Solidat 3D Radar Level Meter: Funktioner och tillämpningar - En fallstudie av en kolanläggning

Abstrakt

Denna artikel fokuserar på 3D-radarnivåmätare inom nivåmätningsteknik, förklarar deras tillämpningsprinciper och jämför kärnfunktionerna hos traditionell radar och 3D-radar. Den belyser de praktiska tillämpningseffekterna av Solidats 3D-radarnivåmätareprodukter i kolkraftverk, vilket ger en referenslösning för nivåmätningsutmaningar i kolkraftverk.

Nyckelord

Nivåmätare; 3D-radar; kolanläggning; materialnivåmätning; dammmiljö

1. Översikt

Med den accelererade intelligenta omvandlingen av kolindustrin har kolverken avsevärt ökat kraven på precision, stabilitet och smarta lösningar inom materialnivåmätning. Traditionella metoder som manuella inspektioner, ultraljudsnivåmätare och konventionella radarnivåmätare möter anmärkningsvärda begränsningar: Manuella inspektioner är ineffektiva och osäkra, vilket gör realtidsövervakning av silodynamik utmanande; Ultraljudsnivåmätare är benägna att störa koldamm, vilket resulterar i kraftig signaldämpning och stora mätfel; Även om konventionella radarnivåmätare delvis dämpar dammstörningar, kämpar de fortfarande för att uppnå heltäckande täckning i komplexa siloförhållanden (som välvning, materialavvikelse eller döda zoner), vilket ofta leder till felbedömda materialnivåer som stör produktionsschemaläggning och lagerhantering.

Bland olika nivåmätningstekniker har 3D-radarnivåmätare dykt upp som en-spelväxlare. Genom att utnyttja multi-skanning och 3D-avbildningsfunktioner övervinner de de rumsliga begränsningarna hos traditionella metoder för att tydligt visualisera materialfördelning i silos. Dessa system ger inte bara exakta nivåmätningar utan möjliggör även realtidsövervakning av materialvolym, massa och pålmorfologi. Som en lösning- för intelligent nivåmätning i kolanläggningar, överbryggar de effektivt gapet efter konventionell teknik i komplexa silomiljöer.

2. Funktioner hos radarteknik

2.1 Egenskaper hos traditionella radarer (inklusive mikrovågsradar och konventionell guidad vågradar)

Enkel mätdimension: Den kan bara erhålla materialnivåhöjdsdata, men kan inte uppfatta den horisontella fördelningen av material i silon. Inför det vanliga fenomenet "materialavvikelse" och "båge" i kolsilon kan den inte identifiera den faktiska tomvolymen i silon, vilket är lätt att orsaka avvikelse i lagerberäkningen.

Begränsad damminterferensmotstånd: Mikrovågsradarsignaler är benägna att spridas och dämpas i hög-koldammmiljöer. När dammkoncentrationen överstiger 50g/m³, sjunker signalreflektionsintensiteten dramatiskt, vilket avsevärt äventyrar mätnoggrannheten. Medan konventionella radarsystem för guidade vågor visar mindre känslighet för damminterferens, är deras sonder känsliga för vidhäftning av koldamm. Långvarig användning leder till signalavdrift orsakad av ackumulerade avlagringar, vilket kräver frekvent rengöring och underhåll.

Begränsad täckning: Traditionella radarer är mestadels enkelstrålade- eller smala-strålar, som bara kan mäta en "punkt" eller "linje" i silon och inte helt kan fånga den övergripande materialnivåstatusen för silon. För stora kolsilos med en diameter på mer än 8 meter måste flera enheter kombineras och installeras för att uppnå preliminär täckning, vilket ökar utrustningskostnaden och felsökningssvårigheter.

2.2 Funktioner i 3D-radar

3D Panoramic Imaging: Med hjälp av multi-beam array-teknik sänder detta system samtidigt ut 20-30 högfrekventa-radarstrålar för att täcka både det 360 graders horisontella området och 0-90 graders vertikala vinkeln i materialsilon. Genom signalstickning och datarekonstruktion genererar den 3D-bilder i realtid av materialet inuti silon, som tydligt visar staplingsmönster, bågpositioner, materialavvikelsegrader och döda vinklar i tomma silor. Detta löser effektivt den traditionella radarns begränsningar av "osynlighet och oprecis mätning".

Beständighet mot damm och tuff miljö: 3D-radarn använder specialiserad signalmoduleringsteknik och sänder ut signaler med 5-10mW effekt (5-10 gånger högre än konventionella mikrovågsradarer). Dess optimerade våglängdsdesign matchar specifikt koldammspartiklarnas egenskaper, vilket möjliggör penetrering genom högkoncentrationsdamm (upp till 100g/m³) samtidigt som signalspridningsförlusten minimeras. Utrustningen har IP67-klassat skydd och tål extrema temperaturer (-40 grader till 80 grader) och korrosion, vilket gör den idealisk för kolkraftssilos där fukt, damm och temperaturfluktuationer är vanliga utmaningar.

Synkroniserad mätning med flera-parameter: Förutom exakt mätning av materialnivåhöjd (noggrannhet ±5 mm, upplösning 1 mm), kan den också beräkna materialvolym (fel Mindre än eller lika med 2%) och massa (kombinerat med förinställd kolbulkdensitetsfunktion) baserat på 3D-bilder, vilket automatiskt genererar inventeringsrapporter utan manuell konvertering. Detta ger direkt datastöd för lagerhantering och produktionsschemaläggning, vilket minskar manuella statistiska fel.

Lågt underhåll och intelligent diagnos: Enheten har inga mekaniska rörliga delar, vilket eliminerar problem som materialuppbyggnad och mekaniskt slitage i traditionella styrda vågradarsonder. Årligt underhåll reduceras till 1-2 gånger. Med inbyggda-intelligenta diagnostiska funktioner övervakar den driftstatus i realtid (inklusive signalstyrka, strålintegritet och kommunikationslänkar). När signalavvikelser eller utrustningsfel uppstår skickar den automatiskt varningar till det centrala styrsystemet, vilket avsevärt minskar riskerna för stillestånd.

Anpassa sig till komplexa silostrukturer: Stöder mätning av kolsilos med olika former, inklusive cirkulära, kvadratiska och rektangulära. Genom parameterinställningar kan den ta emot hinder som stegar och blandningsanordningar inuti silon, automatiskt filtrera störsignaler och kräver inga ytterligare skärmningsanordningar. Den tillgodoser mätbehoven för olika kolverkssilor (såsom råkolsilor, raffinerade kolsilor och kolslurrysilor).

3. Principer för traditionell radar och 3D-radar

3.1 Traditionell radar

Traditionella mikrovågsradarsystem fungerar genom att sända ut en enda hög-elektromagnetisk stråle (GHz-intervall). De beräknar materialnivåhöjden med hjälp av utbredningstiden för reflekterade signaler (baserat på den elektromagnetiska vågens hastighet, ekvivalent med ljusets hastighet) genom formeln: Materialnivåhöjd=(elektromagnetisk vågutbredningshastighet × reflektionstid) / 2. Men i kolverkssilor orsakar höga koncentrationer av koldamm flera elektromagnetiska spridningar. En del av signalen absorberas av dammpartiklar, vilket resulterar i att effektiv signalenergi som återgår till mottagarantennen endast är 0,5%-1% av den överförda energin. Detta leder ofta till problem med "ingen reflektionssignal" eller "falsk reflektionssignal". Medan konventionella styrda vågradarsystem använder vågledare (stålkablar/stänger) för att minska damminterferens, fortplantas deras signaler endast längs vågledarbanan. Denna begränsning förhindrar horisontell täckning av siloområden, och materialansamling på sondstaven kan förändra vågledarimpedansen, vilket orsakar mätfel.

3.2 3D Radar

3D-radarn fungerar baserat på fler-stråletids-domänreflektometri (Multi-beam TDR) och 3D-datarekonstruktionsteknik, med kärnprinciperna enligt följande:

Multi-sändning och mottagning: Radarantenngruppen sänder samtidigt ut flera högfrekventa-elektromagnetiska strålar (24GHz). Varje stråle skannar materialytan i silon i förinställda vinklar (lateralt avstånd på 1 grad -2 grad, längsgående täckning på 0-90 grader), vilket skapar en "ytliknande" täckning. Mottagningsantennen fångar synkront de reflekterade signalerna från varje stråle och registrerar utbredningstiden och signalstyrkan för varje strålgrupp.

Signalbehandling och interferensfiltrering: Med hjälp av specialiserade algoritmer behandlar systemet flera reflekterade signaler för att filtrera bort störningar från koldammsspridning och objektreflektioner (baserat på signalstyrketrösklar och strålkonsistensanalys), samtidigt som giltiga ytreflektionssignaler bibehålls. Samtidigt beräknar den de tre-dimensionella koordinaterna (X, Y, Z-axlar) för reflektionspunkter i silon med hjälp av strålvinkelparametrar.

3D-bildrekonstruktion och parameterberäkning: Systemet slår först samman 3D-koordinater från alla giltiga reflektionspunkter för att generera en 3D-punktmolnmodell av materialet i silon. Med hjälp av bildåtergivningsteknik skapar den en intuitiv 3D-visualisering. Baserat på denna modell beräknar systemet automatiskt de maximala och genomsnittliga materialnivåhöjderna, samtidigt som materialvolymen bestäms genom en integrationsalgoritm. Genom att kombinera dessa beräkningar med fördefinierade koldensitetsparametrar (t.ex. råkoldensitet 1,3-1,5t/m³), matar systemet slutligen ut exakta materialkvantitetsdata.

4. Solidat 3D Radar Nivåmätare: Introduktion och tillämpningar

4.1 Produktens grundläggande tekniska egenskaper

Solidat, en ledande leverantör av industriell automationsutrustning, har utvecklat 3D-radarnivåmätaren (modell: SLDL5300-serien) för att möta kraven på materialnivåmätning för kolanläggningar, med följande centrala tekniska egenskaper:

Mätprestanda: Mätområde 180 grader, 360 grader (lämplig för små och medelstora till stora kolgårdar), volymnoggrannhet ±0,5%, avståndsnoggrannhet 1 mm, stöddensitetsinställning (0,5-3t/m³), uppfyller mätbehoven för olika koltyper.

Kommunikation och datautgång: Stöder Ethernet industriella, AUTBUS, 485 och andra kommunikationslägen, och kan mata ut materialnivåhöjd, volym, massa, 3D-bilddata (stöder export av BMP/JPG-format), och är kompatibel med datagränssnittet för kolanläggningens centrala styrsystem.

Installation och driftsättning: Den topp-monterade installationen (flänsanslutning, kompatibel med DN50-DN200-flänsar) har små installationshål, vilket eliminerar behovet av omfattande modifieringar av silon. Driftsättningen görs via pekskärm eller fjärrdator.

Bildeffekt: hög-databehandling och analys, databehandling slutförs snabbt och automatiskt av datorn, enkelt 3D-grafikoperativsystem för att uppnå tre-dimensionell reproduktion av det uppmätta målet, och kan utföra grafikrotation, översättning och lokal förstoring och andra interaktiva operationer, mätresultaten är tydliga med ett ögonkast.

4.2 Ansökningsfall för kolverk

Ta ett stort statligt-ägt kolverk (årskapacitet på 5 miljoner ton) som exempel. Anläggningen har 8 råkolsilos (diameter 10m, höjd 25m) och 4 raffinerade kolsilor (diameter 8m, höjd 20m). Den tidigare mätningen med vanlig mikrovågsradarnivåmätare har tre problem:

Koncentrationen av koldamm i råkolsilon är hög (60 g/m³ i genomsnitt), och dämpningen av mikrovågsradarsignalen är allvarlig. Cirka 30 % av tiden kan effektiv materialnivådata inte erhållas, så manuell inspektion krävs, vilket riskerar att falla från hög höjd;

Kokskolssilor upplever ofta "materialobalans" (ojämna materialnivåer på ena sidan). Konventionella radarsystem, som bara mäter en-punktsdata, kan inte upptäcka sådana obalanser. Detta resulterar i en utnyttjandegrad på 70 % av silons faktiska kapacitet, vilket ofta orsakar "full silolarm trots kvarvarande tomt utrymme".

Lagerstatistik kräver manuell uppskattning baserat på höjden på materialnivåer och volymen av materialfack i varje lager. Det tar 2-3 timmar per gång, och felprocenten är 5%-8%, vilket påverkar upphandlingsplanen och produktionsschemaläggningen.

I början av 2024 introducerade anläggningen 83D radarnivåmätare (6 för råkolsilos och 2 för raffinerade kolsilos), och appliceringseffekten förbättrades avsevärt:

Förbättrad mätstabilitet: 3D-radarn har stark penetreringsförmåga av högkoncentrationskoldamm, och den effektiva signalinsamlingshastigheten ökas från 70 % till 99,5 %. Ingen manuell inspektion krävs i lagret, vilket minskar arbetskostnaden med cirka 120 000 yuan per år och eliminerar säkerhetsrisken med arbete på hög-höjd;

Lösning av problemet med identifiering av materialavvikelse: 3D-bilden visar materialfördelningen i den rengjorda kolbehållaren i realtid. När materialavvikelsen inträffar (skillnaden mellan de två sidorna av materialnivån är mer än 1 m), larmar systemet automatiskt och vägleder operatörerna att justera matningspositionen. Utnyttjandegraden av soptunnelkapaciteten ökas till 90 %, vilket kan lagra cirka 1500 ton renat kol mer varje år och öka den ekonomiska fördelen med cirka 1,2 miljoner yuan;

Intelligent lagerhantering: Systemet beräknar automatiskt kolkvantiteter i varje lager och genererar lagerrapporter med datauppdateringar varje minut. Detta minskar lagerstatistikens tid från 2-3 timmar till 10 sekunder, samtidigt som felfrekvensen sänks till under 2 %. Den tillhandahåller exakt datastöd för planering av kolkraftsanskaffning (t.ex. bestämning av råkolinköpskvantiteter baserat på lagerförbrukningshastigheter) och produktionsschemaläggning (t.ex. justering av koltvättresultat enligt rengjorda kollagernivåer), vilket effektivt minimerar produktionsstörningar och råvaruavfall orsakade av felbedömningar i lager.

Dessutom minskar 3D-radarnivåmätarens låga underhållsegenskaper avsevärt drift- och underhållskostnaderna för kolanläggningen: utrustningen har bara rengjorts en gång under det senaste året, och det finns inga uppgifter om felavstängning. Jämfört med den traditionella radarn (som behöver underhållas en gång var tredje månad i genomsnitt) reduceras den årliga underhållskostnaden med cirka 80 000 yuan.

5. Slutsats

Solidat 3D-radarnivåräknare utnyttjar banbrytande-teknik inklusive 3D-avbildning, multi-parametermätning och robusta anti-störningsfunktioner för att effektivt hantera kärnutmaningarna inom lagring av kolväxtmaterial. Dessa inkluderar allvarliga dammstörningar, komplexa materialnivåkonfigurationer och svårigheter att spåra lager. Systemet förbättrar inte bara mätnoggrannheten och stabiliteten utan driver också intelligenta uppgraderingar av kolanläggningars lagerhantering och produktionsschemaläggning. SLDL5300 3D-mätsystemet använder en smal, hög-penetrationsstråle som anpassar sig till komplexa arbetsförhållanden och förblir opåverkad av tuffa miljöer som höga temperaturer, dammkorrosion, ånga, regn eller dimma. Med utmärkta kostnads{11}}prestandaförhållanden är den allmänt användbar för att mäta fasta material på olika lagringsplatser, inklusive silos, containrar och bulklager för fast material. I samband med kolindustrins intelligenta omvandling ger Solidat 3D Radar Level Counters tillförlitliga och effektiva nivåmätningslösningar med breda tillämpningsmöjligheter. Dessa system förväntas ytterligare anpassa sig till scenarier som obemannade kolverkssilor och smarta lagersystem, vilket ger ett starkare stöd för den digitala utvecklingen av kolindustrin.