Solidat 3D Radar Level Meter: Funktioner og applikationer - Et casestudie af et kulværk

Abstrakt

Dette papir fokuserer på 3D radar niveaumålere i niveaumålingsteknologi, forklarer deres anvendelsesprincipper og sammenligner kerneegenskaberne ved traditionel radar og 3D radar. Den fremhæver de praktiske anvendelseseffekter af Solidats 3D-radarniveaumålerprodukter i kulværker, hvilket giver en referenceløsning til niveaumålingsudfordringer i kulværker.

Nøgleord

Niveaumåler; 3D radar; kulanlæg; måling af materialeniveau; støvmiljø

1. Overblik

Med den accelererede intelligente transformation af kulindustrien har kulværker markant øget kravene til præcision, stabilitet og smarte løsninger inden for materialeniveaumåling. Traditionelle metoder som manuelle inspektioner, ultralydsniveaumålere og konventionelle radarniveaumålere står over for bemærkelsesværdige begrænsninger: Manuelle inspektioner er ineffektive og usikre, hvilket gør realtidsovervågning af silodynamikken udfordrende; Ultralydsniveaumålere er tilbøjelige til kulstøvinterferens, hvilket resulterer i alvorlig signaldæmpning og store målefejl; Mens konventionelle radarniveaumålere delvist afbøder støvinterferens, kæmper de stadig for at opnå omfattende dækning under komplekse siloforhold (såsom buedannelse, materialeafvigelse eller døde zoner), hvilket ofte fører til fejlbedømte materialeniveauer, der forstyrrer produktionsplanlægning og lagerstyring.

Blandt forskellige niveaumålingsteknologier er 3D-radarniveaumålere dukket op som en spil-skifter. Ved at udnytte mulighederne for multi-strålescanning og 3D-billeddannelse overvinder de de rumlige begrænsninger ved traditionelle metoder til tydeligt at visualisere materialefordelingen i siloer. Disse systemer giver ikke kun præcise niveaumålinger, men muliggør også-realtidsovervågning af materialevolumen, masse og pælemorfologi. Som gå-til løsning til intelligent niveaumåling i kulværker, slår de effektivt bro over det hul, som konventionelle teknologier efterlader i komplekse silomiljøer.

2. Funktioner ved radarteknologi

2.1 Karakteristika for traditionelle radarer (herunder mikrobølgeradar og konventionel guidet bølgeradar)

Enkeltmåledimension: Den kan kun få materialeniveauhøjdedata, men kan ikke opfatte den horisontale fordeling af materialer i siloen. Over for det almindelige "materialeafvigelse" og "bue"-fænomen i kulsiloen kan den ikke identificere det faktiske tomvolumen i siloen, hvilket er let at forårsage afvigelse i lagerberegningen.

Begrænset støvinterferensmodstand: Mikrobølgeradarsignaler er tilbøjelige til spredning og dæmpning i kulstøvmiljøer med høj-koncentration. Når støvkoncentrationen overstiger 50g/m³, falder signalreflektionsintensiteten dramatisk, hvilket kompromitterer målenøjagtigheden betydeligt. Mens konventionelle guidede bølgeradarsystemer udviser mindre modtagelighed for støvinterferens, er deres sonder modtagelige for vedhæftning af kulstøv. Langvarig brug fører til signaldrift forårsaget af akkumulerede aflejringer, hvilket nødvendiggør hyppig rengøring og vedligeholdelse.

Begrænset dækning: Traditionelle radarer er for det meste enkeltstrålende- eller smalstrålende-design, som kun kan måle et "punkt" eller en "linje" i siloen og ikke fuldt ud kan fange siloens overordnede materialeniveaustatus. For store kulsiloer med en diameter på mere end 8 meter skal flere enheder kombineres og installeres for at opnå foreløbig dækning, hvilket øger udstyrsomkostningerne og fejlfindingsbesværet.

2.2 Funktioner i 3D-radar

3D Panoramic Imaging: Ved at bruge multi-beam array-teknologi udsender dette system samtidigt 20-30 højfrekvente-radarstråler for at dække både det 360 graders vandrette område og 0-90 graders lodrette vinkel i materialesiloen. Gennem signalsyning og datarekonstruktion genererer den 3D-billeder i realtid af materialet inde i siloen, der tydeligt viser stablingsmønstre, buepositioner, materialeafvigelsesgrader og blinde vinkler i tomme siloer. Dette løser effektivt den traditionelle radars begrænsninger af "usynlighed og upræcis måling".

Støv- og barske omgivelser: 3D-radaren anvender specialiseret signalmodulationsteknologi, der udsender signaler med 5-10mW effekt (5-10 gange højere end konventionelle mikrobølgeradarer). Dens optimerede bølgelængdedesign matcher specifikt kulstøvpartikelkarakteristika, hvilket muliggør penetrering gennem højkoncentrationsstøv (op til 100 g/m³), samtidig med at signalspredningstab minimeres. Udstyret med IP67-klassificeret beskyttelse modstår ekstreme temperaturer (-40 grader til 80 grader) og korrosion, hvilket gør det ideelt til kulanlægssiloer, hvor luftfugtighed, støv og temperaturudsving er almindelige udfordringer.

Synkroniseret måling med flere-parametre: Udover præcis materialeniveauhøjdemåling (nøjagtighed ±5 mm, opløsning 1 mm) kan den også beregne materialevolumen (fejl mindre end eller lig med 2%) og masse (kombineret med forudindstillet kulbulkdensitetsfunktion) baseret på 3D-billeder, hvilket automatisk genererer lagerrapporter uden manuel konvertering. Dette giver direkte dataunderstøttelse til kulanlægs lagerstyring og produktionsplanlægning, hvilket reducerer manuelle statistiske fejl.

Lav vedligeholdelse og intelligent diagnose: Enheden har ingen mekaniske bevægelige dele, hvilket eliminerer problemer som materialeopbygning og mekanisk slid i traditionelle guidede bølgeradarsonder. Den årlige vedligeholdelse reduceres til 1-2 gange. Med indbyggede-intelligente diagnostiske funktioner overvåger den driftsstatus i realtid (inklusive signalstyrke, stråleintegritet og kommunikationslinks). Når der opstår signalfejl eller udstyrsfejl, sender den automatisk advarsler til det centrale kontrolsystem, hvilket reducerer nedetidsrisikoen betydeligt.

Tilpasning til komplekse silostrukturer: Understøtter måling af kulsiloer med forskellige former, herunder cirkulære, kvadratiske og rektangulære. Gennem parameterindstillinger kan den rumme forhindringer såsom stiger og blandeanordninger inde i siloen, automatisk filtrere interferenssignaler og kræver ikke yderligere afskærmningsanordninger. Det opfylder målebehovene for forskellige kulanlægssiloer (såsom råkulsiloer, raffinerede kulsiloer og kulgyllesiloer).

3. Principper for traditionel radar og 3D-radar

3.1 Traditionel radar

Traditionelle mikrobølgeradarsystemer fungerer ved at udsende en enkelt høj-elektromagnetisk stråle med høj frekvens (GHz-område). De beregner materialeniveauhøjden ved hjælp af udbredelsestiden for reflekterede signaler (baseret på den elektromagnetiske bølges hastighed, svarende til lysets hastighed) gennem formlen: Materialeniveauhøjde=(elektromagnetisk bølgeudbredelseshastighed × Reflektionstid) / 2. Men i kulværkssiloer forårsager høje koncentrationer af kulstøv multimagnetisk spredning. En del af signalet absorberes af støvpartikler, hvilket resulterer i, at den effektive signalenergi, der returneres til modtagerantennen, kun er 0,5%-1% af den transmitterede energi. Dette fører ofte til problemer med "intet reflektionssignal" eller "falskt reflektionssignal". Mens konventionelle guidede bølgeradarsystemer bruger bølgeledere (stålkabler/stænger) til at reducere støvinterferens, forplanter deres signaler sig kun langs bølgelederbanen. Denne begrænsning forhindrer horisontal dækning af siloområder, og materialeophobning på sondestangen kan ændre bølgelederimpedansen, hvilket forårsager målefejl.

3.2 3D Radar

The 3D radar operates based on multi-beam time-domain reflectometry (Multi-beam TDR) and 3D data reconstruction technology, with the core principles as follows:

Multi-transmission og -modtagelse: Radarantennearrayet udsender samtidig flere højfrekvente (24GHz) elektromagnetiske stråler. Hver stråle scanner materialeoverfladen i siloen i forudindstillede vinkler (lateral afstand på 1 grad -2 grad, langsgående dækning på 0-90 grader), hvilket skaber en "overfladelignende" dækning. Den modtagende antenne fanger synkront de reflekterede signaler fra hver stråle og registrerer udbredelsestiden og signalstyrken for hver strålegruppe.

Signalbehandling og interferensfiltrering: Ved hjælp af specialiserede algoritmer behandler systemet flere reflekterede signaler for at bortfiltrere interferens fra kulstøvspredning og genstandsrefleksioner (baseret på signalstyrketærskler og strålekonsistensanalyse), mens det bevarer gyldige overfladereflektionssignaler. Samtidig beregner den de tre-dimensionelle koordinater (X, Y, Z-akser) af refleksionspunkter i siloen ved hjælp af strålevinkelparametre.

3D-billedrekonstruktion og parameterberegning: Systemet fletter først 3D-koordinater fra alle gyldige refleksionspunkter for at generere en 3D-punktskymodel af materialet i siloen. Ved hjælp af billedgengivelsesteknologi skaber den en intuitiv 3D-visualisering. Baseret på denne model beregner systemet automatisk de maksimale og gennemsnitlige materialeniveauhøjder, mens det bestemmer materialevolumen gennem en integrationsalgoritme. Ved at kombinere disse beregninger med foruddefinerede kuldensitetsparametre (f.eks. råkuldensitet 1,3-1,5t/m³), udsender systemet i sidste ende nøjagtige materialemængdedata.

4. Solidat 3D Radar Level Meter: Introduktion og applikationer

4.1 Produktets kernetekniske egenskaber

Solidat, en førende leverandør af industrielt automatiseringsudstyr, har udviklet 3D-radarniveaumåleren (model: SLDL5300-serien) til at opfylde kravene til materialeniveaumåling af kulværker, med følgende kernetekniske egenskaber:

Måleydelse: Måleområde 180 grader, 360 grader (velegnet til små og mellemstore til store kulgårde), volumenpræcision ±0,5%, afstandsnøjagtighed 1 mm, støttetæthedsindstilling (0,5-3t/m³), opfylder målebehovene for forskellige kultyper.

Kommunikation og dataoutput: Understøtter Ethernet industriel, AUTBUS, 485 og andre kommunikationstilstande og kan udsende materialeniveauhøjde, volumen, masse, 3D-billeddata (understøtter eksport af BMP/JPG-format) og er kompatibel med datagrænsefladen til kulværkets centrale kontrolsystem.

Installation og idriftsættelse: Den top-monterede installation (flangeforbindelse, kompatibel med DN50-DN200 flanger) har små installationshuller, hvilket eliminerer behovet for omfattende ændringer af siloen. Idriftsættelse udføres via berøringsskærm eller fjerncomputer.

Billedbehandlingseffekt: høj-databehandling og -analyse, databehandling fuldføres hurtigt og automatisk af computeren, simpelt 3D-grafikoperativsystem for at opnå tre-dimensionel reproduktion af det målte mål, og kan udføre grafikrotation, translation og lokal forstørrelse og andre interaktive operationer, måleresultaterne er klare med et øjeblik.

4.2 Ansøgningssag om kulanlæg

Tag et stort statsejet-kulværk (årlig kapacitet på 5 millioner tons) som eksempel. Anlægget har 8 råkulsiloer (diameter 10m, højde 25m) og 4 raffinerede kulsiloer (diameter 8m, højde 20m). Den tidligere måling med almindelig mikrobølgeradar niveaumåler har tre problemer:

Kulstøvkoncentrationen i råkulsiloen er høj (60g/m³ i gennemsnit), og dæmpningen af ​​mikrobølgeradarsignalet er alvorlig. Omkring 30% af tiden kan effektive materialeniveaudata ikke opnås, så manuel inspektion er påkrævet, hvilket har risiko for at falde fra stor højde;

Kokskulssiloer oplever ofte 'materialeubalance' (ujævne materialeniveauer på den ene side). Konventionelle radarsystemer, som kun måler enkelt-punktdata, kan ikke registrere sådanne ubalancer. Dette resulterer i en udnyttelsesgrad på 70 % af siloens faktiske kapacitet, hvilket ofte forårsager 'fuld silo-alarmer på trods af resterende tom plads'.

Lagerstatistik kræver manuel estimering baseret på højden af ​​materialeniveauer og mængden af ​​materialebeholdere i hvert lager. Det tager 2-3 timer pr. gang, og fejlprocenten er 5%-8%, hvilket påvirker indkøbsplanen og produktionsplanlægningen.

I begyndelsen af ​​2024 introducerede anlægget 83D radarniveaumålere (6 til råkulsiloer og 2 til raffinerede kulsiloer), og påføringseffekten blev væsentligt forbedret:

Forbedret målestabilitet: 3D-radar har en stærk penetrationsevne af højkoncentreret kulstøv, og den effektive signalopsamlingshastighed øges fra 70 % til 99,5 %. Der kræves ingen manuel inspektion på lageret, hvilket reducerer arbejdsomkostningerne med omkring 120.000 yuan om året og eliminerer sikkerhedsrisikoen ved arbejde i-højde;

Løsning af problemet med materialeafvigelsesidentifikation: 3D-billedet viser materialefordelingen i den rensede kulbeholder i realtid. Når materialeafvigelsen opstår (forskellen mellem de to sider af materialeniveauet er mere end 1 m), vil systemet automatisk alarmere og guide operatørerne til at justere foderpositionen. Udnyttelsesgraden af ​​beholderens kapacitet øges til 90%, hvilket kan lagre omkring 1500 tons renset kul mere hvert år og øge den økonomiske fordel med omkring 1,2 millioner yuan;

Intelligent lagerstyring: Systemet beregner automatisk kulmængder i hvert lager og genererer lagerrapporter med dataopdateringer hvert minut. Dette reducerer lagerstatistikkens tid fra 2-3 timer til 10 sekunder, mens fejlprocenten sænkes til under 2 %. Det giver præcis dataunderstøttelse til planlægning af indkøb af kulanlæg (f.eks. bestemmelse af råkulkøbsmængder baseret på lagerforbrugsrater) og produktionsplanlægning (f.eks. justering af kulvaskeproduktion i henhold til rensede kullagerniveauer), hvilket effektivt minimerer produktionsforstyrrelser og råmaterialespild forårsaget af fejlvurderinger på lager.

Derudover reducerer 3D-radarniveaumålerens lave vedligeholdelsesegenskaber også væsentligt kulanlæggets drifts- og vedligeholdelsesomkostninger: udstyret er kun blevet renset én gang i det forløbne år, og der er ingen registrering af nedlukning af fejl. Sammenlignet med den traditionelle radar (som i gennemsnit skal vedligeholdes en gang hver 3. måned), er de årlige vedligeholdelsesomkostninger reduceret med omkring 80.000 yuan.

5. Konklusion

Solidat 3D Radar Level Counters udnytter banebrydende-teknologier, herunder 3D-billeddannelse, multi-parametermåling og robuste anti-interferensegenskaber til effektivt at løse kerneudfordringer inden for måling af kulanlægsmateriale. Disse omfatter alvorlig støvinterferens, komplekse materialeniveaukonfigurationer og beholdningssporingsvanskeligheder. Systemet forbedrer ikke kun målenøjagtigheden og stabiliteten, men driver også intelligente opgraderinger i kulanlægs lagerstyring og produktionsplanlægning. SLDL5300 3D-målesystemet anvender en smal, høj-penetrationsstråle, der tilpasser sig komplekse arbejdsforhold og forbliver upåvirket af barske miljøer såsom høje temperaturer, støvkorrosion, damp, regn eller tåge. Med fremragende omkostnings-{11}ydeevneforhold er det bredt anvendeligt til måling af faste materialer på forskellige lagersteder, herunder siloer, containere og faste bulklagre. I sammenhæng med kulindustriens intelligente transformation giver Solidat 3D Radar Level Counters pålidelige og effektive niveaumålingsløsninger med brede anvendelsesmuligheder. Disse systemer forventes yderligere at tilpasse sig scenarier som ubemandede kulanlægssiloer og smarte lagersystemer, hvilket giver stærkere støtte til den digitale udvikling af kulindustrien.