Radarowy miernik poziomu 3D Solidat: funkcje i zastosowania - Studium przypadku elektrowni węglowej

Abstrakcyjny

W artykule skupiono się na radarowych miernikach poziomu 3D w technologii pomiaru poziomu, wyjaśniono zasady ich stosowania oraz porównano podstawowe cechy tradycyjnego radaru i radaru 3D. Podkreśla praktyczne skutki zastosowania radarowych mierników poziomu 3D firmy Solidat w elektrowniach węglowych, zapewniając rozwiązanie referencyjne dla wyzwań związanych z pomiarami poziomu w elektrowniach węglowych.

Słowa kluczowe

Wskaźnik poziomu; radar 3D; elektrownia węglowa; pomiar poziomu materiału; środowisko pyłowe

1. Przegląd

Wraz z przyspieszoną inteligentną transformacją przemysłu węglowego, elektrownie węglowe znacznie zwiększyły wymagania dotyczące precyzji, stabilności i inteligentnych rozwiązań w pomiarze poziomu materiału. Tradycyjne metody, takie jak inspekcje ręczne, ultradźwiękowe mierniki poziomu i konwencjonalne radarowe mierniki poziomu, napotykają znaczące ograniczenia: inspekcje ręczne są nieefektywne i niebezpieczne, co utrudnia monitorowanie-dynamiki silosów w czasie rzeczywistym; Ultradźwiękowe mierniki poziomu są podatne na zakłócenia pyłu węglowego, co powoduje poważne tłumienie sygnału i duże błędy pomiarowe; Chociaż konwencjonalne radarowe mierniki poziomu częściowo łagodzą zakłócenia spowodowane przez pył, nadal mają trudności z osiągnięciem kompleksowego pokrycia w złożonych warunkach silosów (takich jak łuki, odchylenia materiału lub martwe strefy), co często prowadzi do błędnej oceny poziomów materiałów, co zakłóca planowanie produkcji i zarządzanie zapasami.

Wśród różnych technologii pomiaru poziomu przełomem- stały się radarowe mierniki poziomu 3D. Wykorzystując możliwości skanowania wielo-wiązek i obrazowania 3D, pokonują ograniczenia przestrzenne tradycyjnych metod w celu wyraźnej wizualizacji dystrybucji materiałów w silosach. Systemy te nie tylko zapewniają precyzyjne pomiary poziomu, ale także umożliwiają-monitorowanie w czasie rzeczywistym objętości, masy i morfologii stosu materiału. Jako-najlepsze rozwiązanie do inteligentnego pomiaru poziomu w elektrowniach węglowych, skutecznie wypełniają lukę pozostawioną przez konwencjonalne technologie w złożonych środowiskach silosów.

2. Cechy technologii radarowej

2.1 Charakterystyka tradycyjnych radarów (w tym radaru mikrofalowego i konwencjonalnego radaru z falą kierowaną)

Pojedynczy wymiar pomiarowy: może uzyskać jedynie dane dotyczące wysokości poziomu materiału, ale nie może dostrzec poziomego rozkładu materiałów w silosie. W obliczu powszechnego zjawiska „odchylenia materiału” i „łuku” w silosie węglowym nie jest w stanie zidentyfikować rzeczywistej pustej objętości silosu, co łatwo spowodować odchylenia w obliczeniach zapasów.

Ograniczona odporność na zakłócenia pyłowe: sygnały radaru mikrofalowego są podatne na rozpraszanie i tłumienie w środowiskach o wysokim-stęeniu pyłu węglowego. Gdy stężenie pyłu przekracza 50 g/m3, intensywność odbicia sygnału drastycznie spada, znacznie pogarszając dokładność pomiaru. Podczas gdy konwencjonalne systemy radarowe z falą kierowaną wykazują mniejszą podatność na zakłócenia pyłowe, ich sondy są podatne na przyleganie pyłu węglowego. Długotrwałe użytkowanie prowadzi do dryfu sygnału spowodowanego nagromadzonymi osadami, co wymaga częstego czyszczenia i konserwacji.

Ograniczony zasięg: tradycyjne radary to przeważnie konstrukcje z pojedynczą-wiązką lub wąską-wiązką, które mogą mierzyć jedynie „punkt” lub „linię” w silosie i nie mogą w pełni uchwycić ogólnego stanu poziomu materiału w silosie. W przypadku dużych silosów na węgiel o średnicy większej niż 8 metrów należy połączyć i zainstalować wiele urządzeń, aby uzyskać wstępne pokrycie, co zwiększa koszt sprzętu i trudność debugowania.

2.2 Funkcje radaru 3D

Panoramiczne obrazowanie 3D: wykorzystując technologię wielu-wiązek, system ten jednocześnie emituje 20-30 wiązek radarowych-o wysokiej częstotliwości, które pokrywają zarówno obszar w poziomie 360 ​​stopni, jak i kąt pionowy 0–90 stopni w silosie z materiałem. Poprzez łączenie sygnałów i rekonstrukcję danych generuje w czasie rzeczywistym obrazy 3D materiału wewnątrz silosu, wyraźnie wyświetlając wzory układania, pozycje wygięć, stopnie odchylenia materiału i martwe punkty w pustych silosach. To skutecznie rozwiązuje ograniczenia tradycyjnego radaru związane z „niewidzialnością i niedokładnym pomiarem”.

Odporność na kurz i trudne warunki: Radar 3D wykorzystuje specjalistyczną technologię modulacji sygnału, emitując sygnały o mocy 5-10 mW (5–10 razy większej niż konwencjonalne radary mikrofalowe). Jego zoptymalizowana konstrukcja długości fali specjalnie dopasowuje się do charakterystyki cząstek pyłu węglowego, umożliwiając penetrację pyłu o wysokim stężeniu (do 100 g/m3) przy jednoczesnej minimalizacji utraty rozpraszania sygnału. Wyposażony w stopień ochrony IP67, sprzęt jest odporny na ekstremalne temperatury (od -40 do 80 stopni) i korozję, dzięki czemu idealnie nadaje się do silosów elektrowni węglowych, gdzie częstym wyzwaniem jest wilgoć, kurz i wahania temperatury.

Pomiar zsynchronizowany z wieloma-parametrami: oprócz precyzyjnego pomiaru wysokości poziomu materiału (dokładność ±5 mm, rozdzielczość 1 mm) może również obliczyć objętość materiału (błąd mniejszy lub równy 2%) i masę (w połączeniu z funkcją wstępnej gęstości nasypowej węgla) na podstawie obrazów 3D, automatycznie generując raporty inwentaryzacyjne bez ręcznej konwersji. Zapewnia to bezpośrednie wsparcie danych na potrzeby zarządzania zapasami elektrowni węglowych i planowania produkcji, redukując ręczne błędy statystyczne.

Niskie koszty utrzymania i inteligentna diagnostyka: Urządzenie nie zawiera ruchomych części mechanicznych, co eliminuje problemy takie jak gromadzenie się materiału i zużycie mechaniczne w tradycyjnych sondach radarowych z falą kierowaną. Roczna konserwacja została zmniejszona do 1-2 razy. Dzięki wbudowanym-inteligentnym funkcjom diagnostycznym monitoruje w czasie rzeczywistym stan działania (w tym siłę sygnału, integralność wiązki i łącza komunikacyjne). W przypadku wystąpienia anomalii sygnału lub awarii sprzętu automatycznie wysyła powiadomienia do centralnego systemu sterowania, co znacznie zmniejsza ryzyko przestojów.

Dostosuj się do złożonych konstrukcji silosów: Obsługuje pomiary silosów węgla o różnych kształtach, w tym okrągłych, kwadratowych i prostokątnych. Dzięki ustawieniom parametrów może pomieścić przeszkody takie jak drabiny i urządzenia mieszające wewnątrz silosu, automatycznie filtruje sygnały zakłócające i nie wymaga dodatkowych urządzeń ekranujących. Spełnia potrzeby pomiarowe różnych silosów elektrowni węglowych (takich jak silosy na węgiel surowy, silosy na węgiel rafinowany i silosy na szlam węglowy).

3. Zasady radaru tradycyjnego i radaru 3D

3.1 Tradycyjny radar

Tradycyjne mikrofalowe systemy radarowe działają w oparciu o emisję pojedynczej wiązki elektromagnetycznej-o wysokiej częstotliwości (zakres GHz). Obliczają wysokość poziomu materiału na podstawie czasu propagacji odbitych sygnałów (w oparciu o prędkość fali elektromagnetycznej odpowiadającą prędkości światła) za pomocą wzoru: Wysokość poziomu materiału=(prędkość propagacji fali elektromagnetycznej × czas odbicia) / 2. Jednakże w silosach elektrowni węglowych wysokie stężenia pyłu węglowego powodują wielokrotne rozpraszanie fal elektromagnetycznych. Część sygnału jest pochłaniana przez cząsteczki kurzu, w wyniku czego efektywna energia sygnału powracająca do anteny odbiorczej stanowi zaledwie 0,5%-1% transmitowanej energii. Często prowadzi to do problemów związanych z „brakem sygnału odbicia” lub „sygnałem fałszywego odbicia”. Podczas gdy konwencjonalne systemy radarowe z falą kierowaną wykorzystują falowody (stalowe kable/pręty) w celu ograniczenia zakłóceń pyłowych, ich sygnały rozchodzą się tylko wzdłuż ścieżki falowodu. To ograniczenie zapobiega poziomemu pokryciu obszarów silosów, a nagromadzenie materiału na pręcie sondy może zmienić impedancję falowodu, powodując błędy pomiaru.

3.2 3Dradar

Radar 3D działa w oparciu o reflektometrię wielo-wiązek czasowych- (wielo-wiązek TDR) i technologię rekonstrukcji danych 3D, zgodnie z następującymi podstawowymi zasadami:

Transmisja i odbiór wielu-wiązek: układ anten radaru emituje jednocześnie wiele wiązek elektromagnetycznych o-wysokiej częstotliwości (24 GHz). Każda wiązka skanuje powierzchnię materiału w silosie pod zadanymi kątami (odstęp poprzeczny 1 stopień -2 stopnie, zasięg wzdłużny 0-90 stopni), tworząc pokrycie „powierzchniowe”. Antena odbiorcza synchronicznie przechwytuje odbite sygnały z każdej wiązki, rejestrując czas propagacji i siłę sygnału każdej grupy wiązek.

Przetwarzanie sygnału i filtrowanie zakłóceń: Wykorzystując wyspecjalizowane algorytmy, system przetwarza wiele odbitych sygnałów w celu odfiltrowania zakłóceń pochodzących z rozpraszania pyłu węglowego i odbić obiektów (w oparciu o progi siły sygnału i analizę konsystencji wiązki), zachowując jednocześnie prawidłowe sygnały odbicia powierzchniowego. Jednocześnie oblicza-trójwymiarowe współrzędne (osie X, Y, Z) punktów odbicia w silosie, korzystając z parametrów kąta wiązki.

Rekonstrukcja obrazu 3D i obliczanie parametrów: System najpierw łączy współrzędne 3D ze wszystkich ważnych punktów odbicia, aby wygenerować model chmury punktów 3D materiału w silosie. Wykorzystując technologię renderowania obrazu tworzy intuicyjną wizualizację 3D. Na podstawie tego modelu system automatycznie oblicza maksymalną i średnią wysokość poziomu materiału, jednocześnie określając objętość materiału za pomocą algorytmu całkującego. Łącząc te obliczenia z predefiniowanymi parametrami gęstości węgla (np. gęstość węgla surowego 1,3-1,5 t/m3), system ostatecznie generuje dokładne dane dotyczące ilości materiału.

4. Radarowy miernik poziomu Solidat 3D: wprowadzenie i zastosowania

4.1 Podstawowe cechy techniczne produktu

Solidat, wiodący dostawca sprzętu automatyki przemysłowej, opracował radarowy wskaźnik poziomu 3D (model: seria SLDL5300), aby spełnić wymagania dotyczące pomiaru poziomu materiału w elektrowniach węglowych, charakteryzując się następującymi podstawowymi właściwościami technicznymi:

Wydajność pomiaru: zakres pomiarowy 180 stopni, 360 stopni (odpowiedni dla małych, średnich i dużych składów węgla), dokładność objętościowa ± 0,5%, dokładność odległości 1 mm, ustawienie gęstości podpory (0,5-3 t/m3), spełniają potrzeby pomiarowe różnych rodzajów węgla.

Komunikacja i wyjście danych: Obsługuje Ethernet przemysłowy, AUTBUS, 485 i inne tryby komunikacji i może wyprowadzać wysokość, objętość, masę, dane obrazu 3D na poziomie materiału (obsługa eksportu w formacie BMP/JPG) i jest kompatybilna z interfejsem danych centralnego systemu sterowania elektrowni węglowej.

Instalacja i uruchomienie: Instalacja-montowana od góry (połączenie kołnierzowe, kompatybilne z kołnierzami DN50-DN200) ma małe otwory montażowe, co eliminuje potrzebę rozległych modyfikacji silosu. Uruchomienie odbywa się za pomocą ekranu dotykowego lub komputera zdalnego.

Efekt obrazowania:-szybkie przetwarzanie i analiza danych, przetwarzanie danych jest szybko i automatycznie wykonywane przez komputer, prosty system operacyjny z grafiką 3D umożliwiający uzyskanie trójwymiarowej-odtwarzalności mierzonego celu oraz możliwość obracania grafiki, translacji i lokalnego powiększania oraz innych interaktywnych operacji, wyniki pomiarów są widoczne na pierwszy rzut oka.

4.2 Przypadek zastosowania elektrowni węglowej

Weźmy na przykład dużą-państwową elektrownię węglową (o rocznej wydajności 5 milionów ton). Zakład posiada 8 silosów na węgiel surowy (średnica 10m, wysokość 25m) oraz 4 silosy na węgiel rafinowany (średnica 8m, wysokość 20m). Poprzedni pomiar za pomocą zwykłego radarowego miernika poziomu mikrofalowego wiązał się z trzema problemami:

Stężenie pyłu węglowego w silosie węgla surowego jest wysokie (średnio 60 g/m3), a tłumienie sygnału radaru mikrofalowego jest poważne. W około 30% przypadków nie można uzyskać efektywnych danych dotyczących poziomu materiału, dlatego wymagana jest kontrola ręczna, co wiąże się z ryzykiem upadku z dużej wysokości;

W silosach na węgiel koksujący często występuje „nierównowaga materiałowa” (nierówny poziom materiału po jednej stronie). Konwencjonalne systemy radarowe, które mierzą tylko dane-punktowe, nie są w stanie wykryć takich zaburzeń równowagi. Powoduje to wykorzystanie rzeczywistej pojemności silosu na poziomie 70%, co często powoduje „alarmy o zapełnieniu silosu pomimo pozostałej pustej przestrzeni”.

Statystyki zapasów wymagają ręcznego oszacowania na podstawie wysokości poziomów materiałów i objętości pojemników z materiałami w każdym magazynie. Zajmuje to 2-3 godziny na raz, a poziom błędów wynosi 5% -8%, co wpływa na plan zakupów i harmonogram produkcji.

Z początkiem 2024 roku w zakładzie wprowadzono radarowe mierniki poziomu 83D (6 dla silosów na węgiel surowy i 2 dla silosów na węgiel rafinowany), a efekt zastosowania uległ znacznej poprawie:

Poprawiona stabilność pomiaru: radar 3D ma silną zdolność penetracji pyłu węglowego o wysokim stężeniu, a efektywna szybkość akwizycji sygnału została zwiększona z 70% do 99,5%. W magazynie nie jest wymagana ręczna inspekcja, co zmniejsza koszty pracy o około 120 000 juanów rocznie i eliminuje zagrożenie bezpieczeństwa związane z-pracą na dużych wysokościach;

Rozwiązanie problemu identyfikacji odchyleń materiału: Obraz 3D przedstawia w czasie rzeczywistym rozkład materiału w czyszczonym zasobniku węgla. Gdy wystąpi odchylenie materiału (różnica między obiema stronami poziomu materiału jest większa niż 1 m), system automatycznie zaalarmuje i poinstruuje operatorów, jak dostosować pozycję podawania. Stopień wykorzystania pojemności zasobnika wzrasta do 90%, co pozwala na składowanie o około 1500 ton oczyszczonego węgla więcej każdego roku i zwiększa korzyści ekonomiczne o około 1,2 miliona juanów;

Inteligentne zarządzanie zapasami: System automatycznie oblicza ilość węgla w każdym magazynie i co minutę generuje raporty o stanie zapasów wraz z aktualizacją danych. Skraca to czas tworzenia statystyk zapasów z 2-3 godzin do 10 sekund, jednocześnie obniżając poziom błędów poniżej 2%. Zapewnia precyzyjne wsparcie danych dla planowania zakupów elektrowni węglowych (np. określania ilości zakupu węgla surowego na podstawie wskaźników zużycia zapasów) i harmonogramowania produkcji (np. dostosowywania wydajności przemywania węgla do poziomu zapasów oczyszczonego węgla), skutecznie minimalizując zakłócenia w produkcji i straty surowców spowodowane błędną oceną zapasów.

Ponadto niskie koszty utrzymania radarowego miernika poziomu 3D również znacznie zmniejszają koszty eksploatacji i konserwacji elektrowni węglowej: w ciągu ostatniego roku urządzenia były czyszczone tylko raz i nie odnotowano żadnych przestojów w przypadku awarii. W porównaniu z tradycyjnym radarem (który wymaga konserwacji średnio raz na 3 miesiące), roczny koszt konserwacji jest niższy o około 80 000 juanów.

5. Wniosek

Radarowe liczniki poziomu 3D Solidat wykorzystują-najnowocześniejsze technologie, w tym obrazowanie 3D, pomiary wielu-parametrów i niezawodne funkcje przeciwzakłóceniowe, aby skutecznie stawić czoła głównym wyzwaniom związanym z pomiarami składowania materiałów w elektrowniach węglowych. Należą do nich poważne zakłócenia pyłowe, złożone konfiguracje poziomu materiału i trudności ze śledzeniem zapasów. System nie tylko zwiększa dokładność i stabilność pomiarów, ale także wprowadza inteligentne ulepszenia w zarządzaniu zapasami elektrowni węglowych i harmonogramowaniu produkcji. System pomiarowy SLDL5300 3D wykorzystuje wąską wiązkę-o wysokiej penetracji, która dostosowuje się do złożonych warunków pracy i jest odporna na trudne warunki, takie jak wysokie temperatury, korozja pyłowa, para, deszcz czy mgła. Dzięki doskonałym stosunkom-wydajności i kosztów ma szerokie zastosowanie do pomiaru materiałów stałych w różnych miejscach przechowywania, w tym w silosach, kontenerach i magazynach materiałów stałych luzem. W kontekście inteligentnej transformacji przemysłu węglowego, radarowe liczniki poziomu 3D Solidat zapewniają niezawodne i wydajne rozwiązania do pomiaru poziomu o szerokich perspektywach zastosowań. Oczekuje się, że systemy te będą w dalszym ciągu dostosowywać się do scenariuszy takich jak bezzałogowe silosy elektrowni węglowych i inteligentne systemy magazynowania, oferując silniejsze wsparcie dla cyfrowego rozwoju przemysłu węglowego.