Solidat 3D radarski mjerač nivoa: karakteristike i primjene - Studija slučaja elektrane na ugalj

Abstract

Ovaj rad se fokusira na 3D radarske mjerače nivoa u tehnologiji mjerenja nivoa, objašnjavajući njihove principe primjene i upoređujući osnovne karakteristike tradicionalnog radara i 3D radara. Ističe praktične efekte primjene Solidatovih 3D radarskih mjerača nivoa u postrojenjima na ugalj, pružajući referentno rješenje za izazove mjerenja nivoa u postrojenjima na ugalj.

Ključne riječi

Level gauge; 3D radar; elektrana na ugalj; mjerenje nivoa materijala; prašno okruženje

1. Pregled

Uz ubrzanu inteligentnu transformaciju industrije uglja, elektrane na ugalj imaju značajno povećane zahtjeve za preciznošću, stabilnošću i pametnim rješenjima u mjerenju nivoa materijala. Tradicionalne metode kao što su ručne inspekcije, ultrazvučni mjerači nivoa i konvencionalni radarski mjerači nivoa suočavaju se sa značajnim ograničenjima: Ručne inspekcije su neefikasne i nesigurne, što čini praćenje dinamike silosa u stvarnom-vremenu izazovnim; Ultrazvučni mjerači nivoa su skloni interferenciji ugljene prašine, što dovodi do ozbiljnog slabljenja signala i velikih grešaka u mjerenju; Dok konvencionalni radarski mjerači nivoa djelimično ublažavaju smetnje prašine, oni se i dalje bore da postignu sveobuhvatnu pokrivenost u složenim uslovima silosa (kao što su svodovi, odstupanje materijala ili mrtve zone), što često dovodi do pogrešno procijenjenih nivoa materijala koji remete raspored proizvodnje i upravljanje zalihama.

Među različitim tehnologijama mjerenja nivoa, 3D radarski mjerači nivoa pojavili su se kao-promijenilac igre. Koristeći više- skeniranje i 3D slike, oni prevazilaze prostorna ograničenja tradicionalnih metoda kako bi jasno vizualizirali distribuciju materijala u silosima. Ovi sistemi ne samo da pružaju precizna mjerenja nivoa već i omogućavaju-praćenje u stvarnom vremenu zapremine materijala, mase i morfologije gomile. Kao -rješenje za inteligentno mjerenje nivoa u postrojenjima na ugalj, oni efikasno premošćuju jaz koji ostavljaju konvencionalne tehnologije u složenim okruženjima silosa.

2. Osobine radarske tehnologije

2.1 Karakteristike tradicionalnih radara (uključujući mikrovalni radar i konvencionalni vođeni talasni radar)

Jedna mjerna dimenzija: Može dobiti samo podatke o visini materijala, ali ne može uočiti horizontalnu distribuciju materijala u silosu. Suočavajući se sa uobičajenim fenomenom "odstupanja materijala" i "luka" u silosu za ugalj, ne može identificirati stvarnu praznu zapreminu u silosu, što je lako uzrokovati odstupanje u proračunu zaliha.

Ograničena otpornost na smetnje od prašine: Mikrovalni radarski signali su skloni rasipanju i slabljenju u okruženjima visoke-koncentracije ugljene prašine. Kada koncentracija prašine pređe 50 g/m³, intenzitet refleksije signala dramatično opada, značajno ugrožavajući preciznost mjerenja. Dok konvencionalni vođeni talasni radarski sistemi pokazuju manju osjetljivost na smetnje od prašine, njihove sonde su osjetljive na adheziju ugljene prašine. Dugotrajna upotreba dovodi do odstupanja signala uzrokovanog nakupljenim naslagama, što zahtijeva često čišćenje i održavanje.

Ograničena pokrivenost: Tradicionalni radari su uglavnom jednosmjerni- ili uski{1}} dizajni, koji mogu mjeriti samo "tačku" ili "liniju" unutar silosa i ne mogu u potpunosti uhvatiti cjelokupni status nivoa materijala silosa. Za velike silose za ugalj promjera većeg od 8 metara potrebno je kombinirati i instalirati više uređaja kako bi se postigla preliminarna pokrivenost, što povećava cijenu opreme i poteškoće u otklanjanju grešaka.

2.2 Karakteristike 3D radara

3D panoramska slika: Koristeći tehnologiju više-mrežnih snopa, ovaj sistem istovremeno emituje 20-30 visoko- radarskih zraka visoke frekvencije da pokrije horizontalnu oblast od 360 stepeni i vertikalni ugao od 0-90 stepeni unutar silosa materijala. Kroz šivanje signala i rekonstrukciju podataka, generiše 3D slike materijala unutar silosa u realnom vremenu, jasno prikazujući obrasce slaganja, položaje luka, stepene odstupanja materijala i mrtve tačke u praznim silosima. Ovo efikasno rješava ograničenja tradicionalnog radara "nevidljivost i neprecizno mjerenje".

Otpornost na prašinu i surovo okruženje: 3D radar koristi specijaliziranu tehnologiju modulacije signala, emitujući signale snage 5-10mW (5-10 puta veće od konvencionalnih mikrovalnih radara). Njegov optimizovan dizajn talasne dužine posebno odgovara karakteristikama čestica ugljene prašine, omogućavajući prodiranje kroz prašinu visoke koncentracije (do 100g/m³) dok minimizira gubitak raspršivanja signala. Sa zaštitom IP67, oprema izdržava ekstremne temperature (-40 do 80 stepeni) i koroziju, što je čini idealnom za silose postrojenja na ugalj gdje su vlažnost, prašina i temperaturne fluktuacije uobičajeni izazovi.

Sinhronizirano mjerenje s više-parametara: Osim preciznog mjerenja visine materijala (preciznost ±5 mm, rezolucija 1 mm), može također izračunati zapreminu materijala (greška manja ili jednaka 2%) i masu (u kombinaciji sa unaprijed postavljenom funkcijom gustine uglja) na osnovu 3D slika, automatski generirajući izvještaje o inventaru bez ručne konverzije. Ovo pruža direktnu podršku podacima za upravljanje inventarom postrojenja za ugalj i planiranje proizvodnje, smanjujući ručne statističke greške.

Nisko održavanje i inteligentna dijagnoza: Uređaj nema mehaničke pokretne dijelove, eliminirajući probleme poput nakupljanja materijala i mehaničkog habanja kod tradicionalnih radarskih sonda s vođenim valovima. Godišnje održavanje je smanjeno na 1-2 puta. Sa ugrađenim-inteligentnim dijagnostičkim funkcijama, prati operativni status u realnom vremenu (uključujući jačinu signala, integritet snopa i komunikacijske veze). Kada dođe do anomalija signala ili kvarova opreme, on automatski šalje upozorenja centralnom kontrolnom sistemu, značajno smanjujući rizik od zastoja.

Prilagođavanje složenim strukturama silosa: Podržava mjerenje silosa za ugalj različitih oblika uključujući kružne, kvadratne i pravokutne. Kroz podešavanja parametara, može prihvatiti prepreke kao što su ljestve i uređaji za miješanje unutar silosa, automatski filtrira signale smetnji i ne zahtijeva dodatne zaštitne uređaje. Zadovoljava potrebe mjerenja različitih silosa za elektrane na ugalj (kao što su silosi sirovog uglja, silosi rafiniranog uglja i silosi za stajnjak).

3. Principi tradicionalnog radara i 3D radara

3.1 Tradicionalni radar

Tradicionalni mikrotalasni radarski sistemi rade tako što emituju jedan elektromagnetni snop visoke -(opseg GHz) snopa. Oni izračunavaju visinu nivoa materijala koristeći vrijeme propagacije reflektiranih signala (na osnovu brzine elektromagnetnog talasa, ekvivalentne brzini svjetlosti) kroz formulu: Visina nivoa materijala=(brzina širenja elektromagnetnog talasa × vrijeme refleksije) / 2. Međutim, u silosima elektrane na ugalj, visoke koncentracije elektrotalasa višestrukog elektrotalasa uzrokuju višestruke koncentracije elektromagnetskog talasa. Deo signala apsorbuju čestice prašine, što dovodi do toga da efektivna energija signala koja se vraća prijemnoj anteni iznosi samo 0,5%-1% energije koja se prenosi. Ovo često dovodi do problema "bez signala refleksije" ili "signala lažne refleksije". Dok konvencionalni vođeni talasni radarski sistemi koriste talasovode (čelične sajle/šipke) za smanjenje smetnji prašine, njihovi signali se šire samo duž putanje talasovoda. Ovo ograničenje sprečava horizontalno pokrivanje područja silosa, a akumulacija materijala na šipki sonde može promijeniti impedanciju valovoda, uzrokujući greške u mjerenju.

3.2 3D radar

3D radar radi na bazi više-vremenske-vremenske reflektometrije snopa (Multi-TDR) i 3D tehnologije rekonstrukcije podataka, sa osnovnim principima kako slijedi:

Više-prenos i prijem: Radarski antenski niz istovremeno emituje višestruke visoko-elektromagnetne zrake (24GHz). Svaki snop skenira površinu materijala u silosu pod unapred zadatim uglovima (bočni razmak od 1 stepen -2 stepena, uzdužna pokrivenost od 0-90 stepeni), stvarajući pokrivenost "površinski". Prijemna antena sinhrono hvata reflektovane signale od svakog snopa, bilježeći vrijeme propagacije i jačinu signala svake grupe zraka.

Obrada signala i filtriranje smetnji: Koristeći specijalizovane algoritme, sistem obrađuje višestruke reflektovane signale kako bi filtrirao smetnje od raspršivanja ugljene prašine i refleksije objekata (na osnovu pragova jačine signala i analize konzistencije snopa), dok zadržava važeće signale površinske refleksije. Istovremeno, izračunava trodimenzionalne koordinate (X, Y, Z osi) tačaka refleksije unutar silosa koristeći parametre ugla zraka.

Rekonstrukcija 3D slike i proračun parametara: Sistem prvo spaja 3D koordinate iz svih važećih tačaka refleksije kako bi se generirao 3D model oblaka tačaka materijala unutar silosa. Koristeći tehnologiju renderiranja slika, stvara intuitivnu 3D vizualizaciju. Na osnovu ovog modela, sistem automatski izračunava maksimalnu i prosječnu visinu nivoa materijala, dok određuje zapreminu materijala kroz integracijski algoritam. Kombinovanjem ovih proračuna sa unapred definisanim parametrima gustine uglja (npr. gustina sirovog uglja 1,3-1,5t/m³), sistem na kraju daje tačne podatke o količini materijala.

4. Solidat 3D radarski mjerač nivoa: Uvod i primjene

4.1 Osnovne tehničke karakteristike proizvoda

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

Performanse mjerenja: Opseg mjerenja 180 stepeni, 360 stepeni (pogodno za mala i srednja do velika ugljenokopa), tačnost zapremine ±0,5%, tačnost udaljenosti 1mm, podešavanje gustine podrške (0,5-3t/m³), zadovoljavaju potrebe merenja različitih vrsta uglja.

Komunikacija i izlaz podataka: Podržava Ethernet industrijske, AUTBUS, 485 i druge komunikacijske modove i može emitovati nivo materijala, visinu, zapreminu, masu, podatke 3D slike (podržava izvoz u BMP/JPG format) i kompatibilan je sa podatkovnim interfejsom centralnog upravljačkog sistema postrojenja za ugalj.

Instalacija i puštanje u rad: Gornja-instalacija (prirubnički priključak, kompatibilna sa prirubnicama DN50-DN200) ima male instalacijske rupe, eliminirajući potrebu za opsežnim modifikacijama silosa. Puštanje u rad je završeno preko ekrana osetljivog na dodir ili udaljenog računara.

Efekat slike: velika-brzina obrada i analiza podataka, obrada podataka se brzo i automatski završava od strane računara, jednostavan 3D grafički operativni sistem za postizanje trodimenzionalne-reprodukcije mjerenog cilja, i može izvršiti grafičku rotaciju, prevođenje i lokalno povećanje i druge interaktivne operacije, rezultati mjerenja su jasni na prvi pogled.

4.2 Slučaj primjene postrojenja na ugalj

Uzmimo za primjer veliku državnu{0}}elektranu na ugalj (godišnji kapacitet od 5 miliona tona). Postrojenje ima 8 silosa za sirovi ugalj (prečnik 10m, visina 25m) i 4 silosa za rafinisani ugalj (prečnik 8m, visina 20m). Prethodno mjerenje korištenjem običnog mikrovalnog radarskog mjerača nivoa ima tri problema:

Koncentracija ugljene prašine u silosu sirovog uglja je visoka (60 g/m³ u prosjeku), a slabljenje mikrovalnog radarskog signala je ozbiljno. Oko 30% vremena se ne mogu dobiti efektivni podaci o nivou materijala, pa je potrebna ručna inspekcija, koja ima rizik od pada sa velike visine;

Silosi za koksujući ugalj često imaju 'materijalnu neravnotežu' (neujednačeni nivoi materijala na jednoj strani). Konvencionalni radarski sistemi, koji mjere samo podatke o jednoj-tački, ne mogu otkriti takve neravnoteže. Ovo rezultira stopom iskorištenja od 70% stvarnog kapaciteta silosa, često izazivajući 'alarme pune silosa uprkos preostalom praznom prostoru'.

Statistika zaliha zahtijeva ručnu procjenu na osnovu visine nivoa materijala i zapremine kanti materijala u svakom skladištu. Potrebno je 2-3 sata po vremenu, a stopa greške je 5%-8%, što utiče na plan nabavke i raspored proizvodnje.

Početkom 2024. godine u fabrici su uvedeni 83D radarski mjerači nivoa (6 za silose sirovog uglja i 2 za silose za rafinirani ugalj), a učinak primjene je značajno poboljšan:

Poboljšana stabilnost mjerenja: 3D radar ima snažnu sposobnost prodiranja ugljene prašine visoke koncentracije, a efektivna stopa akvizicije signala je povećana sa 70% na 99,5%. U skladištu nije potrebna ručna inspekcija, što smanjuje troškove rada za oko 120.000 juana godišnje i eliminiše opasnost po sigurnost rada na velikim{6}}visinama;

Rješavanje problema identifikacije odstupanja materijala: 3D slika prikazuje distribuciju materijala u očišćenoj kanti za ugalj u realnom vremenu. Kada dođe do odstupanja materijala (razlika između dvije strane nivoa materijala je veća od 1 m), sistem će automatski alarmirati i usmjeriti operatere da podese položaj uvlačenja. Stopa iskorišćenja kapaciteta kante je povećana na 90%, što može uskladištiti oko 1500 tona očišćenog uglja više svake godine i povećati ekonomsku korist za oko 1,2 miliona juana;

Inteligentno upravljanje zalihama: Sistem automatski izračunava količine uglja u svakom skladištu i generiše izveštaje o zalihama sa ažuriranjem podataka svake minute. Ovo smanjuje vrijeme statistike zaliha sa 2-3 sata na 10 sekundi, dok snižava stope greške ispod 2%. Pruža preciznu podršku podataka za planiranje nabavke postrojenja na ugalj (npr. određivanje količina nabavke sirovog uglja na osnovu stopa potrošnje zaliha) i planiranje proizvodnje (npr. prilagođavanje izlaza pranja uglja prema nivoima zaliha očišćenog uglja), efektivno minimizirajući prekide u proizvodnji i rasipanje sirovina uzrokovanih pogrešnim procjenama zaliha.

Osim toga, niske karakteristike održavanja 3D radarskog mjerača nivoa također značajno smanjuju troškove rada i održavanja termoelektrane na ugalj: oprema je očišćena samo jednom u prošloj godini i nema evidencije o kvarovima. U poređenju sa tradicionalnim radarom (koji se u prosjeku treba održavati jednom svaka 3 mjeseca), godišnji troškovi održavanja su smanjeni za oko 80.000 juana.

5. Zaključak

Solidat 3D radarski mjerači nivoa koriste najsavremenije-tehnologije uključujući 3D snimanje, mjerenje više-parametara i robusne mogućnosti protiv-ometanja za efikasno rješavanje ključnih izazova u mjerenju materijala za skladištenje uglja. To uključuje ozbiljne smetnje prašine, složene konfiguracije nivoa materijala i poteškoće u praćenju inventara. Sistem ne samo da poboljšava preciznost i stabilnost mjerenja, već i pokreće inteligentne nadogradnje u upravljanju zalihama postrojenja za ugalj i planiranju proizvodnje. SLDL5300 3D mjerni sistem koristi uski snop visoke-probojnosti koji se prilagođava složenim radnim uvjetima, ne podliježući teškim okruženjima kao što su visoke temperature, korozija prašine, para, kiša ili magla. Sa odličnim omjerima{11}}učinaka, široko je primjenjiv za mjerenje čvrstih materijala na različitim skladišnim lokacijama, uključujući silose, kontejnere i skladišta rasutih materijala. U kontekstu inteligentne transformacije industrije uglja, Solidat 3D radarski brojači nivoa pružaju pouzdana i efikasna rješenja za mjerenje nivoa sa širokim mogućnostima primjene. Očekuje se da će se ovi sistemi dalje prilagođavati scenarijima kao što su silosi za elektrane na ugalj bez posade i pametni sistemi skladištenja, nudeći snažniju podršku za digitalni razvoj industrije uglja.