cărbune au crescut semnificativ cerințele pentru precizie, stabilitate și soluții inteligente în măsurarea nivelului materialului. Metodele tradiționale, cum ar fi inspecțiile manuale, contoarele cu ultrasunete și contoarele convenționale de nivel radar se confruntă cu limitări notabile: inspecțiile manuale sunt ineficiente și nesigure, ceea ce face ca monitorizarea-în timp real a dinamicii silozului să fie dificilă; Contoarele cu ultrasunete sunt predispuse la interferența prafului de cărbune, ceea ce duce la o atenuare severă a semnalului și erori mari de măsurare; În timp ce contoarele de nivel radar convenționale atenuează parțial interferența prafului, ei încă se luptă să atingă o acoperire cuprinzătoare în condiții complexe de siloz (cum ar fi arcuirea, deviația materialului sau zonele moarte), conducând adesea la niveluri de material evaluate greșit care perturbă programarea producției și gestionarea stocurilor.

Printre diversele tehnologii de măsurare a nivelului, contoarele de nivel radar 3D au apărut ca un-schimbător de joc. Prin valorificarea capacităților de scanare cu mai multe-raze și imagini 3D, acestea depășesc limitele spațiale ale metodelor tradiționale de a vizualiza clar distribuția materialului în silozuri. Aceste sisteme nu numai că oferă măsurători precise de nivel, ci și permit monitorizarea-în timp real a volumului materialului, a masei și a morfologiei grămezii. Ca soluție-la soluție pentru măsurarea inteligentă a nivelului în centralele pe cărbune, acestea compensează în mod eficient decalajul lăsat de tehnologiile convenționale în medii complexe de siloz.

2. Caracteristici ale tehnologiei radar

2.1 Caracteristicile radarelor tradiționale (inclusiv radar cu microunde și radar cu undă ghidată convențional)

Dimensiune de măsurare unică: poate obține doar datele de înălțime a nivelului materialului, dar nu poate percepe distribuția orizontală a materialelor în siloz. În fața fenomenului comun de „abatere a materialului” și „arc” în silozul de cărbune, acesta nu poate identifica volumul gol real din siloz, ceea ce este ușor de cauzat abateri în calculul stocului.

Rezistență limitată la interferența prafului: semnalele radar cu microunde sunt predispuse la împrăștiere și atenuare în medii cu concentrație mare de praf de cărbune-. Când concentrația de praf depășește 50 g/m³, intensitatea reflectării semnalului scade dramatic, compromițând semnificativ precizia măsurării. În timp ce sistemele radar cu unde ghidate convenționale prezintă o susceptibilitate mai mică la interferența prafului, sondele lor sunt susceptibile la aderența prafului de cărbune. Utilizarea prelungită duce la deviația semnalului cauzată de depunerile acumulate, necesitând curățare și întreținere frecventă.

Acoperire limitată: radarele tradiționale sunt în mare parte modele cu fascicul simplu-sau fascicul-îngust, care pot măsura doar un „punct” sau „linie” în interiorul silozului și nu pot surprinde pe deplin starea generală a nivelului de material al silozului. Pentru silozurile mari de cărbune cu un diametru mai mare de 8 metri, trebuie combinate și instalate mai multe dispozitive pentru a obține o acoperire preliminară, ceea ce crește costul echipamentului și dificultatea de depanare.

2.2 Caracteristici ale radarului 3D

Imagini panoramice 3D: utilizând tehnologia cu mai multe-beam array, acest sistem emite simultan 20-30-raze radar de înaltă frecvență pentru a acoperi atât zona orizontală de 360 ​​de grade, cât și unghiul vertical de 0-90 de grade în silozul de material. Prin cusătura semnalului și reconstrucția datelor, generează imagini 3D în timp real ale materialului din interiorul silozului, afișând clar modelele de stivuire, pozițiile arcuite, gradele de abatere a materialului și punctele moarte din silozurile goale. Acest lucru rezolvă efectiv limitările radarului tradițional de „invizibilitate și măsurare imprecisă”.

Rezistența la praf și la mediu dur: radarul 3D folosește o tehnologie specializată de modulare a semnalului, care emite semnale cu o putere de 5-10 mW (de 5-10 ori mai mare decât radarul cu microunde convențional). Designul său optimizat cu lungime de undă se potrivește în mod specific cu caracteristicile particulelor de praf de cărbune, permițând pătrunderea prin praf cu concentrație ridicată (până la 100 g/m³), minimizând în același timp pierderea de împrăștiere a semnalului. Dispunând de protecție IP67, echipamentul rezistă la temperaturi extreme (-40 de grade până la 80 de grade) și la coroziune, ceea ce îl face ideal pentru silozurile centralelor de cărbune unde umiditatea, praful și fluctuațiile de temperatură sunt provocări comune.

Măsurare sincronizată cu mai mulți-parametri: pe lângă măsurarea precisă a înălțimii nivelului materialului (precizie ±5 mm, rezoluție 1 mm), poate calcula și volumul materialului (eroare mai mică sau egală cu 2%) și masa (combinată cu funcția de presetare a densității în vrac a cărbunelui) pe baza imaginilor 3D, generând automat rapoarte de inventar fără conversie manuală. Aceasta oferă suport direct de date pentru gestionarea inventarului centralelor de cărbune și programarea producției, reducând erorile statistice manuale.

Întreținere redusă și diagnosticare inteligentă: dispozitivul nu are părți mecanice în mișcare, eliminând probleme precum acumularea de material și uzura mecanică în sondele radar tradiționale cu undă ghidată. Întreținerea anuală este redusă la 1-2 ori. Cu funcții de diagnosticare inteligente încorporate-, monitorizează starea operațională în timp real (inclusiv puterea semnalului, integritatea fasciculului și legăturile de comunicație). Când apar anomalii de semnal sau defecțiuni ale echipamentelor, acesta trimite automat alerte către sistemul central de control, reducând semnificativ riscurile de nefuncționare.

Adaptați-vă la structuri complexe de siloz: acceptă măsurarea silozurilor de cărbune cu diferite forme, inclusiv circulare, pătrate și dreptunghiulare. Prin setările parametrilor, poate găzdui obstacole precum scări și dispozitive de amestecare în interiorul silozului, filtrează automat semnalele de interferență și nu necesită dispozitive de ecranare suplimentare. Îndeplinește nevoile de măsurare ale diferitelor silozuri ale centralelor de cărbune (cum ar fi silozurile de cărbune brut, silozurile de cărbune rafinat și silozurile de șlam de cărbune).

3. Principiile radar tradițional și radar 3D

3.1 Radar tradițional

Sistemele tradiționale de radar cu microunde funcționează prin emiterea unui singur fascicul electromagnetic de-frecvență înaltă (gamă de GHz). Ei calculează înălțimea nivelului materialului folosind timpul de propagare a semnalelor reflectate (pe baza vitezei undei electromagnetice, echivalentă cu viteza luminii) prin formula: Material Level Height=(Electromagnetic Wave Propagation Speed ​​× Reflection Time) / 2. Cu toate acestea, în silozurile uzinelor de cărbune, concentrațiile mari de praf de cărbune provoacă împrăștierea multiple a undelor electromagnetice. O parte a semnalului este absorbită de particulele de praf, ceea ce duce la revenirea efectivă a semnalului către antena receptorului fiind doar 0,5%-1% din energia transmisă. Acest lucru duce adesea la probleme de „semnal fără reflexie” sau „semnal de reflecție falsă”. În timp ce sistemele radar cu undă ghidată convențională folosesc ghiduri de undă (cabluri/tije de oțel) pentru a reduce interferența prafului, semnalele lor se propagă numai de-a lungul traseului ghidului de undă. Această limitare previne acoperirea orizontală a zonelor silozului, iar acumularea de material pe tija sondei poate modifica impedanța ghidului de undă, provocând erori de măsurare.

3.2 3D Radar

Radarul 3D funcționează pe baza reflectometriei cu mai multe-razuri în timp-domeniu (Multi-beam TDR) și pe tehnologia de reconstrucție a datelor 3D, cu principiile de bază după cum urmează:

Transmisie și recepție cu mai multe-raze: rețeaua de antene radar emite simultan mai multe fascicule electromagnetice de-frecvență înaltă (24 GHz). Fiecare fascicul scanează suprafața materialului din siloz la unghiuri prestabilite (spațiere laterală de 1 grad -2 grade , acoperire longitudinală de 0-90 grade ), creând o acoperire „asemănătoare suprafeței”. Antena de recepție captează sincron semnalele reflectate de la fiecare fascicul, înregistrând timpul de propagare și puterea semnalului fiecărui grup de fascicule.

Procesarea semnalului și filtrarea interferențelor: Utilizând algoritmi specializați, sistemul procesează mai multe semnale reflectate pentru a filtra interferențele de la împrăștierea prafului de cărbune și reflexiile obiectelor (pe baza pragurilor de putere a semnalului și a analizei consistenței fasciculului), păstrând în același timp semnalele de reflexie a suprafeței valide. Simultan, calculează coordonatele tri-dimensionale (axele X, Y, Z) ale punctelor de reflexie din siloz folosind parametrii unghiului fasciculului.

Reconstrucția imaginii 3D și calculul parametrilor: sistemul îmbină mai întâi coordonatele 3D din toate punctele de reflexie valide pentru a genera un model de nor de puncte 3D al materialului din siloz. Folosind tehnologia de redare a imaginilor, creează o vizualizare 3D intuitivă. Pe baza acestui model, sistemul calculează automat înălțimile maxime și medii ale nivelului materialului, determinând în același timp volumul materialului printr-un algoritm de integrare. Combinând aceste calcule cu parametrii predefiniți de densitate a cărbunelui (de exemplu, densitatea cărbunelui brut 1,3-1,5 t/m³), sistemul furnizează în cele din urmă date precise privind cantitatea de material.

4. Contor de nivel radar Solidat 3D: Introducere și Aplicații

4.1 Caracteristicile tehnice de bază ale produsului

Solidat, un furnizor lider de echipamente de automatizare industrială, a dezvoltat indicatorul de nivel radar 3D (Model: Seria SLDL5300) pentru a îndeplini cerințele de măsurare a nivelului de material ale centralelor pe cărbune, având următoarele caracteristici tehnice de bază:

Performanță de măsurare: Interval de măsurare 180 grade, 360 grade (potrivit pentru șantierul de cărbune mic și mediu până la mare), precizie de volum ± 0,5%, precizie de distanță 1 mm, setare a densității suportului (0,5-3t/m³), satisface nevoile de măsurare ale diferitelor tipuri de cărbune.

Comunicare și ieșire de date: Suportă Ethernet industrial, AUTBUS, 485 și alte moduri de comunicare și poate scoate înălțimea materialului, volumul, masa, date de imagine 3D (suporta exportul în format BMP/JPG) și este compatibil cu interfața de date a sistemului de control central al centralei de cărbune.

Instalare și punere în funcțiune: instalația de sus-(conexiune cu flanșă, compatibilă cu flanșe DN50-DN200) are găuri mici de instalare, eliminând necesitatea unor modificări ample la siloz. Punerea în funcțiune se realizează prin intermediul ecranului tactil sau al computerului de la distanță.

Efect de imagine: procesare și analiză a datelor de mare-viteză, procesarea datelor este rapidă și automată finalizată de computer, sistem de operare grafic 3D simplu pentru a realiza reproducerea tri-dimensională a țintei măsurate și poate efectua rotația grafică, translația și mărirea locală și alte operațiuni interactive, rezultatele măsurătorii sunt clare dintr-o privire.

4.2 Cazul de aplicare al centralei de cărbune

Luați ca exemplu o centrală mare de cărbune-de stat (capacitate anuală de 5 milioane de tone). Uzina are 8 silozuri de cărbune brut (diametru 10m, înălțime 25m) și 4 silozuri de cărbune rafinat (diametru 8m, înălțime 20m). Măsurătoarea anterioară folosind contorul de nivel radar obișnuit cu microunde are trei probleme:

Concentrația de praf de cărbune în silozul de cărbune brut este mare (60g/m³ în medie), iar atenuarea semnalului radar cu microunde este gravă. Aproximativ 30% din timp, nu pot fi obținute date efective la nivel de material, deci este necesară inspecția manuală, care prezintă riscul de a cădea de la mare altitudine;

Silozurile de cărbune cocsificabil se confruntă adesea cu „dezechilibru material” (niveluri inegale de material pe o parte). Sistemele radar convenționale, care măsoară doar date cu un singur-punct, nu pot detecta astfel de dezechilibre. Acest lucru are ca rezultat o rată de utilizare de 70% a capacității reale a silozului, provocând frecvent „alarme silozului plin, în ciuda spațiului gol rămas”.

Statisticile de inventar necesită estimarea manuală bazată pe înălțimea nivelurilor de material și volumul containerelor de materiale din fiecare depozit. Durează 2-3 ore pe timp, iar rata de eroare este de 5%-8%, ceea ce afectează planul de achiziții și programarea producției.

La începutul anului 2024, uzina a introdus contoare de nivel radar 83D (6 pentru silozurile de cărbune brut și 2 pentru silozurile de cărbune rafinat), iar efectul de aplicare a fost îmbunătățit semnificativ:

Stabilitate îmbunătățită a măsurătorilor: radarul 3D are o capacitate puternică de penetrare a prafului de cărbune cu concentrație mare, iar rata efectivă de achiziție a semnalului este crescută de la 70% la 99,5%. Nu este necesară nicio inspecție manuală în depozit, ceea ce reduce costul forței de muncă cu aproximativ 120.000 de yuani pe an și elimină pericolul de siguranță al lucrului la-altitudine mare;

Rezolvarea problemei de identificare a abaterii materialelor: Imaginea 3D afișează distribuția materialului în recipientul de cărbune curățat în timp real. Când apare abaterea materialului (diferența dintre cele două părți ale nivelului materialului este mai mare de 1 m), sistemul va alarma automat și va ghida operatorii pentru a regla poziția de alimentare. Rata de utilizare a capacității containerului este crescută la 90%, ceea ce poate stoca aproximativ 1500 de tone de cărbune curățat mai mult în fiecare an și poate crește beneficiul economic cu aproximativ 1,2 milioane de yuani;

Management inteligent al inventarului: sistemul calculează automat cantitățile de cărbune din fiecare depozit și generează rapoarte de inventar cu actualizări de date în fiecare minut. Acest lucru reduce timpul pentru statisticile de inventar de la 2-3 ore la 10 secunde, în timp ce ratele de eroare sunt reduse sub 2%. Oferă suport de date precis pentru planificarea achizițiilor centralelor de cărbune (de exemplu, determinarea cantităților de achiziție de cărbune brut pe baza ratelor de consum de stoc) și programarea producției (de exemplu, ajustarea producției de spălare a cărbunelui în funcție de nivelurile stocului de cărbune curățat), minimizând în mod eficient întreruperile producției și risipa de materii prime cauzate de evaluările greșite ale stocurilor.

În plus, caracteristicile scăzute de întreținere ale contorului de nivel radar 3D reduc, de asemenea, semnificativ costurile de operare și întreținere ale centralei de cărbune: echipamentul a fost curățat o singură dată în ultimul an și nu există nicio înregistrare a opririi defecțiunii. În comparație cu radarul tradițional (care trebuie întreținut în medie o dată la 3 luni), costul anual de întreținere este redus cu aproximativ 80.000 de yuani.

5. Concluzie

Contoarele de nivel radar Solidat 3D folosesc tehnologii de ultimă oră, inclusiv imagini 3D, măsurare cu mai mulți-parametri și capabilități robuste anti-interferențe pentru a aborda în mod eficient provocările de bază în măsurarea stocării materialelor din plantele de cărbune. Acestea includ interferențe severe ale prafului, configurații complexe ale nivelului de material și dificultăți de urmărire a stocurilor. Sistemul nu numai că îmbunătățește acuratețea și stabilitatea măsurătorilor, dar conduce și îmbunătățiri inteligente în gestionarea stocurilor centralelor de cărbune și programarea producției. Sistemul de măsurare SLDL5300 3D folosește un fascicul îngust, de-penetrare mare, care se adaptează la condițiile complexe de lucru, rămânând neafectat de medii dure, cum ar fi temperaturile ridicate, coroziunea prafului, aburul, ploaiele sau ceața. Cu rapoarte excelente de cost-performanță, este aplicabil pe scară largă pentru măsurarea materialelor solide în diferite locații de depozitare, inclusiv silozuri, containere și depozite de materiale solide în vrac. În contextul transformării inteligente a industriei cărbunelui, contoarele de nivel radar Solidat 3D oferă soluții de măsurare a nivelului fiabile și eficiente, cu perspective largi de aplicare. Se așteaptă ca aceste sisteme să se adapteze în continuare la scenarii precum silozurile centralelor de cărbune fără echipaj și sistemele de depozitare inteligente, oferind un sprijin mai puternic pentru dezvoltarea digitală a industriei cărbunelui.