Radarski merilnik nivoja Solidat 3D: funkcije in aplikacije - Študija primera elektrarne na premog

Povzetek

Ta članek se osredotoča na 3D radarske merilnike nivoja v tehnologiji merjenja nivoja, pojasnjuje njihova načela uporabe in primerja glavne značilnosti tradicionalnega radarja in 3D radarja. Poudarja učinke praktične uporabe Solidatovih 3D radarskih merilnikov nivoja v premogovnikih, ki zagotavljajo referenčno rešitev za izzive merjenja nivoja v premogovnikih.

Ključne besede

merilnik nivoja; 3D radar; premogovnica; merjenje ravni materiala; prašno okolje

1. Pregled

S pospešenim inteligentnim preoblikovanjem premogovništva so premogovniške elektrarne bistveno povečale zahteve po natančnosti, stabilnosti in pametnih rešitvah pri merjenju nivoja materiala. Tradicionalne metode, kot so ročni pregledi, ultrazvočni merilniki nivoja in običajni radarski merilniki nivoja, se soočajo z znatnimi omejitvami: Ročni pregledi so neučinkoviti in nevarni, zato je spremljanje-dinamike silosa v realnem času izziv; Ultrazvočni merilniki nivoja so nagnjeni k motnjam premogovega prahu, kar ima za posledico močno oslabitev signala in velike merilne napake; Medtem ko običajni radarski merilniki nivoja delno ublažijo motnje prahu, se še vedno trudijo doseči celovito pokritost v zapletenih pogojih silosa (kot so oboki, odstopanja materiala ali mrtve cone), kar pogosto vodi do napačno ocenjenih nivojev materiala, ki motijo ​​načrtovanje proizvodnje in upravljanje zalog.

Med različnimi tehnologijami merjenja nivoja so 3D-radarski merilniki nivoja postali sprememba-igre. Z izkoriščanjem več-žarkovnega skeniranja in zmogljivosti 3D-slikovanja premagajo prostorske omejitve tradicionalnih metod za jasno vizualizacijo porazdelitve materiala v silosih. Ti sistemi ne zagotavljajo samo natančnih meritev nivoja, temveč omogočajo-sprotno spremljanje prostornine materiala, mase in morfologije kupa. Kot najbolj-rešitev za inteligentno merjenje nivoja v obratih za premog učinkovito premostijo vrzel, ki jo pustijo običajne tehnologije v zapletenih silosnih okoljih.

2. Značilnosti radarske tehnologije

2.1 Značilnosti tradicionalnih radarjev (vključno z mikrovalovnim radarjem in običajnim radarjem z vodenimi valovi)

Ena dimenzija merjenja: lahko pridobi le podatke o višini materiala, ne more pa zaznati horizontalne porazdelitve materialov v silosu. Ob soočanju s pogostim pojavom "materialnega odstopanja" in "loka" v silosu za premog ne more identificirati dejanske prazne prostornine v silosu, kar lahko povzroči odstopanje pri izračunu zalog.

Omejena odpornost proti motnjam prahu: Mikrovalovni radarski signali so nagnjeni k sipanju in slabljenju v okoljih z visoko-koncentracijo premogovega prahu. Ko koncentracija prahu preseže 50 g/m³, intenzivnost odboja signala dramatično pade, kar bistveno ogrozi natančnost meritev. Medtem ko običajni radarski sistemi z vodenimi valovi kažejo manj dovzetnosti za motnje prahu, so njihove sonde dovzetne za oprijem premogovega prahu. Dolgotrajna uporaba povzroči umik signala zaradi nakopičenih usedlin, zaradi česar je potrebno pogosto čiščenje in vzdrževanje.

Omejena pokritost: Tradicionalni radarji so večinoma zasnovani z enim-žarkom ali ozkim-žarkom, ki lahko merijo samo »točko« ali »črto« znotraj silosa in ne morejo v celoti zajeti celotnega statusa ravni materiala v silosu. Pri velikih silosih za premog s premerom več kot 8 metrov je treba združiti in namestiti več naprav, da se doseže predhodno pokritje, kar poveča stroške opreme in težave pri odpravljanju napak.

2.2 Lastnosti 3D radarja

3D-panoramsko slikanje: Ta sistem z uporabo več-tehnologije zaporedja žarkov hkrati oddaja 20-30-visokofrekvenčnih radarskih žarkov, da pokrije 360-stopinjsko vodoravno območje in navpični kot 0-90 stopinj znotraj materialnega silosa. S povezovanjem signalov in rekonstrukcijo podatkov ustvarja 3D slike materiala v silosu v realnem času, ki jasno prikazuje vzorce zlaganja, položaje obokov, stopnje odstopanja materiala in slepe kote v praznih silosih. To učinkovito odpravlja omejitve tradicionalnega radarja glede "nevidnosti in nenatančnih meritev".

Odpornost na prah in težka okolja: 3D radar uporablja posebno tehnologijo modulacije signala, ki oddaja signale z močjo 5-10 mW (5-10-krat več kot običajni mikrovalovni radarji). Njegova optimizirana zasnova valovne dolžine se posebej ujema z značilnostmi delcev premogovega prahu, kar omogoča prodiranje skozi prah z visoko koncentracijo (do 100 g/m³), hkrati pa zmanjšuje izgubo zaradi sipanja signala. Z zaščito IP67 je oprema odporna na ekstremne temperature (-40 stopinj do 80 stopinj) in korozijo, zaradi česar je idealna za silose premogovnikov, kjer so vlaga, prah in temperaturna nihanja pogosti izzivi.

Sinhronizirana meritev z več-parametri: poleg natančnega merjenja višine nivoja materiala (natančnost ±5 mm, ločljivost 1 mm) lahko izračuna tudi prostornino materiala (napaka manjša od ali enaka 2 %) in maso (v kombinaciji s funkcijo prednastavitve nasipne gostote premoga) na podlagi 3D slik, samodejno ustvarja poročila o inventarju brez ročne pretvorbe. To zagotavlja neposredno podatkovno podporo za upravljanje inventarja premogovnika in načrtovanje proizvodnje, kar zmanjšuje ročne statistične napake.

Nizki stroški vzdrževanja in inteligentna diagnostika: Naprava nima mehanskih gibljivih delov, kar odpravlja težave, kot sta kopičenje materiala in mehanska obraba pri tradicionalnih radarskih sondah z vodenimi valovi. Letno vzdrževanje se zmanjša na 1-2-krat. Z vgrajenimi-inteligentnimi diagnostičnimi funkcijami spremlja stanje delovanja v realnem času (vključno z močjo signala, celovitostjo žarka in komunikacijskimi povezavami). Ko pride do anomalij signala ali okvar opreme, samodejno pošlje opozorila centralnemu nadzornemu sistemu, kar znatno zmanjša tveganje izpadov.

Prilagoditev zapletenim strukturam silosov: podpira merjenje silosov za premog različnih oblik, vključno s krožnimi, kvadratnimi in pravokotnimi. Z nastavitvami parametrov se lahko prilagodi oviram, kot so lestve in mešalne naprave znotraj silosa, samodejno filtrira signale motenj in ne potrebuje dodatnih zaščitnih naprav. Izpolnjuje potrebe po meritvah različnih silosov za premog (kot so silosi za surovi premog, silosi za rafiniran premog in silosi za premogovo gnojevko).

3. Principi tradicionalnega radarja in 3D radarja

3.1 Tradicionalni radar

Tradicionalni mikrovalovni radarski sistemi delujejo tako, da oddajajo en sam elektromagnetni žarek visoke-frekvenčne (GHz območje). Izračunajo višino nivoja materiala z uporabo časa širjenja odbitih signalov (na podlagi hitrosti elektromagnetnega valovanja, ki je enakovredna hitrosti svetlobe) po formuli: višina nivoja materiala=(hitrost širjenja elektromagnetnega valovanja × čas odboja) / 2. Vendar pa v silosih premogovnikov visoke koncentracije premogovega prahu povzročajo večkratno sipanje elektromagnetnih valov. Del signala absorbirajo prašni delci, zaradi česar je učinkovita energija signala, ki se vrne v anteno sprejemnika, le 0,5%-1% oddane energije. To pogosto povzroči težave z "brez odbojnega signala" ali "lažni odbojni signal". Medtem ko običajni radarski sistemi z vodenimi valovi uporabljajo valovode (jeklene kable/palice) za zmanjšanje motenj prahu, se njihovi signali širijo le po poti valovoda. Ta omejitev preprečuje vodoravno pokritost območij silosov, kopičenje materiala na palici sonde pa lahko spremeni impedanco valovoda, kar povzroči napake pri merjenju.

3.2 3D Radar

3D-radar deluje na podlagi več-žarkovne časovne-reflektometrije (Multi-beam TDR) in tehnologije 3D-rekonstrukcije podatkov, z naslednjimi osnovnimi načeli:

Več{0}}prenos in sprejem žarkov: Radarski antenski niz hkrati oddaja več visokofrekvenčnih (24 GHz) elektromagnetnih žarkov. Vsak žarek skenira površino materiala v silosu pod vnaprej nastavljenimi koti (stranski razmik 1 stopinja -2 stopinja, vzdolžna pokritost 0-90 stopinj), kar ustvarja pokritost "površini". Sprejemna antena sinhrono zajema odbite signale iz vsakega žarka, beleži čas širjenja in moč signala vsake skupine žarkov.

Obdelava signala in filtriranje motenj: z uporabo specializiranih algoritmov sistem obdela več odbitih signalov za filtriranje motenj zaradi razprševanja premogovega prahu in odbojev predmetov (na podlagi pragov moči signala in analize doslednosti žarka), hkrati pa ohrani veljavne signale odboja površine. Hkrati izračuna tri{1}}dimenzionalne koordinate (osi X, Y, Z) odbojnih točk v silosu s pomočjo parametrov kota žarka.

Rekonstrukcija 3D slike in izračun parametrov: sistem najprej združi 3D koordinate vseh veljavnih odbojnih točk, da ustvari 3D model oblaka točk materiala v silosu. S tehnologijo upodabljanja slik ustvari intuitivno 3D vizualizacijo. Na podlagi tega modela sistem samodejno izračuna največjo in povprečno višino nivoja materiala, medtem ko z integracijskim algoritmom določi količino materiala. S kombiniranjem teh izračunov z vnaprej določenimi parametri gostote premoga (npr. gostota surovega premoga 1,3-1,5 t/m³) sistem na koncu odda točne podatke o količini materiala.

4. Radarski merilnik nivoja Solidat 3D: Uvod in aplikacije

4.1 Osnovne tehnične lastnosti izdelka

Solidat, vodilni ponudnik opreme za industrijsko avtomatizacijo, je razvil 3D radarski merilnik nivoja (model: serija SLDL5300), da bi izpolnil zahteve za merjenje nivoja materiala v elektrarnah na premog in ima naslednje osnovne tehnične značilnosti:

Učinkovitost merjenja: Merilno območje 180 stopinj, 360 stopinj (primerno za majhne in srednje do velike premogovnice), natančnost prostornine ±0,5 %, natančnost razdalje 1 mm, nastavitev gostote podpore (0,5-3t/m³), ustreza merilnim potrebam različnih vrst premoga.

Komunikacija in izhod podatkov: Podpira industrijske načine Ethernet, AUTBUS, 485 in druge komunikacijske načine ter lahko izpiše višino ravni materiala, prostornino, maso, 3D slikovne podatke (podpira izvoz formata BMP/JPG) in je združljiv s podatkovnim vmesnikom centralnega nadzornega sistema premogovnika.

Namestitev in zagon: Zgornja-montaža (prirobnični priključek, združljiv s prirobnicami DN50-DN200) ima majhne namestitvene luknje, kar odpravlja potrebo po obsežnih spremembah silosa. Zagon se izvede prek zaslona na dotik ali oddaljenega računalnika.

Učinek slikanja: visoko{0}}hitra obdelava in analiza podatkov, obdelavo podatkov hitro in samodejno zaključi računalnik, preprost 3D-grafični operacijski sistem za doseganje tri-dimenzionalne reprodukcije izmerjenega cilja in lahko izvaja vrtenje grafike, prevajanje in lokalno povečavo ter druge interaktivne operacije, rezultati meritev so jasni na prvi pogled.

4.2 Primer uporabe elektrarne na premog

Za primer vzemimo veliko državno {0}elektrarno na premog (letna zmogljivost 5 milijonov ton). Tovarna ima 8 silosov za surov premog (premer 10 m, višina 25 m) in 4 silose za rafiniran premog (premer 8 m, višina 20 m). Prejšnja meritev z običajnim mikrovalovnim radarskim merilnikom nivoja ima tri težave:

Koncentracija premogovega prahu v silosu za surov premog je visoka (v povprečju 60 g/m³), oslabitev signala mikrovalovnega radarja pa je resna. Približno 30 % časa ni mogoče pridobiti podatkov o dejanski ravni materiala, zato je potreben ročni pregled, pri katerem obstaja nevarnost padca z velike višine;

Silosi za koksanje premoga pogosto doživljajo 'materialno neravnovesje' (neenakomerne ravni materiala na eni strani). Običajni radarski sistemi, ki merijo samo-točkovne podatke, ne morejo zaznati takšnih neravnovesij. Posledica tega je 70-odstotna stopnja izkoriščenosti dejanske zmogljivosti silosa, kar pogosto povzroči "alarme za poln silos kljub praznemu prostoru".

Statistika zalog zahteva ročno oceno na podlagi višine nivojev materiala in prostornine zabojnikov materiala v vsakem skladišču. Traja 2-3 ure na čas, stopnja napak pa je 5%-8%, kar vpliva na načrt nabave in načrtovanje proizvodnje.

V začetku leta 2024 je tovarna uvedla radarske merilnike nivoja 83D (6 za silose surovega premoga in 2 za silose za rafiniran premog), učinek aplikacije pa je bil bistveno izboljšan:

Izboljšana stabilnost meritev: 3D radar ima močno sposobnost prodiranja premogovega prahu z visoko koncentracijo, učinkovita stopnja zajema signala pa se poveča s 70 % na 99,5 %. V skladišču ni potreben ročni pregled, kar zmanjša stroške dela za približno 120.000 juanov na leto in odpravi varnostno nevarnost dela na-višinski nadmorski višini;

Reševanje problema identifikacije odstopanja materiala: 3D slika prikazuje porazdelitev materiala v očiščenem rezervoarju za premog v realnem času. Ko pride do odstopanja materiala (razlika med obema stranema nivoja materiala je več kot 1 m), bo sistem samodejno alarmiral in vodil operaterje, da prilagodijo položaj podajanja. Stopnja izkoriščenosti zmogljivosti zaboja se poveča na 90%, kar lahko vsako leto shrani približno 1500 ton očiščenega premoga več in poveča gospodarsko korist za približno 1,2 milijona juanov;

Inteligentno upravljanje zalog: sistem samodejno izračuna količine premoga v vsakem skladišču in ustvari poročila o zalogah s posodobitvami podatkov vsako minuto. To skrajša čas statistike inventarja z 2-3 ur na 10 sekund, hkrati pa zniža stopnjo napak pod 2 %. Zagotavlja natančno podatkovno podporo za načrtovanje nabave premogovnika (npr. določanje nabavnih količin surovega premoga na podlagi stopenj porabe zalog) in načrtovanje proizvodnje (npr. prilagajanje izkoristka pranja premoga glede na ravni zalog očiščenega premoga), kar učinkovito zmanjšuje motnje proizvodnje in odpad surovin, ki jih povzročijo napačne ocene inventarja.

Poleg tega nizke vzdrževalne lastnosti 3D radarskega merilnika nivoja prav tako znatno zmanjšajo obratovalne in vzdrževalne stroške elektrarne na premog: oprema je bila v preteklem letu očiščena le enkrat in ni zabeleženih zaustavitev zaradi napake. V primerjavi s tradicionalnim radarjem (ki ga je treba vzdrževati v povprečju enkrat na 3 mesece) se letni stroški vzdrževanja znižajo za približno 80.000 juanov.

5. Zaključek

Radarski merilniki nivoja Solidat 3D izkoriščajo najsodobnejše-tehnologije, vključno s 3D-slikanjem, več-meritvami parametrov in robustnimi zmožnostmi proti-motenju za učinkovito reševanje ključnih izzivov pri merjenju shranjevanja materiala v obratih za premog. Ti vključujejo resne motnje prahu, zapletene konfiguracije ravni materiala in težave pri sledenju zalog. Sistem ne le izboljša natančnost in stabilnost meritev, temveč tudi poganja inteligentne nadgradnje pri upravljanju inventarja premogovnika in načrtovanju proizvodnje. Merilni sistem SLDL5300 3D uporablja ozek,-prebojni žarek, ki se prilagaja zapletenim delovnim pogojem, pri čemer nanj ne vplivajo težka okolja, kot so visoke temperature, prašna korozija, para, dež ali megla. Z odličnim{11}}razmerjem stroškov in učinkovitosti je široko uporaben za merjenje trdnih materialov na različnih lokacijah shranjevanja, vključno s silosi, zabojniki in skladišči za razsuti material. V kontekstu inteligentne transformacije premogovništva 3D radarski merilniki nivoja Solidat zagotavljajo zanesljive in učinkovite rešitve za merjenje nivoja s širokimi možnostmi uporabe. Pričakuje se, da se bodo ti sistemi še naprej prilagajali scenarijem, kot so silosi premogovnikov brez posadke in sistemi pametnega skladiščenja, kar bo nudilo močnejšo podporo digitalnemu razvoju premogovništva.