Solidat 3D radarszintmérő: Jellemzők és alkalmazások - Egy szénerőmű esettanulmánya

Absztrakt

Ez a cikk a 3D radaros szintmérőkre összpontosít a szintmérési technológiában, elmagyarázza azok alkalmazási elveit, és összehasonlítja a hagyományos radar és a 3D radar alapvető jellemzőit. Kiemeli a Solidat 3D radaros szintmérő termékeinek gyakorlati alkalmazási hatásait a szénerőművekben, referencia-megoldást biztosítva a szénerőművek szintmérési kihívásaihoz.

Kulcsszavak

Szintmérő; 3D radar; szénüzem; anyagszint mérés; poros környezet

1. Áttekintés

A szénipar felgyorsult intelligens átalakulásával a szénerőművek jelentősen megnövelték az igényeket a pontosság, a stabilitás és az intelligens megoldások iránt az anyagszint mérésében. A hagyományos módszerek, például a kézi ellenőrzések, az ultrahangos szintmérők és a hagyományos radaros szintmérők jelentős korlátokkal szembesülnek: A kézi ellenőrzések nem hatékonyak és nem biztonságosak, ezért a siló dinamikájának valós idejű nyomon követése-nehéz; Az ultrahangos szintmérők hajlamosak a szénpor-interferenciára, ami súlyos jelgyengülést és nagy mérési hibákat eredményez; Míg a hagyományos radarszintmérők részben mérséklik a por interferenciáját, még mindig nehézségekbe ütköznek az átfogó lefedettség elérése bonyolult silókörülmények között (például ívelés, anyageltérés vagy holt zónák), ​​ami gyakran téves anyagszintekhez vezet, ami megzavarja a gyártás ütemezését és a készletkezelést.

A különböző szintmérési technológiák közül a 3D radaros szintmérők játék-változtatóként jelentek meg. A többsugaras szkennelési és 3D-s képalkotási képességek kiaknázásával leküzdik a hagyományos módszerek térbeli korlátait, így egyértelműen láthatóvá teszik az anyagok silókban való eloszlását. Ezek a rendszerek nem csak pontos szintméréseket biztosítanak, hanem lehetővé teszik az anyagtérfogat, a tömeg és a halom morfológiájának valós idejű nyomon követését is-. A szénerőművek intelligens szintmérésének-megoldásaként hatékonyan áthidalják a hagyományos technológiák által az összetett silókörnyezetekben hagyott űrt.

2. A radartechnika jellemzői

2.1 A hagyományos radarok jellemzői (beleértve a mikrohullámú radart és a hagyományos irányított hullámradarokat)

Egyetlen mérési dimenzió: Csak az anyagszint magassági adatokat tudja megszerezni, de nem érzékeli az anyagok vízszintes eloszlását a silóban. A szénsilóban előforduló „anyageltérés” és „ív” jelenséggel szemben nem tudja azonosítani a siló tényleges üres térfogatát, ami könnyen okozhat eltérést a készletszámításban.

Korlátozott por-interferencia-ellenállás: A mikrohullámú radarjelek hajlamosak szórásra és csillapításra magas szénporkoncentrációjú{0}}környezetekben. Ha a por koncentrációja meghaladja az 50 g/m³ értéket, a jel visszaverődési intenzitása drámaian csökken, ami jelentősen rontja a mérési pontosságot. Míg a hagyományos irányított hullámú radarrendszerek kevésbé érzékenyek a por interferenciájára, szondáik érzékenyek a szénpor tapadására. A hosszan tartó használat a jelek elsodródásához vezet a felgyülemlett lerakódások miatt, ami gyakori tisztítást és karbantartást tesz szükségessé.

Korlátozott lefedettség: A hagyományos radarok többnyire egynyalábú- vagy keskeny{1}}nyalábúak, amelyek csak egy "pontot" vagy "vonalat" tudnak mérni a silón belül, és nem képesek teljes mértékben rögzíteni a siló általános anyagszintjét. A 8 méternél nagyobb átmérőjű nagy szénsilóknál több eszközt kell kombinálni és telepíteni az előzetes lefedettség eléréséhez, ami növeli a berendezés költségeit és a hibakeresési nehézségeket.

2.2 A 3D radar jellemzői

3D panorámaképalkotás: A több-nyalábú technológiát alkalmazó rendszer egyidejűleg 20-30 nagy-frekvenciás radarnyalábot bocsát ki, hogy lefedje mind a 360 fokos vízszintes területet, mind a 0-90 fokos függőleges szöget az anyagsilón belül. Jelvarrással és adatrekonstrukcióval valós idejű 3D képeket készít a silóban lévő anyagról, jól láthatóan megjelenítve a halmozási mintákat, az ívelési pozíciókat, az anyag eltérési fokait és a holtpontokat az üres silókban. Ez hatékonyan feloldja a hagyományos radar „láthatatlanság és pontatlan mérés” korlátait.

Por- és zord környezetállóság: A 3D radar speciális jelmodulációs technológiát alkalmaz, és 5-10 mW teljesítményű jeleket bocsát ki (5-10-szer nagyobb, mint a hagyományos mikrohullámú radarok). Optimalizált hullámhossz-kialakítása kifejezetten illeszkedik a szénporrészecskék jellemzőihez, lehetővé téve a nagy koncentrációjú por (akár 100 g/m³) áthatolását, miközben minimalizálja a jelszórási veszteséget. Az IP67 besorolású védelemmel ellátott berendezés ellenáll a szélsőséges hőmérsékleteknek (-40 foktól 80 fokig) és a korróziónak, így ideális szénüzemi silókhoz, ahol a páratartalom, a por és a hőmérséklet-ingadozás gyakori kihívást jelent.

Több-paraméteres szinkronmérés: A precíz anyagszint-magasságmérésen (pontosság ±5 mm, felbontás 1 mm) kívül 3D-s képek alapján is ki tudja számítani az anyag térfogatát (hiba legfeljebb 2%) és tömeget (a szén térfogatsűrűségének előre beállított funkciójával kombinálva), kézi átalakítás nélkül automatikusan készletjelentéseket generálva. Ez közvetlen adattámogatást biztosít a szénerőművek készletgazdálkodásához és a termelés ütemezéséhez, csökkentve a kézi statisztikai hibákat.

Alacsony karbantartási igény és intelligens diagnosztika: Az eszköz nem tartalmaz mechanikus mozgó alkatrészeket, így kiküszöböli az olyan problémákat, mint az anyagfelhalmozódás és a hagyományos irányított hullámú radarszondák mechanikai kopása. Az éves karbantartás 1-2-szeresére csökken. A beépített -intelligens diagnosztikai funkciókkal valós idejű működési állapotot figyel (beleértve a jelerősséget, a sugár integritását és a kommunikációs kapcsolatokat). Jelzési rendellenességek vagy berendezések meghibásodása esetén automatikusan riasztást küld a központi vezérlőrendszernek, jelentősen csökkentve ezzel az állásidő kockázatát.

Alkalmazkodás összetett silószerkezetekhez: Támogatja a különböző formájú szénsilók mérését, beleértve a kör-, négyzet- és téglalap alakúakat. A paraméterbeállításokon keresztül olyan akadályokat tud fogadni, mint a létrák és keverőeszközök a silóban, automatikusan kiszűri a zavaró jeleket, és nem igényel további árnyékoló eszközöket. Megfelel a különféle szénüzemi silók mérési igényeinek (például nyersszénsilók, finomított szénsilók és szénszuszpenziós silók).

3. A hagyományos radar és a 3D radar alapelvei

3.1 Hagyományos radar

A hagyományos mikrohullámú radarrendszerek egyetlen nagy{0}}frekvenciás (GHz-es tartomány) elektromágneses sugarat bocsátanak ki. Kiszámítják az anyagszint magasságát a visszavert jelek terjedési idejének felhasználásával (az elektromágneses hullám sebessége alapján, ami egyenértékű a fény sebességével) a következő képlettel: Anyagszint magassága=(elektromágneses hullám terjedési sebessége × tükrözési idő) / 2. A széntelepi silókban azonban a szénpor nagy koncentrációja többszörös elektromágneses hullámszórást okoz. A jel egy részét a porszemcsék elnyelik, így a vevőantennához visszatérő effektív jelenergia az átvitt energia mindössze 0,5%-1%-a. Ez gyakran "nincs reflexiós jel" vagy "hamis reflexiós jel" problémákhoz vezet. Míg a hagyományos irányított hullámú radarrendszerek hullámvezetőket (acélkábeleket/rudakat) használnak a por interferencia csökkentésére, jeleik csak a hullámvezető út mentén terjednek. Ez a korlátozás megakadályozza a silóterületek vízszintes lefedését, és az anyag felhalmozódása a szonda rúdon megváltoztathatja a hullámvezető impedanciát, ami mérési hibákat okozhat.

3.2 3D Radar

A 3D radar a több-nyaláb idő-tartományú reflektometrián (Multi-beam TDR) és a 3D adatrekonstrukciós technológián alapul, a következő alapelvekkel:

Többsugaras átvitel és vétel: A radarantenna tömb egyidejűleg több nagy-frekvenciás (24 GHz) elektromágneses sugarat bocsát ki. Mindegyik nyaláb előre beállított szögekben pásztázza a silóban lévő anyagfelületet (1 fok -2 fok oldaltávolság, 0-90 fok hosszirányú lefedettség), "felületszerű" lefedettséget hozva létre. A vevőantenna szinkronban rögzíti az egyes nyalábokról visszavert jeleket, rögzíti az egyes nyalábcsoportok terjedési idejét és jelerősségét.

Jelfeldolgozás és interferenciaszűrés: Speciális algoritmusokat használva a rendszer több visszavert jelet dolgoz fel, hogy kiszűrje a szénpor szórásából és a tárgyak visszaverődéséből származó interferenciát (a jelerősség küszöbértékei és a nyalábkonzisztencia elemzése alapján), miközben megtartja az érvényes felületi visszaverődési jeleket. Ezzel egyidejűleg kiszámítja a silón belüli reflexiós pontok három-dimenziós koordinátáit (X, Y, Z tengelyek) a nyalábszög paraméterek segítségével.

3D képrekonstrukció és paraméterszámítás: A rendszer először egyesíti az összes érvényes tükrözési pont 3D koordinátáit, hogy létrehozza a silóban lévő anyag 3D pontfelhő modelljét. A képmegjelenítési technológia segítségével intuitív 3D-s megjelenítést hoz létre. E modell alapján a rendszer automatikusan kiszámítja a maximális és átlagos anyagszint magasságokat, miközben az anyagtérfogatot egy integrációs algoritmuson keresztül határozza meg. Ezeket a számításokat előre meghatározott szénsűrűségi paraméterekkel (pl. nyersszén sűrűség 1,3-1,5 t/m³) kombinálva a rendszer végső soron pontos anyagmennyiségi adatokat ad ki.

4. Solidat 3D radarszintmérő: Bevezetés és alkalmazások

4.1 A termék alapvető műszaki jellemzői

A Solidat, az ipari automatizálási berendezések vezető szállítója kifejlesztette a 3D radaros szintmérőt (Modell: SLDL5300 Series), hogy megfeleljen a szénerőművek anyagszintmérési követelményeinek, és a következő alapvető műszaki jellemzőkkel rendelkezik:

Mérési teljesítmény: Mérési tartomány 180 fok, 360 fok (kis és közepes és nagy széntelepre alkalmas), térfogatpontosság ±0,5%, távolságpontosság 1 mm, támasztósűrűség beállítása (0,5-3t/m³), megfelel a különböző széntípusok mérési igényeinek.

Kommunikáció és adatkimenet: Támogatja az Ethernet ipari, AUTBUS, 485 és egyéb kommunikációs módokat, valamint anyagszintű magasság, térfogat, tömeg, 3D képadatokat tud kiadni (támogatja a BMP/JPG formátum exportálását), valamint kompatibilis a széngyár központi vezérlőrendszerének adatfelületével.

Telepítés és üzembe helyezés: A felső -szerelvény (karimás csatlakozás, kompatibilis a DN50-DN200 karimákkal) kis beépítési lyukakkal rendelkezik, így nincs szükség a siló jelentős módosítására. Az üzembe helyezés érintőképernyőn vagy távoli számítógépen keresztül történik.

Képalkotási hatás: nagy-sebességű adatfeldolgozás és -elemzés, az adatfeldolgozást a számítógép gyorsan és automatikusan befejezi, egyszerű 3D grafikus operációs rendszer a mért cél háromdimenziós reprodukálásához, valamint grafikus elforgatást, fordítást és helyi nagyítást és egyéb interaktív műveleteket is végrehajthat, a mérési eredmények egy pillantásra egyértelműek.

4.2 Szénerőmű alkalmazási esete

Vegyünk például egy nagy állami{0}}széngyárat (éves kapacitása 5 millió tonna). Az üzemben 8 nyersszén siló (átmérő 10 m, magasság 25 m) és 4 finomított szén silója (átmérője 8 m, magassága 20 m) található. A hagyományos mikrohullámú radarszintmérővel végzett korábbi mérésnek három problémája van:

A nyersszén silóban magas a szénpor koncentrációja (átlagosan 60g/m³), és a mikrohullámú radar jelcsillapítása komoly. Az esetek körülbelül 30%-ában nem lehet hatékony anyagszint-adatokat szerezni, ezért kézi ellenőrzés szükséges, ami nagy magasságból való leesés kockázatával jár;

A kokszszén silók gyakran „anyagkiegyensúlyozatlanságot” tapasztalnak (egyenetlen anyagszintek az egyik oldalon). A hagyományos radarrendszerek, amelyek csak egyetlen-pontos adatokat mérnek, nem képesek észlelni az ilyen egyensúlytalanságokat. Ez a siló tényleges kapacitásának 70%-os kihasználtságát eredményezi, ami gyakran „teli silóriasztást okoz a még üres hely ellenére”.

A készletstatisztika manuális becslést igényel az anyagszintek magassága és az egyes raktárak anyagtartályainak térfogata alapján. Ez időnként 2-3 órát vesz igénybe, a hibaarány 5%-8%, ami befolyásolja a beszerzési tervet és a gyártás ütemezését.

2024 elején az üzemben bevezették a 83D radaros szintmérőket (6 nyersszén silókhoz és 2 finomított szénsilókhoz), és az alkalmazási hatás jelentősen javult:

Továbbfejlesztett mérési stabilitás: A 3D radar erős áthatoló képességgel rendelkezik a nagy koncentrációjú szénporon, és az effektív jelfelvételi sebesség 70%-ról 99,5%-ra nő. Nincs szükség kézi ellenőrzésre a raktárban, ami körülbelül évi 120 000 jüannal csökkenti a munkaerőköltséget, és kiküszöböli a magasban végzett munkavégzés biztonsági kockázatát;

Anyageltérés azonosítás problémájának megoldása: A 3D kép valós időben jeleníti meg az anyageloszlást a tisztított széntárolóban. Amikor az anyageltérés bekövetkezik (az anyagszint két oldala közötti különbség több mint 1 m), a rendszer automatikusan riaszt, és irányítja a kezelőket az adagolási pozíció beállításához. A tartálykapacitás kihasználtságát 90%-ra emelik, ami évente körülbelül 1500 tonna tisztított szenet képes több tárolni, és a gazdasági hasznot körülbelül 1,2 millió jüannal növeli;

Intelligens készletkezelés: A rendszer automatikusan kiszámítja a szénmennyiséget minden raktárban, és percenként frissülő adatokkal készletjelentéseket készít. Ez 2-3 óráról 10 másodpercre csökkenti a készletstatisztikai időt, miközben 2% alá csökkenti a hibaarányt. Pontos adattámogatást nyújt a szénerőművek beszerzésének tervezéséhez (pl. nyersszén beszerzési mennyiségek meghatározása a készletfelhasználási arányok alapján) és a termelés ütemezéséhez (pl. a szénmosás teljesítményének a tisztított szén készletszintjeihez igazítása), hatékonyan minimalizálva a készletezési téves megítélésből adódó termelési zavarokat és nyersanyagpazarlást.

Emellett a 3D radarszintmérő alacsony karbantartási jellemzői is jelentősen csökkentik a szénerőmű üzemeltetési és karbantartási költségeit: az elmúlt egy évben csak egyszer tisztították meg a berendezést, meghibásodásról nem számoltak be. A hagyományos radarhoz képest (amelyet átlagosan 3 havonta kell karbantartani) az éves karbantartási költség körülbelül 80 000 jüannal csökken.

5. Következtetés

A Solidat 3D radarszintszámlálók élvonalbeli-technológiákat használnak, beleértve a 3D-s képalkotást, a több-paraméteres mérést és a robusztus -interferencia-elhárító képességeket, hogy hatékonyan kezeljék a szénnövény-anyagtárolás mérésének alapvető kihívásait. Ezek közé tartozik a súlyos porinterferencia, az összetett anyagszintű konfigurációk és a készletkövetési nehézségek. A rendszer nemcsak a mérési pontosságot és stabilitást javítja, hanem intelligens frissítéseket is indít a szénerőművek készletgazdálkodásában és a termelés ütemezésében. Az SLDL5300 3D mérőrendszer keskeny, nagy áthatolású-sugarat alkalmaz, amely alkalmazkodik a bonyolult munkakörülményekhez, és nem érinti a zord környezeteket, például a magas hőmérsékletet, a porkorróziót, a gőzt, az esőt vagy a ködöt. Kiváló költség-teljesítmény-arányával széles körben alkalmazható szilárd anyagok mérésére különféle tárolási helyeken, beleértve a silókat, konténereket és ömlesztett szilárdanyag-raktárakat. A szénipar intelligens átalakulásával összefüggésben a Solidat 3D radarszintszámlálók megbízható és hatékony szintmérési megoldásokat kínálnak széles körű alkalmazási lehetőségekkel. Ezek a rendszerek várhatóan tovább alkalmazkodnak olyan forgatókönyvekhez, mint a pilóta nélküli szénerőművek silói és az intelligens raktározási rendszerek, és erősebb támogatást nyújtanak a szénipar digitális fejlődéséhez.