Solidat 3D radaro lygio matuoklis: funkcijos ir programos - Anglies gamyklos atvejo tyrimas

Abstraktus

Šiame darbe dėmesys sutelkiamas į 3D radarų lygio matuoklius lygio matavimo technologijoje, paaiškinant jų taikymo principus ir lyginant pagrindines tradicinio radaro ir 3D radaro savybes. Jame pabrėžiamas Solidat 3D radaro lygio matuoklio produktų praktinis pritaikymas anglies elektrinėse ir pateikiamas atskaitos sprendimas sprendžiant lygio matavimo iššūkius anglies gamyklose.

Raktažodžiai

Lygio matuoklis; 3D radaras; anglies gamykla; medžiagos lygio matavimas; dulkių aplinka

1. Apžvalga

Paspartėjus pažangiajai anglių pramonės transformacijai, anglies gamyklos žymiai padidino tikslumo, stabilumo ir pažangių medžiagų lygio matavimo sprendimų poreikius. Tradiciniai metodai, pvz., rankinis tikrinimas, ultragarsiniai lygio matuokliai ir įprasti radiolokaciniai lygio matuokliai, susiduria su dideliais apribojimais: rankinis patikrinimas yra neveiksmingas ir nesaugus, todėl stebėti siloso dinamiką realiuoju laiku- sunku; Ultragarsiniai lygio matuokliai yra linkę į anglies dulkių trukdžius, todėl signalas smarkiai susilpnėja ir matavimo paklaidos yra didelės; Nors įprasti radiolokaciniai lygio matuokliai iš dalies sumažina dulkių trukdžius, jie vis tiek stengiasi pasiekti visapusišką aprėptį sudėtingomis siloso sąlygomis (tokiomis kaip išlenkimas, medžiagos nukrypimas ar negyvos zonos), todėl dažnai klaidingai įvertinamas medžiagų lygis, dėl kurio sutrikdomas gamybos planavimas ir atsargų valdymas.

Tarp įvairių lygio matavimo technologijų 3D radaro lygio matuokliai pasirodė kaip žaidimo -keitiklis. Išnaudodami kelių spindulių skenavimo ir 3D vaizdavimo galimybes, jie įveikia erdvinius tradicinių metodų apribojimus, kad aiškiai vizualizuotų medžiagų pasiskirstymą silosuose. Šios sistemos ne tik suteikia tikslius lygio matavimus, bet ir leidžia realiuoju laiku-stebėti medžiagos tūrį, masę ir krūvos morfologiją. Kaip išmanaus lygio matavimo anglies jėgainėse sprendimas-, jie veiksmingai užpildo spragą, kurią palieka įprastos technologijos sudėtingose ​​siloso aplinkose.

2. Radaro technologijos ypatumai

2.1 Tradicinių radarų (įskaitant mikrobangų radarą ir įprastą valdomų bangų radarą) charakteristikos

Vieno matavimo matmuo: jis gali gauti tik medžiagos lygio aukščio duomenis, bet negali suvokti horizontalaus medžiagų pasiskirstymo silosinėje. Susidūręs su įprastu „medžiagos nuokrypio“ ir „arkos“ reiškiniu anglies silosinėje, jis negali nustatyti tikrojo tuščio siloso tūrio, dėl kurio nesunku nukrypti apskaičiuojant atsargas.

Ribotas atsparumas dulkėms: mikrobangų radarų signalai yra linkę sklaidytis ir susilpnėti didelės{0}}koncentracijos anglies dulkių aplinkoje. Kai dulkių koncentracija viršija 50 g/m³, signalo atspindžio intensyvumas smarkiai sumažėja, todėl matavimo tikslumas labai sumažėja. Nors įprastos valdomų bangų radarų sistemos yra mažiau jautrios dulkių trukdžiams, jų zondai yra jautrūs anglies dulkių sukibimui. Ilgai naudojant, signalas nukrypsta dėl susikaupusių nuosėdų, todėl reikia dažnai valyti ir prižiūrėti.

Ribota aprėptis: tradiciniai radarai dažniausiai yra vieno{0}}spindulio arba siauro Dideliuose anglies silosuose, kurių skersmuo didesnis nei 8 metrai, reikia sujungti ir sumontuoti kelis įrenginius, kad būtų pasiekta preliminari aprėptis, o tai padidina įrangos sąnaudas ir derinimo sunkumus.

2.2 3D radaro ypatybės

3D panoraminis vaizdavimas: naudojant kelių -spindulių matricų technologiją, ši sistema vienu metu skleidžia 20-30 aukšto-dažnio radaro spindulių, kad apimtų tiek 360 laipsnių horizontalų plotą, tiek 0–90 laipsnių vertikalų kampą medžiagos talpykloje. Naudodamas signalų susiuvimą ir duomenų atkūrimą, jis realiuoju laiku generuoja 3D medžiagos vaizdus siloso viduje, aiškiai parodydamas krovimo modelius, lanko padėtis, medžiagos nuokrypio laipsnius ir akląsias vietas tuščiuose silosuose. Tai veiksmingai pašalina tradicinio radaro „nematomumo ir netikslaus matavimo“ apribojimus.

Atsparumas dulkėms ir atšiauriai aplinkai: 3D radaras naudoja specializuotą signalų moduliavimo technologiją, skleidžiančią 5-10 mW galios signalus (5–10 kartų didesnę nei įprasti mikrobangų radarai). Jo optimizuotas bangos ilgio dizainas konkrečiai atitinka anglies dulkių dalelių charakteristikas, leidžiančias prasiskverbti per didelės koncentracijos dulkes (iki 100 g/m³), tuo pačiu sumažinant signalo sklaidos nuostolius. Įranga, turinti IP67 įvertintą apsaugą, atlaiko ekstremalias temperatūras (nuo -40 laipsnių iki 80 laipsnių) ir koroziją, todėl idealiai tinka anglies gamyklų silosams, kur drėgmė, dulkės ir temperatūros svyravimai yra dažni iššūkiai.

Kelių -parametrų sinchronizuotas matavimas: be tikslaus medžiagos lygio aukščio matavimo (tikslumas ± 5 mm, skiriamoji geba 1 mm), jis taip pat gali apskaičiuoti medžiagos tūrį (paklaida Mažiau arba lygi 2 %) ir masę (kartu su iš anksto nustatyta anglies tūrio tankio funkcija) pagal 3D vaizdus, ​​automatiškai generuodamas atsargų ataskaitas be neautomatinio konvertavimo. Tai suteikia tiesioginį duomenų palaikymą anglies gamyklos atsargų valdymui ir gamybos planavimui, taip sumažinant rankines statistines klaidas.

Nereikalaujantis priežiūros ir pažangi diagnostika: įrenginyje nėra mechaninių judančių dalių, todėl pašalinamos tokios problemos kaip medžiagos kaupimasis ir mechaninis tradicinių valdomų bangų radaro zondų susidėvėjimas. Kasmetinė priežiūra sumažinama iki 1-2 kartų. Su integruotomis -išmaniosiomis diagnostikos funkcijomis jis realiuoju laiku stebi veikimo būseną (įskaitant signalo stiprumą, pluošto vientisumą ir ryšio ryšius). Atsiradus signalo anomalijai ar įrangos gedimams, ji automatiškai siunčia įspėjimus į centrinę valdymo sistemą, žymiai sumažindama prastovų riziką.

Prisitaikykite prie sudėtingų siloso konstrukcijų: palaiko įvairių formų, įskaitant apskritą, kvadratą ir stačiakampį, anglies siloso matavimus. Per parametrų nustatymus jis gali prisitaikyti prie kliūčių, tokių kaip kopėčios ir maišymo įrenginiai siloso viduje, automatiškai filtruoti trikdžių signalus ir nereikalauja papildomų ekranavimo įtaisų. Jis atitinka įvairių anglių gamyklų silosų (pvz., žalios anglies siloso, rafinuotų anglių silosų ir anglių srutų silosų) matavimo poreikius.

3. Tradicinio radaro ir 3D radaro principai

3.1 Tradicinis radaras

Tradicinės mikrobangų radarų sistemos veikia skleisdamos vieną aukšto{0}}dažnio (GHz diapazono) elektromagnetinį spindulį. Jie apskaičiuoja medžiagos lygio aukštį, naudodamiesi atspindėtų signalų sklidimo trukme (remiantis elektromagnetinės bangos greičiu, atitinkančiu šviesos greitį) pagal formulę: Medžiagos lygio aukštis=(elektromagnetinių bangų sklidimo greitis × atspindžio laikas) / 2. Tačiau anglies gamyklų silosuose didelė anglies dulkių koncentracija sukelia daugybę elektromagnetinių bangų sklaidos. Dalį signalo sugeria dulkių dalelės, todėl efektyvi signalo energija, grįžtanti į imtuvo anteną, sudaro tik 0,5–1% perduodamos energijos. Tai dažnai sukelia „neatspindėjimo signalo“ arba „klaidingo atspindžio signalo“ problemas. Nors įprastos valdomų bangų radarų sistemos naudoja bangolaidžius (plieninius kabelius / strypus), kad sumažintų dulkių trukdžius, jų signalai sklinda tik bangolaidžio keliu. Šis apribojimas neleidžia horizontaliai padengti siloso plotus, o medžiagos kaupimasis ant zondo strypo gali pakeisti bangolaidžio varžą ir sukelti matavimo klaidas.

3.2 3D Radaras

3D radaras veikia remdamasis kelių-spindulio laiko-domeno reflektometrija (Multi-beam TDR) ir 3D duomenų atkūrimo technologija, kurios pagrindiniai principai yra tokie:

Kelių pluoštų perdavimas ir priėmimas: radaro antenos matrica vienu metu skleidžia kelis aukšto-dažnio (24 GHz) elektromagnetinius pluoštus. Kiekvienas spindulys nuskaito medžiagos paviršių silose iš anksto nustatytais kampais (1 laipsnio atstumas -2 laipsniais, išilginis aprėptis 0–90 laipsnių), sukurdamas „paviršiaus“ aprėptį. Priėmimo antena sinchroniškai fiksuoja atspindėtus signalus iš kiekvieno pluošto, registruodama kiekvienos pluošto grupės sklidimo laiką ir signalo stiprumą.

Signalų apdorojimas ir trukdžių filtravimas: Naudodama specializuotus algoritmus, sistema apdoroja kelis atspindėtus signalus, kad išfiltruotų trukdžius dėl anglies dulkių sklaidos ir objektų atspindžių (remiantis signalo stiprumo slenksčiais ir pluošto nuoseklumo analize), išsaugodama tinkamus paviršiaus atspindžio signalus. Tuo pačiu metu jis apskaičiuoja trijų matmenų koordinates (X, Y, Z ašis) atspindžio taškų siloso viduje, naudodamas spindulio kampo parametrus.

3D vaizdo atkūrimas ir parametrų apskaičiavimas: sistema pirmiausia sujungia 3D koordinates iš visų galiojančių atspindžio taškų, kad sukurtų medžiagos 3D taškinio debesies modelį. Naudodamas vaizdo atvaizdavimo technologiją, jis sukuria intuityvią 3D vizualizaciją. Remdamasi šiuo modeliu, sistema automatiškai apskaičiuoja maksimalų ir vidutinį medžiagos lygio aukštį, kartu nustatydama medžiagos tūrį pagal integravimo algoritmą. Sujungus šiuos skaičiavimus su iš anksto nustatytais anglies tankio parametrais (pvz., žaliavinės anglies tankis 1,3–1,5 t/m³), sistema galiausiai išveda tikslius medžiagos kiekio duomenis.

4. Solidat 3D radaro lygio matuoklis: įvadas ir programos

4.1 Pagrindinės gaminio techninės savybės

„Solidat“, pirmaujanti pramoninės automatikos įrangos tiekėja, sukūrė 3D radaro lygio matuoklį (modelis: SLDL5300 serija), kad atitiktų anglies jėgainių medžiagų lygio matavimo reikalavimus ir pasižymi šiomis pagrindinėmis techninėmis charakteristikomis:

Matavimo našumas: matavimo diapazonas 180 laipsnių, 360 laipsnių (tinka mažoms ir vidutinėms ir didelėms anglių aikštelėms), tūrio tikslumas ±0,5%, atstumo tikslumas 1 mm, atramos tankio nustatymas (0,5-3t/m³), atitinka skirtingų anglių tipų matavimo poreikius.

Ryšys ir duomenų išvestis: palaiko eterneto pramoninį, AUTBUS, 485 ir kitus ryšio režimus, gali išvesti medžiagos lygio aukščio, tūrio, masės, 3D vaizdo duomenis (palaiko BMP/JPG formato eksportą) ir yra suderinama su anglies gamyklos centrinės valdymo sistemos duomenų sąsaja.

Įrengimas ir paleidimas: viršuje{0}}montuojamas įrenginys (jungės jungtis, suderinama su DN50-DN200 flanšais) turi mažas montavimo angas, todėl nereikia atlikti didelių siloso modifikacijų. Paleidimas atliekamas naudojant jutiklinį ekraną arba nuotolinį kompiuterį.

Vaizdo efektas: didelės spartos{0}}duomenų apdorojimas ir analizė, duomenų apdorojimą greitai ir automatiškai užbaigia kompiuteris, paprasta 3D grafikos operacinė sistema, leidžianti pasiekti trijų-matuojamo objekto atkūrimą, gali atlikti grafikos pasukimą, vertimą ir vietinį padidinimą bei kitas interaktyvias operacijas, matavimo rezultatai aiškūs iš pirmo žvilgsnio.

4.2 Anglies gamyklos taikymo atvejis

Kaip pavyzdį paimkite didelę valstybinę{0}}anglies gamyklą (5 mln. tonų metinis pajėgumas). Gamykloje yra 8 žalios anglies silosai (skersmuo 10 m, aukštis 25 m) ir 4 rafinuotų anglių silosai (skersmuo 8 m, aukštis 20 m). Ankstesnis matavimas naudojant įprastą mikrobangų radaro lygio matuoklį turi tris problemas:

Anglies dulkių koncentracija žaliavinės anglies silosinėje yra didelė (vidutiniškai 60 g/m³), o mikrobangų radaro signalo susilpnėjimas yra rimtas. Apie 30% atvejų nepavyksta gauti efektyvių medžiagų lygio duomenų, todėl reikalingas rankinis patikrinimas, dėl kurio kyla pavojus nukristi iš didelio aukščio;

Koksinės anglies silosuose dažnai būna „medžiagų disbalansas“ (nevienodas medžiagos lygis vienoje pusėje). Įprastos radarų sistemos, matuojančios tik vieno{1}}taško duomenis, negali aptikti tokių disbalansų. Dėl to išnaudojama 70 % tikrosios siloso talpos, o tai dažnai sukelia „pilno siloso aliarmą, nepaisant likusios tuščios vietos“.

Atsargų statistika reikalauja rankinio įvertinimo pagal medžiagų lygių aukštį ir medžiagų dėžių tūrį kiekviename sandėlyje. Tai užtrunka 2–3 valandas per kartą, o klaidų lygis yra 5–8%, o tai turi įtakos pirkimų planui ir gamybos planavimui.

2024 m. pradžioje gamykla pristatė 83D radarų lygio matuoklius (6 žaliavinės anglies silosams ir 2 rafinuotų anglių silosams), o taikymo efektas buvo žymiai pagerintas:

Pagerintas matavimo stabilumas: 3D radaras turi didelę didelės koncentracijos anglies dulkių įsiskverbimo galimybę, o efektyvus signalo gavimo greitis padidinamas nuo 70% iki 99,5%. Sandėlyje nereikia tikrinti rankiniu būdu, todėl darbo sąnaudos sumažėja maždaug 120 000 juanių per metus ir pašalinamas pavojus saugai dirbant dideliame aukštyje;

Medžiagos nuokrypio identifikavimo problemos sprendimas: 3D vaizdas realiu laiku parodo medžiagos pasiskirstymą išvalytoje anglių dėžėje. Kai įvyksta medžiagos nuokrypis (skirtumas tarp dviejų medžiagos lygio pusių yra didesnis nei 1 m), sistema automatiškai įspės ir nukreips operatorius, kaip pakoreguoti padavimo padėtį. Dėžės talpos panaudojimo lygis padidinamas iki 90%, kasmet galima sukaupti apie 1500 tonų išvalytos anglies daugiau ir ekonominę naudą padidinti apie 1,2 mln. juanių;

Pažangus atsargų valdymas: sistema automatiškai apskaičiuoja anglies kiekius kiekviename sandėlyje ir generuoja atsargų ataskaitas su duomenų atnaujinimais kas minutę. Tai sumažina atsargų statistikos laiką nuo 2–3 valandų iki 10 sekundžių, o klaidų lygis sumažėja žemiau 2%. Tai suteikia tikslią duomenų palaikymą anglies gamyklos įsigijimo planavimui (pvz., žaliavinės anglies pirkimo kiekiui nustatyti pagal atsargų suvartojimo normas) ir gamybos planavimui (pvz., koreguojant anglies plovimo našumą pagal išvalytų anglių atsargų lygius), efektyviai sumažinant gamybos sutrikimus ir žaliavų švaistymą, atsirandantį dėl netinkamo inventoriaus įvertinimo.

Be to, žemos 3D radaro lygio matuoklio priežiūros charakteristikos taip pat ženkliai sumažina anglies jėgainės eksploatavimo ir priežiūros kaštus: įranga per pastaruosius metus buvo išvalyta tik kartą, o gedimo išjungimo įrašų nėra. Palyginti su tradiciniu radaru (kurį reikia prižiūrėti vidutiniškai kartą per 3 mėnesius), metinės priežiūros išlaidos sumažėja apie 80 000 juanių.

5. Išvada

„Solidat“ 3D radaro lygio skaitikliai naudoja pažangiausias{1}}technologijas, įskaitant 3D vaizdavimą, kelių parametrų matavimą ir patikimas anti- trukdžių galimybes, kad būtų veiksmingai sprendžiamos pagrindinės akmens anglių augalų medžiagų saugojimo matavimo problemos. Tai apima didelius dulkių trukdžius, sudėtingas medžiagų lygio konfigūracijas ir atsargų sekimo sunkumus. Sistema ne tik padidina matavimo tikslumą ir stabilumą, bet ir skatina protingus anglies gamyklos atsargų valdymo ir gamybos planavimo atnaujinimus. SLDL5300 3D matavimo sistema naudoja siaurą, stiprią- prasiskverbimo spindulį, kuris prisitaiko prie sudėtingų darbo sąlygų ir nėra veikiamas atšiaurių aplinkos sąlygų, tokių kaip aukšta temperatūra, dulkių korozija, garai, lietus ar rūkas. Dėl puikių sąnaudų{11}}našumo koeficientų jis plačiai taikomas matuojant kietąsias medžiagas įvairiose sandėliavimo vietose, įskaitant silosus, konteinerius ir birių kietųjų medžiagų sandėlius. Atsižvelgiant į pažangią anglių pramonės transformaciją, Solidat 3D radaro lygio skaitikliai teikia patikimus ir efektyvius lygio matavimo sprendimus su plačiomis taikymo galimybėmis. Tikimasi, kad šios sistemos toliau prisitaikys prie tokių scenarijų, kaip nepilotuojami anglies elektrinių silosai ir išmaniosios sandėliavimo sistemos, o tai suteiks stipresnę paramą skaitmeninei anglių pramonės plėtrai.