Solidat 3D Radar Level Meter: Funksjoner og applikasjoner - En casestudie av et kullanlegg

Abstrakt

Denne artikkelen fokuserer på 3D-radarnivåmålere innen nivåmålingsteknologi, og forklarer deres anvendelsesprinsipper og sammenligner kjernefunksjonene til tradisjonell radar og 3D-radar. Den fremhever de praktiske anvendelseseffektene av Solidats 3D-radarnivåmålerprodukter i kullanlegg, og gir en referanseløsning for nivåmålingsutfordringer i kullanlegg.

Nøkkelord

Nivåmåler; 3D radar; kull anlegg; måling av materialnivå; støvmiljø

1. Oversikt

Med den akselererte intelligente transformasjonen av kullindustrien, har kullverk betydelig økt kravene til presisjon, stabilitet og smarte løsninger innen materialnivåmåling. Tradisjonelle metoder som manuelle inspeksjoner, ultralydnivåmålere og konvensjonelle radarnivåmålere står overfor bemerkelsesverdige begrensninger: Manuelle inspeksjoner er ineffektive og utrygge, noe som gjør sanntidsovervåking av silodynamikk utfordrende; Ultralydnivåmålere er utsatt for interferens med kullstøv, noe som resulterer i alvorlig signaldemping og store målefeil; Mens konvensjonelle radarnivåmålere delvis reduserer støvforstyrrelser, sliter de fortsatt med å oppnå omfattende dekning under komplekse siloforhold (som buing, materialavvik eller dødsoner), som ofte fører til feilvurderte materialnivåer som forstyrrer produksjonsplanlegging og lagerstyring.

Blant ulike nivåmålingsteknologier har 3D-radarnivåmålere dukket opp som en-spillendring. Ved å utnytte multi-stråleskanning og 3D-bildefunksjoner, overvinner de de romlige begrensningene til tradisjonelle metoder for å tydelig visualisere materialfordeling i siloer. Disse systemene gir ikke bare nøyaktige nivåmålinger, men muliggjør også sann-tidsovervåking av materialvolum, masse og pelmorfologi. Som gå-til løsning for intelligent nivåmåling i kullanlegg, bygger de effektivt bro over gapet etter konvensjonelle teknologier i komplekse silomiljøer.

2. Funksjoner ved radarteknologi

2.1 Kjennetegn ved tradisjonelle radarer (inkludert mikrobølgeradar og konvensjonell guidet bølgeradar)

Enkel måledimensjon: Den kan bare hente materialnivåhøydedata, men kan ikke oppfatte den horisontale fordelingen av materialer i siloen. Overfor det vanlige "materialavvik" og "bue"-fenomenet i kullsiloen, kan den ikke identifisere det faktiske tomvolumet i siloen, noe som er lett å forårsake avvik i lagerberegningen.

Begrenset støvinterferensmotstand: Mikrobølgeradarsignaler er utsatt for spredning og demping i høy-kullstøvmiljøer. Når støvkonsentrasjonen overstiger 50g/m³, synker signalrefleksjonsintensiteten dramatisk, noe som reduserer målenøyaktigheten betydelig. Mens konvensjonelle guidede bølgeradarsystemer viser mindre mottakelighet for støvinterferens, er sondene deres mottakelige for kullstøvvedheft. Langvarig bruk fører til signaldrift forårsaket av akkumulerte avleiringer, noe som krever hyppig rengjøring og vedlikehold.

Begrenset dekning: Tradisjonelle radarer er for det meste enkeltstrålende eller smale-strålende design, som bare kan måle et "punkt" eller en "linje" i siloen og ikke fullt ut kan fange opp den generelle materialnivåstatusen til siloen. For store kullsiloer med en diameter på mer enn 8 meter, må flere enheter kombineres og installeres for å oppnå foreløpig dekning, noe som øker utstyrskostnadene og feilsøkingsproblemer.

2.2 Funksjoner i 3D-radar

3D Panoramic Imaging: Ved å bruke multi-beam array-teknologi sender dette systemet samtidig ut 20-30 høyfrekvente radarstråler for å dekke både det 360 graders horisontale området og 0-90 graders vertikale vinkel i materialsiloen. Gjennom signalsting og datarekonstruksjon genererer den sanntids 3D-bilder av materialet inne i siloen, og viser tydelig stablemønstre, bueposisjoner, materialavviksgrader og blindsoner i tomme siloer. Dette løser effektivt den tradisjonelle radarens begrensninger med "usynlighet og upresis måling".

Motstand mot støv og tøffe omgivelser: 3D-radaren bruker spesialisert signalmodulasjonsteknologi, og sender ut signaler med 5-10mW effekt (5-10 ganger høyere enn konvensjonelle mikrobølgeradarer). Dens optimaliserte bølgelengdedesign matcher spesifikt kullstøvpartikkelkarakteristikker, og muliggjør penetrering gjennom høykonsentrasjonsstøv (opptil 100g/m³) samtidig som signalspredningstap minimeres. Utstyret har IP67-klassifisert beskyttelse og tåler ekstreme temperaturer (-40 grader til 80 grader) og korrosjon, noe som gjør det ideelt for kullanleggssiloer der fuktighet, støv og temperatursvingninger er vanlige utfordringer.

Synkronisert måling med flere-parametere: I tillegg til nøyaktig måling av materialnivåhøyde (nøyaktighet ±5 mm, oppløsning 1 mm), kan den også beregne materialvolum (feil mindre enn eller lik 2%) og masse (kombinert med forhåndsinnstilt funksjon for kullbulkdensitet) basert på 3D-bilder, og genererer automatisk lagerrapporter uten manuell konvertering. Dette gir direkte datastøtte for lagerstyring og produksjonsplanlegging for kullanlegg, og reduserer manuelle statistiske feil.

Lite vedlikehold og intelligent diagnose: Enheten har ingen mekaniske bevegelige deler, noe som eliminerer problemer som materialoppbygging og mekanisk slitasje i tradisjonelle guidede bølgeradarsonder. Årlig vedlikehold reduseres til 1-2 ganger. Med innebygde-intelligente diagnosefunksjoner overvåker den driftsstatus i sanntid (inkludert signalstyrke, stråleintegritet og kommunikasjonskoblinger). Når signalavvik eller utstyrsfeil oppstår, sender den automatisk varsler til det sentrale kontrollsystemet, noe som reduserer nedetidsrisikoen betydelig.

Tilpasning til komplekse silostrukturer: Støtter måling av kullsiloer med ulike former, inkludert sirkulære, kvadratiske og rektangulære. Gjennom parameterinnstillinger kan den ta imot hindringer som stiger og blandeenheter inne i siloen, automatisk filtrere interferenssignaler, og krever ikke ekstra skjermingsenheter. Den oppfyller målebehovene til forskjellige kullanleggssiloer (som råkullsiloer, raffinerte kullsiloer og kullslurrysiloer).

3. Prinsipper for tradisjonell radar og 3D-radar

3.1 Tradisjonell radar

Tradisjonelle mikrobølgeradarsystemer fungerer ved å sende ut en enkelt høy-elektromagnetisk stråle (GHz-område). De beregner materialnivåhøyden ved å bruke forplantningstiden til reflekterte signaler (basert på den elektromagnetiske bølgens hastighet, tilsvarende lysets hastighet) gjennom formelen: Materialnivåhøyde=(elektromagnetisk bølgeforplantningshastighet × refleksjonstid) / 2. I kullanleggssiloer forårsaker imidlertid høye konsentrasjoner av kullstøv flere magnetiske spredninger. En del av signalet absorberes av støvpartikler, noe som resulterer i at effektiv signalenergi som returnerer til mottakerantennen bare er 0,5 %-1 % av den overførte energien. Dette fører ofte til problemer med "ingen refleksjonssignal" eller "falsk refleksjonssignal". Mens konvensjonelle guidede bølgeradarsystemer bruker bølgeledere (stålkabler/stenger) for å redusere støvinterferens, forplanter deres signaler seg bare langs bølgelederbanen. Denne begrensningen forhindrer horisontal dekning av siloområder, og materialansamling på sondestangen kan endre bølgelederimpedansen og forårsake målefeil.

3.2 3D Radar

3D-radaren opererer basert på multi-stråletid-domenereflektometri (Multi-beam TDR) og 3D-datarekonstruksjonsteknologi, med kjerneprinsippene som følger:

Multi-overføring og mottak: Radarantennegruppen sender samtidig ut flere høyfrekvente-elektromagnetiske stråler (24GHz). Hver bjelke skanner materialoverflaten i siloen ved forhåndsinnstilte vinkler (sideavstand på 1 grad -2 grad, langsgående dekning på 0-90 grader), og skaper en "overflatelignende" dekning. Mottaksantennen fanger synkront de reflekterte signalene fra hver stråle, og registrerer forplantningstiden og signalstyrken til hver strålegruppe.

Signalbehandling og interferensfiltrering: Ved å bruke spesialiserte algoritmer behandler systemet flere reflekterte signaler for å filtrere ut interferens fra kullstøvspredning og gjenstandsrefleksjoner (basert på signalstyrketerskler og strålekonsistensanalyse), samtidig som det beholder gyldige overflaterefleksjonssignaler. Samtidig beregner den de tre-dimensjonale koordinatene (X-, Y-, Z-akser) til refleksjonspunkter i siloen ved å bruke strålevinkelparametere.

3D-bilderekonstruksjon og parameterberegning: Systemet slår først sammen 3D-koordinater fra alle gyldige refleksjonspunkter for å generere en 3D-punktskymodell av materialet i siloen. Ved å bruke bildegjengivelsesteknologi skaper den en intuitiv 3D-visualisering. Basert på denne modellen beregner systemet automatisk de maksimale og gjennomsnittlige materialnivåhøydene, samtidig som materialvolumet bestemmes gjennom en integrasjonsalgoritme. Ved å kombinere disse beregningene med forhåndsdefinerte kulltetthetsparametere (f.eks. råkulltetthet 1,3-1,5t/m³), gir systemet til slutt nøyaktige materialmengdedata.

4. Solidat 3D Radar Level Meter: Introduksjon og applikasjoner

4.1 Kjernetekniske egenskaper for produktet

Solidat, en ledende leverandør av industrielt automasjonsutstyr, har utviklet 3D-radarnivåmåleren (modell: SLDL5300-serien) for å møte kravene til materialnivåmåling til kullanlegg, med følgende kjernetekniske egenskaper:

Måleytelse: Måleområde 180 grader, 360 grader (egnet for små og mellomstore til store kullgårder), volumnøyaktighet ±0,5 %, avstandsnøyaktighet 1 mm, støttetetthetsinnstilling (0,5-3t/m³), oppfyller målebehovene til forskjellige kulltyper.

Kommunikasjon og datautgang: Støtter Ethernet industriell, AUTBUS, 485 og andre kommunikasjonsmoduser, og kan sende ut materialnivåhøyde, volum, masse, 3D-bildedata (støtter BMP/JPG-formateksport), og er kompatibel med datagrensesnitt for kullanleggets sentrale kontrollsystem.

Installasjon og igangkjøring: Den topp-monterte installasjonen (flenstilkobling, kompatibel med DN50-DN200-flenser) har små installasjonshull, noe som eliminerer behovet for omfattende modifikasjoner av siloen. Igangkjøring gjennomføres via berøringsskjerm eller ekstern datamaskin.

Bildeeffekt: høy-databehandling og -analyse, databehandling fullføres raskt og automatisk av datamaskinen, enkelt 3D-grafikkoperativsystem for å oppnå tre-dimensjonal reproduksjon av det målte målet, og kan utføre grafikkrotasjon, translasjon og lokal forstørrelse og andre interaktive operasjoner, måleresultatene er klare med et øyeblikk.

4.2 Søknadssak for kullanlegg

Ta et stort statseid-kullverk (årlig kapasitet på 5 millioner tonn) som et eksempel. Anlegget har 8 råkullsiloer (diameter 10m, høyde 25m) og 4 raffinerte kullsiloer (diameter 8m, høyde 20m). Den forrige målingen med vanlig mikrobølgeradarnivåmåler har tre problemer:

Kullstøvkonsentrasjonen i råkullsiloen er høy (60g/m³ i gjennomsnitt), og dempningen av mikrobølgeradarsignalet er alvorlig. Omtrent 30 % av tiden kan ikke effektive materialnivådata oppnås, så manuell inspeksjon er nødvendig, noe som har risiko for å falle fra stor høyde;

Kokskullsiloer opplever ofte "materialubalanse" (ujevne materialnivåer på den ene siden). Konvensjonelle radarsystemer, som kun måler enkelt-punktdata, kan ikke oppdage slike ubalanser. Dette resulterer i en utnyttelsesgrad på 70 % av siloens faktiske kapasitet, og forårsaker ofte "fullsiloalarmer til tross for gjenværende tom plass".

Lagerstatistikk krever manuell estimering basert på høyden på materialnivåer og volumet av materialbinger i hvert lager. Det tar 2-3 timer per gang, og feilraten er 5%-8%, noe som påvirker innkjøpsplanen og produksjonsplanleggingen.

I begynnelsen av 2024 introduserte anlegget 83D radarnivåmålere (6 for råkullsiloer og 2 for raffinerte kullsiloer), og påføringseffekten ble betydelig forbedret:

Forbedret målestabilitet: 3D-radar har sterk penetrasjonsevne av høykonsentrasjonskullstøv, og den effektive signalinnsamlingshastigheten økes fra 70 % til 99,5 %. Ingen manuell inspeksjon er nødvendig på lageret, noe som reduserer arbeidskostnadene med ca. 120 000 yuan per år og eliminerer sikkerhetsrisikoen ved arbeid i-høyde;

Løse problemet med identifisering av materialavvik: 3D-bildet viser materialfordelingen i den rensede kullbingen i sanntid. Når materialavviket oppstår (forskjellen mellom de to sidene av materialnivået er mer enn 1 m), vil systemet automatisk alarmere og veilede operatørene til å justere fôringsposisjonen. Utnyttelsesgraden av beholderens kapasitet økes til 90 %, som kan lagre ca. 1500 tonn renset kull mer hvert år og øke den økonomiske fordelen med ca. 1,2 millioner yuan;

Intelligent lagerstyring: Systemet beregner automatisk kullmengder i hvert lager og genererer lagerrapporter med dataoppdateringer hvert minutt. Dette reduserer lagerstatistikkens tid fra 2-3 timer til 10 sekunder, samtidig som feilraten reduseres til under 2 %. Den gir presis datastøtte for planlegging av anskaffelse av kullanlegg (f.eks. å bestemme innkjøpsmengder for råkull basert på forbruksrater for lager) og produksjonsplanlegging (f.eks. justering av kullvaskeeffekten i henhold til nivåene for renset kull), effektivt minimere produksjonsforstyrrelser og råvareavfall forårsaket av feilvurderinger på lager.

I tillegg reduserer de lave vedlikeholdsegenskapene til 3D-radarnivåmåleren også betydelig drifts- og vedlikeholdskostnadene til kullverket: utstyret har bare blitt rengjort én gang det siste året, og det er ingen registrering av feilstans. Sammenlignet med den tradisjonelle radaren (som i gjennomsnitt må vedlikeholdes en gang hver tredje måned), reduseres den årlige vedlikeholdskostnaden med ca. 80 000 yuan.

5. Konklusjon

Solidat 3D-radarnivåtellere utnytter banebrytende-teknologier, inkludert 3D-bildebehandling, multi-parametermåling og robuste anti-interferensfunksjoner for å effektivt møte kjerneutfordringer innen lagring av kullanleggsmateriale. Disse inkluderer alvorlig støvforstyrrelse, komplekse materialnivåkonfigurasjoner og inventarsporingsvansker. Systemet forbedrer ikke bare målenøyaktighet og stabilitet, men driver også intelligente oppgraderinger i kullanleggets lagerstyring og produksjonsplanlegging. SLDL5300 3D-målesystemet bruker en smal, høy-penetrasjonsstråle som tilpasser seg komplekse arbeidsforhold, og forblir upåvirket av tøffe miljøer som høye temperaturer, støvkorrosjon, damp, regn eller tåke. Med utmerkede kostnads-{11}ytelsesforhold er den allment anvendelig for måling av faste materialer på ulike lagringssteder, inkludert siloer, containere og bulklagre for fast materiale. I sammenheng med kullindustriens intelligente transformasjon, gir Solidat 3D Radar Level Counters pålitelige og effektive nivåmålingsløsninger med brede bruksmuligheter. Disse systemene forventes å tilpasse seg ytterligere scenarier som ubemannede kullanleggssiloer og smarte lagersystemer, og tilby sterkere støtte for den digitale utviklingen av kullindustrien.