Solidat 3D-radarniveaumeter: functies en toepassingen - Een casestudy van een kolencentrale

Abstract

Dit artikel richt zich op 3D-radarniveaumeters in niveaumeettechnologie, legt de toepassingsprincipes ervan uit en vergelijkt de kernkenmerken van traditionele radar en 3D-radar. Het belicht de praktische toepassingseffecten van Solidat's 3D-radarniveaumeterproducten in kolencentrales en biedt een referentieoplossing voor uitdagingen op het gebied van niveaumeting in kolencentrales.

Trefwoorden

Niveaumeter; 3D-radar; kolencentrale; materiaalniveaumeting; stof omgeving

1. Overzicht

Met de versnelde intelligente transformatie van de kolenindustrie hebben kolencentrales de vraag naar precisie, stabiliteit en slimme oplossingen bij het meten van materiaalniveaus aanzienlijk verhoogd. Traditionele methoden zoals handmatige inspecties, ultrasone niveaumeters en conventionele radarniveaumeters hebben te maken met opmerkelijke beperkingen: handmatige inspecties zijn inefficiënt en onveilig, waardoor realtime monitoring van de silodynamiek lastig is; Ultrasone niveaumeters zijn gevoelig voor interferentie van kolenstof, wat resulteert in ernstige signaalverzwakking en grote meetfouten; Hoewel conventionele radarniveaumeters de stofinterferentie gedeeltelijk verminderen, hebben ze nog steeds moeite om een ​​uitgebreide dekking te bereiken in complexe silo-omstandigheden (zoals boogvorming, materiaalafwijkingen of dode zones), wat vaak leidt tot verkeerd ingeschatte materiaalniveaus die de productieplanning en het voorraadbeheer verstoren.

Van de verschillende technologieën voor niveaumeting zijn 3D-radarniveaumeters naar voren gekomen als een gamechanger. Door gebruik te maken van multi{3}}scan- en 3D-beeldvormingsmogelijkheden overwinnen ze de ruimtelijke beperkingen van traditionele methoden om de materiaalverdeling in silo's duidelijk te visualiseren. Deze systemen bieden niet alleen nauwkeurige niveaumetingen, maar maken ook realtime monitoring van materiaalvolume, massa en paalmorfologie mogelijk. Als dé oplossing voor intelligente niveaumeting in kolencentrales overbruggen ze effectief de kloof die conventionele technologieën in complexe silo-omgevingen achterlaten.

2. Kenmerken van radartechnologie

2.1 Kenmerken van traditionele radars (inclusief microgolfradar en conventionele geleidegolfradar)

Enkele meetdimensie: Het kan alleen de hoogtegegevens van het materiaalniveau verkrijgen, maar kan de horizontale verdeling van materialen in de silo niet waarnemen. Geconfronteerd met het veel voorkomende fenomeen "materiële afwijking" en "boog" in de kolensilo, kan het het werkelijke lege volume in de silo niet identificeren, wat gemakkelijk afwijkingen in de voorraadberekening kan veroorzaken.

Beperkte weerstand tegen stofinterferentie: microgolfradarsignalen zijn gevoelig voor verstrooiing en verzwakking in omgevingen met hoge- kolenstofconcentraties. Wanneer de stofconcentratie 50 g/m³ overschrijdt, neemt de signaalreflectie-intensiteit dramatisch af, waardoor de meetnauwkeurigheid aanzienlijk in gevaar komt. Terwijl conventionele geleidegolfradarsystemen minder gevoelig zijn voor stofinterferentie, zijn hun sondes gevoelig voor adhesie van steenkoolstof. Langdurig gebruik leidt tot signaalafwijking veroorzaakt door opgehoopte afzettingen, waardoor frequente reiniging en onderhoud noodzakelijk zijn.

Beperkte dekking: Traditionele radars zijn meestal ontwerpen met één- bundel of smalle- bundel, die alleen een "punt" of "lijn" binnen de silo kunnen meten en de algehele materiaalniveaustatus van de silo niet volledig kunnen vastleggen. Voor grote kolensilo's met een diameter van meer dan 8 meter moeten meerdere apparaten worden gecombineerd en geïnstalleerd om een ​​voorlopige dekking te bereiken, wat de apparatuurkosten en de foutopsporingsproblemen verhoogt.

2.2 Kenmerken van 3D-radar

Panoramische 3D-beelden: door gebruik te maken van multi-beam array-technologie zendt dit systeem tegelijkertijd 20-30 hoog-radarstralen met hoge frequentie uit om zowel het horizontale gebied van 360 graden als de verticale hoek van 0-90 graden binnen de materiaalsilo te bestrijken. Door middel van signal stitching en datareconstructie genereert het realtime 3D-beelden van het materiaal in de silo, waarbij de stapelpatronen, boogposities, materiaalafwijkingsgraden en blinde vlekken in lege silo's duidelijk worden weergegeven. Dit lost effectief de beperkingen van de traditionele radar op van "onzichtbaarheid en onnauwkeurige metingen".

Bestand tegen stof en ruwe omgevingen: de 3D-radar maakt gebruik van gespecialiseerde signaalmodulatietechnologie en zendt signalen uit met een vermogen van 5-10 mW (5-10 keer hoger dan conventionele microgolfradars). Het geoptimaliseerde golflengteontwerp komt specifiek overeen met de kenmerken van kolenstofdeeltjes, waardoor penetratie door hooggeconcentreerd stof (tot 100 g/m³) mogelijk wordt gemaakt, terwijl signaalverstrooiingsverlies wordt geminimaliseerd. De apparatuur is voorzien van IP67-bescherming en is bestand tegen extreme temperaturen (-40 graden tot 80 graden) en corrosie, waardoor het ideaal is voor silo's van kolencentrales waar vochtigheid, stof en temperatuurschommelingen veelvoorkomende uitdagingen zijn.

Gesynchroniseerde meting met meerdere- parameters: naast de nauwkeurige meting van de hoogte van het materiaalniveau (nauwkeurigheid ±5 mm, resolutie 1 mm), kan het ook het materiaalvolume (fout kleiner dan of gelijk aan 2%) en de massa (gecombineerd met een vooraf ingestelde functie voor de bulkdichtheid van steenkool) berekenen op basis van 3D-beelden, waardoor automatisch inventarisrapporten worden gegenereerd zonder handmatige conversie. Dit biedt directe gegevensondersteuning voor het voorraadbeheer en de productieplanning van kolencentrales, waardoor handmatige statistische fouten worden verminderd.

Weinig onderhoud en intelligente diagnose: Het apparaat heeft geen mechanisch bewegende delen, waardoor problemen als materiaalophoping en mechanische slijtage bij traditionele geleide golfradarsondes worden geëlimineerd. Het jaarlijkse onderhoud wordt teruggebracht tot 1-2 keer. Met ingebouwde-in intelligente diagnostische functies bewaakt het de operationele status in realtime (inclusief signaalsterkte, bundelintegriteit en communicatieverbindingen). Wanneer signaalafwijkingen of apparatuurstoringen optreden, worden er automatisch waarschuwingen naar het centrale besturingssysteem verzonden, waardoor het risico op uitvaltijd aanzienlijk wordt verminderd.

Aanpassing aan complexe silostructuren: Ondersteunt het meten van kolensilo's met verschillende vormen, waaronder rond, vierkant en rechthoekig. Door middel van parameterinstellingen kan het obstakels zoals ladders en mengapparatuur in de silo onderbrengen, automatisch interferentiesignalen filteren en zijn er geen extra afschermingsapparaten nodig. Het voldoet aan de meetbehoeften van verschillende kolencentralesilo's (zoals ruwe kolensilo's, geraffineerde kolensilo's en kolenslurriesilo's).

3. Principes van traditionele radar en 3D-radar

3.1 Traditionele radar

Traditionele microgolfradarsystemen werken door het uitzenden van een enkele hoogfrequente (GHz-bereik) elektromagnetische straal. Ze berekenen de hoogte van het materiaalniveau met behulp van de voortplantingstijd van gereflecteerde signalen (gebaseerd op de snelheid van de elektromagnetische golf, equivalent aan de snelheid van het licht) met behulp van de formule: Materiaalniveauhoogte=(voortplantingssnelheid van elektromagnetische golven × reflectietijd) / 2. In de silo's van kolencentrales veroorzaken hoge concentraties steenkoolstof echter meervoudige verstrooiing van elektromagnetische golven. Een deel van het signaal wordt geabsorbeerd door stofdeeltjes, waardoor de effectieve signaalenergie die terugkeert naar de ontvangstantenne slechts 0,5%-1% van de uitgezonden energie bedraagt. Dit leidt vaak tot problemen met "geen reflectiesignaal" of "vals reflectiesignaal". Terwijl conventionele radarsystemen met geleide golven golfgeleiders (stalen kabels/staven) gebruiken om stofinterferentie te verminderen, planten hun signalen zich alleen voort langs het pad van de golfgeleider. Deze beperking voorkomt horizontale dekking van silogebieden, en materiaalophoping op de sondestaaf kan de impedantie van de golfgeleider veranderen, waardoor meetfouten ontstaan.

3.2 3D-radar

De 3D-radar werkt op basis van multi-beam time-domeinreflectometrie (Multi-beam TDR) en 3D-gegevensreconstructietechnologie, met de volgende kernprincipes:

Transmissie en ontvangst met meerdere- bundels: de radarantenne-array zendt tegelijkertijd meerdere hoog- elektromagnetische stralen uit (24 GHz). Elke straal scant het materiaaloppervlak in de silo onder vooraf ingestelde hoeken (laterale afstand van 1 graad -2 graad, longitudinale dekking van 0-90 graden), waardoor een "oppervlakte-achtige" dekking ontstaat. De ontvangende antenne vangt synchroon de gereflecteerde signalen van elke straal op en registreert de voortplantingstijd en signaalsterkte van elke straalgroep.

Signaalverwerking en interferentiefiltering: Met behulp van gespecialiseerde algoritmen verwerkt het systeem meerdere gereflecteerde signalen om interferentie door kolenstofverstrooiing en objectreflecties uit te filteren (op basis van signaalsterktedrempels en bundelconsistentieanalyse), terwijl geldige oppervlaktereflectiesignalen behouden blijven. Tegelijkertijd berekent het de drie-dimensionale coördinaten (X-, Y-, Z-assen) van reflectiepunten binnen de silo met behulp van stralingshoekparameters.

3D-beeldreconstructie en parameterberekening: Het systeem voegt eerst 3D-coördinaten van alle geldige reflectiepunten samen om een ​​3D-puntenwolkmodel van het materiaal in de silo te genereren. Met behulp van beeldweergavetechnologie creëert het een intuïtieve 3D-visualisatie. Op basis van dit model berekent het systeem automatisch de maximale en gemiddelde materiaalniveauhoogtes, terwijl het materiaalvolume wordt bepaald via een integratiealgoritme. Door deze berekeningen te combineren met vooraf gedefinieerde parameters voor de steenkooldichtheid (bijvoorbeeld een dichtheid van ruwe steenkool van 1,3-1,5 ton/m³), levert het systeem uiteindelijk nauwkeurige gegevens over de hoeveelheid materiaal op.

4. Solidat 3D-radarniveaumeter: introductie en toepassingen

4.1 Technische kernkenmerken van het product

Solidat, een toonaangevende leverancier van industriële automatiseringsapparatuur, heeft de 3D-radarniveaumeter (model: SLDL5300-serie) ontwikkeld om te voldoen aan de materiaalniveaumetingsvereisten van kolencentrales, met de volgende technische kernkenmerken:

Meetprestaties: meetbereik 180 graden, 360 graden (geschikt voor kleine en middelgrote tot grote kolenmijnen), volumenauwkeurigheid ±0,5%, afstandsnauwkeurigheid 1 mm, ondersteuningsdichtheidsinstelling (0,5-3t/m³), voldoen aan de meetbehoeften van verschillende steenkoolsoorten.

Communicatie en gegevensuitvoer: ondersteunt Ethernet Industrial, AUTBUS, 485 en andere communicatiemodi, en kan materiaalniveauhoogte, volume, massa en 3D-beeldgegevens uitvoeren (ondersteuning voor export in BMP/JPG-formaat), en is compatibel met de gegevensinterface van het centrale besturingssysteem van kolencentrales.

Installatie en inbedrijfstelling: De boven{0}}gemonteerde installatie (flensaansluiting, compatibel met DN50-DN200 flenzen) is voorzien van kleine installatiegaten, waardoor er geen uitgebreide aanpassingen aan de silo nodig zijn. De inbedrijfstelling vindt plaats via een touchscreen of een externe computer.

Beeldeffect: hoge- gegevensverwerking en -analyse, gegevensverwerking wordt snel en automatisch voltooid door de computer, eenvoudig 3D grafisch besturingssysteem om drie- dimensionale reproductie van het gemeten doel te bereiken, en kan grafische rotatie, vertaling en lokale vergroting en andere interactieve bewerkingen uitvoeren, de meetresultaten zijn in één oogopslag duidelijk.

4.2 Toepassingsvoorbeeld kolencentrale

Neem als voorbeeld een grote staatskolencentrale- (jaarlijkse capaciteit van 5 miljoen ton). De fabriek beschikt over 8 silo's voor ruwe steenkool (diameter 10 m, hoogte 25 m) en 4 silo's voor geraffineerde steenkool (diameter 8 m, hoogte 20 m). De vorige meting met behulp van een gewone microgolfradarniveaumeter heeft drie problemen:

De concentratie steenkoolstof in de ruwe steenkoolsilo is hoog (gemiddeld 60 g/m³) en de verzwakking van het microgolfradarsignaal is ernstig. Ongeveer 30% van de tijd kunnen er geen effectieve gegevens over het materiaalniveau worden verkregen, dus is handmatige inspectie vereist, wat het risico met zich meebrengt dat u van grote hoogte valt;

Cokeskolensilo's ervaren vaak een 'materiële onbalans' (ongelijke materiaalniveaus aan één kant). Conventionele radarsystemen, die alleen gegevens op één- punt meten, kunnen dergelijke onevenwichtigheden niet detecteren. Dit resulteert in een benuttingsgraad van 70% van de werkelijke capaciteit van de silo, waardoor er regelmatig 'volle silo-alarmen' ontstaan, ondanks dat er nog lege ruimte is.

Voorraadstatistieken vereisen een handmatige schatting op basis van de hoogte van de materiaalniveaus en het volume van de materiaalbakken in elk magazijn. Het duurt 2-3 uur per keer en het foutenpercentage bedraagt ​​5% -8%, wat van invloed is op het inkoopplan en de productieplanning.

Begin 2024 introduceerde de fabriek 83D-radarniveaumeters (6 voor ruwe steenkoolsilo's en 2 voor geraffineerde steenkoolsilo's), en het toepassingseffect werd aanzienlijk verbeterd:

Verbeterde meetstabiliteit: 3D-radar heeft een sterk penetratievermogen van kolenstof met een hoge concentratie en de effectieve signaalverwervingssnelheid is verhoogd van 70% naar 99,5%. Er is geen handmatige inspectie vereist in het magazijn, waardoor de arbeidskosten met ongeveer 120.000 yuan per jaar worden verlaagd en het veiligheidsrisico van werken op grote- hoogte wordt geëlimineerd;

Het probleem van de identificatie van materiaalafwijkingen oplossen: het 3D-beeld geeft de materiaalverdeling in de gereinigde kolenbak in realtime weer. Wanneer de materiaalafwijking optreedt (het verschil tussen de twee zijden van het materiaalniveau is meer dan 1 meter), zal het systeem automatisch alarmeren en de operators begeleiden om de invoerpositie aan te passen. De bezettingsgraad van de opslagcapaciteit wordt verhoogd tot 90%, waardoor er jaarlijks ongeveer 1500 ton schone steenkool meer kan worden opgeslagen en het economische voordeel met ongeveer 1,2 miljoen yuan kan worden vergroot;

Intelligent voorraadbeheer: het systeem berekent automatisch de hoeveelheden steenkool in elk magazijn en genereert elke minuut voorraadrapporten met gegevensupdates. Hierdoor wordt de tijd voor voorraadstatistieken teruggebracht van 2-3 uur naar 10 seconden, terwijl het foutpercentage onder de 2% daalt. Het biedt nauwkeurige gegevensondersteuning voor de inkoopplanning van steenkoolcentrales (bijvoorbeeld het bepalen van de aankoophoeveelheden van ruwe steenkool op basis van de voorraadconsumptie) en de productieplanning (bijvoorbeeld het aanpassen van de wasproductie aan de hand van de voorraadniveaus van schone steenkool), waardoor productieverstoringen en grondstofverspilling als gevolg van verkeerde inschattingen van de voorraad effectief worden geminimaliseerd.

Bovendien verminderen de onderhoudsarme eigenschappen van de 3D-radarniveaumeter ook aanzienlijk de exploitatie- en onderhoudskosten van de kolencentrale: de apparatuur is het afgelopen jaar slechts één keer schoongemaakt en er zijn geen gegevens over uitschakeling door storingen. Vergeleken met de traditionele radar (die gemiddeld eens in de drie maanden onderhouden moet worden), worden de jaarlijkse onderhoudskosten met ongeveer 80.000 yuan verlaagd.

5. Conclusie

Solidat 3D Radar Level Counters maken gebruik van geavanceerde- technologieën, waaronder 3D-beeldvorming, multi-parametermetingen en robuuste anti-interferentiemogelijkheden om effectief de kernproblemen bij het meten van materiaalopslag in kolencentrales aan te pakken. Deze omvatten ernstige stofinterferentie, complexe materiaalniveauconfiguraties en problemen met het volgen van de voorraad. Het systeem verbetert niet alleen de meetnauwkeurigheid en stabiliteit, maar zorgt ook voor intelligente upgrades in het voorraadbeheer en de productieplanning van kolencentrales. Het SLDL5300 3D-meetsysteem maakt gebruik van een smalle straal met een hoge- penetratie die zich aanpast aan complexe werkomstandigheden en onaangetast blijft door zware omstandigheden zoals hoge temperaturen, stofcorrosie, stoom, regen of mist. Met uitstekende kosten-prestatieverhoudingen is het breed toepasbaar voor het meten van vaste materialen op verschillende opslaglocaties, waaronder silo's, containers en magazijnen voor vaste stoffen in bulk. In de context van de intelligente transformatie van de kolenindustrie bieden Solidat 3D Radar Level Counters betrouwbare en efficiënte oplossingen voor niveaumeting met brede toepassingsmogelijkheden. Verwacht wordt dat deze systemen zich verder zullen aanpassen aan scenario's zoals onbemande kolencentralesilo's en slimme opslagsystemen, waardoor ze sterkere ondersteuning zullen bieden voor de digitale ontwikkeling van de kolenindustrie.