3D radarový hladinomer Solidat: funkcie a aplikácie - Prípadová štúdia uhoľnej elektrárne

Abstraktné

Tento článok sa zameriava na 3D radarové hladinomery v technológii merania hladiny, vysvetľuje princípy ich aplikácie a porovnáva základné vlastnosti tradičného radaru a 3D radaru. Zdôrazňuje praktické aplikačné účinky produktov 3D radarového hladinomeru Solidat v uhoľných elektrárňach, čím poskytuje referenčné riešenie pre výzvy týkajúce sa merania hladiny v uhoľných elektrárňach.

Kľúčové slová

hladinomer; 3D radar; uhoľná elektráreň; meranie úrovne materiálu; prašnom prostredí

1. Prehľad

So zrýchlenou inteligentnou transformáciou uhoľného priemyslu majú uhoľné elektrárne výrazne zvýšené nároky na presnosť, stabilitu a inteligentné riešenia pri meraní úrovne materiálu. Tradičné metódy, ako sú manuálne kontroly, ultrazvukové hladinomery a konvenčné radarové hladinomery, čelia značným obmedzeniam: Manuálne kontroly sú neefektívne a nebezpečné, a preto je monitorovanie dynamiky síl v reálnom čase{1}}náročné; Ultrazvukové hladinomery sú náchylné na rušenie uhoľným prachom, čo vedie k silnému útlmu signálu a veľkým chybám merania; Zatiaľ čo konvenčné radarové hladinomery čiastočne zmierňujú rušenie prachom, stále majú problémy s dosiahnutím komplexného pokrytia v zložitých podmienkach sila (ako je vyklenutie, odchýlka materiálu alebo mŕtve zóny), čo často vedie k nesprávne odhadnutým hladinám materiálu, ktoré narúšajú plánovanie výroby a riadenie zásob.

Spomedzi rôznych technológií merania hladiny sa 3D radarové hladinomery ukázali ako hra-menič. Využitím funkcií viaclúčového skenovania a 3D zobrazovania prekonávajú priestorové obmedzenia tradičných metód na jasnú vizualizáciu distribúcie materiálu v silách. Tieto systémy poskytujú nielen presné merania výšky hladiny, ale umožňujú aj-monitorovanie objemu materiálu, hmotnosti a morfológie vlasu v reálnom čase. Ako prechod-na riešenie pre inteligentné meranie hladiny v uhoľných elektrárňach efektívne premosťujú medzeru, ktorú zanechali konvenčné technológie v zložitých prostrediach síl.

2. Vlastnosti radarovej techniky

2.1 Charakteristiky tradičných radarov (vrátane mikrovlnného radaru a konvenčného riadeného vlnového radaru)

Jediný rozmer merania: Môže získať iba údaje o výške úrovne materiálu, ale nedokáže vnímať horizontálne rozloženie materiálov v sile. Vzhľadom na bežný jav „odchýlka materiálu“ a „oblúk“ v uhoľnom sile nedokáže identifikovať skutočný prázdny objem v sile, čo môže ľahko spôsobiť odchýlku vo výpočte zásob.

Obmedzená odolnosť proti rušeniu prachu: Mikrovlnné radarové signály sú náchylné na rozptyl a útlm v prostrediach s vysokou koncentráciou uhoľného prachu. Keď koncentrácia prachu prekročí 50 g/m³, intenzita odrazu signálu dramaticky klesne, čo výrazne ohrozí presnosť merania. Zatiaľ čo konvenčné radarové systémy s riadenými vlnami vykazujú menšiu náchylnosť na rušenie prachu, ich sondy sú náchylné na priľnavosť uhoľného prachu. Dlhodobé používanie vedie k posunu signálu spôsobenému nahromadenými usadeninami, čo si vyžaduje časté čistenie a údržbu.

Obmedzené pokrytie: Tradičné radary sú väčšinou jednolúčové alebo úzke{1}}lúčové konštrukcie, ktoré dokážu merať iba „bod“ alebo „čiaru“ v sile a nedokážu úplne zachytiť celkový stav materiálu v sile. Pre veľké uhoľné silá s priemerom viac ako 8 metrov je potrebné skombinovať a nainštalovať viacero zariadení, aby sa dosiahlo predbežné pokrytie, čo zvyšuje náklady na vybavenie a náročnosť ladenia.

2.2 Vlastnosti 3D radaru

3D panoramatické zobrazovanie: Tento systém využíva technológiu viaclúčového poľa a súčasne vyžaruje 20-30 vysokofrekvenčných- radarových lúčov na pokrytie 360-stupňovej horizontálnej oblasti a 0-90° vertikálneho uhla v sile na materiál. Prostredníctvom spájania signálov a rekonštrukcie dát generuje v reálnom čase 3D obrazy materiálu vo vnútri sila, pričom jasne zobrazuje vzory stohovania, polohy vyklenutia, stupne odchýlky materiálu a slepé miesta v prázdnych silách. To efektívne rieši obmedzenia tradičného radaru „neviditeľnosť a nepresné meranie“.

Odolnosť voči prachu a drsnému prostrediu: 3D radar využíva špecializovanú technológiu modulácie signálu, ktorá vysiela signály s výkonom 5-10 mW (5-10 krát vyšší ako bežné mikrovlnné radary). Jeho optimalizovaný dizajn vlnových dĺžok sa špecificky zhoduje s charakteristikami častíc uhoľného prachu, čo umožňuje prienik cez prach s vysokou koncentráciou (až 100 g/m³) a zároveň minimalizuje stratu rozptylu signálu. Zariadenie s krytím IP67 odoláva extrémnym teplotám (-40 stupňov až 80 stupňov) a korózii, vďaka čomu je ideálne pre silá uhoľných elektrární, kde sú vlhkosť, prach a kolísanie teploty bežnými problémami.

Viac{0}}parametrové synchronizované meranie: Okrem presného merania výšky hladiny materiálu (presnosť ±5 mm, rozlíšenie 1 mm) dokáže na základe 3D obrázkov vypočítať aj objem materiálu (chyba menšia alebo rovná 2 %) a hmotnosť (v kombinácii s funkciou prednastavenej objemovej hmotnosti uhlia), pričom automaticky generuje prehľady zásob bez manuálnej konverzie. To poskytuje priamu podporu údajov pre riadenie zásob uhoľných elektrární a plánovanie výroby, čím sa redukujú manuálne štatistické chyby.

Nízka údržba a inteligentná diagnostika: Zariadenie neobsahuje žiadne mechanické pohyblivé časti, čím sa eliminujú problémy, ako je hromadenie materiálu a mechanické opotrebovanie v tradičných radarových sondách s riadenou vlnou. Ročná údržba je znížená na 1-2-krát. So vstavanými-inteligentnými diagnostickými funkciami monitoruje prevádzkový stav v reálnom čase (vrátane sily signálu, integrity lúča a komunikačných prepojení). Keď sa vyskytnú anomálie signálu alebo poruchy zariadenia, automaticky odošle výstrahy do centrálneho riadiaceho systému, čím sa výrazne zníži riziko prestojov.

Prispôsobenie zložitým štruktúram sila: Podporuje meranie uhoľných síl rôznych tvarov vrátane kruhových, štvorcových a obdĺžnikových. Prostredníctvom nastavenia parametrov sa dokáže prispôsobiť prekážkam, ako sú rebríky a miešacie zariadenia vo vnútri sila, automaticky filtruje rušivé signály a nevyžaduje ďalšie tieniace zariadenia. Spĺňa potreby merania rôznych síl uhoľných elektrární (ako sú silá na surové uhlie, silá na rafinované uhlie a silá na uhoľnú suspenziu).

3. Princípy tradičného radaru a 3D radaru

3.1 Tradičný radar

Tradičné mikrovlnné radarové systémy fungujú tak, že vyžarujú jeden vysokofrekvenčný (GHz rozsah) elektromagnetický lúč. Výšku hladiny materiálu vypočítavajú pomocou doby šírenia odrazených signálov (na základe rýchlosti elektromagnetickej vlny ekvivalentnej rýchlosti svetla) podľa vzorca: Výška hladiny materiálu=(Rýchlosť šírenia elektromagnetickej vlny × Doba odrazu) / 2. V silách uhoľných elektrární však vysoké koncentrácie uhoľného prachu spôsobujú mnohonásobný rozptyl elektromagnetických vĺn. Časť signálu je pohltená prachovými časticami, čo vedie k tomu, že efektívna energia signálu vracajúca sa do antény prijímača predstavuje iba 0,5 % až 1 % prenášanej energie. To často vedie k problémom „žiadny odrazový signál“ alebo „signál falošného odrazu“. Zatiaľ čo konvenčné radarové systémy s vedenou vlnou používajú vlnovody (oceľové laná/tyče) na zníženie rušenia prachom, ich signály sa šíria iba pozdĺž vlnovodu. Toto obmedzenie bráni horizontálnemu pokrytiu oblastí sila a nahromadenie materiálu na tyči sondy môže zmeniť impedanciu vlnovodu a spôsobiť chyby merania.

3.2 3D Radar

3D radar funguje na základe reflektometrie viacerých -časových lúčov{2}}domény (Multi{3}}lúčové TDR) a technológie 3D rekonštrukcie údajov, pričom základné princípy sú nasledovné:

Viac{0}}lúčový prenos a príjem: Radarové anténne pole súčasne vyžaruje viacero vysoko-frekvenčných (24 GHz) elektromagnetických lúčov. Každý lúč skenuje povrch materiálu v sile v prednastavených uhloch (bočný rozstup 1 stupeň -2 stupne, pozdĺžne pokrytie 0-90 stupňov), čím sa vytvára pokrytie „podobné povrchu“. Prijímacia anténa synchrónne zachytáva odrazené signály z každého lúča, pričom zaznamenáva čas šírenia a silu signálu každej skupiny lúčov.

Spracovanie signálu a filtrovanie interferencií: Systém s využitím špecializovaných algoritmov spracováva viaceré odrazené signály, aby odfiltroval interferenciu od rozptylu uhoľného prachu a odrazov objektov (na základe prahov sily signálu a analýzy konzistencie lúča), pričom si zachováva platné signály odrazu povrchu. Súčasne vypočítava trojrozmerné súradnice (osi X, Y, Z) bodov odrazu v sile pomocou parametrov uhla lúča.

Rekonštrukcia 3D obrazu a výpočet parametrov: Systém najprv zlúči 3D súradnice zo všetkých platných bodov odrazu, aby vytvoril 3D model mračna bodov materiálu v sile. Pomocou technológie vykresľovania obrazu vytvára intuitívnu 3D vizualizáciu. Na základe tohto modelu systém automaticky vypočíta maximálnu a priemernú výšku hladiny materiálu a zároveň určí objem materiálu pomocou integračného algoritmu. Kombináciou týchto výpočtov s preddefinovanými parametrami hustoty uhlia (napr. hustota surového uhlia 1,3 – 1,5 t/m³) systém nakoniec poskytuje presné údaje o množstve materiálu.

4. 3D radarový hladinomer Solidat: Úvod a aplikácie

4.1 Základné technické vlastnosti produktu

Spoločnosť Solidat, popredný poskytovateľ zariadení pre priemyselnú automatizáciu, vyvinula 3D radarový hladinomer (model: séria SLDL5300), aby splnil požiadavky na meranie hladiny materiálu uhoľných elektrární s nasledujúcimi základnými technickými charakteristikami:

Merací výkon: Rozsah merania 180 stupňov, 360 stupňov (vhodné pre malé a stredné až veľké uhoľné dvory), presnosť objemu ±0,5 %, presnosť vzdialenosti 1 mm, nastavenie hustoty podpory (0,5-3 t/m³), spĺňajú potreby merania rôznych druhov uhlia.

Komunikačný a dátový výstup: Podporuje Ethernet industrial, AUTBUS, 485 a ďalšie komunikačné režimy a môže poskytovať výstup výšky, objemu, hmotnosti, 3D obrazových údajov (podpora exportu formátu BMP/JPG) a je kompatibilný s dátovým rozhraním centrálneho riadiaceho systému uhoľnej elektrárne.

Inštalácia a uvedenie do prevádzky: Horná-inštalácia (prírubové pripojenie, kompatibilná s prírubami DN50-DN200) má malé inštalačné otvory, vďaka čomu nie sú potrebné rozsiahle úpravy sila. Uvedenie do prevádzky sa vykonáva pomocou dotykovej obrazovky alebo vzdialeného počítača.

Zobrazovací efekt: vysoká{0}}rýchlosť spracovania a analýzy údajov, spracovanie údajov je rýchlo a automaticky dokončené počítačom, jednoduchý 3D grafický operačný systém na dosiahnutie trojrozmernej reprodukcie meraného cieľa a dokáže vykonávať otáčanie grafiky, posúvanie a lokálne zväčšenie a ďalšie interaktívne operácie, výsledky merania sú jasné na prvý pohľad.

4.2 Prípad aplikácie uhoľnej elektrárne

Vezmime si ako príklad veľkú štátnu{0}}uhoľnú elektráreň (ročná kapacita 5 miliónov ton). Závod má 8 síl na surové uhlie (priemer 10 m, výška 25 m) a 4 silá na rafinované uhlie (priemer 8 m, výška 20 m). Predchádzajúce meranie pomocou bežného mikrovlnného radarového hladinomeru má tri problémy:

Koncentrácia uhoľného prachu v sile na surové uhlie je vysoká (v priemere 60 g/m³) a útlm mikrovlnného radarového signálu je vážny. Približne v 30 % prípadov nie je možné získať údaje o efektívnej úrovni materiálu, preto je potrebná manuálna kontrola, pri ktorej existuje riziko pádu z vysokej nadmorskej výšky;

Silá na koksovateľné uhlie často zažívajú „materiálovú nerovnováhu“ (nerovnomerné úrovne materiálu na jednej strane). Bežné radarové systémy, ktoré merajú iba údaje o jednom bode{1}}, nedokážu takéto nerovnováhy odhaliť. To má za následok 70% mieru využitia skutočnej kapacity sila, čo často spôsobuje „alarmy plného sila napriek zostávajúcemu prázdnemu priestoru“.

Štatistika zásob vyžaduje manuálny odhad na základe výšky hladín materiálu a objemu zásobníkov materiálu v každom sklade. Trvá to 2-3 hodiny za čas a chybovosť je 5%-8%, čo ovplyvňuje plán obstarávania a plánovanie výroby.

Začiatkom roku 2024 závod zaviedol 83D radarové hladinomery (6 pre silá na surové uhlie a 2 pre silá na rafinované uhlie) a efekt aplikácie sa výrazne zlepšil:

Vylepšená stabilita merania: 3D radar má silnú schopnosť prieniku uhoľného prachu s vysokou koncentráciou a efektívna rýchlosť získavania signálu sa zvýšila zo 70 % na 99,5 %. V sklade nie je potrebná žiadna ručná kontrola, čo znižuje mzdové náklady o približne 120 000 juanov ročne a eliminuje bezpečnostné riziko pri práci vo-nadmorskej výške;

Riešenie problému identifikácie odchýlky materiálu: 3D obraz zobrazuje rozloženie materiálu vo vyčistenom zásobníku na uhlie v reálnom čase. Keď dôjde k odchýlke materiálu (rozdiel medzi dvomi stranami hladiny materiálu je väčší ako 1 m), systém automaticky spustí alarm a navedie operátorov na úpravu polohy podávania. Miera využitia kapacity zásobníka sa zvýši na 90%, čo môže každý rok uložiť približne 1500 ton vyčisteného uhlia a zvýšiť ekonomický prínos o približne 1,2 milióna juanov;

Inteligentné riadenie zásob: Systém automaticky vypočíta množstvo uhlia v každom sklade a generuje správy o zásobách s aktualizáciou údajov každú minútu. To skracuje čas štatistiky zásob z 2-3 hodín na 10 sekúnd a zároveň znižuje chybovosť pod 2%. Poskytuje presnú dátovú podporu pre plánovanie obstarávania uhoľných zariadení (napr. určovanie množstiev nákupu surového uhlia na základe miery spotreby zásob) a plánovanie výroby (napr. úprava výstupu prania uhlia podľa úrovne zásob vyčisteného uhlia), čím efektívne minimalizuje prerušenie výroby a plytvanie surovinami spôsobené nesprávnym odhadom zásob.

Okrem toho nízke nároky na údržbu 3D radarového hladinomeru tiež výrazne znižujú náklady na prevádzku a údržbu uhoľnej elektrárne: zariadenie bolo za posledný rok vyčistené iba raz a neexistuje žiadny záznam o poruchovom odstavení. V porovnaní s tradičným radarom (ktorý je potrebné udržiavať v priemere raz za 3 mesiace) sa ročné náklady na údržbu znížia o približne 80 000 juanov.

5. Záver

Solidat 3D Radar Level Counters využíva špičkové-technológie vrátane 3D zobrazovania, viac{3}}parametrového merania a robustných anti{4}}interferencií na efektívne riešenie základných výziev pri meraní skladovania materiálu v uhoľných elektrárňach. Patrí medzi ne silné rušenie prachu, zložité konfigurácie na úrovni materiálu a problémy so sledovaním zásob. Systém nielen zvyšuje presnosť a stabilitu merania, ale tiež poháňa inteligentné inovácie v riadení zásob uhoľných elektrární a plánovaní výroby. Merací systém SLDL5300 3D využíva úzky lúč s vysokou penetráciou-, ktorý sa prispôsobuje zložitým pracovným podmienkam a nie je ovplyvnený drsným prostredím, ako sú vysoké teploty, korózia prachu, para, dážď alebo hmla. Vďaka vynikajúcim pomerom ceny{11}}výkonu je široko použiteľný na meranie pevných materiálov v rôznych skladovacích priestoroch vrátane síl, kontajnerov a skladov sypkých pevných materiálov. V kontexte inteligentnej transformácie uhoľného priemyslu poskytujú 3D radarové hladinomery Solidat spoľahlivé a efektívne riešenia na meranie hladiny so širokými aplikačnými vyhliadkami. Očakáva sa, že tieto systémy sa budú ďalej prispôsobovať scenárom, ako sú bezobslužné silá uhoľných elektrární a inteligentné skladové systémy, ktoré ponúknu silnejšiu podporu pre digitálny rozvoj uhoľného priemyslu.